6G介紹：6G新的項目，新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存

6G 周圍的噪音越來越大。這肯定是 Gartner 經(jīng)典炒作周期的開始，我們?nèi)蕴幱趧?chuàng)新觸發(fā)的早期階段。那么是否有路線圖，挑戰(zhàn)和機(jī)遇是什么?

首先，世界各地有很多倡議。根據(jù)總部位于英國劍橋的研究公司 IDTechEx 的數(shù)據(jù)，全球投入了超過 10 億美元用于 6G 工作，而 Chian 甚至針對這種可能性進(jìn)行了實(shí)驗。據(jù)該公司稱，芬蘭、韓國和中國在研究將成為 6G 核心的太赫茲電子設(shè)備方面特別活躍，但在印度和其他地方也有出色的工作。支持芬蘭及其合作伙伴的是超過 3.5 億美元的新歐盟研究撥款。盡管幾乎沒有決定——甚至頻率都沒有——但對于雄心勃勃的 6G 目標(biāo)和挑戰(zhàn)可以說很多。

2018 年訪問芬蘭奧盧后，我第一次認(rèn)真地寫了關(guān)于 6G 的文章，并聽取了奧盧大學(xué)的 Ari Pouttu 教授關(guān)于他們?nèi)绾畏畔聵?biāo)記，開始進(jìn)行一些研究的工作。他當(dāng)時強(qiáng)調(diào)，一個研究想法或創(chuàng)新有時可能需要 10 到 15 年才能達(dá)到成熟水平，因此現(xiàn)在開始考慮這一點(diǎn)很重要。他還強(qiáng)調(diào)了太赫茲通信的挑戰(zhàn)，包括處理這些問題的材料。

從那時起，我們報道的開發(fā)包括100GHz 無線收發(fā)器芯片，以及使用簡單混合信號 RF 架構(gòu)演示140GHz 100Gbps 傳輸，作為 6G 路線圖進(jìn)展的一部分。最近，CEA-Leti 宣布它正在領(lǐng)導(dǎo)一個泛歐財團(tuán)開發(fā)和測試技術(shù)，該技術(shù)將允許 6G 信號通過墻壁、天花板、鏡子和電器等日常表面進(jìn)行按需、動態(tài)可編程的無線電波傳播。

后一個項目稱為 RISE-6G，是為期三年的 Horizon 2020 計劃的一部分，該計劃將設(shè)計、原型設(shè)計和測試基于可重構(gòu)智能表面 (RIS) 的智能和能源可持續(xù)技術(shù)進(jìn)步，這將實(shí)現(xiàn)無線的可編程控制和塑造傳播環(huán)境。這些表面可能是基于二極管的天線或超材料，用于涂覆環(huán)境中的物體，例如墻壁、天花板、鏡子和電器，當(dāng)配備有源射頻 (RF) 元件時，它們將作為可重構(gòu)反射器或收發(fā)器進(jìn)行大規(guī)模訪問.

項目協(xié)調(diào)員 Emilio Calvanese Strinati 也是 CEA-Leti 的 6G 未來無線研究總監(jiān)，他說：“我們的任務(wù)是通過動態(tài)控制本地、簡短和高能效、高容量的通信。該系統(tǒng)還將確保能源效率、定位準(zhǔn)確性和防止竊聽者的隱私保證，同時適應(yīng)有關(guān)頻譜使用和限制電磁場 (EMF) 發(fā)射的具體規(guī)定?！?

6G路線圖

所有這些項目對于開發(fā)有助于制定 6G 路線圖的知識庫、試驗和原型都是必不可少的。IDTechEx 最近的一份報告“ 2021-2041 年 6G 通信市場、設(shè)備、材料”試圖預(yù)測路線圖，以及一些挑戰(zhàn)、誤解和機(jī)遇。

對于知情人士來說，有一種顯而易見的說法——雖然 5G 的服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了手機(jī)甚至個人電子產(chǎn)品的需求，但 6G 的情況更是如此。物對物的交流可能比人類交流更重要。至少，基本規(guī)范將涵蓋傳感、定位、邊緣計算、最高分辨率成像以及通信的需求。對人類而言，6G 響應(yīng)時間似乎是即時的，移動設(shè)備沒有小區(qū)到小區(qū)的切換。

6G 的關(guān)鍵參數(shù)之一將是躍入太赫茲頻段——這意味著在 275GHz 至 10THz 的未分配太赫茲頻段，也稱為遠(yuǎn)紅外。根據(jù) IDTechEx 的說法，這是物理學(xué)的“狂野西部”牛仔領(lǐng)域，那里幾乎沒有組件存在，產(chǎn)生的信號還很微弱。這也被稱為“太赫茲間隙”。

出于這個原因，最初的實(shí)驗通常在更容易的一端進(jìn)行——100-300GHz。FCC 已提議在 116 和 246GHz 之間的某些頻段中正式確定這個“實(shí)驗者的游戲區(qū)”。6G 的推出可能與 5G 一樣，從相對容易的頻率(例如 275GHz)開始，然后遷移到具有挑戰(zhàn)性的更高頻率(1THz)以獲得最大的好處。(5G 從幾 GHz 開始，正在向幾十 GHz 遷移)。

最高的、最終的太赫茲頻率不太可能高于 1太赫茲，因為在此之后，光束的大氣衰減會躍升至嚴(yán)重水平，并且組件也變得極具挑戰(zhàn)性。事實(shí)上，太赫茲頻率將在本地和衛(wèi)星之間使用，其余的在大多數(shù)情況下是自由空間光學(xué)(FSO)，因為鋪設(shè)光纖太昂貴或不切實(shí)際。也可能有一些 C 波段 GHz 長距離鏈路。

問題變成機(jī)會

該報告強(qiáng)調(diào)了許多可能是機(jī)遇的“問題”。這些包括：

· 太赫茲波 (THz) 在光頻譜中位于微波和紅外線之間，但由于其能量低，科學(xué)家們一直無法發(fā)揮其潛力。

· 用于更高頻率的前端和調(diào)制解調(diào)器芯片。有爭議的是 GaAs、GaN、InP、SiGe、完全耗盡的絕緣體上硅 (FD-SOI) CMOS。

· 前傳/回傳：大容量連接和高空太陽能無人機(jī)僅在陽光下就可以高空飛行 5 年。中國、德國/法國、英國和美國已經(jīng)在高空進(jìn)行了數(shù)周而不是 5 年的試驗。一些將是無人駕駛飛艇，法國/意大利的領(lǐng)先的 ThalesAlenia Stratobus 使用其頂部太陽能織物滾動跟蹤太陽，于 2021 年發(fā)射。還需要?dú)W洲人和 SpaceX 部署的數(shù)萬顆低地球軌道 LEO 衛(wèi)星在美國。這些飛機(jī)和衛(wèi)星都不是專門用于 6G，但它們對 6G 至關(guān)重要。

· 異構(gòu)硬件限制了復(fù)雜集成到單一平臺

· 實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備能力

· 3D 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜資源管理

· 頻譜和干擾管理

· 太赫茲大氣吸收

· 太赫茲光束管理

· 物理層安全

· 太赫茲建模

· 成本控制

抑制6G熱情

報告表明，所有這些 6G 熱情都存在反駁論據(jù)。有人說 5G 被證明是如此昂貴，它可能永遠(yuǎn)不會完全部署。他們建議那些需要更多的人將從不需要更多標(biāo)準(zhǔn)的更高頻率版本的 5G 中獲得它。IDTechEx 指出，如果沒有不存在且可能永遠(yuǎn)無法負(fù)擔(dān)的東西，6G 就不可能發(fā)生。之所以需要它，是因為太赫茲光束很窄、很弱，而且不會拐彎。幾乎任何東西都會阻止它們，因此即使在您的私人住宅中，您也需要智能表面來提供無處不在的訪問權(quán)限。

這些智能表面有很多名稱。“超表面”、“智能反射表面 IRS”、“軟件可編程超表面 SPM”。它們由可單獨(dú)編程的“塊”陣列中的有源太赫茲組件和超材料組成。這些必須重定向、放大、準(zhǔn)直、極化和以其他方式操縱這些太赫茲光束。

IDTechEx 表示還有其他問題——比如 6G 需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施。它還質(zhì)疑圍繞始終在線連接需求的一些思考是否明智?！八麄冋f 6G 最終將允許數(shù)十億的事物與事物合作，所有事物都直接連接到互聯(lián)網(wǎng)。這是物聯(lián)網(wǎng)的基本概念。也許。他們說 6G 是混合現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)成像和機(jī)器人車輛的未來，但讓我們考慮最后一個。特斯拉開發(fā)了無需地圖或連接即可工作的自動駕駛汽車。它不需要6G。”

材料供應(yīng)商的新機(jī)遇

盡管如此，6G的研發(fā)工作仍將繼續(xù)，這將意味著材料供應(yīng)商的新機(jī)遇。將在 6G 中廣泛使用的材料包括石墨烯和超材料(超級電容器、熱調(diào)平、HEMT 晶體管、天線、超表面)和許多不同的 3-5 化合物(HEMT 晶體管、太赫茲二極管、基板、能量收集、太陽能飛機(jī))。