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未来6G网络的五个颠覆性特征

诚然,现在还为时过早,国际6G标准仍在制定中。但有一点是明确的,6G将把它的前辈们远远甩在后面。

作者:李雪薇来源:ITPUB|2021-04-29 15:16

电信业一直都在追求创新技术,以支持对移动带宽不断增长的需求,这种需求大约每两年翻一番。

例如,在过去20年中,已经推出了三代蜂窝网络技术:从2001年3G的推出开始,到2009年4G的商业引入,最后到今天第一批5G网络的部署。与此同时,其他的移动通信方式--如Wi-Fi也已经占据了一席之地。

尽管有了这些新的发展,我们对带宽的渴求仍然是无止境的。此外,还需要越来越低的延迟,特别是在工业环境中,它们已经成为保持运作的关键要求。这就是为什么该行业已经开始准备下一步,即推出第六代移动网络(6G)。

诚然,现在还为时过早,国际6G标准仍在制定中。但有一点是明确的,6G将把它的前辈们远远甩在后面。

(资料来源:爱立信移动性报告2020年11月)

每秒100Gbps

对于大多数人来说,移动宽带网络只是一种方式,可以在旅途中播放电影和电视剧,或者随时随地快速下载大文件。他们需要的是速度。

这应该是一个惊喜吗?其实不然,二十多年来,速度一直是电信运营商试图吸引客户的头号卖点。

事实是,我们不断地在互联网上分享越来越多,越来越大的视频文件。统计数据显示,人们每天在YouTube上观看超过10亿小时的视频。四分之三的YouTube用户通过移动设备访问该平台。

对人们来说,关键是能够随时随地访问这些下载,并以尽可能高的分辨率观看视频,进入移动宽带。

6G网络将继续建立在这一趋势之上,其特点是预计下载速度不低于100Gbps。这比5G网络的(理论)下载速度快10倍,比今天最先进的4G网络所能容纳的速度快300倍。

100GHz(及以上)的频率

频率越高,可用的带宽就越多。因此,为了实现这些带宽,我们将需要利用更高的无线电频率。

例如,4G网络被限制在2.5GHz以下的频率,而5G网络在28和39GHz频段运行。而下一代移动网络(包括6G),预计将采用100GHz以上的频率。

只有几微秒的延迟

人们的移动体验不仅仅取决于他们能够(快速)下载的数据量。对于许多应用,网络的延迟是一个同样重要的因素。

例如,在观看电视直播节目时,延迟会影响客户体验。毕竟,没有人愿意错过世界杯足球赛决赛期间的那个关键点球。

诚然,5G网络的引入(以及其不到1毫秒的延迟)应该已经结束了这样的小插曲。然而,6G提出了一个更加完善的延迟,只有几微秒。

这对于支持越来越多的物联网(IoT)应用尤其必要。想一想基于实时传感器数据独立控制机器和复杂工业流程的闭环控制系统;或时间敏感的医疗物联网应用,如心电图(ECG)或脑电图(EEG)信号的处理和解释。

每平方公里1000万个连接设备

物联网的能力是由连接的传感器和设备的数量决定的。在这里,预计也会有巨大的增长。市场研究公司Statista预测,到2025年,物联网将由近310亿台设备组成,而现在只有120至130亿台设备。随着设备数量的不断增加,将尽可能多的设备连接到互联网上(每平方米或每平方公里)是一个挑战。这个数字被称为连接密度。

今天的4G网络实现了每平方公里约10万个设备的连接密度。5G已经做得很好了,允许每平方公里连接100万台设备。而随着6G网络的引入,每平方公里1000万台连接设备的数字也指日可待。

每位能耗少于1纳焦

如前所述,6G网络将不得不采用更高的无线电频率,以支持对更高带宽的需求。但问题之一是,底层(芯片)技术(尚未)能够在这些频段上以节能的方式运行。

电信强国爱立信在最近的一份报告中表示,移动网络的能源消耗确实有可能急剧增加,以环境和网络的总部署成本为代价。

尽管如此,电信业并没有坐以待毙。根据电信运营商Orange的说法,与4G相比,到2025年,新技术和软件的引入可以将5G网络的能耗降低10倍(每传输千兆)。而到2030年,这甚至可能成为20倍。

相比之下,今天提高移动网络能源效率的努力有可能被需要传输的快速增长的数据量所抵消。多年来,一场类似的战斗一直在数据中心上演,以光纤连接为特色,需要在保持高能效的同时处理尽可能多的数据。今天,在测试设置中,光纤以每比特几百飞焦耳的速度运行(1飞焦耳相当于10-15焦耳)。

对于6G,研究人员设定的目标是将其能源消耗减少到每比特1纳焦耳(10-9焦耳)以下。

为此,研究人员对新的III-V材料(如磷化铟)寄予厚望,尽管这些材料还不适合集成到硅平台上。因此,研究界正在专门研究III-V/CMOS混合方法,研究如何将III-V材料与CMOS技术异质地结合起来,这些材料在可靠性方面的表现如何,哪些退化机制在起作用等等。在这些见解的基础上,研究人员的目标是创造出能在100GHz及以上频率下有效和经济地运行的移动设备技术。

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【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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