6G在无线通信所涉足的研究领域

摘要

6G为人们勾勒出的画卷实在太美好，令人浮想联翩，心驰神往。事实上我们回想一下过往，人类的哪一次飞跃不是对想象的超越呢?在现实与虚拟的空间自由切换、跨越疆域的天地一体化、享受穿梭时空的旅行……罗德与施瓦茨(以下简称“R&S”公司)将自己视为整个无线通信生态系统的技术合作伙伴，在6G时代，依旧作为芯片、设备、基础设施供应商，与测试机构和网络运营商合作，探索各个领域的研究。

人们常说：让我们插上想象的翅膀，可以飞到任何你想去的地方!爱因斯坦也曾说过，想象力是一种特殊的创造力，人类的发展过程中离不开想象思维的参与，缺乏想象力的人对科学本质和自然界的事物都难以理解，在时间与空间的架构上往往具有障碍。那么，对想象的超越又会是种什么样的场景呢?

一切都需要超越现状

当勾勒 6G 应用场景时，技术开发人员往往会发散思维，超越他们想象力的任何界限，想象是无极限的。在5G时代，我们主要涉及三大类应用场景，即增强型移动宽带eMBB、海量机器类型通信mMTC 和超可靠低时延通信URLLC。不过， 在6G时代，我们将会将涉及到更多场景，甚至各个场景的组合。

当技术开发专家们着手为他们的发明命名时，喜欢使用最高级称谓。一项简单的规则是，所有性能特征都以“超”(ultra)为前缀。随着名称术语的不断发展以及未来标准化的进展，我们可以参考一些技术文章，其中包含进一步增强超移动宽带(feUMBB，further enhanced Ultra Mobile Broadband)、超高感知低时延通信(uHSLLC，ultra High Sensing Low Latency Communications)、超高密度数据服务(uHDD，ultra High Density Data services)、超高能效(uHEE，ultra High Energy Efficiency)、超高可靠性和感知(uHRS，ultra High Reliability & Sensing)、超高可靠性和用户体验(uHRUx，ultra High Reliability & User experience)、超低时延可靠性和安全性(uLLRS，ultra Low Latency Reliability & Security)等术语。

通过这些术语，我们不难看出，6G是在5G基础上的全面超越，打破了时间与空间、虚拟与现实的限制。例如要保证虚拟现实(VR)设备良好的用户体验，至少需要10Gbps的数据速率，就需要开发具有新功能特性的6G无线系统。从网络性能指标看，6G无论是传输速率、端到端时延、可靠性、连接数密度、频谱效率、网络能效等方面都会有大的提升。从网络服务的边界看，6G将走向人、机、物、灵充分联合、虚拟结合的智简网络，以满足人类精神和物质的全方位需求。

显而易见的是，我们所描述的科幻世界是否真的能如人们期望的那样接近实现，很大程度上将取决于研究人员能否在一定的时间内达到既定目标，从而生产出系列产品。我们几乎可以预计未来几十年，全球对6G这一关键技术会抱有多么大的兴趣，各个国家、企业、组织将能够投入怎样异常可观的海量资金，这些都会极大地促进6G的发展。

6G 在无线通信所涉足的研究领域

让我们将眼光投向6G在无线通信方面所涉及的相关领域，这将使我们聚焦更具体的研究方向：

频率：

5G是首次将大于20 GHz毫米波范围应用于个人通信的第一代产品，而6G在毫米波的范围这方面走得会更远，甚至会推进到目前仍然处于探索阶段的太赫兹范围(300 GHz至3 THz)内，并且根据需要，还将包含可见光和红外线。

因为要实现虚拟与现实的无缝切换，就需要比5G高得多的数据速率，而这些高频是实现目标极限传输率的唯一途径。自2019年以来，R&S公司就与弗劳恩霍夫研究所(HHI)和国际宇航联合会(IAF)合作，一直在100 GHz至320 GHz亚太赫兹频率范围内开展研究，具备得天独厚的先发优势。

天线：

在短波长如此高的频率下，天线也被要求处于毫米范围内。基站可将60,000根这样的天线组合成阵列，以便通过单独的定向波束同时覆盖数百个移动站。对于特定用户的精确定位，可以将这样的天线阵列安装在楼宇墙壁上，并考虑使用智能反射面，以便在角落里传输无线电信号。

R&S与莱布尼茨创新微电子研究所合作，在业界已经率先对工作频率在110 GHz至170 GHz 范围内的收发机模块上天线的 2D 和 3D 方向特性进行了全面测量，并取得了精确和稳定的效果。

人工智能 ：

人工智能(AI)将是 6G 的关键要素。业内人士普遍认为，如果没有人工智能，6G 网络一开始就无法负担，甚至无法运行。6G网络的复杂性已然是传统的设计和管理技术无法达到的了。

人工智能将应用于技术组件以及网络规划和监控，最终目标是在成本、能源、频谱和运营效率方面实现零接触(自我优化)网络。

虚拟化：

所有主要的网络组件都应该通过标准化的抽象功能来定义和寻址，这样能确保不同制造商的产品可以组合使用，同时为特定的技术配置留有余地。

网络虚拟化的一个重要步骤是引入开放式 RAN 概念，为无线电接入网(RAN)的以前专有的组件引入了附加的和开放的接口。目前，R&S已经成为O-RAN 联盟的一员，致力于促进该领域的标准化和互操作性。

低耗电传感器：

微型传感器是构成物联网世界中数量占比最大的元器件，这些微型传感器需要长时间免维护运行，同时能够通过采集自然能量以获得工作所需的电能。

集成无线电、传感器和计算机网络:

6G 将不仅仅是一个无线电网络。集成定位功能将有可能以厘米级的精度，定位任何无线电用户;6G 网络还将拥有超强的分布式计算能力，可以接入无线电用户附近或远程数据中心，以提供 6G 服务(EDGE、FOG、云计算)。

数据完整性:

海量的数据必然超过5G。6G网络将构成商业和工业骨干网，无数的业务流程和服务都将以6G网络为基础，因此，数据的安全是一项至关重要的因素，我们必须保证用户数据绝对可靠且安全。

为此，每项连接都需要加密。为了确保数据的完整性，区块链技术目前公认为是一种避免依赖中心化的有效方法。

能效：

数据通信的指数级增长伴随着能耗的增加。为应对这种趋势，需要通过降低每个传输位的能耗来提高网络的能效。

对6G的竞争已显现端倪

大约在几年前，人们对6G还只是停留在讨论之中，工业界、研究机构和政界对是否应该发展6G仍犹豫不决。而现今，发展6G网络已逐渐在世界范围内达成了共识，还建立了相关研究计划，同时给予了财政援助并组建了联盟。各国都已经明白，国家的竞争能力，包括整个国家的经济发展，都可能依赖于是否能够平等参与6G系统开发。

例如，日本和美国共同投资45亿美元用于6G 研究;欧洲则启动了名为 Hexa-X 的6G旗舰计划，来自九个不同国家的组织参与了该计划;德国联邦教育及研究部将在2025年前，提供共计7亿欧元的研究经费，其中2.5 亿欧元将拨付给四个国家研究中心，这些研究中心已经提交了资助由R&S参与的部分项目申请;韩国也正在推行一项雄心勃勃的计划，将于2026年进行初步实地试验，为此而投资约 1.95 亿美元;当然，中国更不会放弃其在5G领域取得的强势地位，中国科技部正在与其他部委和政府机构合作，协调所需的国家资源，尽快为部署6G做好准备。

结语

“5G还在路上，6G已在敲门!”——自数字无线通信时代开启以来，R&S不但从未缺席每一个次的技术变革，甚至还引领着每一次的技术创新。R&S始终都是业界的亲密合作伙伴，也是测量设备的领先供应商，它将公司的产品和专业知识应用于各类6G研究项目中，为合作伙伴提供6G所需的测量设备，并为在6G所取得的每一份成就而值守与欢呼。

关于罗德与施瓦茨

罗德与施瓦茨是测试与测量、系统与方案、网络与网络安全领域的领先供应商。公司成立已超过85年，总部设在德国慕尼黑，在全球70多个国家设有子公司。作为一家独立的科技集团，罗德与施瓦茨创新性的产品和解决方案为全球工业及政府客户提供了一个更安全与互联的世界。截至2021年6月30日，罗德与施瓦茨公司在全球拥有约13000名员工。

原文标题：想象能够被超越，R&S探索6G无线通信各领域研究

文章出处：【微信公众号：罗德与施瓦茨中国】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

审核编辑：汤梓红