6G移動通信的技術應用及發展前景

張博文 林君

摘 要：本文通過參考近年來國內外對6G移動通信技術的研究情況，分析了6G移動通信應用的頻率技術（太赫茲），并對6G移動通信技術突出優勢進行了總結，初步預測了6G移動通信技術的應用領域和發展前景。

關鍵詞：6G移動通信技術;太赫茲;空間復用技術

中圖分類號：TG386.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0037-02

Talking about the Technical Application and Development

Prospect of 6G Mobile Communication

ZHANG Bowen LIN Jun

（Yanbian University，Yanji Jilin 133002）

Abstract： This paper analyzed the frequency technology （terahertz） of 6G mobile communication application by referring to the research situation of 6G mobile communication technology at home and abroad in recent years， and summarized the outstanding advantages of 6G mobile communication technology， and preliminarily predicted the application fields and development prospects of 6G mobile communication technology.

Keywords： 6G mobile communication technology;terahertz;space reuse technology

隨著移動互聯網的發展和移動數據需求的日益增長，第五代移動通信系統5G蓬勃發展，同時越來越多的外部設備正接入5G移動網絡中，當5G網絡開始投入商用時，研究機構及科研人員便開始研發下一代移動通信系統。6G移動通信技術是建立在5G移動通信技術的基礎之上，屬于5G移動通信技術的全面優化和拓展延伸，并匯集了5G所未涉及的技術領域[1]。預計6G基站將同時接入上千個無線連接且其容量可高達5G基站的1 000倍，下載速度預計可達1TB/s。6G移動通信將應用全新的太赫茲頻譜頻段，廣泛使用空間復用技術，并在高速通信、衛星雷達、物聯網等十余個領域起到核心作用。

1 太赫茲和空間復用技術

1.1 太赫茲

太赫茲，也被稱為亞毫米波，是下一代通信技術的傳輸頻段。按照通信原理來理解頻率和傳輸量的關系，頻率越高，傳輸波長就會越短，帶寬范圍逐漸擴大，那么在一定時間內通信系統的數據傳輸量就會由小變大。6G移動通信技術為了能夠實現超高速通信的目標，便啟用了太赫茲波來替代毫米波作為新一代移動通信技術的傳輸方式[2]。太赫茲波的頻譜頻率為0.3～3THz，滿足高頻的需求，與5G相比，高頻率的太赫茲波將使網速提升10多倍。通過查閱6G通信技術的相關資料，歸納整理6G移動通信關鍵技術的相關參數，如表1所示。

太赫茲技術作為國家級前沿科技的領頭羊，已經在我國許多科技領域受到重用。舉例來講，太赫茲波大可以作為新一代的人體醫療成像技術，替代X-rays，與當下正在使用的X-光相比，其對人體造成的傷害減少很多。

1.2 空間復用技術

6G移動通信將使用空間復用技術，6G移動通信基站可以同時接入上千個無線外部連接，容量將達到5G的1 000倍。MIMO技術是通過增加天線的數量構造多天線陣列來補償高頻路徑上的傳輸損耗，空間復用技術的作用是能在MIMO多天線的陣列配置下提高傳輸數據量。高速率的數據流在信號的發射端被分割為多個低速率的子數據流，分割得到的不同子數據流在不同的天線上以相同的頻段發射出去，又因為發射和接收端天線陣列之間的空域子信道不同，接收天線能夠區分這些同頻并行的子數據流，故不再需要消耗額外的頻率或時間來識別這些數據流。

空間復用技術的優點就是能在不占用額外帶寬和消耗額外功率的情況下增加信道容量，提高頻譜頻段的利用率。但MIMO技術構造的多天線陣列會使大部分發射出的能量聚集在極窄的空間范圍內，即天線數量越多，發射波束的寬度越窄，各個用戶終端和不同的波形之間干擾很小，最后利用波束賦形技術便可以對信號進行焦點式覆蓋。5G移動通信以MIMO技術作為核心從而提高了頻譜利用率，那么MIMO也同樣會為6G提供技術支持。

2 6G移動通信技術的應用及發展前景

2.1 6G的信號覆蓋和頻段問題

2.1.1 信號覆蓋問題。從信號的頻率角度來看，信號的頻率越高，則信號的波長越短，如果信號在傳播時遇到大的障礙物，其繞射能力也就會由強變弱，傳播的損耗也就隨繞射能力的變弱而增大。這種傳播損耗與傳播距離成正比，它會隨著傳輸距離的增加而被放大，因此從通信基站發射出的無線電信號的覆蓋范圍便會由于信號的傳播能力變弱而降低。

2.1.2 頻段變高的原因。通信頻段由低向高處拓展有兩個原因。其一，由于通信頻率變高，單位時間內由通信系統向用戶端傳輸的數據量就會由于頻率變高而變大，以此能達到高速通信的目的;其二，所有用戶終端將從有限寬度的頻譜帶寬獲得服務。當信號功率達到最高功率的一半時，頻譜帶寬會因大量用戶終端的分配而降低，造成每個用戶終端獲得的服務質量驟降。

2.2 6G移動通信技術的應用

2.2.1 高速通信。相比目前應用的mmWave通信頻段的頻譜，太赫茲頻段可以提供更多的頻譜資源用于超寬帶以及超高速無線通信，預計可超過100Gbps。

2.2.2 生命科學應用。太赫茲波對人體無害，故可廣泛應用于對人體局部成像和疾病的醫療診斷，如對各種癌癥的檢測，還可以應用在對DNA束縛狀態的測定和蛋白質復合物的檢測等。

6G移動通信技術的應用領域還有很多，未來，6G將應用到任何可能涉及的領域。圖1是6G未來的12大應用場景。

2.3 6G的發展前景

6G移動通信系統將打造一個海陸空全覆蓋全連接的通信網絡世界，荒漠叢林等移動網絡信號盲區也將實現全覆蓋。6G移動網絡信號將覆蓋所有偏遠山村，讓深山里的農民百姓能接受實時遠程醫療，讓山里的孩子能夠獲得現代化遠程教育。在北斗衛星等其他衛星系統的聯動支持下，6G移動通信系統還能更快更準地幫助人類預測天氣及各種自然災害，這就是6G的未來。

3 結語

盡管6G移動通信技術正處在初步研發階段，但是其前景可以預見，6G一定會成為未來通信的核心技術。6G移動通信技術的發展將會突出三個優勢。一是國內外會在6G通信技術的研發上加大力度，通過技術的不斷革新，促進各國科技事業和國民經濟的共同發展;二是6G移動通信技術的性能會不斷地優化更新，相比5G通信，會帶給用戶更加極致的體驗;三是6G通信技術的用戶會不斷增多，適用范圍也會不斷擴大，那么6G移動通信將會成為未來人類通信的核心技術，實現廣泛覆蓋甚至全覆蓋也指日可待。

參考文獻：

[1]陳亮，余少華.6G移動通信發展趨勢初探（特邀）[J].光通信研究，2019（4）：1-8.

[2]趙亞軍，郁光輝，徐漢青.6G移動通信網絡：愿景、挑戰與關鍵技術[J].中國科學（信息科學），2019（8）：963-987.