IDTechEx：6G，有哪些值得关注的重要技术发展？

作者为：Yu-Han Chang 博士

当5G毫米波尚未起飞时，6G研究已经开始。但究竟什么是6G，哪些是值得关注的新兴领域？

本文将提供6G的高层次概述，包括6G频率、技术发展趋势和值得注意的6G应用。本文分享的信息来自IDTechEx的最新研究报告《6G市场2023-2043：技术、趋势、预测、玩家》。这份报告为这一新兴领域提供了重要的洞察力和商业前景。

IDTechEx 报告“2023-2043 年 6G 市场：技术、趋势、预测、参与者”中的重点报道领域。资料来源：IDTechEx

频率很重要

这篇文章从最基本的层面开始 - 频段。在5G中，6GHz以下（3.5-6GHz）和毫米波（mmWave，24-100GHz）频段是所覆盖频谱中的两个新频段。在6G中，考虑的频率范围包括7至20GHz频段、W波段（75-110GHz以上）、D波段（110GHz至175GHz）、275GHz和300GHz之间的频段以及THz范围（0.3-10THz）。考虑7-20GHz之间的频段是因为需要覆盖，以实现众多6G用例的移动和 "在路上 "应用。W和D频段对6G接入和Xhaul（如前传、回传）网络都有意义。要考虑满足两种服务的目标的解决方案。截至2022年9月，全球频谱分配不超过275GHz。然而，275-450 GHz范围内的频段已被确定用于实施陆地移动和固定服务应用，以及275-1000 GHz范围内的无线电天文学和地球探测卫星服务和空间研究服务。

6G频谱部署战略概述。请注意，尽管根据定义，太赫兹频段从300GHz到10THz，但电信专业人士发现将超过100GHz的应用归为太赫兹通信更为简单。

6G的承诺和挑战是什么？

通过利用太赫兹频段的大带宽，6G有望实现1 Tbps的数据速率。然而，要实现这一速率是非常具有挑战性的，因为需要一个大的连续带宽，但在现实中，可用于的带宽是有限的，并被分割在不同的频段上。另一个方面是，频谱效率与检测所需的信噪比（SNR）进行了直接的权衡。要求的信噪比越高，由于高频率下的传输功率限制以及增加的噪声，各自的范围就越短。作为一个例子，三星最先进的D波段相位阵列发射器原型目前展示了120米的最远移动距离，但只达到了2.3Gbps。其他小组展示了更高的数据率，但空中旅行距离只有厘米级。

为了进一步改善链路范围以及提高数据速率，在设计6G无线电时需要考虑几个要求。例如，选择适当的半导体来提高链路范围是至关重要的，挑选具有小介电常数和谭氏损耗的低损耗材料来防止大量的传输损耗。为了进一步降低传输损耗，需要采取新的封装策略，将射频元件与天线紧密结合。然而，人们必须记住，随着设备变得越来越紧凑，电源和热管理变得更加关键。

除了设备设计，网络部署策略也是一个关键的研究领域，以解决NLOS和功率消耗的挑战。例如，正在研究建立一个异构的智能电磁（EM）环境，利用广泛的技术，如可重新配置的智能表面（RIS）或中继器。

6G应用

6G与前几代通信的一个重大变化是，它现在将包括非地面网络，这是6G的一个关键发展项目，使传统的2D网络架构在3D空间发挥作用。低空平台（LAPs）、高空平台（HAPs）、无人驾驶飞行器（UAVs）和卫星是非地面网络（NTNs）的例子。中国在2020年11月发送了世界上第一颗6G卫星。今年，华为利用LEO（低地球轨道）卫星测试了NTN 6G网络。这一领域越来越多的活动表明，NTN网络肯定会成为一个关键的发展趋势。

尽管有通信，6G也有望进入传感、成像、无线认知和精确定位的世界。去年，苹果为其太赫兹传感器技术申请了专利，用于iDevice的气体传感和成像。华为也测试了几个综合传感和通信（ISAC）的原型。还有许多研究和试验正在进行中，以充分利用6G太赫兹频段的潜力。