5G技术会让网络进一步融合

目前,移动通信网络和卫星网络是两个独立的网络,各自运营,不能起到相互融合补充的作用。6G有可能出现天地一体化的趋势,一个网络不仅可以通过地面基站进行陆地覆盖,还能通过低轨道卫星和高轨道卫星进行共同组网,在地面上通过众多的直放站、小基站进行深度覆盖。而网络的融合,可以兼顾面与点,通过高轨道卫星和低轨道卫星,保证了面,在地球的任意一个角落,都可能有网络存在;同时,在人口密集地区或当前网络不够密集的地区进行深度覆盖,并且可以深入到地下,比如地铁、隧道、停车场、矿山等信号较差的特殊场所。

除了地表之下一定的深度能够被覆盖之外,水下通信在6G时代也应该能实现,并成为整个网络覆盖体系的一部分。比如,在近海、江河、湖泊中,水体品质、水下植物、水下生物、水下养殖产品、水体温度变化、水中营养物含量、污染物含量、水下堤坝位移度等诸多领域,都需要监测,而水下监测如果有网络覆盖,将在很大程度上提升监控和管理能力。6G还可以在采集海洋相关数据,监测环境污染、气候变化、海底异常、地震火山活动,探查海底目标,以及水下远距离图像传输,甚至军事领域发挥重要的作用。很显然,在4G和5G时代,水下网络覆盖根本没有被考虑,6G时代应进行规划并取得突破。

具体来说,水下无线通信可以采用水下电磁波通信、水声通信和水下量子通信等多种技术。频率高于100KHz,能够辐射到空间的高频电磁波射频(Radiofrequency,RF),在水下无线通信中会有较大机会。通过技术能力的提升,达到100Kbps以上的数据的高速传输成为可能,还可以抵抗噪声的影响,实现相对较低的时延和低功耗,并且有较高的安全性。射频通信有可能成为水下无线通信的重要选择。此外,水下激光通信和水下中微子通信也将成为广受关注的技术,但这些技术还需要不断完善。

6G要迈出的重要一步,是通过卫星、地面站、小基站、水下基站等技术和方式,把天空、地面、地下、水中都联成一个整体,让网络真正的泛在。对通信业来说,实现这些能力目前还有不小的挑战,这些网络要想联成一个整体,形成新的商业模式,还有许多必须改进和完善的地方。

6G采用更多的频谱提升效率与能力,为了实现更大的带宽,必须把更多的频谱用于移动通信。在5G时代,800/900MHz被用于物联网IoT频段,3.4GHz~3.6GHz、20GHz~60GHz的频谱都被考虑用作5G,从而大大增加了可使用的频谱,提升了网络容量和带宽。

6G网络需要更大的带宽,6G的峰值速度会达到100Gbps,而5G的峰值速度只有20Gbps,单信道带宽也会达到1GHz,而5G的单信道带宽只有100MHz,通过多个1GHz的带宽进行组合,最后可以实现100Gbps的速度。要实现单信道1GHz的带宽,较低频段的频谱显然不足以支撑,这就必须要把更多的频谱拿出来用作移动通信,毫米波已经在5G时代开始采用,可以预计,在6G时代太赫兹波将进入人们的视野。

太赫兹波的波长在3μm~1000μm,频率为0.1THz~10THz,是介于微波与光波之间的电磁波,兼具微波通信和光波通信的优点,这在一定程度上赋予了它和其余电磁波不同的特性,即传输速度高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性强等。

频率越高通信容量就越大,这是通信领域的基本原理。太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1~4个数量级,它能提供10Gbps以上的无线传输速度——这是微波无法达到的高度——对解决信息传输受制于带宽的问题有较大的好处。

太赫兹波用于远距离传输,显然很难有好的效果,但今天的通信网络基本上是由光网络构建而成的骨干传输网络,用基站来延伸光网络形成移动网络,用户可以在不同的基站进行随意切换,做到随时随地不掉线,又可以支撑高速度。未来的移动通信网络,是大范围的蜂窝网络,需要进行远距离大范围覆盖,蜂窝会越来越小。未来的网络会是在一个庞大的光网络下,通过以家庭为主要单位的众多小基站,形成一个超高密度、超高速度、密集部署的网络体系。在这个体系中,人口密集地区要实现高速度传输,太赫兹技术能利用高速度、大容量和高穿透性,实现办公和家庭环境的部署。

电磁波频段越高,绕射、穿透的能力就越差,毫米波很难有穿透能力,因此在城市里,无论是办公还是家庭环境部署都存在较大问题,而太赫兹技术因为接近光波,具有较好的穿透性,同时它不需要和其他行业争抢频谱,故而可以实现大带宽。正是因为这些特性,太赫兹技术特别适合在城市人口密集地区的办公和家庭环境进行部署,这些地方距离不是问题,但带宽和穿透性却是大问题。

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2020-09-01
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