秒級下完一部高清電影，加載中的小圈圈要消失了，再也不用擔心視頻通話時畫面卡在奇怪的地方然后被對方截圖了，據說冰箱、空調、水表、甚至穿衣鏡都能聯網……
正當吃瓜群眾們（普通用戶）對5G的美好生活翹首以盼時，已經有人在談論6G的關鍵技術了！簡直讓人猝不及防！
在9月的“2018年世界移動通信大會·北美”上，美國聯邦通信協會（FCC）專員Jessica Rosenworcel女士代表FCC稱，6G將邁向太赫茲頻率時代，隨著網絡越加致密化，基于區塊鏈的動態頻譜共享技術正在變成新的技術趨勢。
現在連5G手機的影子都沒見到，你怎么就開始跟我談6G的技術問題了……
5G已經這么快了，6G的速度難道要上天？
我們知道，5G的理論下載速率為每秒10GB，是當前4G上網速率的10倍。那么6G呢？ 6G的理論下載速度是每秒1TB（也就是5G的100倍）！這是什么概念？就拿下載影片來說，用5G網絡下一部高清大片只需要1－2秒，而在 6G 網絡下僅10毫秒（0．01 秒）就可以下載完畢！幾乎等同于在線觀看，人們不會有任何延遲的感覺。
不過，談論6G只關注網速就顯得太“膚淺”了。因為在6G時代，網速已經不再重要。
現如今，移動通信技術更迭的意義，已經不止于解決人和人之間的無線通訊、無線上網的問題了，而是要更好地解決物和物之間、物和人之間的聯系，也就是我們通常所說的物聯網。
所謂的萬物互聯是將人、流程、數據和事物結合在一起使得網絡連接變得更加相關，更有價值。它將信息轉化為行動，能給企業、個人和國家創造新的功能，并帶來更加豐富的體驗和前所未有的經濟發展機遇。
萬物互聯是什么樣的呢？舉個簡單的例子，就是你可以用一部手機控制很多東西，比如直接向自己家里的智能家居下達指令，讓智能家居機器人做家務，智能監控家庭一舉一動、直接呼叫無人車等等。
這樣的高科技生活5G能不能實現呢？
雖然我們對于5G的憧憬和期待是萬物智聯，但它做到的更多是信息極速傳輸，離真正的萬物互聯還存在一定距離。
以網絡覆蓋為例，像車聯網、遠程醫療這類的應用需要的是一個幾乎無盲點的全覆蓋網絡。在這一點上，5G還無法做到一蹴而就，需要在6G時代得到補充和完善。已有專家提出，6G網絡將是一個地面無線與衛星通信集成的全連接世界。通過將衛星通信整合到6G移動通信，實現全球無縫覆蓋，網絡信號能夠抵達任何一個偏遠的鄉村，讓深處山區的病人能接受遠程醫療，讓孩子們能接受遠程教育。此外，在全球衛星定位系統、電信衛星系統、地球圖像衛星系統和6G地面網絡的聯動支持下，地空全覆蓋網絡還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。這就是6G未來。
6G通信技術不再是簡單的網絡容量和傳輸速率的突破，它更是為了縮小數字鴻溝，實現萬物互聯這個“終極目標”，這便是6G的意義。
6G是什么樣的？
關于6G的研究已經開始。我國工業和信息化部部長苗圩表示：“去年年底還是今年年初，我們已經開始著手在研究6G的發展，也就是第六代移動通信。”目前，歐洲、美國、日本、韓國等也已有機構陸續啟動了B5G或者6G的技術研究。
不過，現在6G定義還未出現。各方都有自己的愿景，并未得到統一的、大家都認可的6G定義。目前一個較為官方的回答是，6G將探索并匯集5G所遺漏的相關技術。
在“2018年世界移動通信大會·北美”上，Jessica Rosenworcel作為美國聯邦通信協會（FCC）對外公開討論6G無線服務的第一位專員，提出了6G的3大類關鍵技術，分別涉及到6G頻譜、6G無線“超大容量”如何實現、6G頻譜使用如何創新這3大方面。讓我們在技術層面上對6G有了一個較為具體的展望。
1． 6G進入太赫茲頻段，網絡“致密化”
Rosenworcel表示，6G將使用太赫茲（THz）頻段，且6G網絡的“致密化”程度也將達到前所未有的水平，屆時，我們的周圍將充滿小基站。
太赫茲頻段是指100GHz－10THz，是一個頻率比5G高出許多的頻段。從通信1G（0．9GHz）到現在的4G（1．8GHZ以上），我們使用的無線電磁波的頻率在不斷升高。因為頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內所能傳遞的數據量就越大，也就是我們通常說的“網速變快了”。
不過，頻段向高處發展的另一個主要原因在于，低頻段的資源有限。就像一條公路，即便再寬闊，所容納車量也是有限的。當路不夠用時，車輛就會阻塞無法暢行，此時就需要考慮開發另一條路。
頻譜資源也是如此，隨著用戶數和智能設備數量的增加，有限的頻譜帶寬就需要服務更多的終端，這會導致每個終端的服務質量嚴重下降。而解決這一問題的可行的方法便是開發新的通信頻段，拓展通信帶寬。
目前，我國三大運營商的4G主力頻段位于1．8GHz－2．7GHz之間的一部分頻段，而國際電信標準組織定義的5G的主流頻段是3GHz－6GHz，屬于毫米波頻段。到了6G，將邁入頻率更高的太赫茲頻段，這個時候也將進入亞毫米波的頻段。中國科學院國家天文臺研究員茍利軍說：“太赫茲在天文中被稱為亞毫米 ，這類天文臺的站點一般很高而且很干燥 ，比如南極，還有智利的acatama沙漠。”
那么，為什么說到了6G時代網絡將“致密化”，我們的周圍會充滿小基站？
這就涉及到了基站的覆蓋范圍問題，也就是基站信號的傳輸距離問題。
一般而言，影響基站覆蓋范圍的因素比較多，比如信號的頻率、基站的發射功率、基站的高度等。就信號的頻率而言，頻率越高則波長越短，所以信號的繞射能力（也稱衍射，在電磁波傳播過程中遇到障礙物，這個障礙物的尺寸與電磁波的波長接近時，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。繞射可以幫助進行陰影區域的覆蓋）就越差，損耗也就越大。并且這種損耗會隨著傳輸距離的增加而增加，基站所能覆蓋到的范圍會隨之降低。6G信號的頻率已經在太赫茲級別，而這個頻率已經進入分子轉動能級的光譜了，很容易被空氣中的被水分子吸收掉，所以在空間中傳播的距離不像5G信號那么遠，6G需要更多的基站“接力”。
5G使用的頻段要高于4G，在不考慮其他因素的情況下，5G基站的覆蓋范圍自然要比4G的小。到了頻段更高的6G，基站的覆蓋范圍會更小。因此，5G的基站密度要比4G高很多，而在6G時代，基站密集度將無以復加。
2． 空間復用技術
Rosenworcel表示6G將使用“空間復用技術”，6G基站將可同時接入數百個甚至數千個無線連接，其容量將可達到5G基站的1000倍。
前面說到6G將要使用的是太赫茲頻段，雖然這種高頻段頻率資源豐富，系統容量大。但是使用高頻率載波的移動通信系統要面臨改善覆蓋和減少干擾的嚴峻挑戰。
當信號的頻率超過10GHz時，其主要的傳播方式就不再是衍射。對于非視距傳播鏈路來說，反射和散射才是主要的信號傳播方式。同時，頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。這些因素都會大大增加信號覆蓋的難度。
不止是6G，處于毫米波段的5G也是如此。而5G則是通過Massive MIMO和波束賦形這兩個關鍵技術來解決此類問題的。
我們的手機信號連接的是運營商基站，更準確一點，是基站上的天線。Massive MIMO技術說起來挺簡單，它其實就是通過增加發射天線和接收天線的數量，即設計一個多天線陣列，來補償高頻路徑上的損耗。
在MIMO多副天線的配置下可以提高傳輸數據數量，而這用到的便是空間復用技術。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不同的子數據流在不同的發射天線上在相同頻段上發射出去。由于發射端與接收端的天線陣列之間的空域子信道足夠不同，接收機能夠區分出這些并行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源。
這種技術的好處就是，它能夠在不占用額外帶寬、消耗額外發射功率的情況下增加信道容量，提高頻譜利用率。
不過，MIMO的多天線陣列會使大部分發射能量聚集在一個非常窄的區域。也就是說，天線數量越多，波束寬度越窄。這一點的有利之處在于，不同的波束之間、不同的用戶之間的干擾會比較少，因為不同的波束都有各自的聚焦區域，這些區域都非常小，彼此之間不怎么有交集。
但是它也帶來了另外一個問題：基站發出的窄波束不是360度全方向的，該如何保證波束能覆蓋到基站周圍任意一個方向上的用戶？這時候，便是波束賦形技術大顯神通的時候了。
簡單來說，波束賦形技術就是通過復雜的算法對波束進行管理和控制，使之變得像“聚光燈”一樣。這些“聚光燈”可以找到手機都聚集在哪里，然后更為聚焦地對其進行信號覆蓋。
5G采用的是MIMO技術提高頻譜利用率。而6G所處的頻段更高，MIMO未來的進一步發展很有可能成為6G提供關鍵的技術支持。
3． 動態頻譜共享＋區塊鏈
Rosenworcel提到，美國現有的頻譜分配（拍賣）方式將難以勝任6G時代“對于頻譜資源的高效利用”這一訴求，6G要采用“頻譜共享”的方式。她還指出還可采用更智能、分布更強的動態頻譜共享接入技術，那就是“基于區塊鏈的動態頻譜共享”。
所謂的頻譜拍賣是指授權用戶規劃某一頻段，對外進行公開拍賣，以公開競價的方式，將該頻段的使用權轉讓給最高應價者使用。目前頻譜拍賣廣泛采用的地區和國家主要集中在歐洲和美國。我國不同于絕大多數國家，采取的是分配而非拍賣的方式來進行頻譜管理工作。也因此，我國的政府監管部門在移動通信產業發展中處于非常核心的位置。
頻譜拍賣的分配方式之所以難以勝任6G時代“對于頻譜資源的高效利用”這一訴求，是因為它存在授權用戶獨占頻段而造成頻譜閑置、利用不充分等問題。對于無線電頻譜這種稀缺性的戰略資源，此方式顯然不適合迎接萬物智聯時代的到來，甚至極有可能阻礙整個社會推動創新。
為了合理配置頻譜資源，使其得到高效充分的利用，美國FCC于2015年開展推動了動態頻譜共享，在3．5GHz上推出CBRS（公眾無線寬帶服務），通過集中的頻譜訪問數據庫系統來動態管理不同類型的無線流量，以提高頻譜使用效率。簡單來講，就是某一使用者不用的話，其他使用者可以接入使用，這樣不僅能有效減少資源浪費，也可減少擁塞的問題（這有點像共享單車一樣）。
CBRS引進了三層式頻譜接取架構（SAS）。SAS分為三層：第一層用戶是該頻段的執照持有者，如軍用雷達等。這層用戶擁有最高優先級，它們將受到最高級別的保護，免受其它層級接入用戶的干擾；第二層是已支付授權費的用戶，享有免受第三層接入用戶干擾的保護；第三層是任何人都可以使用，優先級最低，不受任何干擾保護。
SAS負責協調現有用戶和新用戶間的頻譜接入，保護較高層用戶免受低層用戶的影響，并優化CBRS頻段內所有用戶可用頻譜的有效使用。這就達到了動態共享頻段、按需使用的效果，頻譜的使用率無疑會大大提高。
CBRS極具創造性、高效性和前瞻性，對未來6G的發展具有非同尋常的意義。
不過，面向6G，動態頻譜共享顯然還要在原有基礎上進行發展。CBRS是通過集中式的數據庫來支持頻譜共享接入的，若系統能基于采用分布式數據庫的區塊鏈技術，探索使用區塊鏈作為動態頻譜共享技術的低成本替代方案，則不僅可以降低動態頻譜接入系統的管理費用，提升頻譜效率，還能進一步增加接入等級、接入用戶數量等。
Rosenworcel認為，區塊鏈在6G中的應用，使用“去中心”的分布式賬本來記錄各種無線接入信息，將可進一步激發新技術創新，甚至“改變未來6G使用無線頻譜的方式”。
其實，對于6G的構想目前還沒有一個統一的結論。例如，英國布里斯托爾的研究人員就表示，正在開發基于金剛石的氮化鎵的微波技術，向6G技術發起探索。也有人將6G視為具有不同類型的自我聚合網絡的能力。關于6G的技術趨勢預測還包括了超密蜂窩網絡、可重構硬件、毫米波用戶接入、增強型光無線接口、網絡VLC、人工智能管理和編排蜂窩網絡的融合等等。
不管關于6G的構想有多豐富，就如同5G之于4G，未來的6G也一定是5G的持續演進。5G有的，要靠6G來改進。而5G沒有的，則要靠6G來擴展。
現在研究6G為時過早？
對于6G，不止是部分吃瓜群眾覺得現在研究太早了，一些專業人士也持有此類的看法。
曾經在西班牙電信工作了17年的現任英國政府國際貿易機構首席科學顧問Mike Short就說道：“我認為，在2022年之前，6G都不值得大家對其付出努力。我們現在需要做的是發掘用戶對5G真正的需求，先把5G商用用好了再來說6G。”
現在研究6G真的太早了嗎？
一點也不早，而且要盡快行動了。
為什么？其實，單從5G的發展我們就能明白。5G的毫米波技術并不是在4G顯示出局限性才開始研究的，其理論基礎早在18年前（2000年）就已經完成了，而工業界實現毫米波技術的成熟卻是在10－15年之后。到現在，毫米波5G的大規模商用部署仍然是一個難題。
5G的毫米波尚且如此，更何況是6G使用的太赫茲頻段呢。
此外，提前布局6G網絡也是為了未雨綢繆、占得先機。隨著5G連接規模不斷擴大，網絡壓力隨之增加，6G一定會到來。在5G的研究上，我國已躋身“第一梯隊”。而6G雖未正式開始，現在也已陸續有國家著手研發。未來誰先占領6G網絡的制高點，誰就能率先開啟萬物互聯的新時代，6G的戰略意義不言而喻。
結語
移動通信技術從模擬技術演進到以GSM為標志的第二代移動通信技術（2G）用了30年，從2G到3G時代的演進用了15年，從3G到4G的推出用了5年。技術升級速度越來越快，每一代通信技術成為商用主流的時間越來越短。如今6G已經在路上了，也許它的普及會來得更快！
（作者：七目）
