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6G網絡被定義為在未開發(fā)的無線電頻率下運行的蜂窩網絡，并使用AI等認知技術以比第五代網絡快數倍的速度實現高速、低延遲通信。本文討論了新一代蜂窩數據網絡6G。它還解釋了6G的核心功能及其工作原理。
什么是6G網絡？
6G網絡被定義為在未開發(fā)的無線電頻率下運行的蜂窩網絡，并使用人工智能等認知技術，快數倍的速度實現高速、低延遲通信。6G網絡目前正在研發(fā)中，尚未發(fā)布。
6G是目前正在開發(fā)的第六代移動系統標準，用于電信中蜂窩數據網絡上的無線通信。它是5G之后的繼承者，或者是道路上的下一個轉折點，可能會快得多。
國際電信聯盟每十年對無線代進行標準化。通常，它們由“空中接口”中的間隙表示，這意味著傳輸或編碼的轉變。這是為了使舊設備不能更新到新一代，因為這樣做會產生無限量的“噪音”和“頻譜污染”。
通常，下一代使用過時計算機無法實現的更復雜的數字編碼。它們依賴于政府以前沒有提供的更廣泛的無線波段。此外，它們有非常復雜的天線陣列，以前是不可能建造的。今天，我們已經是第五代了。5G新無線電（NR）的第一個標準于2017年制定，目前正在全球實施。
6G將如何工作？
6G的確切工作方式尚不清楚，因為該規(guī)范尚未完全制定、最終確定并由國際電聯發(fā)布。然而，依賴于前幾代的蜂窩網絡，人們可以期望幾個核心功能。6G將主要通過以下方式運行：
利用自由頻譜：6G研究的很大一部分集中在超高頻傳輸數據上。從理論上講，5G可以支持高達100GHz的頻率，盡管目前還沒有使用超過39GHz的頻率。對于6G，工程師們正試圖通過數百千兆赫茲或太赫茲范圍內的波上傳輸數據。這些波是微小和脆弱的，但仍有大量未使用的頻譜，可以實現驚人的數據傳輸速度。
提高自由頻譜的效率：目前的無線技術允許在同一時間在特定頻率上傳輸或接收。對于雙向通信，用戶可以根據頻率(頻分雙工或FDD)或通過定義時間段(時分雙工或TDD)來劃分其流。6G可能會提高當前頻譜傳輸的效率，使用復雜的數學方法在同一頻率上同時發(fā)射和接收。
利用網狀網絡：網狀網絡幾十年來一直是一個熱門話題，但5G網絡仍然主要基于輪輻式架構。因此，終端用戶設備連接到錨節(jié)點，錨節(jié)點連接到主干。6G可能會使用機器作為彼此數據的放大器，允許每個設備在使用數據的同時擴大覆蓋范圍。
與“新IP”結合：芬蘭奧盧大學的6G旗艦計劃的一篇研究論文表明，6G可能會使用一種新的互聯網協議(IP)變體。它將IPv4或IPv6的當前IP數據包與普通的蝸牛郵件進行比較，并附上標簽信封和文本頁。“新IP”數據包將與快遞服務傳遞的導航和優(yōu)先級信息的快速跟蹤快遞包相媲美。
6G將依賴于不同頻率的選擇性使用來評估吸收并適當地調整波長。這項技術將利用原子和分子在特定波長產生和吸收電磁輻射的事實，任何特定材料的發(fā)射和吸收頻率都是相同的。
6G什么時候上市？
如前所述，6G互聯網的商業(yè)首秀預計將于2030-2035年左右上線。除國際電聯外，非營利性技術標準化協會電氣與電子工程師協會(IEEE)在其題為“連接世界的6G架構”的同行評審論文中批準了這一日期。
該文件指出，2030年及以后將提供一系列具有全球相關性和規(guī)模的獨特挑戰(zhàn)和機遇，以實現后疫情時代的未來通信架構，同時實現增長、可持續(xù)性和全面的數字包容。
雖然有一些初步的對話來描述這項技術，但6G的研發(fā)工作從2020年開始正式開始。
6G旗艦計劃結合了整個歐洲對6G技術的研究。日本承諾在未來幾年投入4.82億美元用于6G的擴張。該國的首要目標是到2025年展示創(chuàng)新的無線和移動技術。俄羅斯在2021年做出了一項預測，預測到2035年6G網絡的可用性。
美國移動運營商正在推進各自的6G創(chuàng)新路線圖。重要的是，AT&T、Verizon和T-Mobile正在引領行業(yè)首創(chuàng)的NextG聯盟。2021年5月，NextG聯盟啟動了開發(fā)6G技術的技術工作計劃。
為什么需要6G？
考慮到5G部署并沒有完全滲透，甚至4G在偏遠地區(qū)的滲透率也很低，有人可能會問，為什么有必要在6G方面做出努力。其主要重點是通過在人、機器和環(huán)境節(jié)點之間搭建橋梁，支持第四次工業(yè)革命。
除了超越5G之外，6G還將具備利用機器學習(ML)和人工智能(AI)為連接設備建立下一代無線通信網絡的一系列獨特功能。這也將有利于智能城市、無人駕駛汽車、虛擬現實和增強現實等新興技術，以及智能手機和移動網絡用戶。
它將結合并關聯不同的技術，比如深度學習和大數據分析。已經觀察到6G和高性能計算之間的實質性相關性。雖然一些物聯網和移動數據可能由邊緣計算資源處理，但大部分數據將需要更加集中的高性能計算能力，這使得6G成為一個必不可少的組件。
6G的8個獨特功能
6G網絡可能會與5G共存一段時間，并將在幾個方面比前幾代網絡有顯著改善。這是因為6G將提供以下不同的功能：
1.新頻段的使用
頻譜是無線電連接的重要組成部分。每一代新移動設備都需要一個先鋒頻譜，以充分利用任何進一步的技術進步的優(yōu)勢。從傳統技術到下一代技術重新構建當前的數字蜂窩頻譜也將是這一轉變的一部分。
對于城市戶外電池，6G的最新先鋒頻譜板預計將在中頻段7-20GHz。這將通過極端多輸入多輸出提供更大的容量，低頻段460-694MHz用于廣泛覆蓋，亞太赫茲頻譜(90GHz至300GHz之間)用于峰值數據速度超過100Gbps。
5Gadvanced將5G擴展到數據傳輸之外，并將定位精度顯著提高到厘米級精度。6G使用的廣譜，包括高達太赫茲的新頻譜范圍將把定位推向下一個水平。
2.極高的數據傳輸速度
5G計劃提供20Gbps的峰值數據吞吐量和100Mbps的用戶體驗數據速率。但是，6G將提供1Tbps的最大數據速率。同樣，它將用戶體驗到的數據速率提高到1gbps。因此，6G的頻譜效率將是5G的近兩倍以上。
更高的頻譜效率將為許多用戶提供即時的現代多媒體服務。網絡運營商必須重新設計現有的基礎設施框架，以實現更高的頻譜效率。
3.超低延遲網絡功能
5G的延遲將降低到1毫秒。許多實時應用的性能將通過這種超低延遲得到增強。但是，第六代無線通信技術將把用戶體驗的延遲降低到0.1毫秒以內。由于延遲的大幅減少，許多對延遲敏感的實時應用將具有更好的性能和功能。
此外，減少延遲將允許緊急響應、遠程手術程序和工業(yè)自動化。此外，6G將使網絡的可靠性比5G網絡高100倍，從而促進對延遲敏感的實時應用的無縫執(zhí)行。
4.更好地支持機器對機器(M2M)連接
雖然5G解決了人類用戶和物聯網(IoT)用例，但6G將更多地關注M2M連接。如今，4G網絡每平方公里支持大約10萬個設備。5G技術要先進得多，每平方公里可以連接100萬臺設備。隨著6G網絡的出現，每平方公里1000萬個連接設備的目標已經觸手可及。
所有6G網絡都將包括移動邊緣計算，盡管它必須添加到當前的5G網絡中。到6G網絡實現時，邊緣和核心計算將越來越多地被同化為統一通信和計算基礎設施框架的元素。
5.注重能源效率
如前所述，6G網絡將需要更強的無線電頻率來滿足更大帶寬的要求。然而，其中一個挑戰(zhàn)是，基礎芯片技術目前還不能在這些頻率范圍內高效地工作。因此，優(yōu)化功耗將是6G開發(fā)人員關注的重點領域。目前，研究人員打算將每比特的能耗降低到低于1納米焦耳（10-9焦耳）。
6.更高的網絡可靠性
5G主導的超可靠低延遲通信（URLLC）服務將在6G中得到進一步發(fā)展和增強。通過同時傳輸、大量無線跳變、設備間連接和AI/ML，可靠性可能會得到增強。因此，6G在網絡滲透率和穩(wěn)定性方面將優(yōu)于5G。此外，與前幾代相比，6G將通過將網絡可靠性提高100倍以上，并將錯誤率降低10倍來優(yōu)化M2M交互。
7.新建筑的興起
5G是第一個在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中取代有線連接的解決方案。它正在核心基礎和云原生部署中部署服務導向架構，并將擴展到無線接入網絡（RAN）的部分。此外，預計6G網絡將在異構云設置中實現，包括私有、公共和混合云的組合，并使用合適的架構來支持這一點。
8.使用AI和ML實現最佳連接
5G將使人工智能(AI)和機器學習(ML)技術充分發(fā)揮其潛力。最終，AI/ML將在各種網絡組件、網絡級別和網絡服務中實現。從無線電層的波束形成細化到使用自優(yōu)化網絡在小區(qū)站點進行規(guī)劃，AI/ML將有助于在降低計算復雜性的情況下實現卓越的效率。
6G開發(fā)人員，如諾基亞貝爾實驗室，希望對AI/ML采用空白的方法，允許AI/ML確定兩個端點之間的最佳通信方法。
6G網絡的優(yōu)勢
預計6G網絡將提供以下好處：
1.加強安全
網絡攻擊越來越集中于各種類型的網絡。這些攻擊的完全不可預測性需要實施強大的安全解決方案。6G網絡將具備抵御干擾等威脅的保障措施。在創(chuàng)建新的混合現實環(huán)境時，必須解決隱私問題。
2.支持個性化
OpenRAN是5G使用的一種全新的、不斷發(fā)展的技術。然而，OpenRAN將是6G的成熟技術。基于人工智能的RAN將允許移動網絡運營商根據從多個來源收集的實時用戶數據為用戶提供定制的網絡體驗。運營商可以進一步利用實時用戶數據，通過個性化體驗質量(QoE)和服務質量(QoS)提供更好的服務。運營商可以使用人工智能定制多種服務。
3.擴展5G應用的功能
這種程度的帶寬和響應能力將增強5G應用程序的性能。它還將擴大功能范圍，以實現新的和創(chuàng)新的無線網絡、認知、監(jiān)測和成像應用。使用正交頻分多址(OFDMA)，6G接入點將能夠同時為多個客戶服務。
4.推動無線傳感技術的發(fā)展
采樣率是指每秒（或按照等效時間單位）從連續(xù)信號中獲得的樣本數，以形成數字信號。6G的頻率將允許比5G更快的采樣速率。此外，它們將提供顯著提高的吞吐量和數據速率。此外，亞毫米波(波長低于1毫米)的利用和頻率選擇性預計將加速無線傳感技術的發(fā)展。
該網絡將通過收集物體反射的信號并檢測其類型、形狀、相對位置、速度以及可能的材料質量，成為情境數據的存儲庫。這種傳感方法可以促進實際環(huán)境的“鏡像”或數字對應物的創(chuàng)建。當與AI/ML相結合時，這些信息將為物理世界提供新的見解，從而使網絡更加智能。
5.激發(fā)新技術創(chuàng)新
6G將使整個社會受益，因為新的技術創(chuàng)新將為其提供支持。這包括：
更先進的數據中心：與5G網絡相比，6G網絡將產生更多的數據，計算將演變?yōu)樽罱K包括邊緣和核心平臺協調。由于這些變化，數據中心將需要發(fā)展。
取代傳統處理器核心的納米核心：納米核心有望發(fā)展成為結合HPC和AI的單一計算核心。納米核不一定是一個有形的網絡節(jié)點。相反，它可能由幾個網絡和系統共享的計算資源的概念聚合組成。
6.通過減少軟件依賴性節(jié)約成本
現代網絡已經在使用軟件定義的操作。其他6G組件，如媒體訪問控制（MAC）和物理（PHY）層，將被虛擬化。目前，PHY和MAC解決方案需要部署專門的網絡硬件。6G提供的虛擬化將降低網絡設備的成本。因此，非常密集的6G部署在經濟上是可行的。
7.提高蜂窩網絡的滲透率
6G網絡的眾多優(yōu)勢之一是其廣闊的覆蓋范圍。這意味著需要較小的塔來覆蓋給定的空間。如果想在經常下雨或樹木和植被叢生的地方建造塔樓，這是很有用的。此外，6G旨在支持5G以外的其他移動連接。這意味著設備之間的干擾將減少，從而改善服務。
8.優(yōu)化室內網絡使用
如今，大多數蜂窩通信量都是在室內產生的，然而蜂窩網絡從未被構建為適當地針對室內覆蓋。6G使用毫微微小區(qū)（小小區(qū)站點）和分布式天線系統（DAS）克服了這些障礙。
總結
即使5G在全球范圍內繼續(xù)推廣，但領先的研究聯盟和移動企業(yè)也在忙著研究第六代移動連接。6G網絡旨在通過更快的M2M通信連接物理世界和虛擬世界，并更好地支持沉浸式技術。企業(yè)機構應該了解6G網絡的工作和重要性，為未來做好準備，充分利用可用的無線基礎設施。
