魏克軍　趙洋　徐曉燕

【摘? 要】隨著全球5G進(jìn)入商用部署的關(guān)鍵時(shí)期，中歐美日韓等國(guó)家相繼啟動(dòng)了面向下一代移動(dòng)通信（6G）的研究。但目前6G研究仍處于早期研究階段，需求尚不明確，關(guān)鍵技術(shù)也未形成業(yè)界共識(shí)。本文在深入分析當(dāng)前全球6G最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，探討了6G愿景需求，給出了6G關(guān)鍵性能指標(biāo)，并對(duì)當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的潛在關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析。

【關(guān)鍵詞】6G;愿景需求;太赫茲;軌道角動(dòng)量

0? ?引言

全球移動(dòng)通信歷經(jīng)1G到4G的發(fā)展，每一次代際躍遷都會(huì)大幅度提升數(shù)據(jù)傳輸速率，并催生無線新應(yīng)用、新業(yè)務(wù)和新模式，從打電話、發(fā)短信到瀏覽網(wǎng)頁、在線視頻、移動(dòng)支付、直播短視頻等，孕育了輝煌的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。當(dāng)前，全球5G商用已全面啟動(dòng)，與之前幾代移動(dòng)通信主要聚焦移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景不同，5G尋求的不僅是數(shù)據(jù)傳輸速率的提升，而是更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，將與眾多垂直行業(yè)深度融合，提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)各領(lǐng)域的數(shù)字化、信息化和智能化水平，構(gòu)建“萬物互聯(lián)”的新時(shí)代。

5G商用將實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)到萬物互聯(lián)的拓展，從個(gè)人、家庭延伸到經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域，種類繁多的泛在設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)將人與人、人與物、物與物緊密連接成一體。但5G僅僅是萬物互聯(lián)的開端，與垂直行業(yè)融合應(yīng)用發(fā)展需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行培育，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步深化和擴(kuò)展，未來社會(huì)將步入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)真實(shí)物理空間與虛擬網(wǎng)絡(luò)空間的深度融合，通過對(duì)物理空間的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，在網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行即時(shí)分析，決策信息再實(shí)時(shí)反饋給物理空間，為實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)高速、無延遲、安全可靠的分發(fā)，需要比5G更加先進(jìn)的6G通信基礎(chǔ)設(shè)施。

1? ?全球6G最新進(jìn)展

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)初步明確了6G時(shí)間計(jì)劃。2020年2月，ITU-R WP5D工作組第34次會(huì)議在瑞士日內(nèi)瓦召開，會(huì)議決定啟動(dòng)面向2030年及未來新一代移動(dòng)通信（6G）的研究工作。會(huì)議初步明確了《未來技術(shù)趨勢(shì)研究報(bào)告》、《未來技術(shù)愿景建議書》等報(bào)告文件的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，其中，《未來技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告》主要描述5G之后IMT系統(tǒng)的技術(shù)演進(jìn)方向，該報(bào)告起草工作業(yè)已啟動(dòng)，并計(jì)劃于2022年6月完成?！段磥砑夹g(shù)愿景建議書》將包含面向2030年及未來的IMT系統(tǒng)整體目標(biāo)，如應(yīng)用場(chǎng)景、關(guān)鍵性能指標(biāo)等，計(jì)劃2021年上半年啟動(dòng)，2023年6月完成。本次會(huì)議雖然明確了開展6G技術(shù)趨勢(shì)及需求愿景研究的時(shí)間，但尚未確定6G標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)劃，尤其是對(duì)于6G標(biāo)準(zhǔn)的完成時(shí)間，業(yè)界還存在一定分歧。

第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）預(yù)計(jì)2025年左右啟動(dòng)6G標(biāo)準(zhǔn)研制。2018年6月，3GPP完成了5G第一版本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（R15）的研制，重點(diǎn)支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶和基礎(chǔ)的超高可靠低時(shí)延場(chǎng)景，目前，完整5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（R16）版本已經(jīng)基本制定完成，計(jì)劃2020年6月凍結(jié)，該版本重點(diǎn)面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了增強(qiáng)，可以更好地滿足低時(shí)延高可靠類業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。5G后續(xù)將在持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)承載能力的基礎(chǔ)上拓展垂直行業(yè)應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)定位、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及切片能力等。預(yù)計(jì)3GPP將于2023年啟動(dòng)對(duì)6G的研究，而實(shí)質(zhì)性的6G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計(jì)將于2025年左右啟動(dòng)。

全球主要國(guó)家相繼啟動(dòng)6G技術(shù)的前期研究。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）2019年3月宣布開放面向未來6G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的太赫茲頻段（95 GHz-3 THz），用于6G技術(shù)試驗(yàn)使用，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）與高校合作開展太赫茲、存儲(chǔ)、計(jì)算等基礎(chǔ)技術(shù)研究。歐盟啟動(dòng)了面向2020年以后的歐洲地平線（Horizon Europe）2021-2027項(xiàng)目規(guī)劃，計(jì)劃投資1000億歐元，研究?jī)?nèi)容包含下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究;芬蘭奧盧大學(xué)成立6G Flagship組，研究面向2030年的6G愿景、挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)，并與IEEE合作，于2019和2020年連續(xù)舉辦兩屆全球6G峰會(huì)，與全球?qū)W術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界共同探討未來6G發(fā)展。日本于2019年設(shè)立“后5G信息通信系統(tǒng)和半導(dǎo)體開發(fā)項(xiàng)目”，用于研發(fā)后5G通信系統(tǒng)及先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)。2018年，日本NTT集團(tuán)宣布開發(fā)出了面向B5G和6G的兩項(xiàng)新技術(shù)，軌道角動(dòng)量和太赫茲通信。2019年12月，NTT集團(tuán)旗下設(shè)備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室基于磷化銦（InP）化合物半導(dǎo)體材料研發(fā)了太赫茲射頻芯片，傳輸速率達(dá)到了100 Gb/s。韓國(guó)2020年1月宣布，將于2028年在全球率先實(shí)現(xiàn)6G商用，為此政府和企業(yè)將共同投資9 760億韓元。此外，韓國(guó)還成立了多個(gè)6G研究中心，其中，三星電子設(shè)立了“三星網(wǎng)絡(luò)革新中心（SNIC）”，負(fù)責(zé)5G和6G等新一代移動(dòng)通信基礎(chǔ)技術(shù)研究;LG電子和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）共同設(shè)立了6G研究中心;韓國(guó)電子通信研究院（ETRI）與芬蘭奧盧大學(xué)簽署了諒解備忘錄，計(jì)劃共同開發(fā)6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。中國(guó)與全球同步啟動(dòng)6G研究，2019年6月工信部成立IMT-2030推進(jìn)組，全面布局6G需求、技術(shù)、頻譜研究，推動(dòng)國(guó)際合作發(fā)展。2019年11月，科技部成立國(guó)家6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組和總體專家組。2019年，中國(guó)科技大學(xué)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、中國(guó)通信學(xué)會(huì)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)等國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界組織召開多場(chǎng)6G研討會(huì)，對(duì)6G愿景需求和潛在關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研討。

2? ?6G愿景展望

5G將開啟一個(gè)萬物互聯(lián)的全新世界，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的全面互聯(lián)，并逐漸滲透到經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)各領(lǐng)域，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。5G在社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，與ICT創(chuàng)新技術(shù)的深度融合，將驅(qū)動(dòng)整個(gè)社會(huì)逐步進(jìn)入數(shù)字化、信息化和智能化時(shí)代，6G將在5G基礎(chǔ)上全面支撐全社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)向萬物智聯(lián)的飛躍。

6G將實(shí)現(xiàn)比5G更強(qiáng)的性能，重點(diǎn)滿足5G網(wǎng)絡(luò)難以滿足的應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求。隨著5G的規(guī)模商用，與行業(yè)應(yīng)用廣度和深度的拓展，5G所定義的一些關(guān)鍵性能指標(biāo)難以滿足某些特定應(yīng)用的性能需求，比如：全息通信中，一張全息照片大小為7～8 GByte，折合56～64 Gbit，如果視頻也是同樣清晰度，考慮30幀/秒，折算速率需求為1.68～1.92 Tbps，達(dá)到Tbps量級(jí)[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，新場(chǎng)景、新應(yīng)用將不斷涌現(xiàn)，可能需要為6G增加新的性能指標(biāo)。比如：當(dāng)前的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)僅僅覆蓋了全球20%的區(qū)域，仍然有超過20億用戶無法接入網(wǎng)絡(luò)，未來6G將考慮更多社會(huì)因素，進(jìn)一步釋放弱勢(shì)群體的價(jià)值和機(jī)會(huì)，因此，6G將打造覆蓋全球的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率將成為6G的關(guān)鍵性能指標(biāo)。此外，高精度工業(yè)控制，納米醫(yī)療機(jī)器人等應(yīng)用對(duì)定位精度也提出了很高的要求，而5G性能指標(biāo)中沒有給出定位精度要求，定位精度也將是6G的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

因此，與5G相比，6G將進(jìn)一步提升現(xiàn)有關(guān)鍵性能指標(biāo)，根據(jù)當(dāng)前業(yè)界專家觀點(diǎn)，6G峰值速率將達(dá)到100 Gb/s～

1 Tb/s;用戶體驗(yàn)速率將超過10 Gb/s，空口時(shí)延低至0.1 ms;連接數(shù)密度支持1000萬連接/平方公里。在現(xiàn)有5G指標(biāo)基礎(chǔ)上，6G還將引入一些新增性能指標(biāo)，如定位精度（室內(nèi)1 cm，室外50 cm）、時(shí)延抖動(dòng)+/-0.1 ns、網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能等。此外，6G網(wǎng)絡(luò)還將具備高度智能化特點(diǎn)，通過與人工智能、大數(shù)據(jù)的結(jié)合，可滿足個(gè)人和行業(yè)用戶精細(xì)化、個(gè)性化的服務(wù)需求;6G網(wǎng)絡(luò)將有效降低成本和能耗，大幅提升網(wǎng)絡(luò)能效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[2]。

3? ? 6G潛在使能技術(shù)分析

為滿足未來6G網(wǎng)絡(luò)的性能需求，需要引入新的關(guān)鍵技術(shù)，目前業(yè)界討論較多的技術(shù)方向主要包括超大規(guī)模天線、軌道角動(dòng)量等高效無線接入技術(shù)，太赫茲、可見光、高效頻譜使用等新型頻譜使用技術(shù)，以及空天地一體化技術(shù)等，上述及其他潛在使能技術(shù)將極大提升網(wǎng)絡(luò)性能，為用戶提供更加豐富的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。

3.1? 新型頻譜使用技術(shù)

與5G相比，6G將實(shí)現(xiàn)10倍于5G的傳輸速率，需要更多的頻譜資源，獲得頻譜的方式主要有兩種。一是向更高頻段擴(kuò)展。當(dāng)前5G已經(jīng)可以支持高達(dá)52.6 GHz的毫米波頻段，未來6G可能會(huì)拓展到太赫茲甚至可見光頻段，通過頻譜擴(kuò)展，6G可以獲得10 GHz以上的連續(xù)頻譜資源，可有效緩解頻譜資源緊張的狀況。二是提高現(xiàn)有頻譜的使用效率。6G不僅需要頻譜資源更加豐富的高頻頻段，也需要覆蓋性能更好的低頻頻譜資源，目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的都是“專用”頻譜分配模式，頻譜利用率低，可以通過動(dòng)態(tài)、高效的頻譜資源管理來有效提升現(xiàn)有頻譜的使用效率。

（1）太赫茲通信技術(shù)。太赫茲指頻率在0.1～10 THz的電磁波，具有極為豐富的頻譜資源，目前主要應(yīng)用于衛(wèi)星間通信（太空中為真空狀態(tài)，不受水份吸收影響，傳輸距離較遠(yuǎn)）。太赫茲通信不僅可以滿足6G極高數(shù)據(jù)傳輸速率頻譜需求，也可以利用太赫茲頻段波長(zhǎng)極短的特點(diǎn)，在環(huán)境偵測(cè)和高精度定位方面發(fā)揮重要作用。太赫茲頻段面臨的挑戰(zhàn)主要來自于其頻譜傳播特性和射頻器件成熟度限制，太赫茲頻段存在嚴(yán)重的路徑損耗，300 GHz頻段在距離10 m處的路徑損耗可達(dá)100 dB，而且在大氣中傳播也會(huì)受到水蒸氣和氧氣分子吸收的影響，同時(shí)由于頻段高，繞射和衍射能力差，受周圍障礙物遮擋影響也很大。除太赫茲頻段本身傳播特性影響外，太赫茲頻段也對(duì)芯片和器件性能提出更高要求，其中功率放大器（PA）是一個(gè)重大障礙，隨著頻段的升高，PA的輸出功率和功率效率都將大幅降低，難以滿足基站和終端的實(shí)際應(yīng)用需求。太赫茲頻段在未來6G中應(yīng)用，需要在關(guān)鍵技術(shù)及核心器件等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，包括面向太赫茲頻段進(jìn)行信道傳播特性測(cè)量與建模，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景分析大氣衰減、分子吸收、氣候等對(duì)太赫茲傳播的影響，建立太赫茲通信信道模型;研發(fā)太赫茲關(guān)鍵元器件以及基于新型半導(dǎo)體材料的太赫茲射頻芯片，滿足高效率、低能耗和低成本需求;研究適應(yīng)太赫茲通信傳輸特性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括寬帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高速信道譯碼技術(shù)、超窄波束的精確對(duì)準(zhǔn)及快速跟蹤技術(shù)等。

（2）可見光通信技術(shù)。這是指利用可見光波段的光作為信息載體進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的技術(shù)，與傳統(tǒng)無線通信相比，可見光通信具有超寬頻帶，并可兼具通信、照明、定位等功能，而且無電磁污染，可應(yīng)用于飛機(jī)、醫(yī)院、工業(yè)控制等對(duì)電磁敏感的環(huán)境。但可見光通信目前還面臨著一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)。一是有效帶寬較低，雖然可見光頻段有高達(dá)400 THz的光譜資源，但商用的LED（發(fā)光二極管）的調(diào)制帶寬僅有數(shù)十兆赫茲，直接限制了可見光通信的傳輸速率，通過采用新材料，引入藍(lán)色濾波、脈沖整形等技術(shù)可以有效提升LED帶寬，如基于InGaN的高功率藍(lán)光超發(fā)射二極管（SLD）調(diào)制帶寬可達(dá)800 MHz以上。除有效提升LED有效帶寬外，可見光關(guān)鍵技術(shù)還包括超高速率可見光通信調(diào)制編碼技術(shù)、陣列復(fù)用等高效傳輸技術(shù)、可見光通信多址接入及組網(wǎng)技術(shù)，此外，還需要在超高速率可見光傳輸收發(fā)芯片、器件與模塊等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

（3）高效頻譜使用技術(shù)。動(dòng)態(tài)頻譜使用是有效提升現(xiàn)有頻譜利用效率的重要手段，通常包括動(dòng)態(tài)頻譜接入和智能頻譜共享等方式。對(duì)于動(dòng)態(tài)頻譜接入，由于大量的授權(quán)頻譜在時(shí)間和空間上均未得到充分利用，利用動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)，二級(jí)用戶可以動(dòng)態(tài)搜索空閑頻譜波段，暫時(shí)利用他們來進(jìn)行信息傳輸。但為了獲得最佳的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略，通常需要有關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的完整信息，但現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)頻譜接入?yún)f(xié)議尚無法適應(yīng)更加復(fù)雜的實(shí)際模型，迫切需要具有較低運(yùn)算復(fù)雜度的分布式學(xué)習(xí)算法。而動(dòng)態(tài)頻譜共享可以實(shí)現(xiàn)不同制式網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自身業(yè)務(wù)狀況，動(dòng)態(tài)申請(qǐng)和釋放頻譜資源，從而大幅度提升整體頻譜的利用率。對(duì)于動(dòng)態(tài)頻譜共享，如何完美解決不同制式間各類物理信道干擾又能提升業(yè)務(wù)信道在共享頻譜上整體頻譜利用率，需要有統(tǒng)籌合理的算法支撐，區(qū)塊鏈和深度學(xué)習(xí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)靈活頻譜共享的有效方法。

3.2? 高效無線接入技術(shù)

在給定的頻譜資源下實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率一直是每一代移動(dòng)通信追求的目標(biāo)，為獲得更高的頻譜效率，一方面可以通過多天線、調(diào)制編碼、雙工等傳統(tǒng)技術(shù)持續(xù)增強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)，另一方面要持續(xù)探索新的物理維度和傳輸載體，以實(shí)現(xiàn)信息傳輸方式的革命性突破，如軌道角動(dòng)量。

（1）傳統(tǒng)物理層技術(shù)增強(qiáng)。編碼調(diào)制是最基本的物理層技術(shù)，在未來6G無線通信系統(tǒng)中將發(fā)揮基礎(chǔ)作用，相比于5G，6G信道編碼需要針對(duì)更加復(fù)雜的無線通信場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，如超高吞吐量、超高移動(dòng)速度、超高頻段、超高可靠性以及面向物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的極簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等。此外，人工智能技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用也給信道編碼研究提供了一種全新的解決方案，使其不再依賴傳統(tǒng)的編碼理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、搜索就可以找到適合當(dāng)前傳輸環(huán)境的最佳的調(diào)制編碼方式。多天線技術(shù)是提升頻譜效率最有效的技術(shù)手段，當(dāng)前的商用大規(guī)模天線產(chǎn)品已經(jīng)可以做到256天線單元，隨著頻段的提升，單位面積上可以集成更多天線單元，借助大規(guī)模天線，一方面可以有效提升系統(tǒng)頻譜效率，另一方面，分布式超大規(guī)模天線有助于打破小區(qū)的界限，真正實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)部署，而且利用其超高的空間分辨率還可以實(shí)現(xiàn)高精度定位和環(huán)境感知。超大規(guī)模天線的應(yīng)用需要天線技術(shù)本身的突破，目前大型智能表面技術(shù)在大規(guī)模天線中的應(yīng)用受到業(yè)界的關(guān)注，此外，新型大規(guī)模陣列天線設(shè)計(jì)理論與技術(shù)、高集成度射頻電路優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與實(shí)現(xiàn)方法以及高性能大規(guī)模模擬波束成形設(shè)計(jì)等技術(shù)也需要進(jìn)行重點(diǎn)研究。新型雙工技術(shù)在6G系統(tǒng)中可能會(huì)得到應(yīng)用，從而解除傳統(tǒng)FDD/TDD雙工機(jī)制對(duì)收發(fā)信機(jī)鏈路之間頻譜資源利用的限制。全雙工技術(shù)通過在收發(fā)信機(jī)之間共享頻譜資源可有效提升頻譜資源利用率，在提高吞吐量的同時(shí)有效降低傳輸時(shí)延。當(dāng)前，全雙工技術(shù)需要重點(diǎn)解決的問題包括大功率自干擾抑制技術(shù)、多天線自干擾抑制技術(shù)、全雙工組網(wǎng)技術(shù)以及可調(diào)時(shí)延器、高隔離度天線、微波光子濾波器等全雙工核心器件研發(fā)。

（2）軌道角動(dòng)量技術(shù)。除傳統(tǒng)的物理層技術(shù)增強(qiáng)外，我們也希望探索新的物理維度，軌道角動(dòng)量就是目前業(yè)界比較關(guān)注的新物理維度。從電磁波的物理特性講，電磁波不僅具有線動(dòng)量，還具有角動(dòng)量，其中線動(dòng)量是當(dāng)前傳統(tǒng)電磁波無線通信的基礎(chǔ)，而我們希望研究利用角動(dòng)量作為無線通信的新維度，軌道角動(dòng)量分為量子態(tài)軌道角動(dòng)量和統(tǒng)計(jì)態(tài)軌道角動(dòng)量，量子態(tài)軌道角動(dòng)量是由發(fā)端裝置旋轉(zhuǎn)自由電子激發(fā)軌道角動(dòng)量微波量子，并輻射到收端，收端自由電子耦合微波量子將其轉(zhuǎn)換為具有軌道角動(dòng)量的電子，通過電子分選器后，特定的軌道角動(dòng)量電子被檢測(cè)并解調(diào)，提取出所攜帶的信息，量子態(tài)軌道角動(dòng)量需要專門的發(fā)射和接收裝置。統(tǒng)計(jì)態(tài)軌道角動(dòng)量是使用大量傳統(tǒng)平面波量子構(gòu)造渦旋電磁波，利用具有不同本征值的渦旋電磁波的正交特性，通過多路渦旋電磁波的疊加實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，為移動(dòng)通信提供了新的物理維度。當(dāng)前，軌道角動(dòng)量在無線通信中應(yīng)用仍處于探索階段，研究難點(diǎn)主要在于軌道角動(dòng)量微波量子產(chǎn)生與耦合設(shè)備小型化技術(shù)，射頻統(tǒng)計(jì)態(tài)軌道角動(dòng)量傳輸技術(shù)以及如何降低傳輸環(huán)境對(duì)渦旋電磁波影響等。

3.3? 天地融合通信技術(shù)

未來的6G要進(jìn)一步擴(kuò)展通信覆蓋的廣度和深度，實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，需要衛(wèi)星通信的輔助和支持，因?yàn)樾l(wèi)星通信可以以較低成本實(shí)現(xiàn)更廣覆蓋，而對(duì)于飛機(jī)等高速移動(dòng)的交通工具，利用衛(wèi)星通信可以得到很好的支持，而這些特點(diǎn)正是傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信所欠缺的。因此，未來的6G網(wǎng)絡(luò)可以以傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，與衛(wèi)星通信深度融合，實(shí)現(xiàn)空中、陸地、海洋等自然空間的全面覆蓋。當(dāng)前美國(guó)正在加快推進(jìn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，比較重要的包括星鏈計(jì)劃和銥星系統(tǒng)等，其中Space X公司的星鏈計(jì)劃預(yù)計(jì)將發(fā)射1.2×104顆衛(wèi)星，截止2020年4月已經(jīng)發(fā)射422顆，并將于6個(gè)月內(nèi)進(jìn)行公測(cè)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要得益于衛(wèi)星制造成本和發(fā)射成本的大幅度降低，同時(shí)，先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)也為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成功提供了技術(shù)保證。但目前仍然面臨一些性能方面的挑戰(zhàn)，比如：星鏈計(jì)劃每顆衛(wèi)星的峰值帶寬為20 Gb/s，但由于單顆衛(wèi)星的覆蓋范圍巨大，導(dǎo)致單位面積容量會(huì)變得非常低，無法滿足密集城區(qū)用戶的大容量需求。此外，由于衛(wèi)星與地面之間的距離遠(yuǎn)，星鏈網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延也較大，大約在20～35 ms之間，難以滿足5G超低時(shí)延業(yè)務(wù)需求。性能方面的問題使衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)無法對(duì)現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信造成顛覆性的影響，但可以作為地面蜂窩移動(dòng)通信的有效補(bǔ)充，為人口密度低，光纖鋪設(shè)成本高，回報(bào)價(jià)值低的偏遠(yuǎn)地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而地面蜂窩移動(dòng)通信將重點(diǎn)解決密集城區(qū)的大容量需求以及對(duì)時(shí)延敏感的行業(yè)應(yīng)用需求。從目前來看，天地融合還面臨衛(wèi)星系統(tǒng)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的一體化設(shè)計(jì)、不同衛(wèi)星通信系統(tǒng)間的互聯(lián)互通、頻譜資源分配與管理等問題。

4? ?結(jié)束語

繼5G規(guī)模商用之后，全球業(yè)界已經(jīng)展開了對(duì)6G的研究。但目前仍然處于6G的早期探索階段，愿景需求尚不明確，關(guān)鍵技術(shù)也未形成業(yè)界共識(shí)。本文詳細(xì)介紹了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和主要國(guó)家的6G最新進(jìn)展，探討了6G愿景需求和關(guān)鍵性能，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)超大規(guī)模天線、調(diào)制編碼、新型雙工及軌道角動(dòng)量等高效無線傳輸技術(shù)，太赫茲、可見光、高效頻譜使用等新型頻譜使用技術(shù)以及空天地一體化技術(shù)等進(jìn)行了深入分析。但我們也必須看到，創(chuàng)新型技術(shù)能否在新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用，除了在技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破外，還需要考慮芯片、器件等基礎(chǔ)領(lǐng)域的影響，要滿足功耗、體積、成本等工程可行性需求。

參考文獻(xiàn)：

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[6]? ?Oulu university， Finland， 6G Flagship research program. Key Drivers and Research Challenges for 6G UbiquitousWireless Intelligence[Z]. 2019.

作者簡(jiǎn)介

魏克軍：博士，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師，IMT-2020（5G）推進(jìn)組無線技術(shù)工作組副組長(zhǎng)，主持多項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)和863計(jì)劃等科研項(xiàng)目，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE/LTE-Advanced、5G、6G等移動(dòng)通信技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文數(shù)十篇，申請(qǐng)多項(xiàng)發(fā)明專利。

趙洋：工程師，碩士，現(xiàn)任職于北京市公安局東城分局，研究領(lǐng)域?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表多篇論文。

徐曉燕：博士，中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所高級(jí)工程師，曾參與多項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)和863計(jì)劃等科研項(xiàng)目，主要研究方向?yàn)?G/6G移動(dòng)通信技術(shù)及ITU國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化。