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6G 网络的五大颠覆性特征

电信行业一直在不断追求创新技术,以满足对移动带宽不断增长的需求——移动带宽的需求大约每两年翻一番。

在过去的二十年中已经引入了三代移动网络技术:从2001年推出3G开始,到2009年推出4G,再到现在的5G 网络。除此之外,其他类型的移动通信(例如 Wi-Fi)也占据了一席之地。

然而,尽管移动通信技术在不断发展,我们对带宽的渴望仍然是无止境的,例如在工业环境中,对延迟的要求也越来越高。这就是为什么要引入第六代移动通信(6G)。


(预计)全球移动数据消耗(以艾字节/月为单位) (来源:爱立信)

每秒 100 Gbps

对于大多数人来说,移动宽带网络只是随时随地播放视频或快速下载大文件的一种手段。他们需要的是速度。二十多年来,速度一直是电信运营商试图吸引客户的头号卖点。

我们一直在通过互联网分享越来越多、越来越大的(视频)文件。对人们来说,关键是能够随时随地访问这些下载,并以尽可能高的分辨率观看视频。

6G网络将延续速度为先的趋势,预计下载速度将不低于 100Gbps。这比5G网络的理论下载速度快10倍,比如今4G网络的速度快300倍。

100GHz频率

频率越高,可用带宽就越多。因此,为了达到这些带宽,我们需要利用更高的无线电频率。

例如,4G网络的频率限制在2.5GHz内,而5G网络则在28GHz和39GHz频段运行。下一代移动网络(包括 6G)预计将使用100GHz以上的频率。

仅几微秒的延迟

用户的移动体验不仅仅取决于他们可以(快速)下载的数据量。对于许多应用来说,网络延迟也是一个同样重要的因素。例如,在观看直播电视节目时,延迟会大大影响用户体验。

诚然,5G网络的引入(其延迟不到1毫秒)应该已经结束了这些问题。然而,6G在延迟方面更进一步,只有几微秒。

这对于日益增长的物联网 (IoT) 应用程序尤其必要。例如,基于实时传感器数据独立控制机器和复杂工业过程的闭环控制系统,或者时间敏感的医疗物联网应用等等。

每平方公里 1000 万台联网设备

物联网的能力是由连接的传感器和设备的数量决定的。这里预计也会有巨大的增长。市场研究公司Statista 预测,到2025年,物联网将包含近310亿台设备,而目前为120-130亿台。随着设备数量的不断增加,将尽可能多的设备连接到互联网的挑战也随之而来。这个数字被称为连接密度。

如今的4G网络的连接密度约为每平方公里10万台设备。5G已经做得更好了,每平方公里可以连接100万台设备。随着6G网络的引入,实现每平方公里1000万台连接设备已经触手可及。

每比特不到 1 纳焦耳的能耗

如前所述,6G 网络将不得不依靠更高的频率来支持更高的带宽需求。但问题是,底层芯片技术还尚未能够在这些频段以节能的方式运行,而能源效率是电信行业的主要挑战之一。

爱立信最近在一份报告中表示,移动网络的能耗可能会急剧增加,甚至以牺牲环境和网络的总部署成本为代价。

不过,电信行业也没有放任这个情况。据电信运营商Orange称,与 4G 相比,到 2025 年,新技术和软件的引入可以将 5G 网络的能耗降低 10 倍(每千兆传输)。到 2030 年,这甚至可能变成 20 倍。

相比之下,如今为提高移动网络能效所做的努力却被快速增长的数据量所抵消。多年来,数据中心一直在进行类似的斗争——光纤连接需要处理尽可能多的数据,同时保持高能效。

6G的研究目标是将其能耗降低到每比特 1 纳焦耳(10-9 焦耳)以下。

为此,研究人员对新的 III-V 材料(例如磷化铟 (InP))寄予厚望,但这些材料尚不适合集成到硅平台上。研究界正在专门进行如何将 III-V 材料与 CMOS 技术异构结合等相关研究,以期实现在 100GHz 及更高频率下高效且经济高效地运行。

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