美国欲绕过5G 直接研发6G 开放 “太赫兹”频谱用做实验

　　近日，“钢铁侠”马斯克旗下美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰9号火箭，将60颗卫星发射升空，开启了其雄心勃勃的“星链（Starlink）”组网计划。有自媒体认为，这是美国将在太空建设下一代宽带网络，绕过5G，直接升级到6G。

　　“星链”组网，就是发展6G？显然是无稽之谈。不过美国政府层面此前（3月上旬）早就证实了其正在开展6G实验——美国联邦通信委员会（FCC）决定开放面向未来6G网络服务的“太赫兹”频谱，用于开展6G技术实验。

　　不仅美国，中国、欧盟、俄罗斯等也锣密鼓地开展相关6G技术实验工作。

　　为何5G尚且未至，6G就来抢头条？各国提出6G技术的时间点是否太早？

　　6G让科幻成现实：

　　远程手术、跨时空陪伴…

　　目前阶段提出6G技术实验，真的太早了吗？

　　首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室主任张存林在接受笔者采访时说：“我国的通信器件、芯片研发制造水平与国际发达国家尚有差距，且研究往往比产业化提前10年左右，标准制定往往还需要提前十几年时间，这时候提出研究6G不算早。”

　　我们先来看看5G。目前，国际标准化组织3GPP已经为5G定义了三大应用场景：eMBB、mMTC和URLLC。其中，eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC指大规模物联网业务，URLLC则指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。简单概括为，大带宽、广连接、低时延。

　　“区别于5G之前对电信业务的需求，5G、6G的应用场景更多元化，涉及社会的方方面面。” 北京邮电大学信息与通信工程学院教授牛凯介绍说，6G时代，每个人都是网络的一部分，每个人都有多个网络接入设备。娱乐、社交、工作等都可在增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的环境中实现。

　　“电影《头号玩家》的场景或成为现实，人类原地不动，周游世界成为可能；拥有‘分身’，跨空间活动成为可能。”牛凯说。

《头号玩家》极尽VR/AR想象力

　　当然，6G不只娱乐那么简单，更重要的是6G 能够挖潜5G，在速度和延迟方面提供超级性能。

　　畅想未来，牛凯认为，借助6G的大宽带传输技术，医生戴上虚拟现实设备，可进行远程手术，实现紧急突发疾病的处置；面对老龄化，子女可通过一个虚拟时空陪伴老人；工业制造业的流水线上，引入6G低时延，对异常的响应速度更快，减少生产问题；汲取6G成果，医疗护理行业有望先人一步，升级为智慧医疗。

　　“未来的医疗，使每个人都拥有一个24小时的虚拟家庭医生。通过家庭医生，可将人类的脑电图、血压、血糖等信息，经由终端网络传输至医院，及早发现潜在病情，实现早预防早治疗。”牛凯憧憬道。

　　6G仍存在于畅想：

　　还有漫长的路要走

　　虚拟世界体系，源于对真实世界体系的采样、传输、分析和重构。日前，牛凯等发表论文，展望6G移动通信技术，为实现更深层次的智能通信需求构筑路径。

　　牛凯介绍道，要实现 6G，需要在信息理论、传输和组网方面实现理论和技术突破。一般来说，为实现大带宽高速率传输，除了依靠太赫兹这样的频段，还需要大幅度增加传输天线的数量，将目前的十几根天线增加至上百根，使用大规模天线传输。

　　另外，对现有技术进行挖潜也是重要手段，比如极化码技术，用于挖掘信道容量的极限。在华为公司推动下，目前该技术已经写入5G标准。

　　华为推动了极化码技术写入5G标准

　　具体来说，要实现大带宽、低时延，主要依靠两大类技术——通信类技术和智能化技术。前者包括传输技术和网络技术，传输技术旨在解决跨空间信号传输问题，网络技术着重解决6G网络架构问题。

　　牛凯说，技术实现过程困难重重，且“家家有本难念的经”。他举例说，比如在传输技术中，太赫兹技术难在信道分析与射频器件设计。目前，他所在研究团队正在进行信道特性测试，为芯片与信号设计提供参考。

　　同时，实现多天线的困难也不可忽视，由5G的十几根向6G的成百上千根迈进，需解决理论和工程问题；此外，极化编码传输技术问题最艰巨，目前对现有技术的挖潜已趋于理论极限，继续提升难度大。

　　网络技术方面，传统组网方式依靠基站实现，6G将颠覆传统方式，实现类脑结构的超级智能化网络。“这时候每一个基站就相当于大脑中的一部分神经元，海量‘神经元’互相连接，依靠强大的人工智能算法，完成数据传输和网络运算。”

　　如何理解“超级智能化网络”？牛凯表示，全息网络提供了参考。2018年，国际电信联盟（ITU）发布对2030的移动通信网络的预测，认为全息网络将是未来移动通信的主要发展方向，它是挖掘听觉信息、视觉信息以外的其他触觉，实现全感知的通信网络。

　　全息网络（假想图）

　　牛凯表示，这一过程分两个阶段实现，第一步，完成感知信息和脑电波信息的采集；第二步，实现人的脑电波、意识与机器的交互，使两者融合为一个超级智能化的整体。

　　清华大学电子工程系教授牛志升提醒道，从技术角度看，6G依然是一个前沿课题，畅想居多，研发还有漫长的路要走。现阶段，研究人员应该摒除消费因素、商业炒作的影响，以问题为导向，梳理出6G技术的突破点。

　　6G甚至7G的基础：

　　太赫兹

　　“太赫兹技术是实现6G的方式之一。太赫兹频段具有 100Gbps 以上大容量传输能力，在未来无线与移动通信中大有用武之地。”张存林说。

　　太赫兹波是波长介于微波与红外线之间的电磁波。随着未来无线通信需求与技术持续发展，需要不断开发新的频谱资源，提高信息传输速率。有观点认为，太赫兹将是6G甚至7G通信的基础。

　　牛凯介绍道，业界对太赫兹如此重视，主要是因为太赫兹频段独特的空间传输优势。由于外太空近似真空状态，这时宽带传输速度大大提高，比当前的超宽带技术快数百至一千倍。这样，太赫兹通信可以为6G移动通信的卫星或近距离传输提供极高的带宽与传输速率。

　　“美国选择开展太赫兹研究，除了技术本身的吸引力，还因为美国卫星通信技术发达，选择太赫兹作为研究6G技术的起点，具有优越性。”西南邮电大学一位要求匿名的教授向笔者透露。

　　美国卫星通信技术发达

　　在美国宣布开展太赫兹研究前，中国的一些院校也已开展过相关研究。目前，在人体安全检查、环境监测、病变诊断、【农产品(000061)、股吧】质量控制等诸多领域取得了阶段性进展。

　　太赫兹亚毫米波在大气遥感中具有广泛的应用前景。张存林解释道，大气中的微粒对光束有散射作用，当大气中存在的微粒尺寸与探测波长接近时，探测信号会明显改变，因此，使用太赫兹可用于监测沙尘天气。

　　而由于许多气体分子的振动和转动能谱处于太赫兹频段，当用太赫兹探测时可以产生特征吸收线，因而，太赫兹可以用来探测大气中特定种类或相态的大气踪迹成分，如水气、冰云、臭氧等，从而给出有关对流层和平流层中上升气流运动的信息，实现环境降水分布监测。

　　此外，太赫兹波对因人类活动而排放的含氯、氮、硫、氰的废气有特殊的敏感性，可用于臭氧层的大气环保监控。