实现6G愿景——为什么频谱是基础

远望智库开源情报中心   亿竹  编译

由于无处不在的连接和数万亿的嵌入式设备，更不用说大量强大的感官体验用例，6G需要新的频谱考虑。从今天的现有频谱，到新的频率范围，下面我们来分解一下6G频谱之谜。

在过去的几十年里，移动通信中的技术可能性已经加速发展。从1G的模拟语音服务开始，现在已经发展到5G和网络物理世界，人和机器可以通过基于增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低时延通信(URLLC)的数字技术连接起来。除了5G，ICT行业已经开始开发下一代无限的无线可能性：6G。

频谱可用性的增加是扩展移动网络能力和确保未来多样化的所需覆盖、比特率和时延需求的基本标准6G用例可以满足。在移动网络的早期，30千赫兹(kHz)的信道已经足够了，而今天的5G则受益于数百兆赫(MHz)的带宽，可以部署在从亚1千兆赫(GHz)到24 GHz以上毫米波(mmWave)范围的频段中。

意识到6G的愿景并充分发挥其潜力，因此需要不断提高频谱可用性。鉴于通过ITU（国际电信联盟）或区域组织的监管审议来确保额外频谱并避免时延2030年左右开始的初始6G商业部署需要时间，现在是时候启动该流程以确保6G频谱的及时可用性了。

一、从2023年到2030年及以后的旅程

    

   

随着5G商用网络在全球范围内的部署和进一步扩展，6G的研发也在不断发展。通常，新一代蜂窝系统从早期研究到商业化大约需要十年时间。因此，预计到2030年，将部署第一批6G网络。到这个阶段，5G及其先进技术将已经改变了我们的社会，成为通信和信息的主干，可以支持人类、企业和智能机器的日常需求。

6G愿景通过大量设想的用例得以体现，随着我们向2030年迈进，更多的用例仍将出现。爱立信发布的《6G白皮书》中描述了一些有远见的6G突破，例如，到2030年，将有可能在感知、行动和体验的连接物理世界及其可编程数字表示之间的信息物理连续体中移动。未来的网络服务将需要无处不在的连接。

图1 6G -连接网络物理世界

有了6G，将需要支持数万亿的嵌入式设备，并提供随处可用的可信连接。沉浸式通信将提供完整的远程呈现体验，消除作为交互障碍的距离。为了支持这样的用例并进一步发展现有的用例，6G将需要结合新的频谱带和现有的频谱。

二、频谱是从6G愿景走向6G现实的关键

    

   

近年来，世界各地的地方监管机构逐渐发布了低频段、中频段和毫米波频谱，作为推动5G的一部分。虽然速度不均衡，甚至在一些市场很慢，但我们预计到2030年，这些频率范围内的足够频谱将被分配或拍卖，以实现5G/5G-Advanced的全部潜力。我们还希望这些频率在更广泛的6G频谱环境中发挥作用：

（1）低于1GHz的频谱，如600MHz或700MHz频段，将仍然是基本覆盖层，并将继续帮助弥合数字鸿沟。

（2）毫米波范围内的频谱，例如26/28GHz或40GHz，将继续在拥挤的环境中提供高容量，并提供企业所需的低时延和高可靠性。

（3）包括3.5GHz、4.5GHz和6GHz在内的中频段频谱将继续满足需要容量的广域用例。

事实上，该频谱将有助于解决移动通信的频谱需求，然而，由于新用例的出现以及增强现有用例的需求，新一代的频谱需求将比前几代更高。后者的一个例子是视频会议；虽然5G允许在移动中进行高质量的视频会议，5G-Advanced将增强这种体验，但6G预计将提供完整的网真体验。

三、对额外频谱的需求

    

   

为了应对新兴服务和应用、增强现有服务和应用，以及支持我们所设想的未来生活，对额外频谱的需求无可争议，这让我们面临一个具有挑战性的问题:在保持和增强6G时代的能力和服务的同时，我们如何支持新的用例？

6G用例需求容量。并且这需要大的频谱带宽，通常频率越高越容易找到。另一方面，频率越高，覆盖范围越低。因此，与前几代产品类似，不同的光谱范围变得很有必要。

这包括:（1）现有光谱；

（2）(7～20 GHz)和辅助亚太赫兹(92～300GHz)范围内的附加频谱。

图2: 5G频谱范围和可能的新6G频谱范围

四、7～20GHz范围——为什么它很重要？

    

   

7～20GHz范围内的频谱对于实现未来6G网络中的容量需求用例至关重要。频带越低，可以覆盖的区域越宽。

覆盖要求将允许移动性和跨广泛区域的许多6G用例的“移动”应用，这促使我们考虑这一范围。更具体地说，如果只在家里实现，例如大规模元宇宙和全息用例会增加什么价值？移动性和覆盖范围的限制将剥夺这些用例的全部潜力和价值。这自然排除了更高的频率波段，并向我们指出了厘米波的方向，在这一方向，所设想的未来生活可以移动。

图3:厘米范围是让强大的身临其境的6G用例更加移动的关键

爱立信对这些频段的当前使用情况和未来趋势进行了分析，并对不同频段的特性进行了评估，以更好地了解它们各自的能力和局限性。这些研究使我们开始关注7～20 GHz范围的较低部分，即7～15 GHz。7～20GHz范围内的移动和固定服务的共同主分配目前存在于国际电联无线电条例中，尽管注意到其他服务对该相同频谱的现有使用需要仔细考虑。因此，研究与这些共同主要现有服务的共存将是未来几年的一项重要任务。

图4:  ITU-R RR(无线电规则)7-20 GHz频率分配的简化视图

五、亚太赫兹波段(92～300GHz)的补充作用

    

   

这种非常高的频率范围有可能提供大量很少使用甚至未使用的频谱，这有助于其独特而具有挑战性的性质：亚太赫兹范围可以独特地提供每秒太比特(Tbps)的速度和极低的时延，这将是6G利基用例的关键因素，但这种优势在覆盖范围和移动性方面存在一些限制。这种极限性能(例如Tbps)在某些领域和场景中是必需的，例如直接的设备到设备通信和极限游戏。

该范围的特征使其成为补充，因此它不能替代对较低频率(例如厘米波)的需求，以实现覆盖和移动性，这将是大多数6G用例的主要要求。

在亚太赫兹范围内应该关注哪些频率？

这完全是关于物理和技术发展。前者促使我们倾向于尽可能低的频率及其有利的传播特性，并排除与大气衰减峰值相关的频率。在波长大小接近大多数雨滴的频率范围内，衰减系数是需要考虑的关键因素。

技术发展和元件成熟度因素也表明了亚THz范围下限的另一个优势。亚太赫兹频率范围的使用依赖于组件和设备生态系统的发展。这当然需要时间来达到成熟，从最低的亚THz频率开始，慢慢地向上移动。

结合上述事实，我们看到了两个波段的出现，W和D波段。事实上，这些频段是6G接入和Xhaul(例如前端传输、回程传输)网络都感兴趣的。要考虑一种解决方案，该解决方案适应两种服务的需求，并确保同样强大的Xhaul开发，以支持未来的接入网络及其极端要求。 

图5: ITU-R RR(无线电规则)对W和D波段的频率分配，简化视图

六、通往6G频谱的道路

    

   

及时获得足够的6G频谱需要多个利益相关方的贡献和合作，包括频谱监管机构、研究机构、移动设备供应商和CSP(通信服务提供商)。

3GPP和ITU-R的标准化工作已经开始。ITU-R目前正在研究技术发展趋势和IMT-2030/6G的ITU愿景。我们预计到2028年，3GPP的6G规范将最终确定，到2030年，ITU的IMT-2030标准化将最终确定，因此频谱将相应地变得可用。

频谱可用性可以通过不同的方式实现；通过国际电联世界无线电通信会议、区域决定或各国决定。无论采用哪种方法，在全球或区域基础上协调选定的频段可能是实现规模经济的关键，并为许多市场的消费者和企业带来诸多好处。这一蓝图已经被前几代移动网络的成功所证明。

在提供新频段的过程中，重要的是确保实现6G应用的性能要求，如安全性和可靠性，这是授权制度发挥关键作用的一个领域。 

图6：爱立信提议的ITU-R和3GPP时间表，简化视图

七、结束语

    

   

频谱是技术成功和社会发展的氧气，监管者在释放这些好处方面发挥着关键作用。目前，1GHz以下(例如600，700MHz)、中频段(例如3.5，6GHz)和毫米波(例如26GHz，28GHz，40GHz)频谱的及时可用性对于释放5G和5G-Advanced的全部潜力仍然至关重要。

随着技术和市场需求的发展，我们预计频谱的使用将相应地升级到6G。然而，需要基本厘米范围(7～20GHz)和辅助亚太赫兹范围(92～300GHz)的额外频谱，频率越低越好。通过确保这一额外频谱的及时可用性，主要利益相关方可以为实现6G愿景做出重要贡献。

爱立信致力于在6G之旅中发挥主导作用，并支持监管机构应对不断出现的挑战，即在为不同服务分配频谱资源时找到公平的平衡。