6G移动通信技术

6G（第六代无线技术）是5G蜂窝技术的后继者。6G网络将能够使用比5G网络更高的频率，并提供更高的容量和更低的延迟。6G网络的目标之一是支持1微秒甚至亚微秒的延迟通信。

预计6G通信将支持五个应用场景：增强型移动宽带Plus（eMBB-Plus），大通信（BigCom），安全的超可靠低延迟通信（SURLLC），三维集成通信（3D-InteCom）和非常规的数据通信（UCDC）

·      从第一代(1G)到第二代(2G)，语音通话是主要的通信方式，简单的电子邮件成为可能。

·      从第三代(3G)开始，数据通信(如i-mode)和多媒体信息(如照片、音乐和视频)可以通过移动设备进行通信。

·      从第四代(4G)开始，由于采用了长期演进(Long Term Evolution, LTE)技术，超过100Mbps的高速通信技术使智能手机得到了爆炸性的普及，目前已达到接近最高1 Gbps的通信速度。

·      第五代(5G)网络的数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，网络延迟低于1毫秒。

·      第六代(6G)有望支持1TB/s的速度。这种级别的容量和延迟将是空前的，它将扩展5G应用的性能，并扩展功能范围，以支持无线认知，感测和成像领域中越来越多的创新应用。

过去几代移动通信技术发展到6G。在前几代中，每一代都有一种代表性的技术。然而，自4G以来，基于正交频分复用(OFDM)的无线电接入技术(RAT)已经包含了多种新技术的组合，而在6G中，技术领域被认为变得更加多样化。这是因为基于OFDM的技术已经实现了接近Shannon极限的通信质量，同时，需求和使用场景将在前一代中进一步扩展。

   后5G时代的通信系统研究必须考虑电路和设备制造能力，6G中需要特别关注的是设备的电池寿命，而不是数据速率和延迟。

    此外，可以预见的是，将来的无线通信将提供与有线通信相同水平的可靠性。

   基于区块链技术的网络去中心化被认为是简化网络管理并在6G中提供令人满意的性能的关键。

在与6G有关的所有技术工作中，太赫兹通信、人工智能（AI）和可重新配置的智能表面是最引人注目的想法，它们被视为无线通信中的革命性技术。

AI增强的6G被认为能够提供一系列的新特性，例如，自聚合、上下文感知、自配置等。

此外，具有AI功能的6G将释放无线电信号的全部潜力，并实现从认知无线电到智能无线电的转变。从

算法的角度来看，机器学习对于实现基于AI的6G尤其重要

受香农限制的限制，很难大规模提高6G的频谱效率。相反，新技术应大大增强6G通信的安全性、保密性和隐私性。

尽管其他应用场景将变得无处不在并且越来越重要，但传统的移动通信仍将是2030年代6G最重要的应用。因此，6G网络应以人为中心，而不是以机器、应用程序或数据为中心。按照这一原理，高安全性、保密性和私密性应该是6G的关键特征。

此外，用户体验将被用作6G通信网络中的关键指标。

   在5G网络中，仍在使用基于RSA公钥密码系统的传统加密算法来提供传输安全性和保密性。在大数据和AI技术的压力下，RSA密码系统已经变得不安全。

   改善通信中的网络吞吐量、可靠性、延迟和服务用户数量的最有效的方法是致密化网络并使用更高的频率来传输信号。

   物理层安全技术和通过可视光通信(VLC)的量子密钥分发将是解决6G数据安全挑战的解决方案。更先进的量子计算和量子通讯技术也可能被部署来提供对各种网络攻击的严密保护。

从以人为本的角度来看，技术成功不应直接或间接增加财务负担或剥夺用户的选择权。因此，高承受能力和完全定制化应该是6G通信的两个重要技术指标。

完全定制允许用户选择服务模式并调整个人偏好。例如，某些用户可能希望获得低速但可靠的数据服务；其他人可能会容忍不可靠的数据服务，以换取较低的通信费用；其他人可能仍然只关心其设备的能耗；由于担心数据安全性和隐私性，有些人甚至可能希望摆脱智能功能。将授予所有用户选择6G中他们喜欢的内容的权利，并且不应因智能技术或不必要的系统配置而减少这些权利。

因此，6G通信系统的性能分析也应将多个性能指标整合为一个整体，而不是独立对待它们。用户体验将被明确定义并作为6G时代性能评估的关键指标。

4G/LTE网络中智能手机和平板电脑的每日充电需求将继续。为了克服大多数通信设备的日常充电限制并促进通信服务，低能耗和长电池寿命是6G通信的两个研究重点。

Ø  为了降低能耗，可以将用户设备的计算任务卸载到具有可靠电源或普及的智能无线电空间的智能基站。

Ø  协作中继通信和网络的致密化也将有助于减少移动设备的发射功率通过降低每跳信号传播距离。

Ø  为了获得较长的电池寿命，将在6G中应用各种能量收集方法，不仅可以从周围的射频信号中收集能量，而且还可以从微振动和太阳光中收集能量。

Ø  远程无线充电也将是延长电池寿命的一种有前途的方法

6G的高智能将有利于网络运营、无线传播环境和通信服务，分别指运营智能、环境智能和服务智能。

常规的网络操作涉及许多受一系列复杂约束的多目标性能优化问题。需要以适当的方式布置包括通信设备、频带、传输功率等在内的资源，以实现令人满意的网络操作水平。此外，这些多目标性能优化问题通常很难解决，并且难以实时获得最优解决方案。

随着机器学习技术（尤其是深度学习）的发展，配备有图形处理单元的基站或核心网络的控制中心可以执行相关的学习算法，以高效地分配资源，以达到接近最佳的性能。

定义在0.1THz到10THz之间的太赫兹波段被称为微波和光学光谱之间的间隙带，但是太赫兹电子、光子和混合电子-光子方法现在已经发展了。因此，混合太赫兹/自由空间光学系统预计将使用混合电子-光子收发器在6G中实现，其中光学激光可用于产生太赫兹信号或发送光学信号。

未来的无线数据网络将必须达到更高的传输速率和更短的延迟，同时还要提供越来越多的终端设备。为此，将需要由许多小型无线电小区组成的网络结构。为了连接这些电池，将需要高达太赫兹范围的高频高性能传输线。此外，如果可能的话，必须确保与光网络的无缝连接。

太赫兹波是指频谱在0.1～10THz之间的电磁波，波长为30至3000微米。频谱介于微波与远红外光之间，在其低波段与毫米波相邻，而在其高波段与红外光相邻，位于宏观电子学与微观光子学的过渡区域。

太赫兹作为一个介于微波与光波之间的全新频段尚未被完全开发，太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高等优势，是未来移动通信中极具优势的宽带无线接入（Tb/s级通信）技术。

正是因为其特殊性，让其具有频率高、脉冲短、穿透性强，且能量很小，对物质与人体的破坏较小等特质。

太赫兹波以其独有的特性，使太赫兹通信比微波和无线光通信拥有许多优势，决定了太赫兹波在高速短距离宽带无线通信、宽带无线安全接入、空间通信等方面均有广阔的应用前景，但同时面临着多方面的挑战。