美国正发力6G技术初期研发

在今年的美国纽约布鲁克林5G高峰会(Brooklyn 5G Summit)上，纽约大学(NYU)教授Ted Rappaport的简报介绍了在大概2030年到2035年之间会变成6G技术的初步研究；相关内容细节已经由IEEE发表，论文题目为《100GHz以上的无线通信与应用：6G及以上的机会与挑战》(Wireless Communications and Applications Above 100 GHz: Opportunities and Challenges for 6G and Beyond，按此下载)。YnHednc

Rappaport在他的简报中指出，5G花了十五年时间达成初次布署，他认为6G会花相同的时间──为何能超越5G？在上述论文中解释，需要更快的无线通信速度来跟上不断提升的运算力，这也创造新的商机。到2036年，我们可能花1,000美元就买得到拥有等同人脑运算力的计算机，虽然以THz讯号为基础的无线网络速度还不够快、跟不上那样的运算力，但已经让我们越来越接近了，也许7G通讯就能达到。YnHednc

由Rappaport发起的纽约大学无线中心(NYU Wireless)研究项目，正着眼于100GHz以上频率、信道数据传输速率100Gbps的技术；考虑到美国联邦通讯委员会(FCC)已经释出21.2GHz的95GHz以上频谱，此技术可能在美国进行测试。YnHednc

达成6G需要什么？大量的研究，包括电气与生物领域的研究。在电气领域，THz讯号会带来新的问题，但也会有实现新应用的潜力，例如5G讯号无法支持的感测(sensing)；举例来说，能够「看」到拐角处，以及可能感测到人们在房间中的位置。YnHednc

尽管如此，仍需要特征化THz频道，因为如此短的波长会让例如建筑物材料的粗糙度等因素，影响到讯号的吸收或反射。试想某些建筑材料就像无响室(anechoic chambers)的墙壁那样；图1所示为Rappaport在简报中描述在一般建筑材料中的讯号损失。YnHednc

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图1：普通建筑材料造成的讯号损失，可能会催生能最小化THz讯号损失的未来建筑材料。（来源：NYU Wireless）YnHednc

而我们通常会认为当频率提升，一定会让讯号衰减越来越大，但6G就不一定了；考虑在雨中的讯号衰减，如Rappaport在布鲁克林5G高峰会的简报数据指出，研究显示，在大约100GHz的频率时，讯号衰减会呈现平稳(参考图2)。YnHednc

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图2：研究显示，雨水导致的讯号衰减会在100GHz时呈现平稳；频率升高，雨致衰减并没有随之升高。（来源：NYU Wireless）YnHednc

THz频率的另一个电气问题也与波长有关，是在天线和电子组件方面。也就是说，当天线变得如此之小，其电子组件成为尺寸上的限制因素；因此电子组件可能无法整合到天线中，像是今日的28GHz与39GHz 5G频率那样。而事实上，当工程师尝试缩小放大器与其他零组件的同时，发热会是更大的问题。YnHednc

此外THz讯号的功率放大器会比运作于100GHz以下频率的放大器有更严重的噪声问题，这或许可以透过一种「空间过采样天线」(spatially oversampled antennas)概念来补救。空间过采样天线会产生「锥形静音区」(cones of silence)，也就是一个天线数组的锥形支撑区(region of support，ROS)。其设计目标是将噪声以及其他不良因素移出到可用现场以外的区域，这种电路可能是以积分-微分调变(Σ-Δ) ADC与DAC为基础，其中回馈回路用以改善分辨率。YnHednc

而如果不提及对于人体健康的影响以及进一步研究的需要，有关毫米波(mmWave)与THz讯号的讨论就不完整了。在生物学方面，上述论文的作者们表示：「发热被认为是主要的致癌风险，」但是还需要更多的努力去「了解THz辐射对人体健康的生物性与分子性影响，」尽管THz频率比X光的游离辐射(ionizing radiation)频率低了三级。YnHednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版，参考链接： Initial 6G work is underway，编译：Judith Cheng)YnHednc

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