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美国正发力6G技术初期研发

2019-08-21 10:10:19 Martin Rowe 阅读:
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)。sVzednc

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。sVzednc

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。sVzednc

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。sVzednc

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。sVzednc

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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)sVzednc

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)。sVzednc

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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)sVzednc

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。sVzednc

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。sVzednc

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。sVzednc

(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)sVzednc

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Martin Rowe
"EE Times/EDN资深测试与量测技术编辑。Martin Rowe在《测试和测量世界》担任技术编辑和高级技术编辑达20年,其中包括担任EDN Design Ideas编辑三年。在此期间,Martin的报道涵盖了大部分的技术和公司,包括台式仪器,如示波器、仪表、信号​​源及其应用。他最喜欢这些仪器的应用包括高速信号测量、基本测量(电压/电流/功率)、校准和EMC/EMI/RFI。所有这些都直接适用于连接器和连接性能。从2004年到2012年,为了了解工程师是如何进行测试的,Martin访问了多家公司,包括Bose,DeWalt和Tyco Electronics(现为TE Con​​nectivity)。 让Martin出名的还有他的音乐——他写了六首描述工程师生活的歌曲。这一切始于2006年的“测量蓝调(Measurement Blue)”,证明了任何事情都能用蓝调写出来,连接器都成了Martin的歌。 “Below a GigaHertz”这首歌向那些还工作在1GHz以下信号的工程师致敬,他们是古老历史的见证者。 Martin曾在IEEE EMC Symposia上现场演出了“The Measurement Blues”和“The Lab in the corner”。 Martin拥有伍斯特理工学院的电子工程学士学位和宾利学院的MBA学位。"
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