毫米波或许不是最有前景的6G频谱？

NYU

在当今的6G通信研究中，无线频谱的一个关键部分被忽视了：频率范围3或FR3频段（https://www.everythingrf.com/community/fr3-frequency-bands）。这一缺点部分是由于缺乏可行的软件和硬件平台来研究这一频谱区域，范围从大约6到24千兆赫。但一种新的开源无线研究套件正在改变这一局面。近日，在一次领先的行业会议上，使用该套件进行的研究证明了该频段在未来6G网络中的可行性（https://spectrum.ieee.org/6g-haptic-holography）。

事实上，这也可以说是通信行业重新评估的信号。据研究人员表示，高带宽6G的未来可能并不完全围绕基于毫米波的困难技术（https://freedomtechnologiesinc.com/5g-mmwave-patience-or-persistence/）。相反，6G可能会为更高带宽的微波频谱技术留下足够的空间，这些技术最终会更熟悉和更容易使用。

FR3频段是一个微波频谱区域，略低于毫米波频率（30至300 GHz）。FR3在卫星互联网和军事通信领域也很受欢迎。为了使未来的5G和6G网络与现有参与者共享FR3频段，需要电信网络足够灵活，能够执行定期、快速响应的频谱跳变。

然而，频谱跳跃可能仍然是一个比毫米波频谱某些部分固有的物理缺陷更容易解决的问题，这些缺陷包括范围有限、穿透力差、更高的功率要求和对天气的敏感性等等。

Pi-Radio的新面孔

今年早些时候，总部位于纽约布鲁克林的初创公司Pi Radio——从纽约大学坦登工程学院分拆出来——发布了一款用于电信研发的无线频谱硬件和软件套件。Pi-Radio的联合创始人Sundeep Rangan表示，该公司的FR-3是专门为FR3频段开发的软件定义无线电系统。

“软件定义无线电基本上是一个可编程平台，用于实验和构建任何类型的无线技术，”Rangan说，他也是纽约大学无线学院的副院长，“在开发系统的早期阶段，所有研究人员都需要这些。”

例如，Pi-Radio的团队提出了一项新的研究发现，该发现根据移动Pi-Radio接收器的测量结果推断出FR3天线的方向，该发现于10月30日在加利福尼亚州太平洋格罗夫举行的IEEE信号处理学会的Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers上发表（https://www.asilomarsscconf.org/）。

Pi-Radio联合创始人、米兰理工大学副教授Marco Mezzavilla表示，该团队在Asilomar上展示的早期FR3研究将使研究人员“能够捕获这些频率中的[信号]传播，并使我们能够对其进行表征、理解和建模……这是设计未来在这些频率上的无线系统的第一步。

东北大学无线物联网研究所的博士后研究员Paolo Testolina表示，研究人员最近重新发现FR3是有充分理由的，他与当前的研究工作无关。他说：“目前通信频谱的稀缺促使运营商和研究人员将目光投向这个频段，他们认为在这个频段可以与现有的运营商共存。频谱共享将是这个波段的关键。”

Rangan指出，Pi-Radio的构建工作已于今年早些时候发布，内容涉及在FR3频段构建网络的更基础方面，以及Pi-Radio独特的跳频研究平台在未来无线网络中的具体实现。

两篇论文均发表在IEEE期刊上：

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10459211

2. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10694319

“如果你有跳频，这意味着你可以得到对阻塞有弹性的系统，”Rangan说，“但即使有可能，如果它受到任何其他方式的攻击或破坏，这实际上可能会开辟一种我们在蜂窝基础设施中通常没有的新型维度。”换句话说，FR3对无线通信所需的跳频可以引入一层防黑客层，这可能会加强整个网络。

补充，而非替代

然而，Pi-Radio团队强调，FR3不会取代或替换其他新的无线频段。例如，目前已经在进行毫米波5G部署，毫无疑问，其范围和性能将扩展到6G未来（https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/further-insights/leveraging-the-potential-of-5g-millimeter-wave）。也就是说，FR3扩展未来5G和6G频谱使用的方式是一个完全不成文的章节：Pi-Radio团队表示，FR3作为一个无线频谱带将会失败、起飞还是能够在两者之间找到一个平衡的位置，部分取决于它现在的研发方式。

Mezzavilla说：“我们正处于这个临界点，研究人员和学者实际上是通过将这种尖端硬件与开源软件相结合而获得力量的。这将有助于在这些新频段测试通信的新功能。”（Mezzavilla认为美国国家电信和信息管理局认识到FR3的潜力，并为该小组的研究提供了资金。）

相比之下，该团队表示，迄今为止，毫米波5G和6G的研究得到了广泛的毫米波软件定义无线电（SDR）系统和其他研究平台的支持。

Rangan说：“高通、三星、诺基亚等公司实际上拥有出色的毫米波开发平台。但它们是内部的。在大学实验室建造一个SDR所付出的努力有点不可逾越。”

因此，Mezzavilla说，在FR3频段发布一款廉价的开源SDR，可能会掀起一股全新的6G研究浪潮。

“这只是一个起点，”Mezzavilla说，“从现在开始，我们将构建新的功能——新的参考信号、新的无线电资源控制信号、近场操作……我们准备在6G离我们还有段距离的时候，将这些“黄盒子”运送给世界各地的其他学者，以测试新功能并快速实践它们。”