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)。
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信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。
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。
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信号会带来新的问题,但也会有实现新应用的潜力,例如5G信号无法支持的感测(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。
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,影响到信号的吸收或反射。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信号损失。
图1:普通建筑材料造成的信号损失,可能会催生能最小化THz信号损失的未来建筑材料。(来源:NYU Wireless)
而我们通常会认为当频率提升,一定会让信号衰减越来越大,但6G就不一定了;考虑在雨中的信号衰减,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,信号衰减会呈现平稳(参考图2)。
图2:研究显示,雨水导致的信号衰减会在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)
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。
此外THz信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。
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信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。
编译:Judith Cheng
(參考原文: Initial 6G work is underway,by Martin Rowe)
- 只有技术意义。没有太多的商业和大众用途意义。5G已经开始突显这种尴尬了。
- 处理器要倒霉了,硬盘要倒霉了,宽带要倒霉了,总之6G一处,其他配套都要重新折腾一遍