6G无线通信技术及应用分析.pdf

第2 2 期（总第553 期）摘要：随着通信业务的快速发展，具备高速率、大容量、低延时优势，服务质量与安全性高的无线通信技术需求越来越广。在现有技术依托下，已研发出6 G技术。6 G技术涵盖太赫通信、人工智能、无蜂窝通信、量子通信，能够为该技术的进一步研发提供技术支持。本文研究中，重点分析6 G技术与应用问题，仅供参考。关键词：6 G；无线通信；技术应用与4G相比，5G网络可以提供毫米波、高服务质量、大带宽，然而自动系统基于数据中心，增长速度超过5G的能力，尤其是5G的网络通信，不注重通信、计算、传感的融合。物联网的未来应用，要将特定设备融合在一起，数据速率要达到10 G/s。5G 技术达到极限之后，就会诞生6 G技术，以满足新的网络需求。一、6 G通信技术的服务能力相比4G、5G 技术，6 G技术具备较高的网络支持能力。在技术体系中，涉及人工智能、太赫兹波段、光无线通信、无线功率传输。6 G通信融合新技术，能够实现多系统功能。二、6 G通信的关键技术及应用分析移动网络的发展可知，6 G技术是基于5G技术发展的，因此具备5G技术的优势，对部分新技术进行改进。(一)人工智能5G通信系统只能支持部分人工智能，而6 G可实现完全人工智能，将认知无线转变为智能无线。机器学习能力提升，6 G通过智能网络的应用，可实现实时通信。将智能技术应用到通信内，能够对实时数据传输进行完善。机器学习，能够推广到频谱映射、挖掘、信号处理中，结合机器学习、光子技术，可促进人工智能进化，建立认知无线电系统。物理层的编解码器，多依赖于人工智能技术，学习和掌握信道状态，实现调制自动化分配。在数据链路层、传输层，按照深度学习机制，能够优化分配资源，预测和控制智能流量，以满足6 G需求。人工智能技术，可以帮助6 G实现多项通信服务目标。（二）无线光通信前端、回传网络当地理位置比较偏僻时，则会加剧连接复杂度，不能将光纤连接作为回传网络。因此，小型蜂窝网络运行中，为其部署光纤链路的经济性较低。自由空间光新潮电子6G无线通信技术及应用分析刘映波（广东省通信工程质量监督中心，广东广州510 0 0 0）的前端、回传网络，已经在5G通信系统中得到应用，系统的发射、接收特性，基本和光纤网络相同。在6 G网络体系中，自由空间光可以提供前端、回传连接功能。通过无线光通信，能够实现远程通信。自由空间光可以支持偏远、非偏远地区的回传连接。无线光通信的前端、回传，成为6 G网络的重要问题。其一，对前路、回传的连接容量要求高；其二，相比5G，6 G 的远程连接任务量大。自由空间光通信，可实现以上要求，帮助6 G系统提升服务水平。(三）光无线技术除了射频通信，6 G可应用光无线技术，用于设备接入网络中，连接到前端网络、回传网络中。可见光通信、光保真技术，均属于光无线技术的核心，在室内机器人定位、车联网、水下光无线中的应用较多。无线光学通信，能提升数据速率，安全性、低时延优势显著。激光雷达处于光学波段，能为6 G提供高分辨率技术。光无线技术可加强各项服务，为6 G通信系统提供支持。多路复用技术、发光二极管，成为光无线技术的驱动因素。白光在不同波长状态下，利用波分多路复用，可以加速吞吐量性能，可以扩大高速率接入点的规模，提升6 G通信的数据速率。（四）量子通信在6 G网络系统中，将会部署量子通信技术、量子计算，科学防御网络攻击。新型量子机器学习、计算范式，成为6 G的核心因素。工程升级、量子计算，都要处理好复杂任务。量子通信，通过量子的不确定性原理、不可克隆原理，切实保障安全性。信息通过量子、光子、粒子编码，立足于全量子原理，很难被克隆和访问。量子比特具备叠加的特点，所以吞吐量比较高。（五）大规模MIMO、智能反射表面在6 G系统中，借助大规模MIMO技术实现多元化服务。相比5G，6 G 不再过度依赖MIMO技术，而是向智能反射表面转变，从而为无线通信、异构设备提供34通信技术通信技术大型表面。智能反射表面属于新技术，能够实现绿色化、节能化的通信目标，所以也被称为超表面技术，包含大量反射二极管，能够反射电磁信号、可调相移。重构智能表面材料，通过调制可集成指数，可提升6 G网络的频谱。通过可调的发射信号、反射移相信号，能够促使系统能量效率的提升。在6 G网络体系中，该项技术可以提升数据速率，实现最小化的传输功率。(六)3 D网络6G系统，可以将地面、机载网络进行高度集成，从而为垂直用户提供通信支持。利用无人机、低轨道卫星，可提供3 D基站，增加高度、自由度的维度。6 G异构网络，可以实现3 D覆盖，结合卫星系统、无人机网络、地面网络，实现全球化覆盖。(七）动态网络切片对于动态网络切片，允许网络运营商通过专用虚拟网络向行业、机器、车辆提供优化交付服务。在6 G系统内，多数用户连接异构网络，成为基础管理要素。软件定义网络、网络功能虚拟化，均可以实现动态网络切片。在网络管理中，其也会影响云计算的规范，当网络存在集中控制器，并且对流量实行动态化引导与管理时，则能够对网络资源的分配进行优化。（八）无蜂窝通信不同通信技术、多频率的集成，成为6 G网络的重点。用户无缝转网，无须手动配置网络。在6 G体系内，传统蜂窝通信转向无蜂窝、正交通信转向无正交。从现有通信技术中，自动筛选出最佳网络，消除蜂窝网络的限制。6 G的无蜂窝通信，可以有效处理数据丢失、切换延迟或失败等问题，提供优质服务。利用多层混合和多连通技术，实现无蜂窝通信。（九）无线信息、能量传输的集成在通信技术中，无线信息、能量传输的集成成为6G的创新表现，其波段与领域基本等同于无线通信系统。在通信过程中，智能手机、传感器利用无线电力充电，所以即使设备无电池，也可实现6 G连接。(十）感知通信集成自主无线网络中，持续感知环境变化属于关键因素，在不同节点之间，可实现信息交换。在6 G网络体系中，传感系统、通信系统高度集成，能够对自主系统提供支持。感知对象海量、计算资源多级、资源复杂，成为感知通信集成的挑战。(十一)无人机在6 G无线通信中，无人机属于基础元素。通过无人机激素，可提供高数据速率。无人机上安装基站实35新潮电子体，可实现蜂窝连接。无人机具备多种优势，比如视线连接强大、部署难度小、可控制的自由度等。当发生自然灾害时，地面通信设施有限，很难提供服务，无人机能够高效处理不良问题。因此，在无线通信领域，无人机将成为新方式。(十二)区块链在未来通信系统中，区块链可管理海量数据，属于重要的分布式账本技术。分布式账本，分布在多个节点、计算设备的数据库内，且节点复制、存储在同一个分类账副本内，实现区块链的点对点管理，不会受到服务器、中央授权机构的管控。聚合区块链上的数据，可构造成块，通过密码学连接、保护“块”。区块链技术，能够补充大规模物联网，私密性、安全性、可靠性高。因此，6 G通信系统发展进程中，区块链可提供海量连接支持，跨设备互操作、数据可溯性等服务。（十三）接入回传网络的整合6G接入网的密度大，且不同接入网都牵扯到回传连接，比如自由光空间、光纤网络等。接入、回传网络的集成，可处理多种接人网络问题。(十四）太赫兹通信太赫兹波，是处于0.1 10 THz的频带，对应波长处于0.0 3 3 mm。按照标准化建议可知，太赫兹的通信频段为0.2 7 5 3 THz。在扩大6 G通信容量时，可以通过增加太赫兹的波段实现。对于0.2 7 5 3 THz的波段，缺乏可以应用的途径，所以高数据速率的潜力大。将该波段添加到mmWave波段，能够扩大总波段容量。5G技术应用mmWave波段，可提升数据速率，扩大应用范围，但6 G目标在于实现太赫兹级，最大限度提升数据传输速率。（十五）移动边缘计算在应用分布式海量云后，提升移动增强边缘计算的价值。基于人工智能，移动边缘计算通过系统控制、大数据分析法，可以形成新的规范，满足异构通信、异构计算、智能配置的需求。(十六）大数据分析大数据分析，可以揭露出大数据的复杂过程，比如未知关联、隐藏模式、未知客户等，保证数据管理效果。大数据来源多元，比如传感器、社交网络等，可帮助6 G系统处理海量数据。通过大数据分析、深度学习，实现6 G网络的自动优化。大数据结合机器学习之后，能够对用户数据路径进行预测，降低端到端延迟。(十七)主动缓存第2 2 期（总第553 期）第2 2 期（总第553 期）6G网络的大规模部署，可扩大网络容量，提升覆盖率，实现移动式管理。针对下行链路流量过载、主动换乘的访问延迟、流量卸载问题，均可提出相应的解决方案。在6 G通信中，注重研究干扰管理、主动缓存、智能编码方案的优化。（十八）后向散射通信后向散射通信，利用现有射频信号，比如蜂窝传输、环境电视，确保两个无电池设备的交互。在小通信范围内，能够获得理想的数据速率。微弱的监测系统，无须消耗任何能量，即可实现传感器传输。后向散射通信系统中，无电池节点成为珺网络的候选技术。在此种系统内，网络节点的相位、信道状态获取，已经成为重要的要求。在网络设备中，非相干后向散射通信，可以提供业务增强、资源使用优化等服务 2 。(十九）全息波束波束形成，即信号处理过程，能对天线阵列的转变起到引导作用，使其成为无线电信号。在智能天线中，波束形成成为重要子集，具备较强的抗感染能力、信噪比高。全息波束，是一种新的波束形成法，通过软件定义天线，能够灵活传输体现设备的信号，有效作用到网络定位与覆盖、无线功率传输中。三、6 G网络的应用前景在6 G通信系统中，高度集成全人工智能，且业务通信、物理层信号粗粒、网络仪表、资源管理等，都能够通过人工智能实现融合，促进数字化转型与升级。(一）现实服务的扩展扩展现实服务，主要是计算机激素、可穿戴设备实现真实与虚拟环境、人机交互的功能。结合混合现实、增强现实、虚拟现实等技术，以3 D对象、人工智能作为驱动元素，可提供感知需求，还可利用联合设计、无线连接方式，提供沉浸式体验。加速物与物、人与人的通信，提供多种创新娱乐服务，且不会受到时空的限制。6G系统的无线连接特点，可实现真正的虚拟体验。(二)智能社会6G网络发展中，依赖人工智能技术，可收集机器对机器的通信与能源，建设智能社会。自动化系统仍然以数据为中心，发展水平明显超过5G。6 G 系统可部署无人车业务，为车辆提供连接支持，同时支持无人机与地面通信和控制等，利用智能设备，加强社会的智能科技感。(三）触觉通信6G无线通信，能够加大对触觉通信的支持，远程用户利用实时交互系统，可享受到触觉体验，在机器人新潮电子传感器、人工智能领域得到应用。比如外科手术的医疗触觉、残疾人的触摸学习等。6 G通信网络的特性，可实现触觉系统应用。（四）无线脑机交互脑机接口，能对家用电器进行控制，尤其是家用的电器，该接口可以为大脑、外部设备提供连接路径。脑机接口能获取大脑的信号，并向数字设备传输信号，对信号进行解释分析后，可指导后续行动。相比5G，6G具备低时延、高速率、高可靠性优势，如多脑控制电影院，吞吐量非常大，且对连接可靠性要求高。6 G无线通信技术的功能，均可以支持脑机交互的应用。（五）智能医疗、生物医学通信医疗卫生系统，也可应用6 G无线网络。移动边缘计算、虚拟现实、人工智能、全息呈现，都属于智能医疗系统的技术支持。6 G系统可提供远程监控系统，比如远程手术。凭借6 G网络的优势，可确保海量医疗数据传输的可靠性，提升医疗服务访问率，加强医疗质量。在6 G的核心技术中，太赫兹技术能应用到医疗保健服务中，比如制药工业、口腔保健、皮肤医学等。此外6 G无线系统中，生物医学通信也属于重要前景，可提供无电池通信，比如体内传感器，实现长期且可靠的监测。（六）万物互联5G被称为万物互联的开端，可以将标准化应用转变为商业化应用。6 G系统可提供全方位的万物互联，比如智能健康、智能汽车等。使用节能型传感器，可以对大规模万物互联的连接提供支持。低能耗广域网络，为广域覆盖网络提供支持，电池寿命长达10 年，应用成本低。在多数的万物互联用例中，都有低能耗广域网络的参与。四、结束语综上所述，信息通信的快速发展，5G很难满足无线通信的增长速度，6 G研究处于起步阶段。本文重点分析6 G通信目标、核心技术、应用前景，探索其在各领域的应用可能性，指明了6 G通信网络的发展方向，同时为6 G网络的设计、研发提供参考。参考文献：1 鲁信金,黄璐莹,陈继林,等.6 G卫星互联网通信安全抗干扰技术研究 J.无线电通信技术,2 0 2 2(11):1-9.2王晓萌,王.浅析基于6 G网络性能需求与设计原则的移动通信网络开放平台 J.数字通信世界,2 0 2 2(10):1-3.36通信技术