6G移动通信的技术应用及发展前景

张博文 林君

摘 要：本文通过参考近年来国内外对6G移动通信技术的研究情况，分析了6G移动通信应用的频率技术（太赫兹），并对6G移动通信技术突出优势进行了总结，初步预测了6G移动通信技术的应用领域和发展前景。

关键词：6G移动通信技术;太赫兹;空间复用技术

中图分类号：TG386.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0037-02

Talking about the Technical Application and Development

Prospect of 6G Mobile Communication

ZHANG Bowen LIN Jun

（Yanbian University，Yanji Jilin 133002）

Abstract： This paper analyzed the frequency technology （terahertz） of 6G mobile communication application by referring to the research situation of 6G mobile communication technology at home and abroad in recent years， and summarized the outstanding advantages of 6G mobile communication technology， and preliminarily predicted the application fields and development prospects of 6G mobile communication technology.

Keywords： 6G mobile communication technology;terahertz;space reuse technology

随着移动互联网的发展和移动数据需求的日益增长，第五代移动通信系统5G蓬勃发展，同时越来越多的外部设备正接入5G移动网络中，当5G网络开始投入商用时，研究机构及科研人员便开始研发下一代移动通信系统。6G移动通信技术是建立在5G移动通信技术的基础之上，属于5G移动通信技术的全面优化和拓展延伸，并汇集了5G所未涉及的技术领域[1]。预计6G基站将同时接入上千个无线连接且其容量可高达5G基站的1 000倍，下载速度预计可达1TB/s。6G移动通信将应用全新的太赫兹频谱频段，广泛使用空间复用技术，并在高速通信、卫星雷达、物联网等十余个领域起到核心作用。

1 太赫兹和空间复用技术

1.1 太赫兹

太赫兹，也被称为亚毫米波，是下一代通信技术的传输频段。按照通信原理来理解频率和传输量的关系，频率越高，传输波长就会越短，带宽范围逐渐扩大，那么在一定时间内通信系统的数据传输量就会由小变大。6G移动通信技术为了能够实现超高速通信的目标，便启用了太赫兹波来替代毫米波作为新一代移动通信技术的传输方式[2]。太赫兹波的频谱频率为0.3～3THz，满足高频的需求，与5G相比，高频率的太赫兹波将使网速提升10多倍。通过查阅6G通信技术的相关资料，归纳整理6G移动通信关键技术的相关参数，如表1所示。

太赫兹技术作为国家级前沿科技的领头羊，已经在我国许多科技领域受到重用。举例来讲，太赫兹波大可以作为新一代的人体医疗成像技术，替代X-rays，与当下正在使用的X-光相比，其对人体造成的伤害减少很多。

1.2 空间复用技术

6G移动通信将使用空间复用技术，6G移动通信基站可以同时接入上千个无线外部连接，容量将达到5G的1 000倍。MIMO技术是通过增加天线的数量构造多天线阵列来补偿高频路径上的传输损耗，空间复用技术的作用是能在MIMO多天线的阵列配置下提高传输数据量。高速率的数据流在信号的发射端被分割为多个低速率的子数据流，分割得到的不同子数据流在不同的天线上以相同的频段发射出去，又因为发射和接收端天线阵列之间的空域子信道不同，接收天线能够区分这些同频并行的子数据流，故不再需要消耗额外的频率或时间来识别这些数据流。

空间复用技术的优点就是能在不占用额外带宽和消耗额外功率的情况下增加信道容量，提高频谱频段的利用率。但MIMO技术构造的多天线阵列会使大部分发射出的能量聚集在极窄的空间范围内，即天线数量越多，发射波束的宽度越窄，各个用户终端和不同的波形之间干扰很小，最后利用波束赋形技术便可以对信号进行焦点式覆盖。5G移动通信以MIMO技术作为核心从而提高了频谱利用率，那么MIMO也同样会为6G提供技术支持。

2 6G移动通信技术的应用及发展前景

2.1 6G的信号覆盖和频段问题

2.1.1 信号覆盖问题。从信号的频率角度来看，信号的频率越高，则信号的波长越短，如果信号在传播时遇到大的障碍物，其绕射能力也就会由强变弱，传播的损耗也就随绕射能力的变弱而增大。这种传播损耗与传播距离成正比，它会随着传输距离的增加而被放大，因此从通信基站发射出的无线电信号的覆盖范围便会由于信号的传播能力变弱而降低。

2.1.2 频段变高的原因。通信频段由低向高处拓展有两个原因。其一，由于通信频率变高，单位时间内由通信系统向用户端传输的数据量就会由于频率变高而变大，以此能达到高速通信的目的;其二，所有用户终端将从有限宽度的频谱带宽获得服务。当信号功率达到最高功率的一半时，频谱带宽会因大量用户终端的分配而降低，造成每个用户终端获得的服务质量骤降。

2.2 6G移动通信技术的应用

2.2.1 高速通信。相比目前应用的mmWave通信频段的频谱，太赫兹频段可以提供更多的频谱资源用于超宽带以及超高速无线通信，预计可超过100Gbps。

2.2.2 生命科学应用。太赫兹波对人体无害，故可广泛应用于对人体局部成像和疾病的医疗诊断，如对各种癌症的检测，还可以应用在对DNA束缚状态的测定和蛋白质复合物的检测等。

6G移动通信技术的应用领域还有很多，未来，6G将应用到任何可能涉及的领域。图1是6G未来的12大应用场景。

2.3 6G的发展前景

6G移动通信系统将打造一个海陆空全覆盖全连接的通信网络世界，荒漠丛林等移动网络信号盲区也将实现全覆盖。6G移动网络信号将覆盖所有偏远山村，让深山里的农民百姓能接受实时远程医疗，让山里的孩子能够获得现代化远程教育。在北斗卫星等其他卫星系统的联动支持下，6G移動通信系统还能更快更准地帮助人类预测天气及各种自然灾害，这就是6G的未来。

3 结语

尽管6G移动通信技术正处在初步研发阶段，但是其前景可以预见，6G一定会成为未来通信的核心技术。6G移动通信技术的发展将会突出三个优势。一是国内外会在6G通信技术的研发上加大力度，通过技术的不断革新，促进各国科技事业和国民经济的共同发展;二是6G移动通信技术的性能会不断地优化更新，相比5G通信，会带给用户更加极致的体验;三是6G通信技术的用户会不断增多，适用范围也会不断扩大，那么6G移动通信将会成为未来人类通信的核心技术，实现广泛覆盖甚至全覆盖也指日可待。

参考文献：

[1]陈亮，余少华.6G移动通信发展趋势初探（特邀）[J].光通信研究，2019（4）：1-8.

[2]赵亚军，郁光辉，徐汉青.6G移动通信网络：愿景、挑战与关键技术[J].中国科学（信息科学），2019（8）：963-987.