到達(dá)6G需要什么？為什么一定要超越5G？

在布魯克林5G峰會(huì)上，紐約大學(xué)教授Ted Rappaport作了關(guān)于20G到2035年左右某個(gè)時(shí)候可能成為6G的初步研究的演講。

Rappaport在演講中指出，5G花費(fèi)了15年才能達(dá)到初始部署，他認(rèn)為6G也是一樣。為什么要超越5G？本文解釋說，將需要更快的無線速度來跟上不斷增長(zhǎng)的計(jì)算能力，并創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)。到2036年，我們將擁有擁有人腦計(jì)算能力的1000美元計(jì)算機(jī)。盡管基于太赫茲信號(hào)的無線網(wǎng)絡(luò)仍然不夠快，無法跟上該能力，但它將使我們更加接近。也許7G會(huì)到達(dá)那里。

由Rappaport發(fā)起的計(jì)劃NYU Wireless的研究正在研究100 GHz以上的頻率，信道數(shù)據(jù)速率為100 Gbps。鑒于FCC已發(fā)布高于95 GHz的21.2 GHz頻譜，因此在美國(guó)可以進(jìn)行測(cè)試。

到達(dá)6G需要什么？在電氣和生物領(lǐng)域都進(jìn)行了大量研究。在電氣領(lǐng)域，太赫茲信號(hào)將帶來新的問題，但可能具有諸如5G信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)的傳感等新應(yīng)用的潛力。例如，能夠“看到”拐角處的角落并能夠感知房間中人員的位置。即使如此，表征太赫茲通道仍需要大量工作，因?yàn)樵谌绱硕痰牟ㄩL(zhǎng)下，建筑材料的粗糙度例如會(huì)成為吸收或反射信號(hào)的因素。想象一些建筑材料像消聲室的墻壁一樣工作。圖1顯示了Rappaport的幻燈片，其中描繪了常見建筑材料中的信號(hào)損耗。

圖1由普通建筑材料產(chǎn)生的信號(hào)損耗可能會(huì)導(dǎo)致將來開發(fā)出的材料來最大限度地降低太赫茲頻率下的信號(hào)損耗。資料來源：紐約大學(xué)無線

我們通常被認(rèn)為是信號(hào)衰減總是隨著頻率的增加而增大。不一定是這樣。在雨中衰減。研究表明，如Rappaport在布魯克林5G峰會(huì)上展示的這張圖片所示，衰減在大約100 GHz處保持穩(wěn)定（圖2）。

圖2降雨衰減在100 GHz時(shí)趨于平穩(wěn)。隨著頻率增加，雨水損失不會(huì)增加。資料來源：紐約大學(xué)無線

在太赫茲頻率下產(chǎn)生的另一個(gè)電氣問題也與波長(zhǎng)有關(guān)，這與天線和電子設(shè)備有關(guān)。也就是說，天線變得如此小，以至于其電子器件是尺寸的限制因素，因此，電子器件可能無法集成到天線中，因?yàn)樗鼈兲幱诋?dāng)今的28 GHz和39 GHz的5G頻率上。實(shí)際上，隨著工程師試圖減小放大器和其他組件的尺寸，組件的發(fā)熱將成為更大的問題。

與在100 GHz以下工作的功率放大器相比，用于太赫茲信號(hào)的功率放大器的噪聲問題更大。對(duì)這些問題的補(bǔ)償可能來自天線，即所謂的空間過采樣天線?？臻g過采樣的天線會(huì)產(chǎn)生“靜默圓錐”，定義為天線陣列的圓錐形支撐區(qū)域（ROS）。設(shè)計(jì)目標(biāo)是將噪聲和其他不良因素轉(zhuǎn)移到可用區(qū)域之外的區(qū)域。此類電路可以基于Σ-ΔADC和DAC，其中使用了反饋環(huán)路來提高分辨率。本文詳細(xì)解釋了這個(gè)概念。

毫米波和太赫茲信號(hào)的討論如果不提及健康問題以及需要進(jìn)一步研究的情況，將是不完整的。在生物學(xué)方面，該論文的作者說“人們認(rèn)為加熱是唯一的原發(fā)性癌癥風(fēng)險(xiǎn)”，但需要進(jìn)行大量工作來“理解太赫茲輻射對(duì)人類健康的生物學(xué)和分子影響，即使太赫茲的影響是三個(gè)數(shù)量級(jí)。頻率低于電離輻射”，即X射線輻射。

—Martin Rowe涵蓋了EDN和EE Times的測(cè)試和測(cè)量。