電信行業(yè)一直在不斷追求創(chuàng)新技術(shù)，以滿足對(duì)移動(dòng)帶寬不斷增長(zhǎng)的需求——移動(dòng)帶寬的需求大約每?jī)赡攴环?/p>

在過(guò)去的二十年中已經(jīng)引入了三代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：從2001年推出3G開(kāi)始，到2009年推出4G，再到現(xiàn)在的5G 網(wǎng)絡(luò)。除此之外，其他類型的移動(dòng)通信(例如 Wi-Fi)也占據(jù)了一席之地。

然而，盡管移動(dòng)通信技術(shù)在不斷發(fā)展，我們對(duì)帶寬的渴望仍然是無(wú)止境的，例如在工業(yè)環(huán)境中，對(duì)延遲的要求也越來(lái)越高。這就是為什么要引入第六代移動(dòng)通信(6G)。

每秒 100 Gbps

對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)只是隨時(shí)隨地播放視頻或快速下載大文件的一種手段。他們需要的是速度。二十多年來(lái)，速度一直是電信運(yùn)營(yíng)商試圖吸引客戶的頭號(hào)賣點(diǎn)。

我們一直在通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分享越來(lái)越多、越來(lái)越大的(視頻)文件。對(duì)人們來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是能夠隨時(shí)隨地訪問(wèn)這些下載，并以盡可能高的分辨率觀看視頻。

6G網(wǎng)絡(luò)將延續(xù)速度為先的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)下載速度將不低于 100Gbps。這比5G網(wǎng)絡(luò)的理論下載速度快10倍，比如今4G網(wǎng)絡(luò)的速度快300倍。

100GHz頻率

頻率越高，可用帶寬就越多。因此，為了達(dá)到這些帶寬，我們需要利用更高的無(wú)線電頻率。

例如，4G網(wǎng)絡(luò)的頻率限制在2.5GHz內(nèi)，而5G網(wǎng)絡(luò)則在28GHz和39GHz頻段運(yùn)行。下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(包括 6G)預(yù)計(jì)將使用100GHz以上的頻率。

僅幾微秒的延遲

用戶的移動(dòng)體驗(yàn)不僅僅取決于他們可以(快速)下載的數(shù)據(jù)量。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)延遲也是一個(gè)同樣重要的因素。例如，在觀看直播電視節(jié)目時(shí)，延遲會(huì)大大影響用戶體驗(yàn)。

誠(chéng)然，5G網(wǎng)絡(luò)的引入(其延遲不到1毫秒)應(yīng)該已經(jīng)結(jié)束了這些問(wèn)題。然而，6G在延遲方面更進(jìn)一步，只有幾微秒。

這對(duì)于日益增長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用程序尤其必要。例如，基于實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)獨(dú)立控制機(jī)器和復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或者時(shí)間敏感的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等等。

每平方公里 1000 萬(wàn)臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)的能力是由連接的傳感器和設(shè)備的數(shù)量決定的。這里預(yù)計(jì)也會(huì)有巨大的增長(zhǎng)。市場(chǎng)研究公司Statista 預(yù)測(cè)，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)將包含近310億臺(tái)設(shè)備，而目前為120-130億臺(tái)。隨著設(shè)備數(shù)量的不斷增加，將盡可能多的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)也隨之而來(lái)。這個(gè)數(shù)字被稱為連接密度。

如今的4G網(wǎng)絡(luò)的連接密度約為每平方公里10萬(wàn)臺(tái)設(shè)備。5G已經(jīng)做得更好了，每平方公里可以連接100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備。隨著6G網(wǎng)絡(luò)的引入，實(shí)現(xiàn)每平方公里1000萬(wàn)臺(tái)連接設(shè)備已經(jīng)觸手可及。

每比特不到 1 納焦耳的能耗

如前所述，6G 網(wǎng)絡(luò)將不得不依靠更高的頻率來(lái)支持更高的帶寬需求。但問(wèn)題是，底層芯片技術(shù)還尚未能夠在這些頻段以節(jié)能的方式運(yùn)行，而能源效率是電信行業(yè)的主要挑戰(zhàn)之一。

愛(ài)立信最近在一份報(bào)告中表示，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的能耗可能會(huì)急劇增加，甚至以犧牲環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)的總部署成本為代價(jià)。

不過(guò)，電信行業(yè)也沒(méi)有放任這個(gè)情況。據(jù)電信運(yùn)營(yíng)商Orange稱，與 4G 相比，到 2025 年，新技術(shù)和軟件的引入可以將 5G 網(wǎng)絡(luò)的能耗降低 10 倍(每千兆傳輸)。到 2030 年，這甚至可能變成 20 倍。

相比之下，如今為提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能效所做的努力卻被快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量所抵消。多年來(lái)，數(shù)據(jù)中心一直在進(jìn)行類似的斗爭(zhēng)——光纖連接需要處理盡可能多的數(shù)據(jù)，同時(shí)保持高能效。

6G的研究目標(biāo)是將其能耗降低到每比特 1 納焦耳(10-9 焦耳)以下。

為此，研究人員對(duì)新的 III-V 材料(例如磷化銦 (InP))寄予厚望，但這些材料尚不適合集成到硅平臺(tái)上。研究界正在專門進(jìn)行如何將 III-V 材料與 CMOS 技術(shù)異構(gòu)結(jié)合等相關(guān)研究，以期實(shí)現(xiàn)在 100GHz 及更高頻率下高效且經(jīng)濟(jì)高效地運(yùn)行。