尽管5G还远未完全实现，但全世界的研究人员已经开始专注于下一代的研究。显然，人们对6G究竟会是什么有相当多的猜测，虽然现在做出精确的预测还为时过早，但看看研究人员如何应对挑战也不为过。

当5G的细节和预期发布时，有很多人持怀疑态度--而且很多人依然如此--因为新标准将工作频率推到了比4G高的数量级。其中最高的频率只保留给Wi-Fi和其他一些应用的极短距离变体。也就是说，基础设施已经在24和28GHz的频率上快速部署，未来几年还会有更高的频率。

到6G到来时，将出现更多需要克服的挑战，在某些情况下，这些挑战甚至会比前者更加困难。不过，也会有更多的机会，其中许多机会是5G所不能提供的。

    比革命更具革命性  

如果将“细胞”世代的历史用作预测指标，则每个标准中定义的部分内容都将由其后续世代实现。也就是说，为2G计划的某些计划最终是在3G中实现的，而4G提供了3G计划实现但没有实现的更全面的衡量标准。每一代的目标主要是实现更高的数据速率和更广泛的覆盖范围。

5G发生了变化，这可能被认为是对蜂窝技术的全面改造，首次从智能手机，平板电脑和笔记本电脑扩展到物联网伞下的广阔领域。它迎来了用户设备，基础架构和整个网络的软件定义架构时代，并将无线系统使用的频率扩展到了毫米波范围。

这些进步中的任何一项都可以说是一项重大成就，而5G可以实现所有这些成就。到2030年左右推出时，无论是在全国广大地区实现极低的延迟还是实现数千兆比特的速度，6G都将尝试实现5G所没有的。

6G可能达到与5G相同的幅度，因为它达到了接近光波频谱的频率，将下行链路速度提高到1 Tb / s，并采用了当今尚不存在或已经开发了多年而没有市场使他们更加努力。它还将完全支持要求延迟远低于5G最终实现的延迟的应用程序，并允许消费者，设备，车辆和周围环境之间进行即时通信（表1）。

然而，6G将利用AI和机器学习的先进优势，并实现诸如自动驾驶汽车，机器人控制，高清全息游戏等应用，提供更多功能。所有这些应用程序都属于无线认知，传感，成像，无线通信以及位置定位和导航类别。

6G承诺高达1 Tb / s（100万Mb / s）的数据速率，这比5G快1000倍。这将需要1 GHz以北的巨大信道带宽。提供所需带宽的唯一可用频谱在100 GHz和3 THz之间。毫不奇怪，该区域仅用于科学研究，包括射电天文学，卫星地球探测服务（EESS），空间研究服务（SRS），以及在一定程度上还用于业余无线电。

美国联邦通信委员会（FCC）意识到实现6G所需的技术力量和时间，并于2019年启动了一项名为——新视野''的计划。它为在95 GHz和3 THz之间的未许可频率下的实验提供了几乎无规则的途径。该委员会已在其第5部分“实验性无线电服务（ERS）”规则中多次采用了实验性许可。这次，它将创建一种新型的许可证，称为Spectrum Horizons实验性无线电许可证（或Spectrum Horizons许可证）。

该计划的目标是通过使实验性许可证易于获得而减少常规许可所需的典型障碍，从而降低进入门槛。它在频率范围，功率和发射等规范方面提供了广泛的灵活性，唯一的警告是实验者必须避免对现有服务造成干扰。

超过21 GHz的频谱将可用，分别为116至123 GHz，174.8至182 GHz，185至190 GHz和244至246 GHz （表2）。即使在较低的毫米波频率下，可用频谱也是巨大的。例如，仅60 GHz的免许可频段提供的可用带宽几乎等于从dc到7 GHz的几乎所有许可和许可服务所使用的带宽。

FCC指出，除了传统的通讯方式外，这些频率还可能用于数据链路，从而可以传输宽带，未压缩的高清视频信号和其他类型应用程序的其他高速数据。例如，委员会指定日本的NTT使用120 GHz无线链接来提供2008年北京奥运会的直播电视报道。

    太赫兹震颤  

许多科学家和工程师认为，频率越高，空间损失越大。因此，在太赫兹地区的操作是一种幻想。这一立场，加上缺乏合适的半导体技术，可以说是未使用毫米波波长的主要原因之一。但是，由于以下几个原因，这还远非完整。

首先，在当前用于无线通信的UHF和微波频率下，路径损耗主要是由于与较高频率相比分子吸收非常低。但是，在光谱的较高范围内，其他因素也起作用，例如来自降水和树叶（以及几乎所有其他事物）的散射会严重影响范围和可靠性。因此，可以预期的是，在波长为0.3 mm的1 GHz频率上，如果不是不可能的话，通信对于传统无线服务来说似乎是不切实际的。

其次，太赫兹波长固有地跨越较短的距离，但是从低频到高频的损耗不是线性的（图1）。这是因为大气中氧气，氢气和其他气体的共振频率比其他气体吸收更多的电磁能。这就是为什么少数在这些波长下运行的应用程序仅在特定频率下运行的原因。这也是为什么FCC选择它为Spectrum Horizons做的无执照频段的原因。

1.自由空间通信的大气障碍不是线性的，机会的“窗口”使亚太赫兹无线功能成为可能。

但是，Ted Rappaport博士，纽约大学丹东工程学院电机工程学的David Lee / Ernst Weber教授，纽约大学无线学院的创始主任，无线通信的长期开拓者提出了一个重要的观点：对于给定的天线而言，有效在各向同性辐射功率（EIRP）的情况下，如果天线孔径在传输路径的每一端具有相同的大小（即，元素数），则随着频率的增加，通过空间的路径损耗将呈二次方降低。已经证明，在满足此条件的情况下，对于相同的RF输出功率，自由空间中140 GHz处的信号强度实际上比73 GHz处高5.7 dB，比28 GHz处高14 dB。

实际上，根据Rappaport的说法，与低于6 GHz的频段相比，许多毫米波和太赫兹频段的损耗非常小，在高达300 GHz的频率下损耗仅增加10 dB / km。这些频段可轻松用于覆盖范围达km的高速6G移动无线网络，在固定应用中甚至可达10 km或更高。实际上，尽管600至800 GHz之间的许多频谱都受到100至200 dB / km的衰减，但在100米距离（这是小型小区的典型半径）上，衰减仅为10至20 dB。

研究表明，在10 GHz以上的频率下，雨滴，雪和冰雹等颗粒会导致大量衰减。在73 GHz频率下，信号在50 mm / h的降雨速率下衰减10 dB / km。降雨衰减从100 GHz平滑到500 GHz，这意味着降雨在100 GHz以上的工作频率下不会引起任何额外的衰减。

尽管所有这些似乎都在面对传统思维时飞速发展，但它认为在如此高的频率下，使用带有许多元件的微型电子控制天线可以实现真正大量的前向增益。这将抵消大气衰减的影响，同时保持与较低频率相同的信噪比。简而言之，这些天线将允许移动系统在太赫兹区域内良好运行。

挑战与解决方案

在6G成为现实之前，必须克服巨大的挑战。它们涵盖了能够在亚太赫兹频率下产生可测量功率的半导体技术的发展，到电子控制的相控阵天线，以提供足够的增益来克服各种因素，这些因素使在该频谱区域内的通信极为困难。

为了达到大约100 Gb / s的数据速率，调制方案将需要大于14 b / s / Hz的频谱效率，远远超出了当今的频谱效率。下一代射频功率放大器将需要使用硅锗（SiGe），绝缘体上硅（SOI）和BiCMOS半导体技术，也可能需要磷化铟。随着频率的增加，基站所需的空间可以大大减少，天线元件的尺寸缩小，即使在太赫兹范围的较低范围内，阵列元件之间的阵列表面距离也只有几百微米。

毫不奇怪，DARPA参与了太赫兹应用半导体技术的开发。该机构的混合模式超大规模集成电路技术（T-MUSIC）计划正在研究SiGe HBT，CMOS，SOI和BiCMOS电路集成，希望实现功率放大器的最高工作频率为1 THz。T-MUSIC的目标是开发在同一芯片上集成数字处理和智能功能的太赫兹混合模式设备（图2）。

2. DARPA的T-MUSIC计划旨在将在同一芯片上集成了数字处理和智能功能的混合模式太赫兹设备组合在一起。

该计划专注于基于先进CMOS制造平台的先进材料，器件处理和混合模式电路设计，希望该程序将大大提高集成混合模式电子产品的速度和准确性。T-MUSIC计划的参与者（BAE Systems，雷神公司，加利福尼亚大学洛杉矶分校，加利福尼亚大学圣地亚哥分校和犹他大学）将开发先进的混合模式铸造技术，其晶体管的工作频率至少为1 THz，并且宽带精密混合模式集成电路。

由1,000个元件组成的天线阵列可以 在250 GHz的空间内安装到小于4 cm 2的区域。对于用户设备，这意味着移动设备可以托管数万个天线，基站将成为10 m范围内的微小蜂窝。这些天线产生的笔形波束也可以减少干扰，干扰和检测。

覆盖范围扩展技术对于为无人机，轮船和航天器提供服务必不可少，因为常规蜂窝网络无法完全覆盖其服务区域。为了解决这个问题，可以采用对地静止的低地球轨道卫星（LEO）和高空伪卫星（HAPS）覆盖山区和偏远地区，海洋和太空，并向新地区提供通信服务。HAPS受到越来越多的关注，因为它们可以固定在海拔约20 km的固定位置，覆盖范围广，其小区半径大于50 km。此外，HAPS提供了一种解决方案，可在灾难期间以及可能在工业物联网场景中为便携式基站提供回程服务。

    结论  

6G可以实现的第一个具体证据还需要几年时间，但随着工业界、学术界和其他实体已经全面参与开发，观察各种要素如何结合在一起将是非常有趣的。在部署6G后，可以获得很多好处，远不止是两秒钟下载一部专题片，从极其精确的定位和其他传感应用，到实际上需要短距离的抗干扰通信，还有其他几十种应用。

到2035年，很可能在软件定义硬件、人工智能、计算能力等技术上取得巨大进步。网络将从纯粹的地面无线发展到包含卫星，填补地面平台无法到达的空白，还将实现一长串其他进步。时间会告诉我们6G的发展情况，但就像5G一样，曾经看起来不太可能的事情现在正在部署。