6G已經(jīng)在來的路上了

　　2. 空間復(fù)用技術(shù)

　　Rosenworcel表示6G將使用“空間復(fù)用技術(shù)”，6G基站將可同時(shí)接入數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)無線連接，其容量將可達(dá)到5G基站的1000倍。

　　前面說到6G將要使用的是太赫茲頻段，雖然這種高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大。但是使用高頻率載波的移動(dòng)通信系統(tǒng)要面臨改善覆蓋和減少干擾的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　當(dāng)信號(hào)的頻率超過10GHz時(shí)，其主要的傳播方式就不再是衍射。對(duì)于非視距傳播鏈路來說，反射和散射才是主要的信號(hào)傳播方式。同時(shí)，頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。這些因素都會(huì)大大增加信號(hào)覆蓋的難度。

　　不止是6G，處于毫米波段的5G也是如此。而5G則是通過Massive MIMO和波束賦形這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)來解決此類問題的。

　　我們的手機(jī)信號(hào)連接的是運(yùn)營(yíng)商基站，更準(zhǔn)確一點(diǎn)，是基站上的天線。Massive MIMO技術(shù)說起來挺簡(jiǎn)單，它其實(shí)就是通過增加發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量，即設(shè)計(jì)一個(gè)多天線陣列，來補(bǔ)償高頻路徑上的損耗。

　　在MIMO多副天線的配置下可以提高傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量，而這用到的便是空間復(fù)用技術(shù)。在發(fā)射端，高速率的數(shù)據(jù)流被分割為多個(gè)較低速率的子數(shù)據(jù)流，不同的子數(shù)據(jù)流在不同的發(fā)射天線上在相同頻段上發(fā)射出去。由于發(fā)射端與接收端的天線陣列之間的空域子信道足夠不同，接收機(jī)能夠區(qū)分出這些并行的子數(shù)據(jù)流，而不需付出額外的頻率或者時(shí)間資源。

　　這種技術(shù)的好處就是，它能夠在不占用額外帶寬、消耗額外發(fā)射功率的情況下增加信道容量，提高頻譜利用率。

　　不過，MIMO的多天線陣列會(huì)使大部分發(fā)射能量聚集在一個(gè)非常窄的區(qū)域。也就是說，天線數(shù)量越多，波束寬度越窄。這一點(diǎn)的有利之處在于，不同的波束之間、不同的用戶之間的干擾會(huì)比較少，因?yàn)椴煌牟ㄊ加懈髯缘木劢箙^(qū)域，這些區(qū)域都非常小，彼此之間不怎么有交集。

　　但是它也帶來了另外一個(gè)問題：基站發(fā)出的窄波束不是360度全方向的，該如何保證波束能覆蓋到基站周圍任意一個(gè)方向上的用戶?這時(shí)候，便是波束賦形技術(shù)大顯神通的時(shí)候了。

　　簡(jiǎn)單來說，波束賦形技術(shù)就是通過復(fù)雜的算法對(duì)波束進(jìn)行管理和控制，使之變得像“聚光燈”一樣。這些“聚光燈”可以找到手機(jī)都聚集在哪里，然后更為聚焦地對(duì)其進(jìn)行信號(hào)覆蓋。

　　5G采用的是MIMO技術(shù)提高頻譜利用率。而6G所處的頻段更高，MIMO未來的進(jìn)一步發(fā)展很有可能成為6G提供關(guān)鍵的技術(shù)支持。

　　3. 動(dòng)態(tài)頻譜共享+區(qū)塊鏈

　　Rosenworcel提到，美國(guó)現(xiàn)有的頻譜分配(拍賣)方式將難以勝任6G時(shí)代“對(duì)于頻譜資源的高效利用”這一訴求，6G要采用“頻譜共享”的方式。她還指出還可采用更智能、分布更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)頻譜共享接入技術(shù)，那就是“基于區(qū)塊鏈的動(dòng)態(tài)頻譜共享”。

　　所謂的頻譜拍賣是指授權(quán)用戶規(guī)劃某一頻段，對(duì)外進(jìn)行公開拍賣，以公開競(jìng)價(jià)的方式，將該頻段的使用權(quán)轉(zhuǎn)讓給最高應(yīng)價(jià)者使用。目前頻譜拍賣廣泛采用的地區(qū)和國(guó)家主要集中在歐洲和美國(guó)。我國(guó)不同于絕大多數(shù)國(guó)家，采取的是分配而非拍賣的方式來進(jìn)行頻譜管理工作。也因此，我國(guó)的政府監(jiān)管部門在移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展中處于非常核心的位置。

　　頻譜拍賣的分配方式之所以難以勝任6G時(shí)代“對(duì)于頻譜資源的高效利用”這一訴求，是因?yàn)樗嬖谑跈?quán)用戶獨(dú)占頻段而造成頻譜閑置、利用不充分等問題。對(duì)于無線電頻譜這種稀缺性的戰(zhàn)略資源，此方式顯然不適合迎接萬物智聯(lián)時(shí)代的到來，甚至極有可能阻礙整個(gè)社會(huì)推動(dòng)創(chuàng)新。

　　為了合理配置頻譜資源，使其得到高效充分的利用，美國(guó)FCC于2015年開展推動(dòng)了動(dòng)態(tài)頻譜共享，在3.5GHz上推出CBRS(公眾無線寬帶服務(wù))，通過集中的頻譜訪問數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來動(dòng)態(tài)管理不同類型的無線流量，以提高頻譜使用效率。簡(jiǎn)單來講，就是某一使用者不用的話，其他使用者可以接入使用，這樣不僅能有效減少資源浪費(fèi)，也可減少擁塞的問題(這有點(diǎn)像共享單車一樣)。

　　CBRS引進(jìn)了三層式頻譜接取架構(gòu)(SAS)。SAS分為三層：第一層用戶是該頻段的執(zhí)照持有者，如軍用雷達(dá)等。這層用戶擁有最高優(yōu)先級(jí)，它們將受到最高級(jí)別的保護(hù)，免受其它層級(jí)接入用戶的干擾;第二層是已支付授權(quán)費(fèi)的用戶，享有免受第三層接入用戶干擾的保護(hù);第三層是任何人都可以使用，優(yōu)先級(jí)最低，不受任何干擾保護(hù)。

　　SAS負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)有用戶和新用戶間的頻譜接入，保護(hù)較高層用戶免受低層用戶的影響，并優(yōu)化CBRS頻段內(nèi)所有用戶可用頻譜的有效使用。這就達(dá)到了動(dòng)態(tài)共享頻段、按需使用的效果，頻譜的使用率無疑會(huì)大大提高。

　　CBRS極具創(chuàng)造性、高效性和前瞻性，對(duì)未來6G的發(fā)展具有非同尋常的意義。