如何應(yīng)對(duì)6G？關(guān)于6G技術(shù)的研究

6G不僅僅是5G的演進(jìn)。每一代蜂窩技術(shù)都是變革性的。4G 為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)注入活力，而 5G 將蜂窩通信擴(kuò)展到智能手機(jī)之外。6G 將繼續(xù)將移動(dòng)通信推向新的高度，超越傳統(tǒng)的蜂窩通信設(shè)備和應(yīng)用程序。

與目前用于 4G 和 5G 的信息相比，6G 正在考慮的亞太赫茲 （THz） 頻率上可用的寬帶寬將能夠傳輸大量信息。這些頻率可以使虛擬現(xiàn)實(shí) （VR） 和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （AR） 應(yīng)用受益于沉浸式全息圖。

使設(shè)備能夠在亞太赫茲頻率下運(yùn)行首先要研究和了解材料特性、半導(dǎo)體、天線(xiàn)，甚至是新的數(shù)字信號(hào)處理 （DSP） 技術(shù)。研究人員正在研究如何使用磷化銦 （InP） 和硅鍺 （SiGe） 等材料來(lái)開(kāi)發(fā)高功率和高度集成的設(shè)備。幸運(yùn)的是，大學(xué)、商業(yè)實(shí)體和國(guó)防工業(yè)多年來(lái)一直在研究和使用這些化合物半導(dǎo)體技術(shù)，并不斷推動(dòng)提高頻率上限并改善噪聲和線(xiàn)性等其他領(lǐng)域的性能。了解系統(tǒng)性能是 6G 商業(yè)化行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

6G新技術(shù)

以通信系統(tǒng)中的誤差矢量幅度 （EVM） 級(jí)別為例，這是用于評(píng)估復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電調(diào)制方案的關(guān)鍵性能指標(biāo)。它是無(wú)線(xiàn)電發(fā)射和接收鏈的噪聲和線(xiàn)性性能的函數(shù)。這一方面推動(dòng)了 6G 系統(tǒng)組件和電路設(shè)計(jì)的許多方面。今天，6G 的幾個(gè)項(xiàng)目專(zhuān)注于設(shè)備和對(duì)低于太赫茲頻率的放大器、天線(xiàn)和濾波器等集成設(shè)備的噪聲水平的理解。

對(duì)更高數(shù)據(jù)速率的不懈需求推動(dòng)行業(yè)向更高頻率發(fā)展，從而獲得更大的可用帶寬。這是幾代蜂窩技術(shù)的持續(xù)趨勢(shì)，最近的趨勢(shì)是將 5G 擴(kuò)展到 24 和 71 GHz 之間的頻段，這有助于說(shuō)明這部分 6G 研究可能采取的路徑。隨著使用頻率范圍 2 （FR2） 頻段的商用系統(tǒng)的推出，業(yè)界不斷改進(jìn)技術(shù)，第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） 繼續(xù)推進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)以幫助移動(dòng)性、鏈路管理和電源管理。這一切都是由需要如此高數(shù)據(jù)速率的用例告知的。雖然“殺手級(jí)應(yīng)用”可能還沒(méi)有出現(xiàn)，但對(duì)數(shù)據(jù)的日益增長(zhǎng)的需求已經(jīng)全面展開(kāi)。

除了與射電天文學(xué)相關(guān)的一些實(shí)驗(yàn)要求和細(xì)節(jié)外，監(jiān)管機(jī)構(gòu)尚未最終確定有關(guān)這些頻段的政策。然而，鑒于對(duì)此類(lèi)短波長(zhǎng)的系統(tǒng)集成的要求，測(cè)量和被測(cè)設(shè)備之間的互連只能通過(guò)三種方式實(shí)現(xiàn)：晶圓探針、波導(dǎo)或通過(guò)天線(xiàn)的空中 （OTA）。晶圓探測(cè)僅適用于暴露 IC 的驗(yàn)證。波導(dǎo)矩形 （WR） 6.5 覆蓋 110 至 170 GHz 頻率；WR3.4 指 220 至 330 GHz 頻率；并且還提供許多現(xiàn)成的互連配件。對(duì)于OTA，至少在美國(guó)，聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）已經(jīng)開(kāi)放了95到330GHz頻段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并為這些頻段提供實(shí)驗(yàn)許可證。

對(duì)于這些頻率，只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以適用于通用通信收發(fā)器規(guī)范，并且沒(méi)有使用該標(biāo)準(zhǔn) （802.15.3d） 的商業(yè)系統(tǒng)。因此，一個(gè)很好的起點(diǎn)是探索可以在這些頻段使用的調(diào)制和編碼格式。

然后，您需要在 sub-THz 頻率下測(cè)試系統(tǒng)的性能。有許多挑戰(zhàn)需要解決，但可以分為以下幾類(lèi)：

產(chǎn)生足夠的功率來(lái)克服半導(dǎo)體中更高的傳播損耗和限制。

天線(xiàn)設(shè)計(jì)和與發(fā)射器和接收器的集成。

設(shè)計(jì)具有盡可能低的噪聲系數(shù)的接收器。

整個(gè)可用頻段的高保真調(diào)制。

高速數(shù)字信號(hào)處理，以適應(yīng)來(lái)自寬帶寬塊的高數(shù)據(jù)速率。

克服材料特性的物理障礙和降低系統(tǒng)中的噪音是您集中精力的重要方面。這就要求開(kāi)發(fā)新技術(shù)以達(dá)到高頻以及數(shù)字化和測(cè)試和測(cè)量。研究亞太赫茲系統(tǒng)需要寬帶寬測(cè)試儀器。

圖 1提供了一個(gè) sub-THz 測(cè)試臺(tái)示例，該測(cè)試臺(tái)能夠在稱(chēng)為 H 波段的 220-330 GHz 頻率下執(zhí)行測(cè)量。測(cè)試臺(tái)發(fā)射機(jī)具有一個(gè)模擬帶寬為 32 GHz 的多通道任意波形發(fā)生器 （AWG），可生成調(diào)制的直接中頻 （IF）、一個(gè)將 AWG 的 IF 信號(hào)轉(zhuǎn)換為 sub-THz 頻率的上變頻器，以及一個(gè)矢量信號(hào)發(fā)生器為上（下）轉(zhuǎn)換器提供低相位噪聲本地振蕩器（LO）。

測(cè)試臺(tái)還包括一個(gè)用于執(zhí)行功率測(cè)量的功率計(jì)。在接收路徑上，下變頻器將 sub-THz 頻率帶入可測(cè)量的 IF，高性能多通道示波器將 IF 信號(hào)數(shù)字化。相同的測(cè)試臺(tái)可以通過(guò)對(duì)所需頻段使用不同的上變頻器和下變頻器來(lái)執(zhí)行較低頻率的測(cè)量。

6G 信道表征

一旦你有了一個(gè)工作系統(tǒng)，你可能想要表征這些信號(hào)傳播的通道。信道探測(cè)研究在新型通信頻段的背景下尤其重要——特別是 6G 的亞太赫茲區(qū)域。需要信道探測(cè)特性，以便可以使用包含城市間反射器（如汽車(chē)、建筑物和人員）的無(wú)線(xiàn)電信道數(shù)學(xué)模型來(lái)設(shè)計(jì)收發(fā)器技術(shù)的其余部分。這包括調(diào)制方案、克服信道變化的編碼和前向糾錯(cuò) （FEC） 編碼。

圖 2為工作在 110-170 GHz 的 D 波段創(chuàng)建信道探測(cè)設(shè)置。資料來(lái)源：是德科技

圖 2顯示了 D 頻段（110-170 GHz）的信道探測(cè)配置。此設(shè)置還可以在這些頻率和更高頻率（140-220 GHz 的 G 波段）下執(zhí)行 EVM 測(cè)量。相同的硬件設(shè)置，如圖 1 所示，可以通過(guò)添加信道探測(cè)信號(hào)生成和分析軟件來(lái)執(zhí)行信道探測(cè)測(cè)量（圖 3）。

圖 3此信道探測(cè)測(cè)量設(shè)置在 144 GHz。資料來(lái)源：是德科技

需要注意的一個(gè)重要方面是接收器系統(tǒng)通常使用基帶處理來(lái)減輕信道損傷。定制測(cè)試系統(tǒng)接收器的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 （FPGA） 可以讓您在通過(guò) OTA 通道傳輸寬帶寬信號(hào)的過(guò)程中評(píng)估實(shí)時(shí)基帶算法。

準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì) 6G 了嗎？

實(shí)際的 6G 實(shí)施預(yù)計(jì)將在 2030 年出現(xiàn)。這聽(tīng)起來(lái)可能很遙遠(yuǎn)，但考慮到所需的技術(shù)改進(jìn)，它需要那么長(zhǎng)的時(shí)間并且比您想象的更快到達(dá)。6G研究進(jìn)展順利。這項(xiàng)技術(shù)將擴(kuò)展并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越 5G 的能力，標(biāo)志著加速數(shù)字化和推動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新的無(wú)線(xiàn)新時(shí)代的開(kāi)始。所以，現(xiàn)在參與其中還為時(shí)不晚。