物理层技术前沿_中兴通讯前沿观点 | 6G潜在关键技术

随着5G移动通信标准的主体已基本完成，6G移动通信开始成为前沿研究的重点。全球的经济/科技大国都把6G放到国家战略的高度，因为它不仅包含了传统通信技术，而且还将融合多个学科的尖端科技。作为世界主流的通讯设备厂商，中兴通讯积极把握未来通信的技术发展趋势，于2018年底启动对6G技术的研究和探索，尤其是最关键的物理层技术。最近，中兴的6G团队在 Science China Information Sciences 上发表了一篇观点论文，论述6G物理层的潜在技术。文章以6G的愿景和性能指标做铺垫，引出对技术的讨论。文中别有特色地将众多的6G物理层技术分为两大类：一类是具有革命性和颠覆性的技术，另一类是有一定成熟度的演进型技术。图1列出了两类6G物理层关键技术，并简单罗列6G系统可能的典型的专有网络架构，而以上两者都将是以AI为基础驱动的潜在关键技术。

图1 6G潜在关键技术

第一类涉及信息科学、材料科学、大气物理、基础物理等学科，其代表性的技术有： 全息无线电、太赫兹通信、智能超表面、轨道角动量通信等。图2是全息无线电与大规模MIMO特性对比，通过前端具有超高空间分辨率的天线阵列，将含有大量空间信息的电信号收集并转换为光信号，输入具有AI功能的超低能耗全光并行处理器，最后由光电检测阵列转换回电信号。全息无线电的发展很大程度上依赖光电器件和光器件/材料的进展，体现一个国家在这些尖端科技上的水平。

图2 全息无线电与大规模MIMO特性对比

智能超表面是由电磁材料构造的人工二维表面，可以通过智能控制电磁波的相位、幅度、极化方式等人为控制电磁波的传播路径。智能超表面可以构建人为可控的智能无线环境，并可能带来全新的网络范式。它的研究涉及超表面材料的工艺与特性、信道测量/反馈与控制、网络架构等方面。图2是一个基于智能超表面的电磁传播环境，通过合理调控大型超表面各个单元的电磁特性，可以显著改善的传播信道，大大提高系统的数据吞吐量。

图3 基于智能超表面来改善电磁传播环境

同样的，低成本、高性能收/发器件的发展对太赫兹通信和轨道角动量通信也是至关重要，文中对一些新兴技术手段进行了分析。

对于较成熟的6G潜在技术，论文列举有三种： 先进编码调制技术，可见光通信、自由频谱共享与自由双工技术。每一代移动通信都伴随着一种新的信道编码方式，6G应该也不例外。文中把多址技术与编码调制/波形相融合，提出基于新型多用户编码的非正交多址方式，能更高效地支持未来海量物联网的场景。可见光通信的器件成熟度比太赫兹通信的高，其更多的挑战是应用场景，论文中用图解方式描述了车联网和激光回传两种部署场景和核心部件。针对实际网络中频谱需求在不同网络间、同一网络的不同节点间及上下链路间的不平衡性现象，提出分别采用自由频谱共享和自由双工解决上述频谱需求不平衡问题。图4给出了无线移动通信系统从最初的1G到未来6G双工技术的演进路线。

图4 无线移动通信系统的双工演进路线

考虑到人工智能/深度学习是一种通用技术，在未来移动通信系统中发挥基础使能作用，因此文章并未单独论述，而是融会到相关的各个技术当中。

Potential key technologies for 6G mobile communications********

Yifei YUAN, Yajun ZHAO*, Baiqing ZONG & Sergio PAROLARI*

Sci China Inf Sci, 2020, 63(8): 183301

https://doi.org/10.1007/s11432-019-2789-y

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