到达6G需要什么？为什么一定要超越5G？

在布鲁克林5G峰会上，纽约大学教授Ted Rappaport作了关于20G到2035年左右某个时候可能成为6G的初步研究的演讲。

Rappaport在演讲中指出，5G花费了15年才能达到初始部署，他认为6G也是一样。为什么要超越5G？本文解释说，将需要更快的无线速度来跟上不断增长的计算能力，并创造新的机会。到2036年，我们将拥有拥有人脑计算能力的1000美元计算机。尽管基于太赫兹信号的无线网络仍然不够快，无法跟上该能力，但它将使我们更加接近。也许7G会到达那里。

由Rappaport发起的计划NYU Wireless的研究正在研究100 GHz以上的频率，信道数据速率为100 Gbps。鉴于FCC已发布高于95 GHz的21.2 GHz频谱，因此在美国可以进行测试。

到达6G需要什么？在电气和生物领域都进行了大量研究。在电气领域，太赫兹信号将带来新的问题，但可能具有诸如5G信号无法实现的传感等新应用的潜力。例如，能够“看到”拐角处的角落并能够感知房间中人员的位置。即使如此，表征太赫兹通道仍需要大量工作，因为在如此短的波长下，建筑材料的粗糙度例如会成为吸收或反射信号的因素。想象一些建筑材料像消声室的墙壁一样工作。图1显示了Rappaport的幻灯片，其中描绘了常见建筑材料中的信号损耗。

 

图1由普通建筑材料产生的信号损耗可能会导致将来开发出的材料来最大限度地降低太赫兹频率下的信号损耗。资料来源：纽约大学无线

我们通常被认为是信号衰减总是随着频率的增加而增大。不一定是这样。在雨中衰减。研究表明，如Rappaport在布鲁克林5G峰会上展示的这张图片所示，衰减在大约100 GHz处保持稳定（图2）。

 

图2降雨衰减在100 GHz时趋于平稳。随着频率增加，雨水损失不会增加。资料来源：纽约大学无线

在太赫兹频率下产生的另一个电气问题也与波长有关，这与天线和电子设备有关。也就是说，天线变得如此小，以至于其电子器件是尺寸的限制因素，因此，电子器件可能无法集成到天线中，因为它们处于当今的28 GHz和39 GHz的5G频率上。实际上，随着工程师试图减小放大器和其他组件的尺寸，组件的发热将成为更大的问题。

与在100 GHz以下工作的功率放大器相比，用于太赫兹信号的功率放大器的噪声问题更大。对这些问题的补偿可能来自天线，即所谓的空间过采样天线。空间过采样的天线会产生“静默圆锥”，定义为天线阵列的圆锥形支撑区域（ROS）。设计目标是将噪声和其他不良因素转移到可用区域之外的区域。此类电路可以基于Σ-ΔADC和DAC，其中使用了反馈环路来提高分辨率。本文详细解释了这个概念。

毫米波和太赫兹信号的讨论如果不提及健康问题以及需要进一步研究的情况，将是不完整的。在生物学方面，该论文的作者说“人们认为加热是唯一的原发性癌症风险”，但需要进行大量工作来“理解太赫兹辐射对人类健康的生物学和分子影响，即使太赫兹的影响是三个数量级。频率低于电离辐射”，即X射线辐射。

— Martin Rowe涵盖了EDN和EE Times的测试和测量。