研發(fā)取得重要突破，6G通信技術(shù)離我們?cè)絹碓浇?.....

近日，中國(guó)航天科工二院25所在京完成國(guó)內(nèi)首次太赫茲軌道角動(dòng)量的實(shí)時(shí)無線傳輸通信實(shí)驗(yàn)。根據(jù)中國(guó)航天科工二院25所報(bào)道，此次實(shí)驗(yàn)利用高精度螺旋相位板天線在110GHz頻段實(shí)現(xiàn)4種不同波束模態(tài)，通過4模態(tài)合成在10GHz的傳輸帶寬上完成100Gbps無線實(shí)時(shí)傳輸，最大限度提升了帶寬利用率。

要知道的是，太赫茲通信作為新型頻譜技術(shù)，可提供更大傳輸帶寬，滿足更高速率的傳輸需求，逐漸成為6G通信關(guān)鍵技術(shù)之一，因此此項(xiàng)突破將為我國(guó)6G通信技術(shù)發(fā)展提供重要保障和支撐。

按照目前研發(fā)進(jìn)程和規(guī)劃，2030年，6G就有望進(jìn)入商用階段。

01、從1G到6G

通信網(wǎng)絡(luò)更替是基于什么？

每一代通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可大致分為愿景收集、技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化、試驗(yàn)驗(yàn)證、專利化、產(chǎn)業(yè)化幾個(gè)關(guān)鍵階段。

（1）愿景收集：基于現(xiàn)有通信技術(shù)，并結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)下一代通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想。目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是滿足下一個(gè)通信周期的信息社會(huì)需求，滿足現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)一步提升的需求。（2）技術(shù)研究：確定潛在關(guān)鍵候選技術(shù)特性，對(duì)相關(guān)候選技術(shù)特性進(jìn)行分析和解讀，通信廠商啟動(dòng)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)。（3）標(biāo)準(zhǔn)化：國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織正式發(fā)布并凍結(jié)新一代移動(dòng)通信獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。（4）試驗(yàn)驗(yàn)證：包括運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商在內(nèi)的通信廠商共同合作并分配各自細(xì)分任務(wù)，完成技術(shù)方案和系統(tǒng)等關(guān)鍵驗(yàn)證。（5）專利化：通信廠商就各自細(xì)分研究領(lǐng)域的核心技術(shù)專利化。（6）產(chǎn)業(yè)化：新一代通信技術(shù)正式商用，新一代終端及服務(wù)投入使用。

一直以來，國(guó)內(nèi)優(yōu)秀通信廠商突破國(guó)外廠商的技術(shù)壁壘，使得中國(guó)技術(shù)與產(chǎn)品與全球接軌，加上國(guó)內(nèi)擁有從基站、傳輸網(wǎng)、光通信到終端極為完善的通信產(chǎn)品線，實(shí)現(xiàn)通信全產(chǎn)業(yè)鏈的崛起，使得國(guó)內(nèi)企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)制定上的話語權(quán)提升，也縮短了我國(guó)商用起步與國(guó)際領(lǐng)先的時(shí)間差距。中國(guó)逐漸迎來了從1G落后、2G跟隨、3G突破、4G并跑，到5G領(lǐng)先可期的通信領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展機(jī)遇。

當(dāng)下時(shí)點(diǎn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、雙碳安全、產(chǎn)業(yè)模式等多重因素正推動(dòng)我國(guó)新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，6G或在2030年迎來規(guī)?；逃?。

自從2021年6月我國(guó)發(fā)布了《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》白皮書以來，我國(guó)在6G技術(shù)的研發(fā)和布局方面取得了快速進(jìn)展。根據(jù)2023年1月發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，到2030年，新一代信息技術(shù)如5G/6G、先進(jìn)計(jì)算、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等將廣泛應(yīng)用于能源領(lǐng)域。

2023年3月，在國(guó)新辦主題新聞發(fā)布會(huì)上，工信部部長(zhǎng)表示將研究制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃，加快人形機(jī)器人的布局，并全面推進(jìn)6G技術(shù)的研發(fā)。在2023年全國(guó)兩會(huì)上，部長(zhǎng)再次強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)國(guó)際合作，加快6G技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程。

在6G研發(fā)時(shí)間表和進(jìn)程中，目前還處于早期研發(fā)階段。根據(jù)中國(guó)聯(lián)通董事長(zhǎng)劉烈宏3月初在中國(guó)聯(lián)通2022年度業(yè)績(jī)說明會(huì)上的交流，到2025年，通過全行業(yè)的共同努力，將確定6G的愿景和主要應(yīng)用場(chǎng)景，并開展6G的早期的關(guān)鍵技術(shù)的研究。

在2025年以后將轉(zhuǎn)入到6G的關(guān)鍵技術(shù)的突破階段，到2028年左右進(jìn)入到6G的規(guī)?；逃卯a(chǎn)品的研發(fā)階段，預(yù)計(jì)到2030年，6G開始正式商用。

6G標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表 數(shù)據(jù)來源:《6G:無線通信新征程》

02?、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)

6G時(shí)代的首要巨變

首先，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)將是6G網(wǎng)絡(luò)的核心趨勢(shì)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在6G研發(fā)中將獲重點(diǎn)發(fā)展。

此前從1G到5G，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要依靠基站增加實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)主要依靠地面固定的蜂窩基站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大。但根據(jù)2022年世界5G大會(huì)上中國(guó)信科集團(tuán)副總經(jīng)理陳山枝表示，全球現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只覆蓋了陸地表面的20%、地球總面積的6%。對(duì)于未實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋的地域，使用地面基站的方案并不可行，一方面由于人口稀少缺乏經(jīng)濟(jì)性，另一方面在海洋、森林、沙漠等地區(qū)受地形限制無法建設(shè)。

全球5G覆蓋分布圖 資料來源：OOKLA

為突破4G、5G移動(dòng)通信受地形限制的缺點(diǎn)，構(gòu)建全球無縫覆蓋的星地融合立體網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)前國(guó)際討論的熱點(diǎn)和未來趨勢(shì)，星地融合網(wǎng)絡(luò)以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為延伸，覆蓋太空、空中、陸地、海洋等自然空間，為天基、空基、陸基等各類用戶的活動(dòng)提供信息保障。

空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景圖 資料來源：《空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)》付書航等（2021）

包括3GPP和ITU在內(nèi)的國(guó)際組織已經(jīng)成立了相應(yīng)的工作組開展星地融合的標(biāo)準(zhǔn)化研究，我國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)也于2019年成立了航天通信技術(shù)工作委員會(huì)開展星地一體化的研究工作。

其中，3GPP立項(xiàng)的非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）致力于將衛(wèi)星通信與5G網(wǎng)絡(luò)融合，以實(shí)現(xiàn)更廣闊的覆蓋滿足用戶接入服務(wù)需求。5GNTN標(biāo)準(zhǔn)化持續(xù)演進(jìn)，ITU6G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃已初步成型，這些均為面向6G的星地融合奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

當(dāng)前低軌星座方案為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的主要方案，海內(nèi)外星座建設(shè)將邁入高峰時(shí)期。

為實(shí)現(xiàn)基本的通信、導(dǎo)航、遙感功能，各國(guó)通常發(fā)射少量性能強(qiáng)大的大衛(wèi)星到中高軌道以規(guī)避由于質(zhì)量過大在低軌道運(yùn)行時(shí)所存在的被拽入大氣層的風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)廣覆蓋。不過，中高軌衛(wèi)星雖然具有壽命長(zhǎng)（約15年）、單星容量大等優(yōu)勢(shì)，但由于其軌道離地面的物理距離過長(zhǎng)，因此無法提供低時(shí)延通信，并且無法實(shí)現(xiàn)全域覆蓋。

而單體壽命較短（5-10年）、單星容量較小的低軌小衛(wèi)星，卻能受益于低軌道離地面的距離更短帶來更低傳輸時(shí)延，以及大規(guī)模布網(wǎng)帶來的總?cè)萘刻嵘蔀橹髁鬟x擇。

從發(fā)展階段看，隨著衛(wèi)星產(chǎn)品向高通量轉(zhuǎn)變，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已從上世紀(jì)末的窄帶通信步入至寬帶互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，并逐漸與地面通信網(wǎng)絡(luò)融合，涌現(xiàn)出以“Starlink”、“OneWeb”為代表的企業(yè)主導(dǎo)的新型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座。

03?、通信速率百倍增長(zhǎng)

6G帶寬繼續(xù)大幅提升

6G相比5G，帶寬仍有望大幅提升，6G的通信速率或?qū)⑦_(dá)到1Tbps，最高達(dá)到5G的100倍。

從2G到6G，每一代的移動(dòng)通信都以帶寬擴(kuò)展為目標(biāo)，通信帶寬的增加意味著信道容量的增加，以支持更大的通信速率。提升帶寬主要通過兩種路徑：一是載波頻率的提升，5G首次將移動(dòng)通信技術(shù)拓展到了24GHz至50GHz的毫米波頻段，未來6G要實(shí)現(xiàn)比5G更高的速率和更大的帶寬，有望在太赫茲頻段進(jìn)行開墾；二是頻譜利用率的提升，6G階段或?qū)?yīng)用超大規(guī)模MIMO以及新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率。

首先在載波頻率提升方面，根據(jù)IMT-2030(6G)推進(jìn)組2021年9月發(fā)布的《太赫茲通信技術(shù)研究報(bào)告》，太赫茲波是指頻率在0.1~10THz(波長(zhǎng)為3000～30μm)范圍內(nèi)的電磁波。太赫茲通信是指以太赫茲波的電磁波作為通信載波實(shí)現(xiàn)無線通信的技術(shù)。

由于太赫茲頻段有超大帶寬的頻譜資源可以利用，支持超大速率的無線通信，因此太赫茲頻段被認(rèn)為是未來6G的太比特每秒（Tbps）通信速率的重要空口技術(shù)備選方案，在全息通信、微小尺寸通信、超大容量數(shù)據(jù)回傳、短距超高速傳輸?shù)葓?chǎng)景中有望得到應(yīng)用。

同時(shí)，利用太赫茲通信信號(hào)的超大帶寬的特點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)或終端設(shè)備的高精度定位和高分辨率感知成像，也是太赫茲通信應(yīng)用的擴(kuò)展方向；太赫茲頻段的豐富的光譜信息和無損檢測(cè)能力與太赫茲通信技術(shù)結(jié)合，也是6G感知-通信一體化發(fā)展的一個(gè)重大趨勢(shì)。

其次在提升頻譜利用率方面，由于傳播衰減損耗會(huì)隨頻率的增加而增大，而大規(guī)模甚至超大規(guī)模天線系統(tǒng)可以有效地克服太赫茲頻段帶來的非常嚴(yán)重的傳輸衰減，未來太赫茲通信系統(tǒng)有望采用超大規(guī)模MIMO技術(shù)來實(shí)現(xiàn)室外或較遠(yuǎn)距離的增強(qiáng)覆蓋，在高頻高速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)6G時(shí)代的空天地海一體化通信的應(yīng)用場(chǎng)景。

超大規(guī)模MIMO是大規(guī)模MIMO技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)升級(jí)，可以提供很大的空間分集，通過深度挖掘空間維度資源提升通信網(wǎng)絡(luò)容量，將成為提升6G移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)IMT-2030(6G)推進(jìn)組2022年9月發(fā)布的《超大規(guī)模MIMO技術(shù)研究報(bào)告》，超大規(guī)模MIMO具備在三維空間內(nèi)進(jìn)行波束調(diào)整的能力，從而在提供地面覆蓋之外，還可以提供非地面覆蓋，如覆蓋無人機(jī)、民航客機(jī)甚至低軌衛(wèi)星等。超大規(guī)模MIMO技術(shù)可以在更加多樣的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率、更廣更靈活的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、更高的定位精度和更高的能量效率。

太赫茲超大規(guī)模MIMO傳播信道 資料來源:IMT-2030(6G)推進(jìn)組《太赫茲通信技術(shù)研究報(bào)告》(2021年9月)

04?、產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)有哪些？

首先是在過去肩負(fù)打造數(shù)字底座重任的中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商。未來通信行業(yè)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代將進(jìn)一步完善信息和算力基建，保障數(shù)字基座合理建設(shè)和信息高可靠傳輸，并在此基礎(chǔ)上，通過自身能力延伸，為行業(yè)和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能，因此此類企業(yè)仍將在在信息服務(wù)、數(shù)據(jù)安全、企業(yè)專網(wǎng)、數(shù)字化解決方案等各領(lǐng)域發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，涉及PON設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線基站、PCB環(huán)節(jié)的老牌通信制造業(yè)龍頭中興通訊，參與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的海格通信依舊會(huì)被市場(chǎng)大量關(guān)注。

此外便是空天地一體化網(wǎng)絡(luò)前的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括衛(wèi)星制造、火箭發(fā)射、地面設(shè)備及衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)四大環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)將根據(jù)組網(wǎng)節(jié)奏自上而下受益。

衛(wèi)星制造環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘最高，組網(wǎng)前期優(yōu)先受益衛(wèi)星發(fā)射增量需求。通信衛(wèi)星的主要包括衛(wèi)星平臺(tái)和有效載荷兩部分，其中有效載荷是衛(wèi)星的功能系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)發(fā)器及天線兩部分構(gòu)成。

機(jī)構(gòu)認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈成熟度持續(xù)提升，行業(yè)邁入實(shí)質(zhì)性加速階段，預(yù)計(jì)未來產(chǎn)業(yè)相關(guān)催化會(huì)更加密集，重視像鋮昌科技、國(guó)博電子、武漢凡谷等一些制造環(huán)節(jié)細(xì)分領(lǐng)域企業(yè)。

我國(guó)6G產(chǎn)業(yè)鏈 資料來源：賽迪智庫(kù)