5G 是否面临来自 6G 的威胁?

工程师可以使用哪些连接选项?

在开发无线设备时,工程师们有多种不同的通信技术可供选择。然而,为其应用选择恰当的技术是一个重要的开发阶段;做出错误的选择可能会导致设计被废弃并从零开始。

无线技术有三个主要特征,其中只有两个可以优化。这些特征是带宽(每秒可以传输的数据量)、能量和范围。一项能够以高带宽进行长距离传输的无线技术无疑需要大量电能,而长距离、低能耗的解决方案则无法传输大量信息。

如果能耗是设计的最大考虑因素,工程师可以选择考虑 LoRaWAN、蓝牙或 UWB。LoRaWAN 的额外优势是,可以在很远的距离内运行(天气好的时候超过 15 km);蓝牙可以与包括智能手机在内的各种设备配合使用;并且 UWB 可以提供设备之间的精确定位。

如果带宽是设计中最重要的因素,工程师可以考虑 Wi-Fi 和蜂窝网络,因为它们在设计时都考虑了互联网接入。Wi-Fi 的工作范围比蜂窝网络更小(最多 100 米,假设天气晴朗,接入点和设备之间没有障碍),但回报是使用的功率更少。然而,蜂窝网络可以在不同的接入点之间漫游,而不会面临长时间的重新连接时间,但高带宽和长距离需要以增加功耗为代价。

对于那些希望最大限度提高覆盖范围的人来说,只有两个可靠的选择,要么是蜂窝网络,要么是 LoRaWAN,选择起来很简单,只需决定是带宽还是能耗最重要即可。如果能耗比带宽更重要,那么 LoRaWAN 是合理的选择,反之亦然。

6G 能提供什么?

6G 是一项新兴的蜂窝技术,仍处于积极开发阶段,目前还没有可展示未来网络的设备或演示。此外,由于标准尚未确定(5G 仍在全球推广过程中),任何实体尚未公布有关 6G 的具体数字。

然而,这并不意味着没有关于 6G 的研究,也不意味着我们不能对它将带来什么做出有根据的猜测。此外,电信公司和研究人员都已经就他们预计在 6G 中发现的东西发表了声明,因此综合所有这些,我们可以对 6G 的作用有一个基本的概念。

关于 6G,最令人印象深刻的说法是,它将成为第一个统一的网络,这意味着它在设计时不会只考虑蜂窝网络,也会考虑家庭设备、智能城市、物联网和工业物联网。这种统一的网络不需要个人拥有自己的互联网接入点,而是依靠蜂窝基站来覆盖视野内所有家庭的所有房间。就像当前的蜂窝网络一样,您要连接的接入点将与您邻居的接入点相同。

关于使用什么无线电频谱,有很多关于太赫兹频率的讨论,这将使 6G 信号处于微波和红外之间。研究人员已经能够展示太赫兹芯片能够在一秒钟内将 1 TB 的数据传输到 1 公里之外,而其他研究人员已经展示了 206 Gbps 的太赫兹数据传输。

如果 6G 能够以这样的速度运行并为家庭中的设备提供服务,它还可能具有强大的波束成形能力,以防止设备之间的干扰。此外,使用 6G 作为家庭设备的主要互联网连接,也需要低延迟和高设备支持。

6G 与 5G 相比如何?

即使在最好的情况下,围绕 6G 的细节都非常模糊,因此将未来网络与 5G 进行比较有些为时过早。然而,如果看看我们对 6G 的了解,它无疑是对 5G 的改进,我们可以在比较这两者时做一些假设。

到目前为止,两种网络技术之间最大的区别是,由于使用太赫兹频率而带来的速度提升。5G 的最大速度为 10 Gbps,是 4G 速度的 10 倍到 100 倍之间,当考虑到这个数字的 100 倍就是 1 Tbps 时,这就有意义了。所以实际上,我们可以预计 6G 的连接速度在 50 Gbps 到 200 Gbps 之间。超过这个速度范围可能在技术上行不通,请记住,普通 5G 用户将看到大约 100Mbps 的速度,这大大低于其理论最大值。

第二个值得注意的主要区别是,6G 支持的设备将远远多于 5G。事实上,6G 增加的带宽很可能不会转化为相比 5G 的速度提升,而是支持成千上万的同时连接数。例如,如果 6G 信号塔设计为 1 Tbps,那么这可能同时支持超过 10,000 台设备,所有设备都具有 100 Mbps 的下载速度(这对大多数应用来说绰绰有余)。

这种带宽的增加也将转化为更低的连接延迟,这对于未来涉及车用无线通信技术的应用至关重要。延迟的减少将使整个网络中的设备能够以最小的延迟相互传递信息,这将使可穿戴电子设备能够向附近的车辆报告其位置。这种系统可以让智能汽车控制系统在检测到行人时自动刹车,而不受道路状况或车载传感器的影响。

6G 是否会使所有其他网络技术变得多余?

这个问题的答案是否定的,这是因为这样的未来网络可能会有很高的能源需求。当然,网络运营商更有可能同时建立一个非常注重节能的二级蜂窝网络(如物联网版的 6G),但即使如此,也有许多应用使用蓝牙或 UWB 等其他技术时的性能更好。

此外,LoRaWAN 等技术可提供极远的覆盖范围,同时使用极少的能源,这在远程物联网应用(如农场和森林)中尤为有利。再多的 6G 信号塔也无法与 433 MHz 的信号相抗衡,后者可以传输数英里,只需携带少量字节的信息。

蓝牙对于打算在几米之外进行连接的设备仍然很重要,无线耳机就是一个常见的例子。蓝牙的低能耗特性和小范围意味着它不会干扰更大的网络(如 Wi-Fi 和蜂窝网络),并且蓝牙的使用将有助于降低其他网络的整体使用量。

最后,使用 Wi-Fi 创建专用网络,允许用户控制他们的本地流量,查看谁可以访问他们的互联网连接,并创建他们只想在网络内部访问的内部服务(如本地云服务器或 NAS)。

工程师应该为 5G 费心费力吗?

有人可能想知道,如果 6G 成为未来的统一网络,那么在物联网和智能城市项目中使用 5G 是否值得?这个问题的答案是非常肯定的。

首先,6G 预计最早要到 2030 年才会成为现实。一些公司将发布日期定在 2028 年,但由于 5G 相比 4G 有许多改进,因此 5G 可能会继续运行很长一段时间。因此,等待开发考虑 6G 的物联网项目将会经历极其漫长的等待时间,所有这些等待时间都可以良好用于设计硬件和证明蜂窝网络可以用于此类应用。

其次,通过利用 5G 网络,将鼓励蜂窝运营商继续在该领域投资,同时对未来的 6G 规范进行补充,以支持工程师。如果网络运营商认为只有蜂窝设备在使用他们的网络,那么 6G 可能只会针对移动设备制造商,而不是物联网和工业物联网等新兴市场,而所有这些都可以从 6G 中受益匪浅。

6G 确实有潜力成为第一个不针对特定类型设备的网络,它所支持的高速度和高设备数量可能会为大规模网络开创一个新时代。但是,除非工程师开发 5G 项目来展示蜂窝网络如何用于物联网,否则蜂窝运营商可能不会在考虑物联网的情况下追求 6G。


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