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6G存在天然局限性

6G存在天然局限性

眼瞅着无力再与中国5G相抗衡,急红了眼的美国居然寄希望于埃隆·马斯克的“星链”计划,试图通过1.2万颗卫星开建太空互联网,直接跳过5G部署6G。那么,6G又是什么?对此,有人认为6G是基于太赫兹频段,有人认为6G等于“5G+AI 2.0”,还有人认为6G等于“5G+卫星网络”。若按照过去通信发展的规律推测,6G顾名思义指的就是第六代移动通信标准,其最大的作用将是促进物联网的发展,理论上最快的下载速度可达1TB/s。根据埃隆·马斯克的说法,6G就是能在5G基础上集成卫星网络来真正实现全球无死角覆盖,保证世界上的任何角落都能通信。

事实上,6G与5G的本质区别,又怎么可能仅仅只是联系空间更广?更主要的是通信方式的版本升级,解决的是社会、经济运行方式的问题。如果说5G是为了解决人与人、物与物、物与人之间的无线通信、无线上网问题,让物联网成为现实,使AI得到更广泛的应用,那么6G的sub-1THZ频谱则能够连接万亿移动设备,而不仅仅是5G网络所提供的“数十亿”。不单如此,相较于10GB/s的5G而言,6G技术理论上的通信速率至少在5G的基础上提升100倍,网络的延迟将从毫秒级降至微秒级。就此来看,6G的确是个好东西,那么6G的基础条件究竟是什么?6G若要实现100倍于5G的速率,需要做到的有:

第一,需要更“致密化”的基站与Wi-Fi迭代。6G信号的频率已经在太赫兹级别,而这个频率已经进入分子转动能级的光谱了,很容易被空气中的水分子吸收掉,而且频率越高、传播损耗越大。为了保证信号和通信体验,6G基站覆盖的密集度将无以复加。与此同时,6G要实现全息全维通信覆盖,就得做到即便遭遇沙尘暴、地震等自然灾害都能通信无阻,这就意味着要对当下不稳定的Wi-Fi进行升级迭代。

第二,得搭建一张全维的复合网。既然6G旨在实现全球所有角落的覆盖,光有地面基站还不行,还需要在太空或半空中悬浮的无人机、直升机或卫星等通力配合,新一代无所不在的蓝牙也必不可少。如此,方能实现远中近各个角落的6G全覆盖。

第三,6G至少需要15年左右的技术积累。事实上,5G的毫米波技术并不是在4G显示出局限性时才开始研究的,其理论基础早在2000年就已经完成了,但工业界毫米波技术的成熟却是在10~15年之后。到现在,毫米波5G的大规模商用部署仍然是一个难题。5G的毫米波尚且如此,更何况是6G使用的太赫兹频段呢?

很显然,美国想借6G“弯道超车”,但是实现6G的基本条件都不成熟,更何况以卫星做基站、捆绑式构建6G还存在着天然的局限性。关键的问题是,卫星的微型核动力尚无重大突破。一般卫星依靠太阳能帆板提供能量,不单无法保障能量充分供给,寿命也十分有限。倘若卫星在微型核动力上有突破,就意味着“6G卫星”将拥有更多的能量、更强的适应能力、更长的寿命,还能搭载更多的通信设备,很大程度上也能延缓报废而带来的太空垃圾危机。然而目前的技术根本做不到,也无法承受因核动力卫星坠毁而带来的不可预估的核辐射伤害。就算核动力问题突破了,无线电通信技术还包含着各种概念下的应用突破,诸如频率、频道、信道、带宽差值、高频、短波、微波等。唯有所有技术突破均完成,方能真正实现“6G卫星”落地。

然则就“6G卫星”的技术可行性来看,单是从终端的发射频率角度来看,功耗太大吃不消,太小了卫星也收不到。目前手机与基站的距离仅几百米,最低发射功率只有毫瓦级别。但若要与3万多公里外的卫星保持100Mbps的通信速率,发射功率要非常强,除非把手机做成微波炉(加大功率)。可这样做,脑袋不就要被电磁辐射烤焦了吗?再者马斯克“星链计划”中,下行发射信号频率是11GHz~12GHz,上行频率是13GHz,而平常智能手机连接的Wi-Fi频段分别是2.4GHz和5GHz,二者根本不在一个频道上,又如何接收卫星信号?还有一点值得注意,当初马斯克提出建6G卫星,关键是因为拼不过中国“举国体制”下的大批量5G基站建设。可星链卫星的频率太高,绕过障碍物的能力更差,信号不好必然会影响用户体验感,没人用还如何圈钱?对此,马斯克想出了一招,即采用卫星地面基站辅助,并计划从2020年开始在美国本土、阿拉斯加、夏威夷等地建立100万个地面站。绕来绕去,这不又绕回到美国最头疼的基建问题上了吗?再者,5G数据传输速率可达1Gbit/s,6G要实现全息全维,传输速率就要达到4.62Tbit/s,相当于5G网速的成百上千倍。然而一颗卫星的总信道容量顶多也才20Gbps,平均到每平方公里才0.47Mbps/s,还不及5G的体验。

此外,就“6G卫星”的负效应来看,一般GEO(地球静止轨道)卫星远在3.6万公里外的高轨区域、LEO(低轨道)卫星则位于2000公里外,可以大幅度降低网络延迟、优化网络体验,然而,胆大心大的马斯克竟然要进一步降低卫星发射轨道,计划将卫星发射进340千米高的超低轨道,以完成全球全空间无死角的Wi-Fi覆盖。暂且不论他的发射能否完成,如此密集的卫星发射,从废弃卫星到大量的轨道碎片等,将累积大量太空垃圾,它们极可能形成恶循环,导致凯斯勒综合征[6]。要知道,马斯克的SpaceX才发射1个多月,就已经与3颗星链卫星失联。即便如马斯克所言,星链卫星在设计和材料上都是清洁的,一旦进入大气层就会很快解体,但问题是大多数失控后的报废卫星,需要数千年才能重新进入地球大气层,燃烧成灰烬。而在此期间,除了马斯克的星链卫星,还有成千上万颗其他企业、其他国家、其他材料的人造卫星发射升天,会制造海量的太空碎片。彼时,最浪漫的事恐怕就会由“陪你去看流星雨”变成“陪你去看太空垃圾雨”了。就此来看,“6G卫星”还只是“镜花水月”,无论是基础常识还是技术手段,都不足以支撑“6G卫星”落地。

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