資料來自：《世界前沿技術發(fā)展報告2023》和網(wǎng)絡

1. 概述

隨著滿足智慧交互、沉浸式拓展現(xiàn)實(Extended Reality, XR)全息通信、數(shù)字孿生等新興技術的超高速率傳輸需求，新一代通信技術成為全球研究熱點。伴隨著5G在全球范圍內的陸續(xù)應用，全球通信強國正開啟對下一代網(wǎng)絡技術6G的研發(fā)規(guī)劃和技術探索。在各國政府的推動下，全球各主流運營商和科技公司紛紛投入開展6G技術與研究，目前已在頻譜、空天地一體和芯片等技術領域取得了一定進展。

2. 5G與光通訊

5G技術的興起與發(fā)展是一個承前啟后，不斷演進的過程。伴隨通信技術的進步與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，催生出許多新的服務和應用。在未來較長時期內，5G和寬帶通信仍將是主流的通信方式，其性能將不斷優(yōu)化、應用場景將不斷增多、商業(yè)模式將不斷創(chuàng)新。

2.1 美國研究人員利用電磁拓撲絕緣體使5G頻譜帶寬翻倍

2022年5月，美國圣路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)、哥倫比亞大學(Columbia University in the City of New York)和紐約城市大學(TheCity University of New York)首次在集成芯片上使用電磁拓撲絕緣體，使5G頻譜帶寬翻倍。拓撲絕緣體是一種獨特的物質狀態(tài)，表面導電但整體不導電，可用于一系列技術，包括無線通信、雷達和量子信息處理。這種物質的非互易性確保了電磁波的單向傳播，可用于全雙工通信。這是一種允許以有效方式同時使用相同頻率傳輸和接收數(shù)據(jù)的方法，可使頻譜容量增加一倍。此外，如果波與介質內的任何畸形或不規(guī)則性接觸，電磁拓撲絕緣體可防止反向散射而導致信號強度衰減。研究人員能夠使用精確設計的晶體管開關時間調制在標準半導體集成電路上實現(xiàn)非互易性和拓撲絕緣特性，而無須特殊材料或極端條件。該研究有望用于新興5G無線應用，如多天線全雙工無線通信和多天線脈沖雷達。

2.2 日本東京工業(yè)大學推出可接入5G網(wǎng)絡的高頻收發(fā)器

2022年6月，日本東京工業(yè)大學推出一款高頻收發(fā)器，可接入現(xiàn)有5G網(wǎng)絡。研究人員采用Doherty放大器和數(shù)字預失真技術，來構建這種毫米波相控陣收發(fā)器。Doherty放大器于1936年開發(fā)，具有高功率效率且適用于高峰均比(Peak toAverage Power Ratio, PAPR)信號（如5G信號）傳輸場景。研究人員修改了傳統(tǒng)的Doherty放大器設計并生產(chǎn)了一個雙向放大器——同一電路既可以放大要發(fā)送的信號，也可以放大接收到的低噪聲信號。同時，該收發(fā)器與晶圓級芯片級封裝技術進行了協(xié)同設計，可以實現(xiàn)低插入損耗。在測試中，該收發(fā)器展現(xiàn)出較低的相鄰信道泄露和傳輸誤差，有望促進高頻通信技術的發(fā)展。

2.3 美國得克薩斯農(nóng)工大學通過波束管理改進5G毫米波通信

2022年7月，美國得克薩斯農(nóng)工大學（Texas A&M University，TAMU）通過波束管理改進5G毫米波通信。當前的毫米波通信設備使用窄定向波束來傳輸信號，這意味著發(fā)射器和接收器必須不斷調整其波束方向，但人體會阻擋通信設備到基站的信號傳輸，可能會影響通信質量。為解決上述問題，得克薩斯農(nóng)工大學研究人員開發(fā)出兩種解決方案。第一種解決方案名為BeamSurfer，通過持續(xù)對齊通信設備及基站，并采用不可見光線的反射來避開通信阻礙；另一種解決方案名為Terra，專為戶外毫米波通信而優(yōu)化，利用地面作為反射介質，并允許通信設備在不同基站間無縫切換。相關研究有望應用于未來的定向通信系統(tǒng)架構。

2.4 聯(lián)發(fā)科完成全球首次5G NTN衛(wèi)星手機連線測試

2022年8月，中國臺灣地區(qū)聯(lián)發(fā)科和德國羅德與施瓦茨公司（Rohde&Schwarz）合作完成了全球首次5G非地面網(wǎng)絡(Non-Terrestrial Network, NTN)衛(wèi)星手機連線測試，測試中智能手機直接通過衛(wèi)星信號來實現(xiàn)上網(wǎng)功能。該項測試是在聯(lián)發(fā)科實驗室使用羅德與施瓦茨公司的測試設備完成的，模擬了600千米高度的真實低地軌道衛(wèi)星群，其中每顆衛(wèi)星都在軌道上以每小時近27000千米的速度快速移動。該測試芯片使用的是聯(lián)發(fā)科搭載5G新空口非地面網(wǎng)絡(5G New Radio Non-TerrestrialNetwork, 5G NR NTN)衛(wèi)星網(wǎng)絡功能的移動通信芯片，該芯片的設計符合國際標準組織第三代伙伴關系項目(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)第17版5G標準規(guī)定的頻譜定義功能。

2.5 澳大利亞國際射電天文學研究中心成果有望促進無線光通信應用

2022年11月，澳大利亞國際射電天文學研究中心(International Center for RadioAstronomy Research, ICRAR)研究人員的一項研究成果改善了無線光通信的穩(wěn)定性，有望促進該技術的應用。目前廣泛使用的無線電通信存在速率較慢的缺陷，無線光通信速率較快但因受大氣湍流影響而不穩(wěn)定。ICRAR研究人員開發(fā)出一種方法，以不間斷的高速信號鎖定快速移動的目標，能以每秒數(shù)百次的頻率矯正大氣湍流影響。這意味著先進的光學無線傳輸可以在更多環(huán)境中使用，從而減少對較慢無線電傳輸?shù)囊蕾?。目前，研究人員正在嘗試將這項技術商業(yè)化，以拓展航天器通信、氣象學、國防和災害管理等多種應用。

3. 6G技術

隨著5G商用的大規(guī)模部署，世界主要經(jīng)濟體已開啟對6G通信技術的探索研究。6G具備更大信息容量、更低傳輸時延、更大設備連接數(shù)量、更高頻譜效率和更高能量效率。6G網(wǎng)絡的探索將會帶來更多發(fā)展機遇，同時也會涉及更多新的關鍵技術和挑戰(zhàn)。

3.1 韓國三星電子舉辦首屆6G論壇

2022年5月，韓國三星電子舉辦首屆6G論壇。該論壇以“下一代超連接體驗”為主題，多位全球產(chǎn)業(yè)界與學術界的專家就6G空中接口和基于人工智能的6G智能網(wǎng)絡進行了討論，以求引領6G相關技術的研發(fā)及標準的制定。三星公司表示，6G將通過下一代超連接能力，為用戶帶來全新體驗。在舉行首屆6G論壇之前，三星電子已經(jīng)發(fā)布了《6G頻譜白皮書》(6G Spectrum White Paper)，勾畫了“超帶寬、超低時延、超智能和超空間化”的6G愿景。

3.2 日本大阪公立大學將磁性超結構材料作為6G的潛在關鍵技術

2022年6月，日本大阪公立大學研究人員在一種手性自旋孤子晶格(CSL)材料的磁性上層結構中檢測到了前所未有的高頻共振，該研究預示著承載CSL的手性螺旋磁體材料有望作為6G潛在關鍵技術。研究人員通過磁場來調制CSL材料的振蕩頻率，并使用專用微波電路檢測磁共振信號。研究發(fā)現(xiàn)，CSL材料在基特爾模式共振(Kittel Mode Resonance)下的特性不同于傳統(tǒng)鐵磁材料，磁場減弱時其頻率反而升高。這意味著CSL材料憑借其優(yōu)異的結構可控性，可將諧振頻率控制在高達亞太赫茲波段的寬帶范圍內，有助于6G高頻通信技術的開發(fā)。

3.3 德韓研究人員將6G傳輸距離提高兩倍

2022年9月，德國弗勞恩霍夫海因里希赫茲研究所和韓國LG電子的研究人員成功將6G數(shù)據(jù)的傳輸距離提升至320米，較該團隊一年前創(chuàng)下的紀錄提升了兩倍。研究人員在155～175吉赫茲間的頻率完成了這次戶外數(shù)據(jù)傳輸實驗，在信號發(fā)射端和接收端使用了放大器來增強信號。發(fā)射機放大器的輸出從前序測試中的15分貝毫瓦提升至20分貝毫瓦。接收器配備的放大器可降低噪聲，從而實現(xiàn)更清晰的信號接收。該研究有望成為6G技術進步的里程碑，推動6G技術實用化。

3.4 美國市場研究機構預測到2040年6G市場規(guī)模將達到3400億美元

2022年10月，美國市場研究機構Market Research發(fā)布研究報告，對6G市場按組件、通信基礎設施、設備使用、最終用途和地區(qū)進行了全面研究，并預測該市場將在2031—2040年間以58.1%的復合增長率增長，達到3400億美元的規(guī)模。報告指出：按組件劃分，基礎設施/硬件將在預測期內引領市場；按通信基礎設施劃分，固定設施將主導市場；按設備使用情況劃分，移動設備將引領市場；按最終用途劃分，工業(yè)用途將占有最大份額。當前，全球近半數(shù)的6G專利申請來自中國。未來，亞太地區(qū)將在全球6G市場中擁有最大的收入份額。此外，Market Research公司指出，6G未來面臨的主要挑戰(zhàn)將是尺寸、成本和功耗。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-728340.html

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