⎾海地空天˩ 四維一體的全域通訊

【無線想像?】

5G = 地面載具+無線網路通訊

6G = 空中載具(UAV)+無線網路通訊

水G = 水下載具+無線網路通訊

6G 是一種非地面網絡 (NTN, Non-Terrestrial Network) 其取代 5G

的目標，例如 >1 Tbps 的峰值數據速率、>1200 km/h 的極高移動性

支持以及 99.99999% 的端到端可靠性。

6G 的頻率範圍和帶寬使用模式比 5G 更為提升。

它可以使用 6 GHz 以下、毫米波（移動接入）、非無線電頻率、

可見光通信和高於 300 GHz 的頻段。它可以利用具有高頻支持模塊的創新cell-free 智能表面架構。最重要的是，6G 將提供臨時熱點 (hotspots)並在無人機的幫助下對 THz Cells進行切割。

6G網絡可支持許多新興應用場景，包括遠程和高移動通信、天-空-地-海全覆蓋通信、蜂窩車聯網（C-V2X），以及集成通信、計算和感應。

為實現無處不在的覆蓋，衛星通信、無人機（UAV）通信和海上通信將被集成到地面蜂窩網絡中，以提供無縫網絡接入。

■無人機通信(UAV Communication)應用

主要的應用範圍如下

1. 無人機空中基站 (UAV aerial base stations)

2. 無人機中繼 (UAV relaying)

3. 無人機數據採集 (UAV data gathering)

4. 支持無人機的移動邊緣計算 (Energy harvesting with UAVs)

5. 無人機能量收集 (Energy harvesting with UAVs)

6. 無人機輔助反向散射通信 (UAV-assisted backscatter communication)

●無人機空中基站

對於準靜態空中基站，旋翼無人機部署在固定位置，為地面用戶服務。在這種情況下，無人機懸停需要恆定功率，主要設計目標是降低與通信相關的能耗。儘管無人機基站的準靜態部署很容易實現，但利用無人機的移動性為無人機輔助網絡帶來了新的自由度。無人機可以靠近目標用戶飛行，以獲得更好的信道條件。這種移動無人機基站顯示出比靜態無人機更好的性能. 請注意，無人機的能耗隨速度和加速度而變化。在優化無人機網絡的能源消耗時，需要考慮飛行無人機的推進能量。

●無人機中繼

世界空域被劃分為三個維度的片段，這些片段進一步被分配到特定的類別。國際商業航空公司遵守國際民用航空組織 (ICAO) 規定的分類，但是，各國可能只使用部分定義的類別，並顯著改變NATS (2020)的確切規則和要求。啟用 6G 的機載網絡必須能夠支持空中交通管制，以進行飛機識別和後續交通流。我們設想通過增加自主空中交通管制方面，可以進一步修改和擴展某些未完全控制的空域類別，以在啟用 AWN 方面發揮重要作用。

在沒有地面通信基礎設施的戶外應用中，可以快速部署無人機以提供網絡接入。在這種情況下，無人機被用作中繼，在宏基站的幫助下連接隔離設備。無人機的這種應用在軍事行動和災難救援等緊急情況下特別有用。由於靈活部署和低成本，無人機中繼系統最近引起了極大的研究關注。無人機中繼的初步研究成果主要集中在傳輸速率、吞吐量和可靠性方面

低地球軌道 (LEO) 衛星星座(satellite constellations)，如SpaceX 的 Starlink、OneWeb、亞馬遜的 Project Kuiper 等，將成為 6G 不可或缺的一部分，提供與空中 UE 的連接和無線電接入網絡的回程，特別是對於超密集和遠程部署。此外，包括 Alphabet 的 Project Loon LLC 在內的高空氣球等高空平台也可用於將互聯網連接傳輸到偏遠地區。

智能反射面 (IRS) 是一種廉價的射頻開關陣列天線，可將波束成形功能從無線電收發器轉移到傳播環境。IRS 是一種，可以根據傳輸要求讓信號通過或反射。這些表面不僅增加了覆蓋範圍，還可以保護隱私。

IRS 目前面臨的一些挑戰包括實用協議的開發、信道傳感、HetNet 操作等在 UAM 方面，IRS 安裝的無人機和建築物可以充當具有成本效益的中繼器，進一步增強 AWN 覆蓋範圍並促進超視距 (BVLoS) 無人機操作。

●無人機數據採集

6G 移動網絡將大量利用人工智能 (AI)，根據其服務的服務類型和環境，動態、智能地配置和組織其資源。

在沒有地面通信基礎設施的惡劣環境中，可以部署無線傳感器網絡來感知環境。然而，從這些地區收集數據可能成本高昂，甚至是危險的。在這種情況下，支持無人機的數據收集是一個很有前途的解決方案。由於這些傳感器通常沒有固定電源，因此傳感器節點和無人機的節能設計都是關鍵挑戰。

●支持無人機的移動邊緣計算

無人機能夠承載計算處理器，為孤立節點提供計算服務。在無人機的移動邊緣計算系統中，除了用於推進和數據傳輸的能量外，邊緣計算機的中央處理器（CPU）的計算也是耗能的。請注意，CPU 的能耗相對於 CPU 頻率呈三次方增加，這意味著需要更多的能量來完成具有更高 CPU 頻率的特定計算任務，從而降低計算延遲。因此，在能耗和延遲之間存在權衡。支持無人機的 MEC 的一個典型應用是物聯網。

●無人機能量收集

無人機不僅可以部署用於快速建立臨時無線鏈路或作為邊緣計算節點，還可以用於能量收集。配備大容量電池的無人機可以為無需固定電源的低功耗物聯網節點提供無線能量。地面節點可以通過無人機輔助 WPT 充電。

●無人機輔助反向散射通信

反向散射通信具有超低功耗和低設備複雜性。儘管反向散射通信最初是為短距離通信而提出的，但最近的進展已經顯示出實現數百米甚至公里的通信範圍的潛力。因此，無人機輔助的反向散射通信最近正在成為一種有前途的超低功率通信技術。

■6G的應用領域

■6G的挑戰

●網絡和應用智能

人工智能可以讓我們的網絡更智能，對環境更主動，同樣，開發預測切換和人工智能輔助信道感應等功能可以解決干擾和能源效率等空中網絡問題。

●太赫茲(THz)收發器

利用太赫茲頻段開發收發器和天線陣列將具有挑戰性。對於納米物聯網和互聯微移動等應用，這些頻段將發揮重要作用。特別是在潮濕空氣環境中對這些波的光束跟踪將需要進行調查以預見其實用性。同時，將毫米波頻段和 IRS 以外的部分與 6G 機載網絡集成是一項開放的挑戰，需要大量的研究工作。

●6G 衛星

高通量衛星是提供前所未有的覆蓋和容量的理想選擇，鑑於 UAM 需要無處不在的覆蓋，我們闡明了 LEO 衛星星座在 6G 移動通信方面面臨的挑戰。挑戰包括以可行的成本確保高度可靠、靈活和可擴展的 6G 鏈路，而技術挑戰包括管理高速 LEO 衛星之間的頻繁切換、穩健和超低潛在衛星間路由算法的無縫集成。面對所有這些挑戰，LEO 衛星領域存在一些針對 6G 尤其是 AWN 的研究機會。

●智能反射表面(IRS)

鑑於需要對 UAM 進行無處不在的覆蓋，可編程、軟件定義和無源 IRS 超表面可用作衛星間無線電開關，為覆蓋和容量問題提供多種技術解決方案。這些沿著太陽能電池板安裝或安裝在其中一部分的智能表面也可以在降低衛星通信能耗方面發揮有利作用。主要的實施挑戰包括跟踪高機動性衛星，以便以最低功耗實時保持鏈路。

●安全和隱私

由於移動通信的性質，對網絡安全的研究將始終持續進行。需要努力保護我們的移動網絡，特別是針對涉及人類生命危險的應用程序。AWN 通信鏈路中的漏洞可能會導致控制劫持或數據洩露，因此需要大量研究工作來解決安全和隱私挑戰。