Pagājušo 2019. gadu var saukt par “5G gadu”. Aprīlī 3GPP konsorcijs, kas izstrādā mobilās specifikācijas, izlaida 15. nākamās paaudzes standartu izlaidumu, un tīkli sāka izplatīties visā pasaulē. 5G parametru precizēšana joprojām turpinās, un 2020. – 2021. Gadā vajadzētu parādīties 16. un 17. izlaidums, kas papildinās 5G aprakstu, panākot to ar nosacījumu “5 ++”. Tikmēr sacensības uz nākamās paaudzes 6G jau ir sākušās.
2019. gada martā Oulu Somijas universitātē notika pirmā 6G flagmaņa konsorcija sanāksme. Universitāte, kas ir Nokia galvenā pētniecības un attīstības bāze, ir vadījusi darbu nākamās paaudzes tīklos. Un novembrī Ķīnas valdība oficiāli uzsāka 6G tehnoloģiju attīstību. Visi lielākie telekomunikāciju iekārtu ražotāji jau ir pievienojušies viņiem, un nākamā 6G vadošā sanāksme paredzēta 2020. gada martā.
“5G izdošanu parasti var uzskatīt par slēgtu 15. laidienā,” mums pastāstīja Vitālijs Šubs, Skoltech vadošā pētniecības centra (R&D) vadītājs, kurš tieši iesaistīts jaunās paaudzes sakaru darbā. - Ir noteiktas specifikācijas, izveidotas tehnoloģijas, notiek iekārtu rūpnieciskā ražošana. Ķīnas rūpnīcas mēnesī saražo apmēram simts tūkstošus bāzes staciju. " Ir pienācis laiks padomāt par to, kā izskatīsies 6G savienojums.
Mūžīgais cikls
Telekomunikāciju infrastruktūrā tiek izmantoti divi principiāli atšķirīgi tīklu veidi. Fiksēto resursu tīkli - piemēram, vadu savienojums pa vara, koaksiālo vai optisko šķiedru kabeli - tieši savieno abonentu ar operatora ostu, kas garantē noteiktu šī kanāla joslas platumu. Īpašs lietotājam paredzēts īpašs savienojums, piemēram, ūdensvads, kas savienots ar mājas krānu.
Turpretī šūnu tīkli pēc definīcijas ir dalāmi tīkli. To specifikācija garantē noteiktu pārsūtīšanas ātrumu uz un no abonentu kopskaita tikai starp abonentiem un bāzes staciju. Tomēr galīgais datu apmaiņas ātrums ir atkarīgs no pievienoto abonentu skaita, tīkla jaudas un citiem faktoriem. “Faktiski mobilie sakari līdz pat 4. paaudzei ir unikāls bizness, kas var sniegt pakalpojumu bez jebkādām tā kvalitātes garantijām,” saka Vitālijs Šubs. "Turklāt tajā nekas nav jādara: šāda īpašība izriet no pašas tīkla" fizikas ", no ierobežotajiem resursiem, kas ir kopīgi visiem lietotājiem."
Reklāmas video:
Tā rezultātā katra nākamā šūnu komunikācijas paaudze iziet tos pašus raksturīgos posmus. Pirmoreiz pēc jaunās tehnoloģijas parādīšanās šādā tīklā nav pārāk daudz abonentu, un viņiem pieejamais ātrums ir patiešām liels. Tomēr tad tīkls sāk piepildīties, un ir arvien vairāk lietotāju un pieprasītas lietojumprogrammas. Tā rezultātā samazinās ātrums un ir jāievieš jaunas tehnoloģijas un jauna komunikācijas paaudze. Prakse rāda, ka šādas izmaiņas prasa apmēram 10–12 gadus.
“Bizness attīstās līdzīgi kā zāģis: pakāpeniska tīklu piesātināšana beidzas ar nākamās paaudzes sakaru parādīšanos, kas samazina šo slodzi,” skaidro Vitālijs Šubs. - Pirmkārt, ir piedāvājums, tas rada pieprasījumu pēc jaunām iespējām. Bet tad viss mainās: topošajam pieprasījumam ir nepieciešams jauns piedāvājums, jaunas tehnoloģijas, lai to apmierinātu. Mobilo sakaru operatori ir vienkārši spiesti pastāvīgi paplašināt tīklu un uzlabot tā īpašības."
Starp piekto un sesto
Katru nākamo mobilo sakaru paaudzi var saistīt ar pārejām uz jauniem, arvien sarežģītākiem signāla kodēšanas principiem. Pirmā no šīm izmantotajām frekvenču dalīšanas multipleksēšanas (FDMA) sistēmām ir vienkāršākā pieeja, kurā pieeja kopīgam kanālam tiek sadalīta starp lietotājiem, uz laiku piešķirot viņiem īpašas frekvences. Tālāk TDMA tehnoloģijas kļuva plaši izplatītas, ļaujot vairākiem abonentiem izmantot vienu un to pašu kanālu, koplietojot to īsos laika intervālos.
Pēc tam tika ieviesta koda dalīšanas daudzkārtēja piekļuve (CDMA un WCDMA), kas nodrošina papildu iespējas frekvenču paralēlai izmantošanai. Šajā gadījumā signāls tiek modulēts ar īpašu kodēšanas secību, katram abonentam savu. Bāzes stacijas antena pārraida sapinušos, troksnim līdzīgu signālu, bet katrs gala saņēmējs, zinot savu kodu, spēj no tā iegūt nepieciešamo daļu.
Pēc tam tika ieviesta ortogonālā nesēja multipiekļuve (OFDMA), kurā katra nesēja frekvence, savukārt, ir sadalīta vairākos apakšnesējos, modulēti neatkarīgi viens no otra. Mūsdienās šī pieeja tuvojas tās teorētiskajai robežai. “Katrai tehnoloģijai ir ierobežota spektrālā efektivitāte, tas ir, bitu skaits sekundē, ko var pārraidīt 1 Hz radioviļņi,” skaidro Vitālijs Šubs. - Piektā paaudze tuvojas 30-50 bitiem / sHz, gandrīz pilnībā izmantojot matemātiskās kodēšanas aparāta iespējas. Tas dod milzīgu joslas platumu: pievienojiet īpaši plašu nesēja joslas platumu un jūs iegūstat skaitļus no 100 Mbps līdz 1 Gbps un dažos gadījumos pat 20 Gbps."
Paredzams, ka 6G komunikācija sasniegs jau no 100 Gbps līdz 1 Tbps, bet tīkla reakcijas ātrums - mazāks par milisekundi. Precīzas standarta prasības vēl nav formulētas, taču tiek pieņemts, ka šie ir skaitļi, kas būs nepieciešami bezpilota transportlīdzekļu, sarežģītu mākslīgā intelekta un virtuālās realitātes sistēmu, robotu rūpniecības un loģistikas darbībai. Vēlamo rādītāju sasniegšanai būs jāizmanto jaunas frekvences, jauna matemātika un pat fizika.
Jauni ātrumi
Datu pārraides ātrumu nosaka joslas platums un spektrālā efektivitāte, un darbs ar 6G tiek veikts abos virzienos. Tātad, lai palielinātu nesēja platumu, ir nepieciešams izmantot jaunu diapazonu, kas vēl nav pieejams komunikācijai, pārejot uz vēl īsāka viļņa radioviļņiem - ar frekvenci līdz 100 GHz un pat augstāku - terahercos, submimetra apgabalā (300 GHz - 3 THz), kas paliek praktiski neaizņemts un ļaus jums izmantot plašu darba diapazonu.
Vēl nesen terahercu raidītāji un uztvērēji bija tikpat sarežģīti un apgrūtinoši kā agrīnie datori. Šādas iekārtas ir plaši izmantotas tikai pēdējos gados - piemēram, bagāžas pārbaudē, meklējot sprāgstvielas, medicīnā un materiālu zinātnē. Sestajā sakaru paaudzē terahercu ierīcēm vajadzētu kļūt vēl miniatūrām un energoefektīvām. Un papildus šim plašajam kanālam vajadzētu parādīties jaunas signālu kodēšanas tehnoloģijas, lai palielinātu tā spektrālo efektivitāti. Par vienu no galvenajām šī darba jomām kļuvuši "optiskie virpuļi", kurus aktīvi izstrādā izstrādātāji no Skolkovo. “Gaismas vilni var iedomāties kā korķviļķi vai spirāli,” skaidro Vitālijs Šubs. - Šīs spirāles slīpums var būt nevienmērīgs, turklāt to var kontrolēt. Iemācījusies modulēt šādus viļņu pārkāpumus,mēs iegūstam papildu veidu, kā kodēt signālu. " Šādas tehnoloģijas virzās uz priekšu lēcienveidīgi, un 2018. gadā Austrālijas zinātnieki samazināja leņķiskā orbitāla impulsa (OAM) modulēšanas sistēmu mikroshēmas lielumā, kas ir diezgan piemērota izmantošanai kabatas sīkrīkā. Pēc dažām aplēsēm, OAM kodēšanas izmantošana palielinās spektrālo efektivitāti vismaz piecas reizes. “Teorētiskās robežas šeit vēl nav noteiktas, jo vēl nav skaidrs, cik daudz mēs spēsim variēt un kontrolēt“staru soli”,” piebilst Vitālijs Šubs. "Iespējams, ka pieaugums būs desmit vai simts reizes."un 2018. gadā Austrālijas zinātnieki samazināja sistēmu orbītas leņķiskā impulsa (OAM) modulēšanai līdz mikroshēmas lielumam, kas ir diezgan piemērots lietošanai kabatas sīkrīkā. Pēc dažām aplēsēm, OAM kodēšanas izmantošana palielinās spektrālo efektivitāti vismaz pieckārt. “Teorētiskās robežas šeit vēl nav noteiktas, jo vēl nav skaidrs, cik daudz mēs spēsim variēt un kontrolēt“staru soli”,” piebilst Vitālijs Šubs. "Iespējams, ka pieaugums būs desmit vai simts reizes."un 2018. gadā Austrālijas zinātnieki samazināja sistēmu orbītas leņķiskā impulsa (OAM) modulēšanai līdz mikroshēmas lielumam, kas ir diezgan piemērots lietošanai kabatas sīkrīkā. Pēc dažām aplēsēm, OAM kodēšanas izmantošana palielinās spektrālo efektivitāti vismaz piecas reizes. “Teorētiskās robežas šeit vēl nav noteiktas, jo vēl nav skaidrs, cik daudz mēs spēsim variēt un kontrolēt“staru soli”,” piebilst Vitālijs Šubs. "Iespējams, ka pieaugums būs desmit vai simts reizes."Iespējams, ka pieaugums būs desmit vai simts reizes."Iespējams, ka pieaugums būs desmit vai simts reizes."
Reģistrējiet reakcijas
Nepieciešamība sakārtot 6G tīklu reakcijas laiku zem milisekunžu līmeņa rada pilnīgi atšķirīgas problēmas. Pēc Vitālija Šuba teiktā, tas prasīs globālas izmaiņas tīkla topoloģijā. Fakts ir tāds, ka pēdējos gados viņi ir izstrādājuši, koncentrējoties uz "mākoņa" datu glabāšanu. Mūsu faili, mūzika, fotogrāfijas var fiziski atrasties jebkurā vietā uz servera ASV, Austrālijā vai Dānijā. Kamēr “vājā vieta” piekļuvei tiem ir bezvadu ātrums, tam nav īstas nozīmes. Tomēr 5G komunikācija jau ir pietiekami ātra, un pat ar jaudīgāko vadu kanālu starp mobilo operatoru un serveri nepietiek: krātuve jāpārvieto tuvāk abonentam. “Viss sāk normalizēties,” saka Vitālijs Šubs. "Kas pārvietojās vienā virzienā trešajā un ceturtajā paaudzē, tas pagriežas atpakaļ."Šī pieeja iemieso mobilās malas skaitļošanas (MEC) jēdzienu: pakešu komutācijas centri, kas uzkrāj lietotājiem vispieprasītākos datus, lai paātrinātu piekļuvi tiem, pārvietojas pēc iespējas tuvāk saņēmējam, un viedā programmatūra pastāvīgi pielāgo saturu un satura izplatīšanu atkarībā no abonenta vajadzībām. … Augstas, daudzpakāpju hierarhijas vietā tīkls kļūst gandrīz “līdzens”, un latentums tajā dramatiski samazinās.daudzpakāpju hierarhija, tīkls kļūst gandrīz "līdzens", un latentuma laiks tajā ir strauji samazināts.daudzpakāpju hierarhija, tīkls kļūst gandrīz "līdzens", un latentuma laiks tajā ir strauji samazināts.
MEC ieviešana saskaras ar daudzām jaunām un neatrisinātām tehniskām problēmām. Jo īpaši ir nepieciešama vēl lielāka signālu pakešu komutācijas sistēmu un datu glabāšanas ierīču miniatūra, to jaudas palielināšana un enerģijas patēriņa samazināšanās. Pa to laiku 6G veic tikai pirmos aptuvenos soļus, paredzot laiku, kad iepriekšējā paaudze tuvosies "piesātinājuma pakāpei". Visticamāk, tas notiks ap 2025.-2027. Gadu, kad kļūs skaidrs jauns abonentu un lietojumprogrammu pieprasījums. Tikai tad tiks formulētas īpašas prasības šādiem komunikācijas standartiem.
Politiskā paaudze
Galvenie dalībnieki šajā jomā jau ir identificēti - izņemot Nokia un ķīniešu Huawei, šīs ir Samsung un Ericsson korporācijas. Paredzams, ka aptuveni 2028.-2030. Gadā viņi izstrādās 6G pamatparametrus, un 3GPP konsorcijs izlaidīs vēl vienu izlaidumu, kurā aprakstīti nākamās paaudzes galvenie standarti. Tomēr viss spēj noritēt pēc cita, negaidīta scenārija. “Var gaidīt, ka sestā paaudze kļūs politizētākā,” saka Vitālijs Šubs. "Rietumu mēģinājumi" ierobežot "Ķīnu ir acīmredzami jau 5G posmā, un tie var turpināties, iznīcinot visu sarežģīto starptautiskās sadarbības sistēmu." Faktiski Ķīnas Huawei pieder gandrīz trešdaļa 5G patentu kopas, un šī situācija, visticamāk, pasliktināsies ar sesto paaudzi. Papildus jau pieņemtajai valsts programmai 6G attīstībai,ĶTR var paļauties uz iekšējiem resursiem, kas nav pieejami citur pasaulē, uz tā milzīgo tirgu un kolosālajiem “lielo datu” apjomiem. “Visa mūsdienu ekonomika ir lopkopības ekonomika,” piebilst Vitālijs Šubs.
Tomēr šādas ekonomikas ietvaros Krievija joprojām saglabā savu mazo unikālo nišu. Mūsu izstrādātāji aktīvi iesaistās fiziskā un tehnoloģiskā pamata izveidē, no kura izrietēs gan patenti, gan 3GPP standarti. "Tie ir jauni materiāli, jauna matemātika, jauni principi - murgains darbs apjoma ziņā," rezumē Vitālijs Šubs. "Mēs varam tikai cerēt, ka mums izdosies izpildīt parasto 10 gadu ieviešanas ciklu."
Romāns Zivnieks
