Изминалата 2019 г. може да се нарече „годината на 5G“. През април консорциумът 3GPP, който разработва спецификации за мобилни устройства, пусна своята 15-та версия на следващото поколение от ново поколение и мрежите започнаха да се разгръщат по целия свят. Изясняването на параметрите на 5G все още продължава и версии 16 и 17 трябва да се появят през 2020-2021 г., което ще допълни описанието на 5G, като го доведе до условното ниво на „5 ++“. Междувременно състезанието към следващото поколение 6G вече започна.
През март 2019 г. във финландския университет в Оулу се проведе първата среща на консорциума 6G Flagship. Университетът, който е основната база за научноизследователска и развойна дейност на Nokia, ръководи работата си в мрежи от ново поколение. А през ноември правителството на Китай официално стартира разработването на 6G технологии. Всички големи производители на телекомуникационно оборудване вече са се присъединили към тях, а следващата среща на 6G флагман трябва да се проведе през март 2020 г.
„Въпросът с 5G може да се счита като цяло затворен при издаване 15“, каза пред нас Виталий Шуб, ръководител на водещия изследователски център на Skoltech, който е пряко ангажиран в работата по новото поколение комуникации. - Спецификациите са определени, технологиите са създадени, индустриалното производство на оборудване е в ход. Китайските фабрики произвеждат около сто хиляди базови станции на месец. Време е да помислим как ще изглежда 6G връзката.
Вечен цикъл
Телекомуникационната инфраструктура използва два коренно различни типа мрежи. Мрежи с фиксиран ресурс - като например кабелна връзка през меден, коаксиален или оптичен кабел - директно свързват абоната към порт на оператора, което гарантира определена честотна лента на този канал. Специална връзка е предназначена за потребителя лично, като водопроводна тръба, свързана с кран в къща.
За разлика от тях, клетъчните мрежи са по дефиниция делими мрежи. Техните спецификации гарантират определена скорост на прехвърляне към и от общия пул от абонати само между тях и базовата станция. Обаче крайният обмен на данни зависи от броя на свързаните абонати, капацитета на мрежата и други фактори. „Всъщност мобилната комуникация до 4-то поколение включително е уникален бизнес, който може да осигури услуга без никакви гаранции за нейното качество“, казва Виталий Шуб. "Нещо повече, нищо не може да се направи по този въпрос: такава функция следва от самата" физика "на мрежата, от ограничените ресурси на нейния ресурс, които се споделят между всички потребители."
Промоционално видео:
В резултат на това всяко следващо поколение клетъчна комуникация преминава през едни и същи характерни етапи. Първият път след появата на новата технология няма твърде много абонати в такава мрежа и скоростите, с които разполага, са наистина високи. След това обаче мрежата започва да се запълва и има все повече потребители и взискателни приложения. В резултат скоростите намаляват и има нужда от въвеждане на нови технологии и ново поколение комуникация. Практиката показва, че такава промяна отнема около 10-12 години.
„Бизнесът се развива по протежение на линията: постепенното насищане на мрежите завършва с появата на следващото поколение комуникация, което намалява това натоварване“, обяснява Виталий Шуб. - Първо, има предлагане, създава търсене на нови възможности. Но тогава всичко се променя: възникващото търсене изисква ново предлагане, нови технологии, за да го задоволи. Клетъчните оператори просто са принудени постоянно да разширяват мрежата и да подобряват нейните характеристики."
Между петата и шестата
Всяко следващо поколение клетъчна комуникация може да бъде свързано с преходи към нови, все по-сложни принципи на кодиране на сигнала. Първата от тези използвани системи за мултиплексиране на честотно разделяне (FDMA), най-простият подход, при който достъпът до общ канал се разделя между потребителите чрез временно разпределяне на конкретни честоти към тях. На следващо място, TDMA технологиите станаха широко разпространени, позволявайки на няколко абонати да използват един и същ канал, споделяйки го в кратки интервали от време.
След това бе въведен многократен достъп до разделение на кодове (CDMA и WCDMA), което предоставя допълнителни възможности за паралелно използване на честотите. Сигналът се модулира със специална кодираща последователност за всеки абонат. Антената на базовата станция предава заплетен, подобен на шум сигнал, но всеки краен получател, знаейки кода си, е в състояние да извлече частта, от която се нуждае от нея.
След това е приложен ортогонален множествен достъп (OFDMA), при който всяка носеща честота, от своя страна, е разделена на множество подносители, модулирани независимо един от друг. Днес този подход наближава теоретичната си граница. „За всяка технология има ограничаваща спектрална ефективност, тоест броят битове в секунда, които 1 Hz радиовълни могат да предават“, обяснява Виталий Шуб. - Петото поколение се приближава до 30-50 бита / sHz, почти напълно използвайки възможностите на апарата за математическо кодиране. Това дава огромна честотна лента: добавете ултра широка честотна лента и получавате числа от 100 Mbps до 1 Gbps, а в някои случаи дори и 20 Gbps.
Очаква се 6G комуникацията да достигне вече от 100 Gbps до 1 Tbps, а скоростта на отговор на мрежата - по-малко от милисекунда. Точните изисквания към стандарта все още не са формулирани, но се предполага, че това са числата, които ще са необходими за работата на безпилотни превозни средства, сложни системи за изкуствен интелект и виртуална реалност, роботизирана индустрия и логистика. Постигането на желаните показатели ще изисква използването на нови честоти, нова математика и дори физика.
Нови скорости
Скоростта на данните се определя от широчината на честотната лента и спектралната ефективност и работата за 6G се извършва в двете посоки. Така че, за да се увеличи носещата ширина, е необходимо да се използва нов обхват, който все още не е наличен за комуникация, преминавайки към още по-къси вълни радиовълни - с честота до 100 GHz и дори по-висока, в терагерцовия, субмилиметров регион (300 GHz - 3 THz), който остава практически незает и ще ви позволи да използвате широк работен диапазон.
Доскоро терахерцовите предаватели и приемници останаха толкова сложни и тромави, колкото и ранните компютри. Подобни инсталации намериха широко приложение само през последните години - например по време на проверката на багажа в търсене на експлозиви, в медицината и материалите. За шестото поколение комуникации терагерцовите устройства трябва да станат още по-миниатюрни и енергийно ефективни. В допълнение към този широк канал трябва да се появят нови технологии за кодиране на сигнали, които да увеличат спектралната му ефективност. Една от ключовите области на тази работа се превърнаха в „оптични вихри“, които активно се преследват от разработчици от Сколково. „Лека вълна може да се представи като тирбушон или спирала“, обяснява Виталий Шуб. - Наклонът на тази спирала може да бъде неравен, освен това може да се контролира. Като се научихме да модулираме подобни нередности на вълните,получаваме допълнителен начин да кодираме сигнала. " Подобни технологии се движат напред със скокове и граници, а през 2018 г. австралийските учени намалиха системата за модулиране на ъгловия орбитален импулс (OAM) до размера на микрочип, доста подходящ за използване в джобна джаджа. Според някои оценки използването на OAM кодиране ще увеличи спектралната ефективност поне пет пъти. „Теоретичните граници все още не са установени тук, тъй като все още не е ясно доколко ще успеем да варираме и контролираме„ стъпката на гредата “, добавя Виталий Шуб. "Възможно е ръстът да е десет или сто пъти."и през 2018 г. австралийските учени намалиха система за модулиране на орбиталния ъглов импулс (OAM) до размера на микрочип, доста подходяща за използване в джобна джаджа. Според някои оценки използването на OAM кодиране ще увеличи спектралната ефективност поне пет пъти. „Теоретичните граници все още не са установени тук, тъй като все още не е ясно доколко ще успеем да варираме и контролираме„ стъпката на гредата “, добавя Виталий Шуб. "Възможно е ръстът да е десет или сто пъти."и през 2018 г. австралийските учени намалиха система за модулиране на орбиталния ъглов импулс (OAM) до размера на микрочип, доста подходяща за използване в джобна джаджа. Според някои оценки използването на OAM кодиране ще увеличи спектралната ефективност поне пет пъти. „Теоретичните граници все още не са установени тук, тъй като все още не е ясно доколко ще успеем да варираме и контролираме„ стъпката на гредата “, добавя Виталий Шуб. "Възможно е ръстът да е десет или сто пъти."Възможно е ръстът да е десет или сто пъти."Възможно е ръстът да е десет или сто пъти."
Запишете реакции
Необходимостта от привеждане на времето за реакция на 6G мрежите до нивата на милисекунди създава съвсем различни проблеми. Според Виталий Шуб това ще изисква глобални промени в мрежовата топология. Факт е, че през последните години те се развиват с акцент върху „облачното“съхранение на данни. Нашите файлове, музика, снимки могат да бъдат физически разположени навсякъде, на сървър в САЩ, Австралия или Дания. Докато „тесното място“в достъпа до тях е безжичната скорост, това всъщност няма значение. 5G комуникацията обаче вече е достатъчно бърза и дори най-мощният жичен канал между клетъчния оператор и сървъра не е достатъчен: съхранението трябва да се премести по-близо до абоната. „Всичко започва да се връща към нормалното си“, казва Виталий Шуб. "Това, което се движеше в една посока през третото и четвъртото поколение, се връща назад."Този подход въплъщава концепцията на Mobile Edge Computing (MEC): центрове за комутиране на пакети, които натрупват най-търсените от потребителите данни за ускоряване на достъпа до тях, придвижват се възможно най-близо до получателя, а интелигентният софтуер постоянно настройва съдържанието и разпространението на съдържание в зависимост от нуждите на абоната … Вместо висока, многостепенна йерархия, мрежата става почти „плоска“, а латентността в нея намалява драстично.многостепенна йерархия, мрежата става почти "плоска", а времето на латентност в нея рязко се намалява.многостепенна йерархия, мрежата става почти "плоска", а времето на латентност в нея рязко се намалява.
Изпълнението на MEC е изправено пред редица нови и нерешени технически предизвикателства. По-специално е необходимо още по-голямо миниатюризиране на системите за комутация на пакети сигнали и устройства за съхранение на данни, увеличаване на техния капацитет и намаляване на консумацията на енергия. Междувременно 6G прави само първите груби стъпки в очакване на времето, когато предишното поколение ще се приближи до "етапа на насищане". Най-вероятно това ще се случи около 2025-2027 г., когато станат ясни нови заявки за абонати и приложения. Едва тогава ще бъдат формулирани специфичните изисквания за следните стандарти за комуникация.
Политическо поколение
Основните играчи в тази област вече са идентифицирани - освен Nokia и китайските Huawei, това са корпорации Samsung и Ericsson. Очаква се около 2028-2030 г. те да разработят основните параметри на 6G, а консорциумът 3GPP ще пусне поредното издание, описващо ключовите стандарти на следващото поколение. Всичко обаче е способно да върви според друг, неочакван сценарий. „Може да се очаква, че шестото поколение ще стане най-политизираното“, казва Виталий Шуб. „Опитите на Запада да„ ограничи “Китай вече са очевидни на етапа на 5G и те могат да продължат, унищожавайки цялата сложна система на международно сътрудничество“. Всъщност китайският Huawei притежава почти една трета от патентния пул от 5G, ситуация, която вероятно ще се влоши с шестото поколение. В допълнение към вече приетата държавна програма за развитие на 6G,КНР може да разчита на вътрешни ресурси, недостъпни навсякъде по света, на огромния си пазар и колосални обеми от "големи данни". „Цялата съвременна икономика е икономика на животновъдството“, добавя Виталий Шуб.
В рамките на подобна икономика обаче Русия все още запазва собствена малка уникална ниша. Нашите разработчици участват активно в създаването на физическа и технологична основа, от която ще се появят както патенти, така и 3GPP стандарти. „Това са нови материали, нова математика, нови принципи - кошмарна работа по отношение на обема“, обобщава Виталий Шуб. „Можем само да се надяваме, че ще успеем да изпълним обичайния 10-годишен цикъл на изпълнение.“
Роман Фишман