Posledných 2019 možno nazvať „rokom 5G“. V apríli konzorcium 3GPP, ktoré vyvíja mobilné špecifikácie, vydalo svoje 15. vydanie novej generácie štandardov a siete sa začali rozširovať po celom svete. Objasnenie parametrov 5G stále prebieha a uvoľnenia 16 a 17 by sa mali objaviť v rokoch 2020 - 2011, čím sa dokončí opis 5G, čím sa dosiahne podmienená úroveň „5 ++“. Medzitým sa už začal závod na novú generáciu 6G.
V marci 2019 sa na fínskej univerzite v Oulu konalo prvé stretnutie hlavného združenia 6G. Univerzita, ktorá je kľúčovou výskumnou a vývojovou základňou spoločnosti Nokia, viedla prácu na sieťach novej generácie. A v novembri vláda Číny oficiálne začala vývoj technológií 6G. Všetci hlavní výrobcovia telekomunikačných zariadení sa k nim už pripojili a ďalšie hlavné stretnutie 6G sa má uskutočniť v marci 2020.
"Otázka 5G sa dá všeobecne považovať za uzavretú pri vydaní 15," povedal nám Vitaly Shub, vedúci vedúceho centra výskumu a vývoja spoločnosti Skoltech, ktorý sa priamo podieľa na práci na novej generácii komunikácií. - Špecifikácie boli stanovené, boli vyvinuté technológie, prebieha priemyselná výroba zariadení. Čínske továrne vyrábajú mesačne asi sto tisíc základných staníc. ““Je čas premýšľať o tom, ako bude vyzerať pripojenie 6G.
Večný cyklus
Telekomunikačná infraštruktúra využíva dva zásadne odlišné typy sietí. Siete s pevnými zdrojmi - napríklad káblové pripojenie cez medený, koaxiálny alebo optický kábel - priamo pripájajú predplatiteľa na port operátora, čo zaručuje určitú šírku pásma tohto kanála. Jednoúčelové pripojenie je určené pre používateľa osobne, napríklad vodovodné potrubie pripojené k vodovodnému kohútiku v dome.
Naproti tomu celulárne siete sú podľa definície deliteľné siete. Ich špecifikácia zaručuje určitú rýchlosť prenosu do a zo všeobecného súboru účastníkov iba medzi nimi a základnou stanicou. Konečný výmenný kurz údajov však závisí od počtu pripojených účastníkov, kapacity siete a ďalších faktorov. „V skutočnosti je mobilná komunikácia až do 4. generácie vrátane jedinečná firma, ktorá môže poskytovať služby bez akýchkoľvek záruk kvality,“hovorí Vitaly Shub. „Okrem toho sa s tým nedá nič robiť: táto vlastnosť vyplýva zo samotnej„ fyziky “siete, z obmedzených zdrojov jej zdrojov, ktoré zdieľajú všetci používatelia.
Propagačné video:
Výsledkom je, že každá ďalšia generácia bunkovej komunikácie prechádza rovnakými charakteristickými fázami. Prvýkrát po objavení novej technológie nie je v tejto sieti príliš veľa účastníkov a rýchlosti, ktoré majú k dispozícii, sú skutočne vysoké. Potom sa však sieť začne zapĺňať a je tu stále viac používateľov a náročné aplikácie. V dôsledku toho klesajú rýchlosti a je potrebné zaviesť nové technológie a novú generáciu komunikácie. Prax ukazuje, že takáto zmena trvá asi 10 - 12 rokov.
„Podnikanie sa rozvíja pozdĺž línie píly: postupná saturácia sietí sa končí vznikom novej generácie komunikácie, ktorá znižuje toto zaťaženie,“vysvetľuje Vitaly Shub. - Po prvé, existuje ponuka, vytvára dopyt po nových príležitostiach. Ale potom sa všetko zmení: vznikajúci dopyt si vyžaduje novú ponuku, nové technológie, aby ho uspokojil. Mobilní operátori sú jednoducho nútení neustále rozširovať sieť a zlepšovať jej vlastnosti. ““
Medzi piatym a šiestym
Každá ďalšia generácia bunkovej komunikácie môže byť spojená s prechodmi na nové, stále zložitejšie princípy kódovania signálu. Prvý z týchto používaných systémov multiplexovania s frekvenčným delením (FDMA), najjednoduchší prístup, v ktorom je prístup k spoločnému kanálu rozdelený medzi užívateľov dočasným pridelením konkrétnych frekvencií. Ďalej sa rozšírili technológie TDMA, čo viacerým účastníkom umožnilo používať rovnaký kanál a zdieľať ho v krátkych časových intervaloch.
Potom bol zavedený kódový viacnásobný prístup (CDMA a WCDMA), ktorý poskytuje ďalšie príležitosti pre paralelné využívanie frekvencií. V tomto prípade je signál modulovaný špeciálnou kódovacou sekvenciou pre každého účastníka. Anténa základňovej stanice vysiela zamotaný šumový signál, ale každý konečný príjemca, ktorý pozná jeho kód, je schopný z neho extrahovať časť, ktorú potrebuje.
Potom bol implementovaný ortogonálny viacnásobný prístup nosnej (OFDMA), v ktorom je každá nosná frekvencia rozdelená do viacerých čiastkových nosných, modulovaných nezávisle od seba. Tento prístup sa dnes blíži k svojej teoretickej hranici. „Pre každú technológiu existuje obmedzená spektrálna účinnosť, to znamená počet bitov za sekundu, ktorý môže vysielať 1 Hz rádiových vĺn,“vysvetľuje Vitaly Shub. - Piata generácia sa blíži 30 - 50 bit / sHz, takmer úplne využíva možnosti matematického kódovacieho zariadenia. Toto poskytuje veľkú šírku pásma: pridajte mimoriadne širokú prenosovú šírku pásma a získate čísla od 100 Mb / s do 1 Gb / s, v niektorých prípadoch dokonca 20 Gb / s. “
Očakáva sa, že komunikácia 6G dosiahne už od 100 Gbps do 1 Tbps a rýchlosť odozvy siete - menej ako milisekundy. Presné požiadavky na normu ešte neboli sformulované, predpokladá sa však, že toto sú čísla, ktoré budú potrebné na prevádzku bezpilotných vozidiel, komplexných systémov umelej inteligencie a virtuálnej reality, robotického priemyslu a logistiky. Dosiahnutie požadovaných ukazovateľov si bude vyžadovať použitie nových frekvencií, novej matematiky a dokonca aj fyziky.
Nové rýchlosti
Dátová rýchlosť je určená šírkou pásma a spektrálnou účinnosťou a práca pre 6G sa vykonáva v oboch smeroch. Na zvýšenie šírky nosiča je preto potrebné použiť nový rozsah, ktorý ešte nie je k dispozícii na komunikáciu a ktorý by sa presunul na rádiové vlny s ešte kratšou vlnou - s frekvenciou až 100 GHz a ešte vyššou v terahertzi, submilimetrovou oblasťou (300 GHz - 3 THz), ktorá zostáva prakticky neobsadená a vám umožní používať široký pracovný rozsah.
Donedávna zostali vysielače a prijímače terahertzov rovnako zložité a ťažkopádne ako staré počítače. Takéto zariadenia našli široké uplatnenie iba v posledných rokoch - napríklad pri prehliadke batožiny pri hľadaní výbušnín, vo vede medicíny a materiálov. V prípade šiestej generácie komunikácií by sa zariadenia Terahertz mali stať ešte miniatúrnejšie a energeticky účinnejšie. Okrem tohto širokého kanála by sa mali objaviť nové technológie kódovania signálu, ktoré zvyšujú jeho spektrálnu účinnosť. Jednou z kľúčových oblastí tejto práce sa stali „optické víry“, ktoré vývojári zo Skolkova aktívne sledujú. „Svetelnú vlnu si možno predstaviť ako vývrtku alebo špirálu,“vysvetľuje Vitaly Shub. - Výška tejto špirály môže byť nerovnomerná, navyše ju možno regulovať. Po naučení sa modulovať také nepravidelnosti vĺn,máme ďalší spôsob, ako kódovať signál. ““Takéto technológie postupujú skokmi a hranicami av roku 2018 austrálski vedci znížili systém modulácie uhlovej orbitálnej hybnosti (OAM) na veľkosť mikročipu, ktorý je celkom vhodný na použitie vo vreckovom prístroji. Podľa niektorých odhadov použitie kódovania OAM zvýši spektrálnu účinnosť najmenej päťkrát. „Teoretické limity tu ešte neboli stanovené, pretože zatiaľ nie je jasné, koľko budeme môcť meniť a kontrolovať„ krok lúča “, dodáva Vitaly Shub. „Je možné, že rast bude desaťkrát až stokrát.“av roku 2018 austrálski vedci zmenšili systém na moduláciu orbitálnej hybnosti (OAM) na veľkosť mikročipu, ktorý je celkom vhodný na použitie vo vreckovom prístroji. Podľa niektorých odhadov použitie kódovania OAM zvýši spektrálnu účinnosť najmenej päťkrát. „Teoretické limity tu ešte neboli stanovené, pretože zatiaľ nie je jasné, koľko budeme môcť meniť a kontrolovať„ krok lúča “, dodáva Vitaly Shub. „Je možné, že rast bude desaťkrát až stokrát.“av roku 2018 austrálski vedci zmenšili systém na moduláciu orbitálnej hybnosti (OAM) na veľkosť mikročipu, ktorý je celkom vhodný na použitie vo vreckovom prístroji. Podľa niektorých odhadov použitie kódovania OAM zvýši spektrálnu účinnosť najmenej päťkrát. „Teoretické limity tu ešte neboli stanovené, pretože zatiaľ nie je jasné, koľko budeme môcť meniť a kontrolovať„ krok lúča “, dodáva Vitaly Shub. „Je možné, že rast bude desaťkrát až stokrát.“„Je možné, že rast bude desaťkrát až stokrát.“„Je možné, že rast bude desaťkrát až stokrát.“
Zaznamenajte reakcie
Potreba skrátiť dobu odozvy sietí 6G na sub milisekundy predstavuje úplne odlišné problémy. Podľa Vitalyho Shuba si to bude vyžadovať globálne zmeny v topológii siete. Faktom je, že v posledných rokoch sa vyvinuli so zameraním na „cloudové“ukladanie údajov. Naše súbory, hudba a fotografie sa dajú fyzicky umiestniť kdekoľvek na serveri v USA, Austrálii alebo Dánsku. Pokiaľ je „úzky profil“v prístupe k nim bezdrôtová rýchlosť, na tom skutočne nezáleží. Komunikácia 5G je však už dosť rýchla a nestačí ani najsilnejší káblový kanál medzi celulárnym operátorom a serverom: úložisko sa musí presunúť bližšie k účastníkovi. „Všetko sa začína vracať do normálu,“hovorí Vitaly Shub. „To, čo sa v tretej a štvrtej generácii pohlo jedným smerom, sa vracia späť.“Tento prístup stelesňuje koncepciu Mobile Edge Computing (MEC): centrá prepínania paketov, ktoré zhromažďujú údaje, ktoré najviac požadujú používatelia na zrýchlenie prístupu k nim, sa pohybujú čo najbližšie k príjemcovi a inteligentný softvér neustále upravuje obsah a distribúciu obsahu v závislosti od potrieb účastníka. … Namiesto vysokej, viacvrstvovej hierarchie sa sieť stáva takmer „plochou“a latencia v nej dramaticky klesá. Vďaka viacvrstvovej hierarchii je sieť takmer „plochá“a latencia v nej sa výrazne skracuje. Vďaka viacvrstvovej hierarchii je sieť takmer „plochá“a latencia v nej sa výrazne skracuje.
Implementácia MEC čelí mnohým novým a nevyriešeným technickým výzvam. Vyžaduje sa najmä ešte väčšia miniaturizácia systémov prepínania paketov signálov a zariadení na ukladanie údajov, zvýšenie ich kapacity a zníženie spotreby energie. Medzitým 6G robí iba prvé hrubé kroky v očakávaní času, keď sa predchádzajúca generácia priblíži k „saturačnej fáze“. S najväčšou pravdepodobnosťou sa tak stane okolo roku 2025 - 2027, keď budú jasné žiadosti nových účastníkov a žiadosti. Až potom budú formulované konkrétne požiadavky na nasledujúce komunikačné normy.
Politická generácia
Hlavné subjekty v tejto oblasti už boli identifikované - okrem spoločnosti Nokia a čínskej Huawei sú to spoločnosti Samsung a Ericsson. Očakáva sa, že okolo 2028 - 2030 vyvinú základné parametre 6G a konzorcium 3GPP vydá ďalšie vydanie opisujúce kľúčové štandardy budúcej generácie. Všetko je však schopné postupovať podľa iného neočakávaného scenára. „Dá sa očakávať, že šiesta generácia sa stane najviac spolitizovanou,“hovorí Vitaly Shub. „Pokusy Západu„ obmedziť “Čínu sú už zjavné vo fáze 5G a môžu pokračovať a zničiť celý komplexný systém medzinárodnej spolupráce.“Čínska Huawei vlastní takmer tretinu patentovej skupiny 5G, čo je situácia, ktorá sa pravdepodobne zhorší v šiestej generácii. Okrem už prijatého štátneho programu rozvoja 6GČĽR sa môže spoľahnúť na interné zdroje neprístupné kdekoľvek inde na svete, na svoj obrovský trh a obrovské objemy „veľkých údajov“. „Celá moderná ekonomika je ekonomika chovu hospodárskych zvierat,“dodáva Vitaly Shub.
V rámci takejto ekonomiky si však Rusko stále zachováva svoju malú jedinečnú medzeru. Naši vývojári sa aktívne podieľajú na vytváraní fyzických a technologických základov, z ktorých vychádzajú patenty aj štandardy 3GPP. "Sú to nové materiály, nová matematika, nové princípy - nočná práca z hľadiska objemu," zhŕňa Vitaly Shub. „Môžeme len dúfať, že sa nám podarí splniť obvyklý 10-ročný implementačný cyklus.“
Roman Fishman