Minulý rok 2019 lze nazvat „rokem 5G“. V dubnu vydalo konsorcium 3GPP, které vyvíjí mobilní specifikace, 15. vydání nové generace standardů a sítě se začaly rozšiřovat po celém světě. Objasnění parametrů 5G stále probíhá a vydání 16 a 17 by se měla objevit v letech 2020–2021, která doplní popis 5G a uvede jej na podmíněnou úroveň „5 ++“. Mezitím závod na nové generaci 6G již začal.
V březnu 2019 se konalo první setkání konsorcia vlajkové lodi 6G na finské univerzitě v Oulu. Univerzita, která je klíčovou výzkumnou a vývojovou základnou společnosti Nokia, má vedoucí postavení v sítích nové generace. A v listopadu vláda Číny oficiálně zahájila vývoj technologií 6G. Všichni hlavní výrobci telekomunikačních zařízení se k nim již připojili a příští hlavní schůzka 6G se má uskutečnit v březnu 2020.
"Problém 5G lze považovat za obecně uzavřený při vydání 15," řekl nám Vitaly Shub, vedoucí vedoucího výzkumného střediska (R&D) ve společnosti Skoltech, který se přímo podílí na práci na nové generaci komunikací. - Specifikace byly stanoveny, byly vytvořeny technologie, probíhá průmyslová výroba zařízení. Čínské továrny produkují asi sto tisíc základních stanic měsíčně. ““Je čas přemýšlet o tom, jak bude vypadat připojení 6G.
Věčný cyklus
Telekomunikační infrastruktura využívá dva zásadně odlišné typy sítí. Sítě s pevnými zdroji - například kabelové připojení přes měděný, koaxiální nebo optický kabel - přímo připojují předplatitele k portu operátora, což zaručuje určitou šířku pásma tohoto kanálu. Určené připojení je určeno pro uživatele osobně, jako vodovodní potrubí připojené k vodovodnímu kohoutku v domě.
Naproti tomu celulární sítě jsou podle definice dělitelné sítě. Jejich specifikace zaručuje určitou přenosovou rychlost do az obecné skupiny účastníků pouze mezi nimi a základní stanicí. Konečná rychlost výměny dat však závisí na počtu připojených účastníků, kapacitě sítě a dalších faktorech. „Mobilní komunikace až do 4. generace včetně je ve skutečnosti jedinečným obchodem, který může poskytovat službu bez jakýchkoli záruk její kvality,“říká Vitaly Shub. „Kromě toho se s tím nedá nic dělat: taková vlastnost vyplývá ze samotné„ fyziky “sítě, z omezených zdrojů jejího zdroje, který je sdílen mezi všemi uživateli.
Propagační video:
Výsledkem je, že každá další generace buněčné komunikace prochází stejnými charakteristickými stádii. Poprvé po objevení nové technologie není v takové síti příliš mnoho předplatitelů a rychlosti, které mají k dispozici, jsou opravdu vysoké. Poté se však síť začne zaplňovat a je zde stále více uživatelů a náročných aplikací. Výsledkem je, že rychlost klesá a je třeba zavádět nové technologie a novou generaci komunikace. Praxe ukazuje, že taková změna trvá asi 10-12 let.
"Podnikání se rozvíjí podél pilové linky: postupná saturace sítí končí vznikem nové generace komunikace, která toto zatížení snižuje," vysvětluje Vitaly Shub. - Za prvé, existuje nabídka, vytváří poptávku po nových příležitostech. Ale pak se všechno změní: nově vznikající poptávka vyžaduje novou nabídku, nové technologie, které ji uspokojí. Mobilní operátoři jsou jednoduše nuceni neustále rozšiřovat síť a zlepšovat její vlastnosti. ““
Mezi pátou a šestou
Každá další generace buněčné komunikace může být spojena s přechody na nové, stále komplexnější principy kódování signálu. První z těchto používaných systémů multiplexování s kmitočtovým dělením (FDMA), nejjednodušší přístup, ve kterém je přístup ke společnému kanálu rozdělen mezi uživatele dočasným přiřazením specifických frekvencí. Dále se technologie TDMA rozšířily a umožnily několika předplatitelům používat stejný kanál a sdílet je v krátkých časových intervalech.
Poté byl zaveden vícenásobný přístup k dělení kódu (CDMA a WCDMA), který poskytuje další příležitosti pro paralelní využití frekvencí. V tomto případě je signál modulován speciální kódovací sekvencí, pro každého účastníka jeho vlastní. Anténa základnové stanice vysílá zamotaný šumový signál, ale každý konečný příjemce, který zná jeho kód, je schopen z něj extrahovat část, kterou potřebuje.
Poté byl implementován ortogonální vícenásobný přístup nosné (OFDMA), ve kterém je každá nosná frekvence zase rozdělena do několika subnosných modulovaných nezávisle na sobě. Dnes se tento přístup blíží své teoretické hranici. "Pro každou technologii existuje omezená spektrální účinnost, to znamená počet bitů za sekundu, které může vysílat 1 Hz rádiových vln," vysvětluje Vitaly Shub. - Pátá generace se blíží 30-50 bit / sHz, téměř zcela využívá možností matematického kódovacího zařízení. To poskytuje obrovskou šířku pásma: přidejte ultraširokou nosnou šířku pásma a získáte čísla od 100 Mbps do 1 Gbps, v některých případech dokonce 20 Gbps. “
Očekává se, že komunikace 6G dosáhne již od 100 Gbps do 1 Tbps a rychlost odezvy sítě - méně než milisekundu. Přesné požadavky na normu dosud nebyly formulovány, ale předpokládá se, že to jsou čísla, která budou potřebná pro provoz bezpilotních vozidel, složitých systémů umělé inteligence a virtuální reality, robotického průmyslu a logistiky. Dosažení požadovaných ukazatelů bude vyžadovat použití nových frekvencí, nové matematiky a dokonce i fyziky.
Nové rychlosti
Rychlost dat je určena šířkou pásma a spektrální účinností a práce pro 6G se provádí v obou směrech. Aby bylo možné zvětšit šířku nosné, je nutné použít nový rozsah, který ještě není k dispozici pro komunikaci, přesunující se na ještě kratší vlny rádiových vln - s frekvencí až 100 GHz a ještě vyšší, v terahertzu, submilimetrickou oblastí (300 GHz - 3 THz), která zůstává prakticky neobsazená a vám umožní používat široký pracovní rozsah.
Až donedávna zůstaly vysílače a přijímače terahertzů stejně složité a těžkopádné jako dřívější počítače. Taková zařízení našla široké uplatnění teprve v posledních letech - například při zkoumání zavazadel při hledání výbušnin, v medicíně a vědě o materiálech. Pro šestou generaci komunikací by měla být terahertzová zařízení ještě miniaturnější a energeticky účinnější. Kromě tohoto širokého kanálu by se měly objevit nové technologie kódování signálu, které zvyšují jeho spektrální účinnost. Jednou z klíčových oblastí této práce se staly „optické víry“, které vývojáři ze Skolkova aktivně sledují. "Světelnou vlnu si lze představit jako vývrtku nebo spirálu," vysvětluje Vitaly Shub. - Rozteč této spirály může být nerovnoměrná, navíc může být ovládána. Po naučení se modulovat takové nepravidelnosti vln,máme další způsob, jak kódovat signál. " Takové technologie postupují skokem a mezemi a v roce 2018 australští vědci zmenšili systém modulace úhlové orbitální hybnosti (OAM) na velikost mikročipu, což je docela vhodné pro použití v kapesním přístroji. Podle některých odhadů použití kódování OAM zvýší spektrální účinnost nejméně pětkrát. „Teoretické limity zde ještě nebyly stanoveny, protože zatím není jasné, kolik budeme moci změnit a ovládat„ krok paprsku “, dodává Vitaly Shub. "Je možné, že růst bude desetkrát nebo stokrát."a v roce 2018 australští vědci zmenšili systém modulace orbitální úhlové hybnosti (OAM) na velikost mikročipu, což je docela vhodné pro použití v kapesním přístroji. Podle některých odhadů použití kódování OAM zvýší spektrální účinnost nejméně pětkrát. „Teoretické limity zde ještě nebyly stanoveny, protože zatím není jasné, kolik budeme moci změnit a ovládat„ krok paprsku “, dodává Vitaly Shub. "Je možné, že růst bude desetkrát nebo stokrát."a v roce 2018 australští vědci zmenšili systém modulace orbitální úhlové hybnosti (OAM) na velikost mikročipu, což je docela vhodné pro použití v kapesním přístroji. Podle některých odhadů použití kódování OAM zvýší spektrální účinnost nejméně pětkrát. „Teoretické limity zde ještě nebyly stanoveny, protože zatím není jasné, kolik budeme moci změnit a ovládat„ krok paprsku “, dodává Vitaly Shub. "Je možné, že růst bude desetkrát nebo stokrát."Je možné, že růst bude desetkrát nebo stokrát."Je možné, že růst bude desetkrát nebo stokrát."
Zaznamenávejte reakce
Potřeba přizpůsobit dobu odezvy 6G sítí na sub milisekundy představuje zcela odlišné problémy. Podle Vitalyho Shuba to bude vyžadovat globální změny topologie sítě. Faktem je, že v posledních letech se vyvinuli se zaměřením na „cloud“ukládání dat. Naše soubory, hudba, fotografie lze fyzicky umístit kdekoli, na serveru v USA, Austrálii nebo Dánsku. Pokud je „úzkým hrdlem“v přístupu k nim bezdrátová rychlost, na tom opravdu nezáleží. Komunikace 5G je však již dostatečně rychlá a nestačí ani nejsilnější kabelový kanál mezi celulárním operátorem a serverem: úložiště musí být přesunuto blíže k předplatiteli. "Všechno se začíná vracet k normálu," říká Vitaly Shub. "To, co se ve třetí a čtvrté generaci pohnulo jedním směrem, se vrací."Tento přístup ztělesňuje koncept Mobile Edge Computing (MEC): paketová přepínací centra, která shromažďují data nejvíce požadovaná uživateli za účelem zrychlení přístupu k nim, pohybují se co nejblíže příjemci a inteligentní software neustále upravuje obsah a distribuci obsahu v závislosti na potřebách předplatitele … Místo vysoké, vícevrstvé hierarchie se síť stává téměř „plochou“a latence uvnitř ní dramaticky klesá.víceúrovňová hierarchie, síť se stává téměř „plochou“a latence v ní se výrazně zkrátí.víceúrovňová hierarchie, síť se stává téměř „plochou“a latence v ní se výrazně zkrátí.
Implementace MEC čelí řadě nových a nevyřešených technických výzev. Zejména je nutná ještě větší miniaturizace systémů přepínání paketů signálů a zařízení pro ukládání dat, zvýšení jejich kapacity a snížení spotřeby energie. Mezitím 6G dělá pouze první hrubé kroky v očekávání doby, kdy se předchozí generace přiblíží k „saturační fázi“. S největší pravděpodobností se tak stane kolem roku 2025–2027, kdy budou jasné požadavky nových odběratelů a aplikací. Teprve poté budou formulovány specifické požadavky na následující komunikační standardy.
Politická generace
Hlavní hráči v této oblasti již byli identifikováni - kromě společností Nokia a čínských Huawei jsou to společnosti Samsung a Ericsson. Očekává se, že kolem 2028–2030 vyvinou základní parametry 6G a konsorcium 3GPP vydá další vydání popisující klíčové standardy další generace. Všechno je však schopno postupovat podle jiného neočekávaného scénáře. "Dá se očekávat, že šestá generace se stane nejvíce zpolitizovanou," říká Vitaly Shub. „Pokusy Západu„ omezit “Čínu jsou již patrné ve fázi 5G a mohou pokračovat a zničit celý složitý systém mezinárodní spolupráce.“Čínská Huawei ve skutečnosti vlastní téměř třetinu patentového fondu 5G, což je situace, která se u šesté generace pravděpodobně zhorší. Kromě již přijatého státního programu pro vývoj 6GČLR se může spolehnout na interní zdroje nepřístupné kdekoli jinde na světě, na svůj obrovský trh a obrovské objemy „velkých dat“. "Celá moderní ekonomika je hospodářská zvířata," dodává Vitaly Shub.
V rámci takové ekonomiky si však Rusko stále udržuje svůj vlastní malý jedinečný výklenek. Naši vývojáři se aktivně podílejí na vytváření fyzických a technologických základů, z nichž vyplynou patenty i standardy 3GPP. "Jsou to nové materiály, nová matematika, nové principy - noční můra z hlediska objemu," shrnuje Vitaly Shub. "Můžeme jen doufat, že se nám podaří splnit obvyklý desetiletý implementační cyklus."
Roman Fishman