Det senaste 2019 kan kallas "året för 5G". I april släppte 3GPP-konsortiet, som utvecklar mobilspecifikationerna, sin 15: e nästa generations släppning av standarder, och nätverk började rulla runt i världen. En förtydligning av 5G-parametrar pågår fortfarande och utsläpp 16 och 17 bör visas 2020-2021, vilket kommer att slutföra beskrivningen av 5G, vilket kommer att komma till den villkorade nivån "5 ++". Under tiden har loppet till nästa generation 6G redan börjat.
I mars 2019 ägde det första mötet i 6G Flagship-konsortiet rum vid Finlands universitet i Uleåborg. Universitetet, som är Nokias viktigaste FoU-bas, har spetsen för arbetet i nästa generations nätverk. Och i november lanserade Kinas regering officiellt utvecklingen av 6G-teknologier. Alla stora tillverkare av telekommunikationsutrustning har redan anslutit sig till dem, och nästa 6G-flaggskeppsmöte kommer att äga rum i mars 2020.
"Frågan om 5G kan betraktas som allmänt stängd vid utgåva 15," berättade Vitaly Shub, chef för Skoltechs ledande forskningscenter, som är direkt involverad i arbetet med den nya generationen kommunikation. - Specifikationerna har fastställts, teknologierna har skapats, industriell produktion av utrustning pågår. Kinesiska fabriker producerar cirka hundra tusen basstationer per månad. " Det är dags att fundera över hur 6G-anslutningen kommer att se ut.
Evig cykel
Telekommunikationsinfrastruktur använder två grundläggande olika typer av nätverk. Nätverk med fast resurs - som till exempel en kabelanslutning över koppar-, koaxial- eller fiberoptisk kabel - ansluter direkt en abonnent till en port på operatören, vilket garanterar en viss bandbredd på denna kanal. En dedikerad anslutning är avsedd för användaren personligen, som ett vattenrör anslutet till en kran i ett hus.
Däremot är mobilnät per definition delbara nätverk. Deras specifikation garanterar en viss överföringshastighet till och från den allmänna poolen med abonnenter endast mellan dem och basstationen. Den slutliga dataväxlingskursen beror emellertid på antalet anslutna abonnenter, nätverkskapacitet och andra faktorer. "Faktum är att mobilkommunikation fram till fjärde generationen är en unik verksamhet som kan tillhandahålla en tjänst utan några garantier för dess kvalitet," säger Vitaly Shub. "Dessutom finns det ingenting att göra med det: en sådan funktion följer av själva" fysiken "i nätverket, från de begränsade resurserna i dess resurs, som delas mellan alla användare."
Kampanjvideo:
Som ett resultat går varje nästa generation av mobilkommunikation genom samma karakteristiska stadier. Första gången efter uppkomsten av den nya tekniken finns det inte för många abonnenter i ett sådant nätverk och hastigheterna som är tillgängliga för dem är verkligen höga. Men sedan börjar nätverket fyllas, och det finns fler och fler användare och krävande applikationer. Som ett resultat sjunker hastigheterna och det finns ett behov av att introducera ny teknik och en ny generation av kommunikation. Praxis visar att en sådan förändring tar cirka 10-12 år.
"Verksamheten utvecklas längs såglinjen: den gradvisa mättningen av nätverk slutar med uppkomsten av nästa generations kommunikation, vilket minskar denna belastning," förklarar Vitaly Shub. - För det första finns det ett utbud, det skapar en efterfrågan på nya möjligheter. Men då förändras allt: den växande efterfrågan kräver ett nytt utbud, ny teknik för att tillfredsställa det. Mobiloperatörer tvingas helt enkelt ständigt utöka nätverket och förbättra dess egenskaper."
Mellan femte och sjätte
Varje nästa generation cellulär kommunikation kan associeras med övergångar till nya, mer och mer komplexa principer för signalkodning. Det första av dessa använda FDMA-system för frekvensdelning, det enklaste tillvägagångssättet där åtkomst till en gemensam kanal delas mellan användare genom att tillfälligt tilldela specifika frekvenser till dem. Därefter blev TDMA-teknologier utbredda, vilket gjorde att flera abonnenter kunde använda samma kanal och dela den med korta tidsintervall.
Sedan introducerades kodaddelning av flera åtkomst (CDMA och WCDMA), vilket ger ytterligare möjligheter för parallell användning av frekvenser. I detta fall moduleras signalen med en speciell kodningssekvens för varje abonnent sin egen. Basstationsantennen sänder en intrasslad, brusliknande signal, men varje slutmottagare, som känner till sin kod, kan dra ut den del han behöver från den.
Ortogonal bärare multipelåtkomst (OFDMA) implementerades sedan, i vilken varje bärarfrekvens i sin tur delas upp i flera subbärare modulerade oberoende av varandra. Idag närmar sig denna metod dess teoretiska gräns. "För varje teknik finns det en begränsande spektral effektivitet, det vill säga antalet bitar per sekund som 1 Hz radiovågor kan överföra," förklarar Vitaly Shub. - Den femte generationen närmar sig 30-50 bit / sHz, nästan helt med hjälp av funktionerna i den matematiska kodningsapparaten. Detta ger enorm bandbredd: lägg till ultrabredd transportbandbredd och du får nummer från 100 Mbps till 1 Gbps, och i vissa fall till och med 20 Gbps."
Det förväntas att 6G-kommunikation kommer att nå redan från 100 Gbps till 1 Tbps, och nätverkssvarets hastighet - mindre än ett millisekund. De exakta kraven för standarden har ännu inte formulerats, men det antas att det är de nummer som kommer att behövas för driften av obemannade fordon, komplexa konstgjorda intelligenser och virtual reality-system, robotindustrin och logistik. Att uppnå önskade indikatorer kräver användning av nya frekvenser, ny matematik och till och med fysik.
Nya hastigheter
Datahastigheten bestäms av bandbredden och spektraleffektiviteten, och arbete för 6G utförs i båda riktningarna. Så för att öka bärarbredden är det nödvändigt att använda ett nytt intervall som ännu inte är tillgängligt för kommunikation och flytta till ännu kortare vågradiovågor - med en frekvens på upp till 100 GHz och ännu högre, i terahertz, submillimeterregionen (300 GHz - 3 THz), som förblir praktiskt taget oupptaget och gör att du kan använda ett brett arbetsområde.
Fram till nyligen förblev terahertz-sändare och mottagare lika komplexa och besvärliga som tidiga datorer. Sådana installationer har funnits utbredd användning endast under de senaste åren - till exempel vid bagageinspektioner på jakt efter sprängämnen, inom medicin och materialvetenskap. För den sjätte generationen kommunikation bör terahertz-enheter bli ännu mer miniatyr- och energieffektiva. Och utöver denna breda kanal skulle nya signalkodningsteknologier tyckas öka dess spektrala effektivitet. Ett av nyckelområdena i detta arbete har blivit "optiska virvlar", som aktivt bedrivs av utvecklare från Skolkovo. "En ljusvåg kan föreställas som en korkskruv eller en spiral," förklarar Vitaly Shub. - Denna spirals tonhöjd kan vara ojämn, dessutom kan den kontrolleras. Efter att ha lärt mig att modulera sådana våg oregelbundenheter,får vi ett ytterligare sätt att koda signalen. " Sådan teknik går framåt med steg och gränser, och 2018 skalade australiska forskare ner systemet för att modulera vinkellomfånget (OAM) till storleken på en mikrochip, ganska lämplig för användning i en fickgadget. Enligt vissa uppskattningar kommer användningen av OAM-kodning att öka spektraleffektiviteten med minst fem gånger. "De teoretiska gränserna har ännu inte fastställts här, eftersom det ännu inte är klart hur mycket vi kommer att kunna variera och kontrollera" strålsteget ", tillägger Vitaly Shub. "Det är möjligt att tillväxten kommer att vara tio eller hundra gånger."och 2018 skalade australiska forskare ner ett system för att modulera orbital vinkelmoment (OAM) till storleken på en mikrochip, ganska lämplig för användning i en fickgadget. Enligt vissa uppskattningar kommer användningen av OAM-kodning att öka spektraleffektiviteten med minst fem gånger. "De teoretiska gränserna har ännu inte fastställts här, eftersom det ännu inte är klart hur mycket vi kommer att kunna variera och kontrollera" strålsteget ", tillägger Vitaly Shub. "Det är möjligt att tillväxten kommer att vara tio eller hundra gånger."och 2018 skalade australiska forskare ner ett system för att modulera orbital vinkelmoment (OAM) till storleken på en mikrochip, ganska lämplig för användning i en fickgadget. Enligt vissa uppskattningar kommer användningen av OAM-kodning att öka spektraleffektiviteten med minst fem gånger. "De teoretiska gränserna har ännu inte fastställts här, eftersom det ännu inte är klart hur mycket vi kommer att kunna variera och kontrollera" strålsteget ", tillägger Vitaly Shub. "Det är möjligt att tillväxten kommer att vara tio eller hundra gånger."Det är möjligt att tillväxten kommer att vara tio eller hundra gånger."Det är möjligt att tillväxten kommer att vara tio eller hundra gånger."
Spela in reaktioner
Behovet av att föra responstiden för 6G-nät till nivåer under millisekund ger helt andra problem. Enligt Vitaly Shub kommer detta att kräva globala förändringar i nätverkstopologin. Faktum är att de under de senaste åren har utvecklats med fokus på "moln" datalagring. Våra filer, musik, foton kan fysiskt placeras var som helst på en server i USA, Australien eller Danmark. Så länge "flaskhalsen" i åtkomst till dem är den trådlösa hastigheten spelar det ingen roll. Men 5G-kommunikation är redan tillräckligt snabb, och till och med den mest kraftfulla kabeldragna kanalen mellan mobiloperatören och servern är inte tillräckligt: lagringen måste flyttas närmare abonnenten. "Allt börjar återgå till det normala," säger Vitaly Shub. "Det som rörde sig i en riktning under tredje och fjärde generationen vänder tillbaka."Detta tillvägagångssätt förkroppsligar konceptet Mobile Edge Computing (MEC): paketomkopplingscentra, som samlar de uppgifter som användarna kräver för att påskynda åtkomst till dem, flyttar sig så nära mottagaren som möjligt och smart programvara justerar ständigt innehåll och distribution av innehåll beroende på abonnentens behov … I stället för en hög, flerskiktad hierarki blir nätverket nästan "platt" och latensen inom det sjunker dramatiskt.i flera nivåer hierarki, nätverket blir nästan "platt", och latens tid inom det reduceras kraftigt.i flera nivåer hierarki, nätverket blir nästan "platt", och latens tid inom det reduceras kraftigt.
MEC-genomförandet står inför ett antal nya och olösta tekniska utmaningar. I synnerhet krävs en ännu större miniatyrisering av signalpaketomkopplingssystem och datalagringsanordningar, en ökning av deras kapacitet och en minskning av strömförbrukningen. Under tiden gör 6G bara de första grova stegen i väntan på den tid då den föregående generationen kommer att närma sig "mättnadsstadiet". Det kommer troligtvis att hända runt 2025-2027, när nya abonnent- och applikationsbegäranden blir tydliga. Först då kommer de specifika kraven för följande kommunikationsstandarder att formuleras.
Politisk generation
De viktigaste aktörerna inom detta område har redan identifierats - förutom Nokia och den kinesiska Huawei är det Samsung och Ericsson-företag. Det förväntas att de omkring 2028-2030 kommer att utveckla de grundläggande parametrarna för 6G, och 3GPP-konsortiet kommer att släppa en annan utgåva som beskriver de viktigaste standarderna för nästa generation. Allt kan dock gå enligt ett annat, oväntat scenario.”Man kan förvänta sig att den sjätte generationen blir den mest politiserade,” säger Vitaly Shub. "Västens försök att" bromsa "Kina framgår redan på 5G-stadiet, och de kan fortsätta och förstöra hela det komplexa systemet för internationellt samarbete." Faktum är att Kinas Huawei äger nästan en tredjedel av 5G-patentpoolen, en situation som sannolikt kommer att bli värre med sjätte generationen. Förutom det redan antagna statliga programmet för utveckling av 6G,Kina kan lita på interna resurser som är otillgängliga någon annanstans i världen, på sin enorma marknad och kolossala volymer "big data". "Hela den moderna ekonomin är en boskapsekonomi," tillägger Vitaly Shub.
Men inom ramen för en sådan ekonomi behåller Ryssland fortfarande sin egen lilla unika nisch. Våra utvecklare är aktivt involverade i att skapa den fysiska och tekniska grunden från vilken både patent och 3GPP-standarder kommer ut. "Det här är nya material, ny matematik, nya principer - ett mardrömskt arbete i termer av volym", sammanfattar Vitaly Shub. "Vi kan bara hoppas att vi kan möta den vanliga tioåriga implementeringscykeln."
Roman Fishman