Корпорация Apple включается в гонку по разработке технологий 6G
Пока еще не существует точных формулировок того, что представляют собой технологии связи 6G. Первые, ограниченные развертывания сетей 6G вряд ли произойдут ранее 2030 г. Ожидается, что в развитии этой технологии значительную роль будет играть КНР. Одной из корпораций, активно проводящей сегодня исследования в области 6G-технологий, является Apple.
Недавно корпорация Apple (Купертино, шт. Калифорния, США) опубликовала список вакансий инженеров--исследователей в области 5G/6G, открытых в ее научно--исследовательских центрах в Купертино и Сан--Диего. Это лишний раз подтверждает тот факт, что гонка в деле определения параметров сетей и средств связи 6G набирает обороты. Основное занятие специалистов этих центров – исследования и разработки в области технологий радиодоступа следующего поколения на различных уровнях: физическом (РНY), управления доступом к среде (MAC), плоскости управления (СР) и плоскости данных (DP). Работа исследователей связана с определением концепций системного уровня, формулированием и исследованием инновационных идей и алгоритмов, выполнением сложного моделирования систем, определением платформ быстрого создания опытных образцов, протоколов RAN для сотовых систем 6G и т. д. В целом, если корпорация Apple сохранит свои позиции на рынке до 2030 г., то у ее исследователей есть перспективы долгосрочной занятости.
Среди требований, предъявляемых к соискателям, указывается высокий уровень знаний в области:
проектирования беспроводных систем;
проектирования звуковых каналов и средств шумоподавления на очень высоких частотах (гигагерцового и терагерцового диапазонов);
проектирования ИС и полупроводниковых приборов с малой потребляемой мощностью для смартфонов и носимой электроники;
оптимизации беспроводных систем дополненной реальности, виртуальной реальности и автомобильной электроники.
Кроме того, корпорация Apple подбирает специалистов, имеющих опыт в области краевых вычислений, решений и услуг определения местоположения и измерения дальности, измерительных технологий. В качестве примера последней группы технологий указывается FMCW‑радар, служащий хорошей основой концепций машинного обучения. Также от соискателей требуются умение применять перечисленные знания для решения проблем сенсорных сетей и сетей радиодоступа, понимание конструкции миллиметровых (mmWave) антенных решеток и навыки проектирования радиочастотных систем современных миллиметровых приемопередатчиков.
Надо отметить, что в ноябре 2020 г. корпорация Apple стала членом консорциума Next G Alliance, целью которого является содействие достижению североамериканского лидерства в области мобильных технологий (6G и далее) в течение следующего десятилетия.
Маршрутная карта развития технологий 6G: проблемы и возможности
Сети и средства связи 6G находятся в самом начале цикла зрелости технологий. Эта область привлекает значительные инвестиции. По данным исследовательской фирмы IDTechEx (Кембридж, Великобритания), на НИОКР в области технологий 6G уже выделено более миллиарда долларов по всему миру. На данный момент несомненные лидеры здесь – КНР, Южная Корея и Финляндия, активно исследующие терагерцовую электронику. Например, КНР уже приступила к испытаниям некоторых компонентов 6G в космосе. Исследования Финляндии и ее партнеров пользуются поддержкой ЕС – общая сумма выделенных грантов составила 350 млн долл. Программы НИОКР в области технологий 6G активно проводятся и в других странах, в том числе в Индии. Правда, окончательного решения по многим вопросам, связанным с технологией 6G еще нет – не определена даже частота. Тем не менее в области 6G ставятся амбициозные задачи и цели.
Отраслевые специалисты отмечают, что для достижения идеей или инновацией уровня зрелости обычно требуется 10–15 лет. Поэтому работы в области 6G необходимо начинать уже сейчас, когда технология 5G еще полностью не развернута, причем следует проводить их с учетом опыта развертывания сетей и средств связи 5G, уделяя большое внимание проблемам терагерцовой связи и перспективным материалам.
Развитие терагерцовой связи
Развитие терагерцовой связи, безусловно, очень важно для обеспечения достижения технологией 6G существенных преимуществ по сравнению с технологией 5G. Решение проблем терагерцовой связи в настоящее время сосредоточено на таких работах, как создание беспроводных приемопередатчиков 100-ГГц-класса и демонстрация передач на частоте 140 ГГц с пропускной способностью 100 Гбит/с и использованием простой цифро--аналоговой радиочастотной архитектуры. Эти работы – составная часть продвижения к формированию единой маршрутной карты развития технологий 6G. Недавно CEA-Leti (Laboratoire d’électronique des technologies de l’information – Лаборатория электроники и информационных технологий при Французском Комиссариате по атомной и альтернативным видам энергии), крупный европейский центр исследований в области микроэлектроники, объявила, что возглавила панъевропейский консорциум по разработке и тестированию технологии, обеспечивающей динамически программируемое распространение радиоволн 6G-сигналов по требованию. Такое распространение должно осуществляться через поверхности повседневного использования – стены, потолки, зеркала и бытовые приборы.
Все подобные проекты будут иметь большое значение для развития базы знаний, проведения испытаний и создания опытных образцов, что поможет сформулировать Маршрутную карту развития технологий 6G. Недавно корпорация IDTechEx опубликовала исследование «Рынок средств связи 6G, полупроводниковых приборов и материалов на период 2021–2041 гг.», в котором попыталась спрогнозировать некоторые этапы маршрутной карты развития технологий 6G, а также рассмотреть некоторые проблемы, заблуждения и возможности, связанные с этими технологиями (см. рисунок).
Источник: IDTechEx
Основные этапы развития рынка средств связи 6G, приборов и материалов на период 2021–2041 гг., сформулированные корпорацией IDTechEx
* Подходящих под требования 6G.
** 7‑я Рамочная программа общеевропейских проектов НИОКР.
Одним из ключевых параметров технологий 6G станет скачкообразный переход в полосу терагерцовых частот, т. е. в нераспределенный частотный диапазон от 275 ГГц до 10 ТГц, известный также как дальняя ИК-область спектра. Специалисты IDTechEx оценивают его как территорию «физики фронтира», для которой создано мало компонентов, а генерируемые ими сигналы слишком слабы. У этой области есть и другое название – «терагерцовый разрыв» (terahertz gap).
По этой причине первоначальные эксперименты часто проводятся в более «легкой» полосе частот – 100–300 ГГц. Недавно Федеральная комиссия США по связи (FCC) предложила официально закрепить «игровую площадку для экспериментов» в некоторых полосах частот между 116 и 246 ГГц. Развертывание технологий 6G может начаться на относительно легкой частоте, например 275 ГГц. Затем будет осуществлен переход на более высокую частоту (около 1 ТГц), где возможна полная реализация потенциала технологий 6G, – т. е. ожидается повторение ситуации с развертыванием сетей и средств связи 5G, когда все начиналось в суб‑6-ГГц-диапазоне с опорой на инфраструктуру 4G LTE, а затем был осуществлен переход на миллиметровые (mmWave) волны (десятки гигагерц).
Верхняя, конечная терагерцовая частота технологий 6G вряд ли будет выше уровня 1 ТГц. Это обусловлено тем, что сразу после этого уровня затухание радиоволн в атмосфере подскакивает до заметных значений, а необходимые компоненты становятся слишком сложными. Фактически терагерцовые частоты будут использоваться на локальном уровне между спутниками, в остальном же связь будет поддерживаться посредством оптических систем в открытом пространстве (Free Space Optical, FSO), поскольку прокладка волоконно--оптических линий связи окажется слишком дорогой или непрактичной. Также могут использоваться некоторые междугородние линии связи в гигагерцовом С-диапазоне (4–8 ГГц).
Для решения возникающих задач потребуется использовать множество возможностей в широком диапазоне областей, начиная от модемов, ИС входных каскадов и оконечных сетевых устройств до средств управления терагерцовым радиолучом.
Патенты на модуль терагерцовых датчиков корпорации Apple
В феврале 2021 г. Управление по патентам и товарным знакам США (подразделение Министерства торговли) опубликовало четыре патентные заявки корпорации Apple, связанные с модулями терагерцовых датчиков. Они относятся к спектроскопии и визуализации в динамической среде, для чего используются специализированные модули. В состав модулей входят: источник терагерцового излучения, MEMS-микрозеркала, MEMS-двигатели или актюаторы для перемещения MEMS-зеркал и измерения направления терагерцового приемника. В свою очередь, терагерцовый приемник сконфигурирован для приема терагерцового излучения, отраженного от отражающего объекта в окружающей среде. При этом в патентной заявке указано: «если модули терагерцовых датчиков не используются для целей спектроскопии или визуализации, они могут быть перепрофилированы для использования в терагерцовых сверхбыстродействующих средствах передачи данных».
Наличие данных патентных заявок говорит о том, что корпорация Apple уже начала исследования в области беспроводной технологии связи 6G, по крайней мере в той области, что касается решения некоторых проблем терагерцовой связи.
Dahad Nitin. Apple Gets in on 6G Definition Race. EE Times, February 21, 2021: https://www.eetimes.com/apple-gets-in-on