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