6G и перспективы развития беспроводной связи

6G и перспективы развития беспроводной связи

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г.
РУБРИКА: СРЕДСТВА СВЯЗИ

Как известно, технология беспроводной связи пятого поколения (5G) уже начала внедряться для замены устаревающего стандарта 4G. При этом ее преемник, технология 6G, уже разрабатывается. Ожидается, что сети 6G будут обладать еще большими быстродействием и пропускной способностью, а также меньшим временем ожидания. Специалисты фирмы издания Fierce Electronics (Фрамингхэм, шт. Массачусетс) представили свой взгляд на этот вопрос.

Многие специалисты считают, что 6G технология будет характеризоваться скоростью передачи данных до 1 Тбит/с, поддержкой возможности взаимодействия облачных технологий и мозга человека (при условии наличия и использования соответствующих имплантатов в мозг ко времени внедрения данной технологии). Ожидается, что 6G сети предоставят более разнообразные возможности, чем сети предшествующих поколений. Скорее всего, они будут поддерживать приложения, возможности которых выходят за рамки современных мобильных приложений, таких как виртуальная и дополненная реальности, искусственный интеллект (ИИ) и Интернет вещей. Также предполагается, что операторы 6G мобильных сетей перейдут на гибкие децентрализованные модели, предусматривающие местное лицензирование спектра, совместное использование спектра и инфраструктуры. Все это будет осуществляться с помощью интеллектуального автоматизированного управления, основанного на мобильных краевых вычислениях17, коммутации коротких пакетов данных и технологиях блокчейн.

Новые стандарты беспроводной связи разрабатываются примерно каждые десять лет, и ожидается, что развертывание 6G сетей начнется примерно в 2030 г. В настоящее время сложно оценивать перспективы 6G, даже само его наименование, возможно, впоследствии будет заменено на -что-то другое. Имея это в виду, можно обсуждать только некоторые теоретические аспекты 6G и то, что может предложить эта технология, когда в конечном итоге будет развернута. Ряд исследований (например, исследование Вирджинского технологического института18) рассматривает 6G как полностью интегрированную интернет-систему, которая обеспечивает мгновенную связь между пользователями, устройствами, транспортными средствами и окружающей средой. То есть речь идет и выходе за рамки Интернета вещей, переходу к «Всеохватывающему Интернету»19.

В настоящее время телекоммуникационные компании по-прежнему продвигают технологии 4G. Стандарт 4G/LTE, представленный в 2009 г., позволил увеличить скорость передачи данных и позволил пользователям транслировать HD-фильмы, играть в игры и передавать большие объемы данных со скоростью примерно 33 Мбит/с (см. таблицу).


Таблица

Сопоставление основных параметров 4G, 5G и 6G стандартов связи

Параметры

Поколение связи

4G*

5G

6G

Пропускная способность

Прибл. 33 Мбит/с

От 40 Мбит/с до 1,1 Гбит/с

До 1 Тб/с

Основная функциональность

Потоковое HD-видео, игры, видеоконференцсвязь, телефония

Интернет вещей, носимые устройства, интеллектуальное производство, периферийные вычисления, искусственный интеллект, интеллектуальное сельское хозяйство

Вспомогательные технологии, иммерсивная** дополненная реальность/виртуальная реальность, продвинутый искусственный интеллект, автономные транспортные средства, децентрализованный бизнес

*4G/LTE (Long Term Evolution) – ​4‑е поколение/мобильный протокол передачи данных проекта 3GPP, являющегося стандартом совершенствования технологий CDMA, UMTS для удовлетворения будущих потребностей в скорости передачи данных, повышения эффективности, снижения издержек, расширения и совершенствования услуг, интеграции с существующими протоколами. Теоретическая скорость передачи данных в 3GPP LTE: 326,4 Мбит/с – ​при загрузке; 172,8 Мбит/с – ​при отправке. Радиус действия базовой LTE – ​5 км. При поднятии антенны – ​до 30–100 км. Сигнал в зоне покрытия LTE передается в сети 3G (WCDMA), CDMA2000 и GSM/GPRS/EDGE «бесшовно» (без разрывов).

** immersive – ​многонаправленный, с одновременным воздействием на человека через несколько каналов восприятия (зрение, слух, осязание, обоняние); иммерсивный, создающий эффект присутствия


5G идет на замену устаревшим технологиям, хотя и очень медленно. Большинство 5G развернуто в густонаселенных городах. Технология 5G выходит за рамки возможностей 4G за счет использования СВЧ-технологии и миллиметрового (mmWave) диапазона, что позволяет увеличить скорость передачи данных до 900 Мбит/с и выше. Это сопоставимо с коммерческими предложениями операторов широкополосного доступа, что позволяет расширять приложения, выходящие за рамки потокового мультимедиа. Интернет вещей и подключенные устройства получают возможность работы в реальном масштабе времени. Краевые вычисления смогут использовать преимущества облачных технологий и мгновенно получать доступ к данным. Поставщики медицинских услуг смогут мгновенно получать информацию от пациентов, носящих на себе медицинские приборы. Также 5G предлагает приложения для розничной торговли, промышленности и сельского хозяйства. Список почти бесконечен, но мы не увидим истинного потенциала 5G еще некоторое время, пока новая технология не будет развернута по всему миру.

Некоторые эксперты считают, что 6G обеспечит скорость передачи данных до 1 Тбит/с, что в тысячу раз превышает скорость передачи пакетов данных по современным оптоволоконным линиям. Федеральная комиссия по связи (США) открыла перспективу 6G-быстродействия в 2019 г., позволив разработчикам экспериментировать с терагерцовыми волнами (также известными как субмиллиметровые волны), которые попадают в спектр от 95 ГГц до 3 ТГц. Для сравнения, 5G использует средние или высокочастотные миллиметровые волны (mmWave) и СВЧ технологии для достижения диапазона частот от 24 ГГц до 40 ГГц. Хотя терагерцовые волны могут повысить скорость 6G до диапазона 1 Тбит/с, он будет иметь те же ограничения, что и 5G, в том смысле, что он имеет ограниченный диапазон и требует «прямой видимости» между передатчиком и конечным пользователем.

Инженеры Калифорнийского университета (Санта-Барбара) разработали устройство, которое может помочь ускорить процесс разработки 6G с использованием транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе нитрида галлия (GaN) с N-полярностью. Эти HEMT включают соединение между двумя материалами с разной шириной запрещенной зоны, которое функционирует как канал, а не легированная область, обычно встречающаяся в полевых МОП-транзисторах. В результате HEMT позволяет устройству работать на гораздо более высоких частотах (от 140 ТГц до 230 ТГц), как того требует 6G.

В прошлом году исследователи из Наньянского технологического университета Сингапура и Осакского университета Японии разработали ИС для терагерцовых волн, которую можно использовать для 6G. Ранее в этом году инженеры из Millimeter Wave Products разработали усилители для G-диапазона, работающие в терагерцовом диапазоне. Это несколько инструментов, которые могут помочь 6G реализовать свои идеи и выйти за рамки стадии исследований. Учитывая медленное продвижение развертывания 5G, может пройти десятилетие или больше, прежде чем 6G станет реальностью.


Возможные приложения для 6G

На данном этапе непросто понять, на что способна 6G технология, но если это будет похоже на развертывание предыдущих стандартов, влияние может быть огромным. Автономные транспортные средства, БПЛА, интеллектуальные заводы и искусственный интеллект уже приобретают большую популярность по мере массового внедрения 5G. Некоторые эксперты считают, что 6G может продвинуть эти приложения еще дальше, впервые поручив ИИ обеспечивать координацию и бесперебойную работу всех этих приложений. Беспилотные автомобили могут использовать совместный ИИ, чтобы общаться с другими для навигации, предотвращения наезда на пешеходов/объекты и обновления информации о дорожном движении. Искусственный интеллект и краевые вычисления также могут обеспечить использование таких устройств, как светофоры и уличные фонари, в качестве сетевых антенн в прилегающих районах, позволяя транспортным средствам и людям поддерживать Wi-Fi соединение.

Виртуальная и дополненная реальности могут стать более всеохватывающими. Представьте себе клеточные поверхности и объекты, которые можно ощутить с помощью подключенных имплантатов или даже беспроводных интерфейсов человека и компьютера. В исследовании Вирджинского технологического института за 2019 г. говорится, что смартфоны в конечном итоге будут заменены носимыми устройствами, гарнитурами/очками и имплантатами, что обеспечит формирование мультисенсорной расширенной реальности (XR). Другие предполагают полное слияние киберпространства и физической реальности. Достаточно будет думать о -каком-либо предмете, чтобы затем, имея мгновенный доступ к данным, хранящимся в облаке, получить необходимую дополнительную информацию.

Конечно, эти потенциальные приложения являются спекулятивными, поскольку исследования в области 6G все еще находятся в зачаточном состоянии, а стадия полного развертывания 5G сетей/средств связи наступит через несколько лет. Возможно, даже потребуется реинжиниринг Интернета, прежде чем он сможет поддерживать 6G технологии. Все эти устройства в некоторых случаях потребуют постоянного и устойчивого питания (аккумуляторные батареи, стабильное подключение к электросетям), иначе вся экосистема производства и других приложений окажется под угрозой. Тем не менее, 6G, безусловно, принесет больше новшеств, чем его предшественники, по крайней мере, на теоретической основе, но это будет захватывающая перспектива, если, впрочем, -какое-либо из этих приложений будет реализовано в полной мере на практике.


Cabe Atwell. What is 6G and future wireless? Fierce Electronics, Oct 7, 2021 https://www.fierceelectronics.com/electronics/what


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 20(6744) от 14 октября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.