Det sidste 2019 kan kaldes "året for 5G". I april frigav 3GPP-konsortiet, der udvikler de mobile specifikationer, sin 15. udgivelse af næste generation af standarder, og netværk begyndte at rulle rundt om i verden. Afklaring af 5G-parametre er stadig i gang, og frigivelser 16 og 17 skal vises i 2020-2021, hvilket vil afslutte beskrivelsen af 5G, hvilket bringer det til det betingede niveau "5 ++". I mellemtiden er løbet til den næste generation 6G allerede begyndt.
I marts 2019 fandt det første møde i 6G Flagship-konsortiet sted på det finske universitet i Oulu. Universitetet, som er Nokias vigtigste F & U-base, har spidset hovedet på næste generations netværk. Og i november lancerede Kinas regering officielt udviklingen af 6G-teknologier. Alle de store producenter af telekommunikationsudstyr har allerede tilsluttet sig dem, og det næste 6G-flagskibsmøde skal finde sted i marts 2020.
"Spørgsmålet om 5G kan betragtes som generelt lukket ved udgivelse 15," fortalte Vitaly Shub, leder af det førende forskningscenter (F&U) i Skoltech, der er direkte involveret i arbejdet med den nye generation af kommunikation. - Specifikationerne er blevet bestemt, teknologierne er oprettet, industriel produktion af udstyr er i gang. Kinesiske fabrikker producerer omkring hundrede tusinde basestationer om måneden. " Det er tid til at tænke over, hvordan 6G-forbindelsen vil se ud.
Evig cyklus
Telekommunikationsinfrastruktur bruger to grundlæggende forskellige typer netværk. Netværk med fast ressource - som f.eks. En kabelforbindelse via kobber, koaksialt eller fiberoptisk kabel - forbinder en abonnent direkte til en port på operatøren, hvilket garanterer en vis båndbredde på denne kanal. En dedikeret forbindelse er beregnet til brugeren personligt som et vandrør, der er tilsluttet et vandhaner i et hus.
I modsætning hertil er mobilnetværk pr. Definition delbare netværk. Deres specifikation garanterer en vis overførselshastighed til og fra den generelle pool af abonnenter mellem dem og basestationen. Den endelige dataudvekslingskurs afhænger dog af antallet af tilsluttede abonnenter, netværkskapacitet og andre faktorer.”Faktisk er mobilkommunikation frem til 4. generation en unik virksomhed, der kan levere en service uden nogen garantier for dens kvalitet,” siger Vitaly Shub. "Der er desuden intet at gøre ved det: en sådan funktion følger af netværkets" fysik ", fra de begrænsede ressourcer i dets ressource, der deles mellem alle brugere."
Salgsfremmende video:
Som et resultat gennemgår hver næste generation af cellulær kommunikation de samme karakteristiske trin. Første gang efter udseendet af den nye teknologi er der ikke for mange abonnenter i et sådant netværk, og de tilgængelige hastigheder er virkelig høje. Dog begynder netværket at blive fyldt op, og der er flere og flere brugere og krævende applikationer. Som et resultat falder hastighederne, og der er behov for at introducere nye teknologier og en ny generation af kommunikation. Praksis viser, at en sådan ændring tager omkring 10-12 år.
”Forretningen udvikler sig langs savlinjen: den gradvise mætning af netværk ender med fremkomsten af den næste generation af kommunikation, hvilket reducerer denne belastning,” forklarer Vitaly Shub. - For det første er der et udbud, det skaber et behov for nye muligheder. Men så ændrer alt sig: den nye efterspørgsel kræver en ny forsyning, nye teknologier for at tilfredsstille det. Cellularoperatører tvinges simpelthen til konstant at udvide netværket og forbedre dets egenskaber."
Mellem femte og sjette
Hver næste generation af cellulær kommunikation kan forbindes med overgange til nye, mere og mere komplekse principper for signalkodning. Det første af disse anvendte FDMA-systemer med frekvensinddelelse - den enkleste tilgang, hvor adgang til en fælles kanal er delt mellem brugere ved midlertidigt at tildele bestemte frekvenser til dem. Dernæst blev TDMA-teknologier udbredte, hvilket gjorde det muligt for flere abonnenter at bruge den samme kanal og dele den i korte tidsintervaller.
Derefter blev kodeinddelingsadgang (CDMA og WCDMA) introduceret, hvilket giver yderligere muligheder for parallel brug af frekvenser. I dette tilfælde moduleres signalet med en speciel kodesekvens for hver abonnent sin egen. Basestationsantennen sender et sammenfiltret, støjlignende signal, men hver endelig modtager, der kender sin egen kode, er i stand til at udtrække den del, han har brug for, fra den.
Ortogonal bærer multiple access (OFDMA) blev derefter implementeret, hvor hver bærefrekvens på sin side er opdelt i flere underbærebølger, moduleret uafhængigt af hinanden. I dag nærmer denne tilgang sig dens teoretiske grænse.”For hver teknologi er der en begrænsende spektral virkningsgrad, det vil sige antallet af bit i sekundet, som 1 Hz radiobølger kan transmittere,” forklarer Vitaliy Shub. - Den femte generation nærmer sig 30-50 bit / sHz, næsten fuldstændigt ved hjælp af funktionerne i det matematiske kodningsapparat. Dette giver enorm båndbredde: tilføj ultrabred bærebåndbredde, og du får tal fra 100 Mbps til 1 Gbps, og i nogle tilfælde endda 20 Gbps."
Det forventes, at 6G-kommunikation allerede når fra 100 Gbps til 1 Tbps, og netværkets reaktionshastighed - mindre end et millisekund. De nøjagtige krav til standarden er endnu ikke formuleret, men det antages, at det er de numre, der er behov for til drift af ubemandede køretøjer, kompleks kunstig intelligens og virtual reality-systemer, robotindustri og logistik. Opnåelse af de ønskede indikatorer kræver brug af nye frekvenser, ny matematik og endda fysik.
Nye hastigheder
Datahastighed bestemmes af båndbredde og spektraleffektivitet, og der arbejdes for 6G i begge retninger. Så for at øge transportørbredden er det nødvendigt at bruge et nyt interval, der endnu ikke er tilgængeligt til kommunikation, og flytte til endnu kortere bølger radiobølger - med en frekvens på op til 100 GHz og endnu højere i det terahertz, submillimeterregion (300 GHz - 3 THz), som forbliver praktisk taget ubesat og giver dig mulighed for at bruge et bredt arbejdsområde.
Indtil for nylig forblev terahertz-sendere og -modtagere lige så komplekse og besværlige som tidlige computere. Sådanne installationer har kun fundet udbredt anvendelse i de senere år - for eksempel under undersøgelse af bagage på jagt efter eksplosiver, inden for medicin og materialevidenskab. For den sjette generation af kommunikation skal terahertz-enheder blive endnu mere miniature og energieffektive. Og ud over denne brede kanal synes nye signalkodningsteknologier at øge dens spektrale effektivitet. Et af nøgleområderne i dette arbejde er blevet "optiske hvirvler", som aktivt forfølges af udviklere fra Skolkovo.”En lysbølge kan forestilles som en korketrukker eller en spiral,” forklarer Vitaly Shub. - Denne spirals tonehøjde kan være ujævn, og den kan også kontrolleres. Efter at have lært at modulere sådanne bølgeuregelmæssigheder,får vi en ekstra måde at kode signalet på. " Sådanne teknologier bevæger sig fremad med sprang og grænser, og i 2018 nedskalerede australske forskere systemet til at modulere vinkelomløbsmomentet (OAM) til størrelsen på en mikrochip, der er meget velegnet til brug i en lommeindretning. Ifølge nogle estimater vil brugen af OAM-kodning øge den spektrale effektivitet med mindst fem gange.”De teoretiske grænser er endnu ikke fastlagt her, da det endnu ikke er klart, hvor meget vi vil være i stand til at variere og kontrollere” bjælketrinnet,”tilføjer Vitaly Shub. "Det er muligt, at væksten vil være ti eller hundrede gange."og i 2018 nedskalerede australske videnskabsmænd et system til at modulere orbital vinkelmomentum (OAM) til størrelsen af en mikrochip, der er meget velegnet til brug i en lommeindretning. Ifølge nogle estimater vil brugen af OAM-kodning øge den spektrale effektivitet med mindst fem gange.”De teoretiske grænser er endnu ikke fastlagt her, da det endnu ikke er klart, hvor meget vi vil være i stand til at variere og kontrollere” bjælketrinnet,”tilføjer Vitaly Shub. "Det er muligt, at væksten vil være ti eller hundrede gange."og i 2018 nedskalerede australske videnskabsmænd et system til at modulere orbital vinkelmomentum (OAM) til størrelsen af en mikrochip, der er meget velegnet til brug i en lommeindretning. Ifølge nogle estimater vil brugen af OAM-kodning øge den spektrale effektivitet med mindst fem gange.”De teoretiske grænser er endnu ikke fastlagt her, da det endnu ikke er klart, hvor meget vi vil være i stand til at variere og kontrollere” bjælketrinnet,”tilføjer Vitaly Shub. "Det er muligt, at væksten vil være ti eller hundrede gange."Det er muligt, at væksten vil være ti eller hundrede gange."Det er muligt, at væksten vil være ti eller hundrede gange."
Optag reaktioner
Behovet for at bringe responstiden for 6G-netværk til under-millisekund niveauer udgør helt andre problemer. Ifølge Vitaly Shub vil dette kræve globale ændringer i netværkstopologien. Faktum er, at de i de senere år har udviklet sig med fokus på "cloud" datalagring. Vores filer, musik, fotos kan fysisk placeres hvor som helst på en server i USA, Australien eller Danmark. Så længe "flaskehalsen" i adgangen til dem er den trådløse hastighed, betyder det ikke rigtig noget. 5G-kommunikation er imidlertid allerede hurtig nok, og selv den mest kraftfulde kabelforbundne kanal mellem den cellulære operatør og serveren er ikke nok: lagringen skal flyttes tættere på abonnenten.”Alt begynder at vende tilbage til det normale,” siger Vitaly Shub. "Det, der bevægede sig i en retning i tredje og fjerde generation, vender tilbage."Denne fremgangsmåde legemliggør begrebet Mobile Edge Computing (MEC): pakkekoblingscentre, der akkumulerer de data, som brugerne mest kræver for at fremskynde adgangen til dem, bevæger sig så tæt på modtageren som muligt, og smart software justerer konstant indholdet og distributionen af indholdet afhængigt af abonnentens behov … I stedet for et stort hierarki med flere niveauer bliver netværket næsten "fladt", og latensen inden for det falder dramatisk.i flere lag hierarki, bliver netværket næsten "fladt", og latenstiden inden for det reduceres kraftigt.i flere lag hierarki, bliver netværket næsten "fladt", og latenstiden inden for det reduceres kraftigt.
MEC-implementeringen står over for en række nye og uløste tekniske udfordringer. Især kræves en endnu større miniaturisering af signalpakkekoblingssystemer og datalagringsindretninger, en stigning i deres kapacitet og et fald i strømforbrug. I mellemtiden tager 6G kun de første grove skridt i påvente af tidspunktet, hvor den forrige generation nærmer sig "mætningstrinnet". Mest sandsynligt vil dette ske omkring 2025-2027, når nye abonnent- og applikationsanmodninger bliver klare. Først da formuleres de specifikke krav til følgende kommunikationsstandarder.
Politisk generation
De vigtigste aktører på dette felt er allerede identificeret - bortset fra Nokia og den kinesiske Huawei, er disse Samsung og Ericsson-virksomheder. Det forventes, at de omkring 2028-2030 vil udvikle de grundlæggende parametre for 6G, og 3GPP-konsortiet vil frigive en anden udgivelse, der beskriver nøglestandarderne for den næste generation. Dog er alt i stand til at gå i henhold til et andet, uventet scenario.”Man kan forvente, at den sjette generation bliver den mest politiserede,” siger Vitaly Shub. "Vestenes forsøg på at" bremse "Kina er allerede tydelige på 5G-stadiet, og de kan fortsætte og ødelægge hele det komplekse system for internationalt samarbejde." Faktisk ejer Kinas Huawei næsten en tredjedel af 5G-patentpuljen, en situation, der sandsynligvis vil blive værre med den sjette generation. Foruden det allerede vedtagne statslige program for udvikling af 6G,Kina kan stole på interne ressourcer utilgængelige andre steder i verden på sit enorme marked og kolossale mængder "big data".”Hele den moderne økonomi er en husdyrøkonomi,” tilføjer Vitaly Shub.
Inden for rammerne af en sådan økonomi bevarer Rusland dog stadig sin egen lille unikke niche. Vores udviklere er aktivt involveret i at skabe det fysiske og teknologiske fundament, hvorfra både patenter og 3GPP-standarder kommer frem.”Dette er nye materialer, ny matematik, nye principper - et mareridt arbejde med hensyn til volumen,” opsummerer Vitaly Shub.”Vi kan kun håbe, at vi kan klare den sædvanlige 10-årige implementeringscyklus.”
Roman Fishman