Шосте G: яким буде зв'язок майбутнього

Мережі 5G тільки починають розгортатися, проте за ними вже проступають контури наступного покоління мобільного зв'язку.

Минулий 2019-й можна назвати «роком 5G». У квітні консорціум 3GPP, який розробляє специфікації мобільного зв'язку, випустив 15-й реліз, що описує стандарти нового покоління, і мережі стали розгортатися по всьому світу. Уточнення параметрів 5G ще триває, і в 2020-2021-му повинні з'явитися релізи 16 і 17, які завершать опис 5G, довівши його до умовного рівня «5 + +». Тим часом гонка до нового покоління 6G вже почалася.

У березні 2019 року у фінському Університеті Оулу відбулася перша зустріч консорціуму 6G Flagship. ВНЗ, який виступає ключовою науково-дослідною базою компанії Nokia, очолив роботу над мережами наступного покоління. А в листопаді офіційний старт розробкам технологій 6G дав і уряд Китаю. До них вже підключилися всі основні виробники телекомунікаційного устаткування, і наступна зустріч 6G Flagship повинна відбутися в березні 2020-го.

"Питання про 5G можна вважати в цілому закритим на рівні релізу 15, - розповів нам керівник лідируючого дослідницького центру (ОСІБ) Сколтеха Віталій Шуб, який бере безпосередню участь у роботі над новим поколінням зв'язку. - Специфікації визначені, технології створені, йде промислове виробництво обладнання. Китайські заводи випускають під сотню тисяч базових станцій на місяць ". Час думати про те, як буде виглядати зв'язок 6G.

Вічний цикл

Телекомунікаційна інфраструктура використовує мережі двох принципово різних типів. Мережі з фіксованим ресурсом - такі, як, наприклад, дротове підключення по мідному, коаксіальному або оптоволоконному кабелю, - безпосередньо з'єднують абонента з яким-небудь портом оператора, який гарантує певну пропускну здатність цього каналу. Виділений зв'язок призначений персонально для користувача, як водопровідна труба, підведена до крана в будинку.

На відміну від них стільникові мережі за визначенням є мережами з ділимим ресурсом. Їх специфікація гарантує певну швидкість передачі до загального пулу абонентів і від них тільки між ними і базовою станцією. Однак підсумкова швидкість обміну даними залежить від числа підключених абонентів, від ємності мережі та інших факторів. "По суті, мобільний зв'язок по 4-е покоління включно - це унікальний бізнес, який може надавати сервіс без будь-яких гарантій його якості, - говорить Віталій Шуб. - Більше того, з цим нічого не вдіяти: така особливість випливає з самої "фізики" мережі, з обмеженості її ресурсу, який ділиться між усіма користувачами ".

В результаті кожне наступне покоління стільникового зв'язку проходить одні й ті ж характерні етапи. Перший час після появи нової технології абонентів у такій мережі не дуже багато і доступні їм швидкості по-справжньому високі. Однак потім мережа починає заповнюватися, в ній стає все більше і користувачів, і вимогливих додатків. В результаті швидкості падають і виникає потреба у впровадженні нових технологій і нового покоління зв'язку. Практика показує, що така зміна займає близько 10-12 років.

"Бізнес розвивається" по пилку ": поступове насичення мереж завершується появою наступного покоління зв "язку, яке послаблює це навантаження, - пояснює Віталій Шуб. - Спершу з'являється пропозиція, вона народжує попит на нові можливості. Але потім все змінюється: попит вимагає нової пропозиції, нових технологій для її задоволення. Стільникові оператори просто змушені постійно розширювати мережу і покращувати її характеристики ".

Між п'ятим і шостим

Кожне наступне покоління стільникового зв'язку можна пов'язати з переходами до нових, все більш складних принципів кодування сигналу. Перші з них використовували системи з частотним поділом (FDMA) - це найпростіший підхід, при якому доступ до спільного каналу поділяється між користувачами за рахунок тимчасового виділення їм певних частот. Слідом отримали поширення технології TDMA, що дозволяють кільком абонентам використовувати один і той же канал, ділячи його короткими інтервалами часу.

Потім було впроваджено множинний доступ з кодовим поділом (CDMA і WCDMA), який дає додаткові можливості паралельного використання частот. Сигнал при цьому модулюється спеціальною кодуючою послідовністю, для кожного абонента своєї. Антена базової станції передає заплутаний, схожий на шум сигнал, але кожен кінцевий одержувач, знаючи свій код, здатний виділити з нього потрібну для себе частину.

Потім був реалізований множинний доступ з ортогональними несучими (OFDMA), при якому кожна несуча частота, в свою чергу, поділяється на безліч піднесених, модулюваних незалежно один від одного. Сьогодні і цей підхід наближається до своєї теоретичної межі. "Для кожної технології існує гранична спектральна ефективність, тобто число біт в секунду, які може передати 1 Гц радіохвилі, - пояснює Віталій Шуб. - П'яте покоління наближається до 30-50 біт/с· Гц, майже повністю використовуючи можливості математичного апарату кодування. Це і дає величезну пропускну здатність: додайте надшироку смугу несучої, і ви отримаєте цифри від 100 Мбіт/с до 1 Гбіт/с, а в деяких випадках навіть і 20 Гб/с ".

Очікується, що зв'язок 6G досягне вже від 100 Гбіт/с до 1 Тбіт/с, а швидкість відгуку мережі - менше мілісекунди. Точні вимоги до стандарту ще не сформульовані, проте передбачається, що саме такі цифри знадобляться для роботи безпілотного транспорту, складних систем штучного інтелекту і віртуальної реальності, роботизованої промисловості та логістики. Досягнення потрібних показників вимагатиме використання нових частот, нової математики і навіть фізики.