Het afgelopen 2019 kan het "jaar van 5G" worden genoemd. In april bracht het 3GPP-consortium, dat de mobiele specificaties ontwikkelt, zijn 15e release van de volgende generatie standaarden uit en netwerken begonnen zich over de hele wereld uit te rollen. De verduidelijking van 5G-parameters is nog aan de gang, en releases 16 en 17 zouden moeten verschijnen in 2020-2021, waarmee de beschrijving van 5G wordt voltooid en het naar het voorwaardelijke niveau van "5 ++" wordt gebracht. Ondertussen is de race naar de volgende generatie 6G al begonnen.
In maart 2019 vond de eerste bijeenkomst van het 6G Flagship-consortium plaats aan de Finse Universiteit van Oulu. De universiteit, de belangrijkste O & O-basis van Nokia, heeft het voortouw genomen bij het werken aan netwerken van de volgende generatie. En in november lanceerde de regering van China officieel de ontwikkeling van 6G-technologieën. Alle grote fabrikanten van telecommunicatieapparatuur hebben zich al bij hen aangesloten en de volgende 6G Flagship-bijeenkomst vindt plaats in maart 2020.
"De kwestie van 5G kan in het algemeen als gesloten worden beschouwd bij release 15", vertelde Vitaly Shub, hoofd van Skoltech's toonaangevende onderzoekscentrum, die rechtstreeks betrokken is bij het werk aan de nieuwe generatie communicatie. - De specificaties zijn bepaald, de technologieën zijn gemaakt, de industriële productie van apparatuur is aan de gang. Chinese fabrieken produceren ongeveer honderdduizend basisstations per maand. " Het is tijd om na te denken over hoe de 6G-verbinding eruit zal zien.
Eeuwige cyclus
Telecommunicatie-infrastructuur maakt gebruik van twee fundamenteel verschillende soorten netwerken. Netwerken met vaste bronnen - zoals bijvoorbeeld een bekabelde verbinding via koper-, coax- of glasvezelkabel - verbinden een abonnee rechtstreeks met een poort van de operator, wat een bepaalde bandbreedte van dit kanaal garandeert. Een speciale aansluiting is bedoeld voor de gebruiker persoonlijk, zoals een waterleiding die is aangesloten op een kraan in een huis.
Mobiele netwerken zijn daarentegen per definitie deelbare netwerken. Hun specificatie garandeert een bepaalde overdrachtssnelheid van en naar de algemene pool van abonnees, alleen tussen hen en het basisstation. De uiteindelijke gegevensuitwisseling is echter afhankelijk van het aantal aangesloten abonnees, de netwerkcapaciteit en andere factoren. "In feite is mobiele communicatie tot en met de 4e generatie een uniek bedrijf dat een dienst kan leveren zonder enige garanties voor de kwaliteit", zegt Vitaly Shub. "Bovendien is er niets aan te doen: zo'n functie volgt uit de" fysica "van het netwerk, uit de beperkte bronnen van zijn bron, die wordt gedeeld door alle gebruikers."
Promotie video:
Als resultaat doorloopt elke volgende generatie cellulaire communicatie dezelfde karakteristieke stadia. De eerste keer na het verschijnen van de nieuwe technologie zijn er niet al te veel abonnees in zo'n netwerk en zijn de snelheden waarover ze beschikken erg hoog. Maar dan begint het netwerk vol te lopen en zijn er steeds meer gebruikers en veeleisende applicaties. Hierdoor dalen de snelheden en is er behoefte aan introductie van nieuwe technologieën en een nieuwe generatie communicatie. De praktijk leert dat een dergelijke verandering ongeveer 10-12 jaar duurt.
“De zaken ontwikkelen zich langs de zaaglijn: de geleidelijke verzadiging van netwerken eindigt met de opkomst van de volgende communicatiegeneratie, waardoor deze belasting wordt verminderd”, legt Vitaly Shub uit. - Ten eerste is er aanbod, het creëert vraag naar nieuwe kansen. Maar dan verandert alles: de opkomende vraag vereist een nieuw aanbod, nieuwe technologieën om eraan te voldoen. Mobiele operators worden eenvoudigweg gedwongen om het netwerk voortdurend uit te breiden en de kenmerken ervan te verbeteren."
Tussen de vijfde en zesde
Elke volgende generatie cellulaire communicatie kan worden geassocieerd met overgangen naar nieuwe, steeds complexere principes van signaalcodering. De eerste van deze gebruikte Frequency Division Multiplexing (FDMA) -systemen, de eenvoudigste benadering waarbij toegang tot een gemeenschappelijk kanaal wordt verdeeld tussen gebruikers door tijdelijk specifieke frequenties aan hen toe te wijzen. Vervolgens werden TDMA-technologieën wijdverspreid, waardoor verschillende abonnees hetzelfde kanaal konden gebruiken en het met korte tijdsintervallen konden delen.
Vervolgens werd codeverdeling multiple access (CDMA en WCDMA) geïntroduceerd, wat extra mogelijkheden biedt voor parallel gebruik van frequenties. In dit geval wordt het signaal gemoduleerd met een speciale coderingssequentie, voor elke abonnee zijn eigen. De antenne van het basisstation zendt een verstrengeld, ruisachtig signaal uit, maar elke uiteindelijke ontvanger, die zijn code kent, is in staat om het deel dat hij nodig heeft eruit te halen.
Orthogonal carrier multiple access (OFDMA) werd vervolgens geïmplementeerd, waarbij elke draaggolffrequentie op zijn beurt wordt verdeeld in meerdere subdragers, onafhankelijk van elkaar gemoduleerd. Tegenwoordig nadert deze benadering zijn theoretische limiet. "Voor elke technologie is er een beperkende spectrale efficiëntie, dat wil zeggen het aantal bits per seconde dat 1 Hz radiogolven kan verzenden", legt Vitaly Shub uit. - De vijfde generatie nadert 30-50 bit / sHz en maakt bijna volledig gebruik van de mogelijkheden van het wiskundige codeerapparaat. Dat levert een enorme bandbreedte op: voeg een ultrabrede carrier-bandbreedte toe en je krijgt nummers van 100 Mbps tot 1 Gbps, en in sommige gevallen zelfs 20 Gbps."
De verwachting is dat 6G-communicatie al 100 Gbps tot 1 Tbps zal bereiken, en de netwerkreactiesnelheid - minder dan een milliseconde. De exacte eisen voor de standaard zijn nog niet geformuleerd, maar aangenomen wordt dat dit de aantallen zijn die nodig zijn voor het besturen van onbemande voertuigen, complexe kunstmatige intelligentie en virtual reality-systemen, robotindustrie en logistiek. Om de gewenste indicatoren te bereiken, zijn nieuwe frequenties, nieuwe wiskunde en zelfs natuurkunde nodig.
Nieuwe snelheden
De datasnelheid wordt bepaald door de bandbreedte en spectrale efficiëntie, en voor 6G wordt in beide richtingen gewerkt. Om de draaggolfbreedte te vergroten, is het dus noodzakelijk om een nieuw bereik te gebruiken dat nog niet beschikbaar is voor communicatie, en over te gaan op zelfs kortere radiogolven - met een frequentie tot 100 GHz en zelfs hoger, in het terahertz, submillimetergebied (300 GHz - 3 THz), dat praktisch onbezet blijft en stelt u in staat om een breed werkbereik te gebruiken.
Tot voor kort bleven terahertz-zenders en -ontvangers net zo complex en omslachtig als vroege computers. Dergelijke installaties zijn pas de laatste jaren op grote schaal gebruikt - bijvoorbeeld bij het onderzoeken van bagage op zoek naar explosieven, in de geneeskunde en materiaalkunde. Voor de zesde generatie communicatie zouden terahertz-apparaten nog meer miniatuur- en energie-efficiënter moeten worden. En naast dit brede kanaal zouden nieuwe signaalcoderingstechnologieën de spectrale efficiëntie moeten vergroten. Een van de belangrijkste gebieden van dit werk zijn de "optische wervelingen" geworden, die actief worden nagestreefd door ontwikkelaars uit Skolkovo. "Een lichtgolf kan je voorstellen als een kurkentrekker of een spiraal", legt Vitaly Shub uit. - De toonhoogte van deze spiraal kan ongelijk zijn en bovendien controleerbaar. Hebben geleerd dergelijke golfonregelmatigheden te moduleren,we krijgen een extra manier om het signaal te coderen. " Dergelijke technologieën gaan met grote sprongen vooruit, en in 2018 hebben Australische wetenschappers het systeem voor het moduleren van het angular orbital momentum (OAM) verkleind tot de grootte van een microchip, redelijk geschikt voor gebruik in een zakgadget. Volgens sommige schattingen zal het gebruik van OAM-codering de spectrale efficiëntie met minstens vijf keer verhogen. “De theoretische limieten zijn hier nog niet vastgesteld, aangezien het nog niet duidelijk is hoeveel we zullen kunnen variëren en regelen van de“beam step”, voegt Vitaly Shub toe. "Het is mogelijk dat de groei tien of honderd keer zal zijn."en in 2018 hebben Australische wetenschappers een systeem voor het moduleren van orbitaal impulsmoment (OAM) verkleind tot de grootte van een microchip, heel geschikt voor gebruik in een zakgadget. Volgens sommige schattingen zal het gebruik van OAM-codering de spectrale efficiëntie met minstens vijf keer verhogen. “De theoretische limieten zijn hier nog niet vastgesteld, aangezien het nog niet duidelijk is hoeveel we zullen kunnen variëren en regelen van de“beam step”, voegt Vitaly Shub toe. "Het is mogelijk dat de groei tien of honderd keer zal zijn."en in 2018 hebben Australische wetenschappers een systeem voor het moduleren van orbitaal impulsmoment (OAM) verkleind tot de grootte van een microchip, heel geschikt voor gebruik in een zakgadget. Volgens sommige schattingen zal het gebruik van OAM-codering de spectrale efficiëntie met minstens vijf keer verhogen. “De theoretische limieten zijn hier nog niet vastgesteld, aangezien het nog niet duidelijk is hoeveel we zullen kunnen variëren en regelen van de“beam step”, voegt Vitaly Shub toe. "Het is mogelijk dat de groei tien of honderd keer zal zijn."Het is mogelijk dat de groei tien of honderd keer zal zijn."Het is mogelijk dat de groei tien of honderd keer zal zijn."
Registreer reacties
De noodzaak om de responstijd van 6G-netwerken op sub-milliseconden niveaus te brengen, levert totaal andere problemen op. Volgens Vitaly Shub zijn hiervoor globale veranderingen in de netwerktopologie nodig. Feit is dat ze zich de afgelopen jaren hebben ontwikkeld met een focus op "cloud" data-opslag. Onze bestanden, muziek en foto's kunnen overal fysiek staan, op een server in de VS, Australië of Denemarken. Zolang de "bottleneck" bij de toegang ertoe de draadloze snelheid is, doet dit er niet echt toe. 5G-communicatie is echter al snel genoeg, en zelfs het krachtigste bedrade kanaal tussen de mobiele operator en de server is niet voldoende: de opslag moet dichter bij de abonnee worden geplaatst. "Alles begint weer normaal te worden", zegt Vitaly Shub. 'Wat zich in de derde en vierde generatie in één richting bewoog, keert terug.'Deze benadering belichaamt het concept van Mobile Edge Computing (MEC): pakketschakelcentra, die de gegevens verzamelen die gebruikers het meest nodig hebben om de toegang ertoe te versnellen, zich zo dicht mogelijk bij de ontvanger bevinden, en slimme software past voortdurend de inhoud en distributie van inhoud aan, afhankelijk van de behoeften van de abonnee … In plaats van een hoge hiërarchie met meerdere niveaus wordt het netwerk bijna 'plat' en daalt de latentie binnen het netwerk dramatisch.meerlagige hiërarchie, het netwerk wordt bijna "plat" en de latentietijd binnen het netwerk wordt sterk verminderd.meerlagige hiërarchie, het netwerk wordt bijna "plat" en de latentietijd binnen het netwerk wordt sterk verminderd.
De MEC-implementatie staat voor een aantal nieuwe en onopgeloste technische uitdagingen. In het bijzonder is een nog grotere miniaturisatie van signaalpakketschakelsystemen en gegevensopslagapparaten vereist, een vergroting van hun capaciteit en een afname van het stroomverbruik. Ondertussen zet 6G slechts de eerste grove stappen in afwachting van de tijd dat de vorige generatie de "saturation stage" nadert. Hoogstwaarschijnlijk zal dit gebeuren rond 2025-2027, wanneer nieuwe abonnee- en toepassingsverzoeken duidelijk worden. Alleen dan worden de specifieke eisen voor de volgende communicatiestandaarden geformuleerd.
Politieke generatie
De belangrijkste spelers op dit gebied zijn al geïdentificeerd - behalve Nokia en het Chinese Huawei zijn dit de bedrijven van Samsung en Ericsson. Verwacht wordt dat ze rond 2028-2030 de basisparameters van 6G zullen ontwikkelen, en het 3GPP-consortium zal een nieuwe release uitbrengen waarin de belangrijkste standaarden van de volgende generatie worden beschreven. Alles kan echter volgens een ander, onverwacht scenario verlopen. "Je kunt verwachten dat de zesde generatie het meest gepolitiseerd zal worden", zegt Vitaly Shub. "Pogingen van het Westen om China te" beteugelen "zijn al duidelijk in de 5G-fase, en ze kunnen doorgaan en het hele complexe systeem van internationale samenwerking vernietigen." Het Chinese Huawei bezit zelfs bijna een derde van de 5G-patentpool, een situatie die waarschijnlijk nog erger zal worden met de zesde generatie. Naast het reeds aangenomen staatsprogramma voor de ontwikkeling van 6G,De VRC kan vertrouwen op interne middelen die nergens anders ter wereld toegankelijk zijn, op zijn enorme markt en enorme hoeveelheden "big data". "De hele moderne economie is een vee-economie", voegt Vitaly Shub toe.
Binnen het kader van een dergelijke economie behoudt Rusland echter nog steeds zijn eigen kleine unieke niche. Onze ontwikkelaars zijn actief betrokken bij het creëren van de fysieke en technologische basis waaruit zowel patenten als 3GPP-standaarden zullen voortkomen. "Dit zijn nieuwe materialen, nieuwe wiskunde, nieuwe principes - een nachtmerrieachtig werk in termen van volume", vat Vitaly Shub samen. "We kunnen alleen maar hopen dat we de gebruikelijke implementatiecyclus van 10 jaar zullen halen."
Roman Fishman
