Не успели ведущие операторы развернуть сети пятого поколения, как на смену им обещаны сети шестого, которые дадут скорости передачи данных в сотни гигабит и микросекундные задержки.

Хотя народ еще не совсм понимает, зачем ему 5G, а тут уже предлагают 6G...

Работа над стандартом технологии радиодоступа для сетей мобильной связи пятого поколения завершилась относительно недавно, большинство зон доступа 5G — или локальные, или вовсе тестовые, полноценных коммерческих сетей пока еще очень мало. Теоретический максимум пропускной способности у них, согласно требованиям стандарта IMT-2020 Международного союза электросвязи, — 20 Гбит/с к абоненту и 10 Гбит/с в противоположном направлении, а реально достижимая устойчивая скорость в городских условиях — 100 и 50 Мбит/с соответственно, задержка — не более 4 мс.

Эти показатели намного лучше, чем у сетей 4G, но по оценкам специалистов финского Университета Оулу, участвовавших в создании архитектуры систем 5G и ведущих разработки в области беспроводной связи следующих поколений, даже миллисекундная задержка — это слишком много, для того, чтобы можно было обеспечить необходимую скорость реакции сети в эпоху, когда данные фактически стали двигателем, обеспечивающим функционирование бизнеса и общества.

Не успев создать работающие сети 5G, ученые и телеком-операторы задумались о сетях следующего поколения

Сети 5G уже считаются слишком медленными

В институте Оулу одну из причин недостаточной по меркам ближайшего будущего скорости 5G видят в проблеме масштабируемости: вся сеть будет работать с использованием программно-определяемого радиоинтерфейса 5G NR, а это само по себе чревато замедлениями — любая операция установления соединения или координации взаимодействия компонентов инфраструктуры вызывает задержку. При этом, поскольку миллиметровые частоты 5G позволяют передавать сигнал лишь на относительно короткие дистанции, прогнозируется, что число приёмопередатчиков и антенн, эксплуатируемых в сетях, в ближайшие годы резко вырастет.

Именно поэтому с конца 2018 г. в разных странах ведутся исследования в области связи мобильной связи следующего поколения, которая будет работать в терагерцовом диапазоне. Ширина частотных полос нового стандарта будет составлять десятки гигагерц, что позволит обеспечить огромную пропускную способность.

Исследовательская группа из Оулу — один из главных участников европейского проекта 6Genesis, в рамках которого ведутся исследования по разработке сетей мобильной связи шестого поколения. Также проекты по разработке 6G-устройств ведутся в Китае (учеными при министерстве промышленности и информатизации), Корее (о разработках в этой области объявили LG и Samsung). А президент США Дональд Трамп даже заявил, что сети 6G нужны его стране «так быстро, как можно» — надеясь, видимо, взять реванш за отставание в области 5G от Huawei.

Прогнозируется, что сети 6G начнут появляться приблизительно через 5-10 лет. Помимо небывалых скоростей и молниеносного доступа они должны будут обеспечивать возможность обслуживать гораздо больше конечных устройств, чем нынешние сети и сети 5G. Согласно господствующей концепции, для 6G потребуется сетевая инфраструктура с большим количеством малых сот, которые позволят быстро и с низкими затратами электроэнергии передавать огромные объёмы данных. Между собой такие соты будут соединяться высокоскоростными радиоканалами, использующими высокочастотные диапазоны вплоть до терагерцового.

Сегодня терагерцовое излучение широко применяется в сканерах безопасности — не являясь ионизирующим, оно не причиняет вреда здоровью, зато эффективно позволяет отличить металл от других материалов. Именно терагерцовый диапазон предлагают применять для достижения скоростей беспроводной передачи данных, отвечающих требованиям будущего. В 2012 г. исследователи из Токийского технологического института объявили об установлении рекорда скорости беспроводной передачи данных именно с использованием терагерцового диапазона — она составила 3 Гбит/с.

На пути к терагерцам

На пути к сотовым сетям 6G предстоит преодолеть немало сложностей, касающихся как компонентов инфраструктуры, так их взаимодействия. В частности, понадобится интерфейс, обеспечивающий надёжное высокоскоростное соединение малых сот с волоконно-оптическими сетями, которые позаботятся о передачи данных на дальние расстояния. Об успехах в разработке такого интерфейса сообщают исследователи из группы немецких учреждений во главе с Технологическим институтом Карлсруэ, которые экспериментируют с преобразованием терагерцовых сигналов передачи данных в оптические при помощи высокоскоростных электрооптических модуляторов.

По словам разработчиков, подобные модуляторы позволят напрямую соединять терагерцовые приёмные антенны с волоконно-оптическим оборудованием. Демонстрируя возможности своей разработки, учёные добились скорости передачи данных 50 Гбит/с на несущей частоте 0,29 ТГц. Для сравнения, существующие на сегодня сети LTE позволяют передавать данные со скоростью на порядки меньшей — примерно 20 Мбит/с.

Сравнительные скорости загрузки данных в сетях разных поколений

Источник: отраслевые стандарты, CNews Analytics

Концептуальная схема, представленная немецкими исследователями, обещает существенно уменьшить техническую сложность базовых станций сотовых сетей будущего и обеспечить связь в терагерцовом диапазоне на скоростях, достигающих сотен гигабит в секунду.

Помимо разработки подобных интерфейсов для 6G в ближайшие годы понадобятся исследования в области пространственного мультиплексирования на терагерцовых частотах и разработка более совершенных многоэлементных цифровых антенных решеток.

Кроме того, предстоит решить проблему затухания сигнала при прохождении препятствий, которая на более высоких частотах проявляется сильнее, причем величина затухания зависит от материала, например, стекло ослабляет терагерцовые сигналы меньше.

Еще одна новая концепция, которую предполагают задействовать с сетями как 6G, так и 5G, — вычисления на границе сотовой сети (Multi-access Edge Computing, MEC). Это сетевая архитектура, подразумевающая выполнение ресурсоёмкой обработки и хранение контента на серверах базовых станций вблизи абонентов, что позволяет быстрее доставлять им данные и оперативнее запускать новые услуги, а также предоставлять облачные сервисы и выполнять распределенные приложения. Кроме того, MEC позволит эффективно выполнять задачи искусственного интеллекта, при помощи которого предполагается обеспечить управление сетями 6G.

Идея архитектуры MEC для сетей будущего получила воплощение в стандарте IEEE 802.15.3D («Беспроводные мультимедиа-сети с высокой скоростью передачи данных»), пока что находящегося на стадии разработки теории. Он предполагает использование субтерагерцового диапазона 252–325 ГГц для создания систем беспроводной связи, характеризующихся низким уровнем сложности, малой стоимостью, ограниченным потреблением энергии и высокой скоростью передачи данных.

Такие системы должны будут поддерживать различные применения, в том числе потребительские мультимедиа-сервисы, беспроводные коммутируемые двухточечные соединения в центрах обработки данных, организацию каналов радиосвязи внутри оборудования, обмен большими объемами данных между устройствами, находящимися на малом расстоянии друг от друга, и т. п. Предполагается, что новый стандарт найдет применение в таких областях, как персональные медицинские устройства, самоуправляемые транспортные средства и производство экологически чистой электроэнергии.

Борьба хорошего с лучшим

Аппетит к передаче данных приходит по мере роста скорости работы сетей и, согласно отчету Bank of America Merrill Lynch, появившемуся в середине октября, уже к 2028 г. сети 5G будут плохо справляться с потоками данных. Рост объемов которых, не в последнюю очередь, вызван появлением самого стандарта пятого поколения, обещавшего передать потоки данных быстро и без задержек. Решат проблему, как полагают аналитики банка, как раз сети 6G.

У столь радикального прогноза уважаемых аналитиков могут быть два интересных последствия. Во-первых, некоторые операторы могут решить, что 5G, по большому счёту, «проходной» стандарт, надо ждать появления 6G и вот тогда уже вкладываться в обновление инфраструктуры настоящим образом. А, видя падения спроса, и крупнейшие разработчики перестанут вкладываться в 5G, надеясь наверстать упущенные прибыли за счёт оборудования следующего поколения. Таким образом, прогресс «здесь и сейчас» затормозится — ради прогресса «завтра», а прогноз о нехватке мощностей 5G станет самосбывающимся.

Во-вторых, все начнут проектировать ИТ-системы и бизнес-процессы с надеждой на гигабитные скорости — и к моменту появления 6G-сетей их пропускной способности уже тоже не будет хватать…