Das vergangene Jahr 2019 kann als "Jahr der 5G" bezeichnet werden. Im April veröffentlichte das 3GPP-Konsortium, das die Spezifikationen für die Mobilkommunikation entwickelt, seine 15. Version, in der die Standards der nächsten Generation beschrieben werden, und die weltweite Bereitstellung von Netzwerken begann. Die Klärung der 5G-Parameter ist noch nicht abgeschlossen, und die Versionen 16 und 17 sollten in den Jahren 2020 bis 2021 erscheinen. Damit wird die Beschreibung von 5G vervollständigt und auf die bedingte Ebene von "5 ++" gebracht. Inzwischen hat das Rennen zur nächsten Generation 6G bereits begonnen.
Im März 2019 fand an der finnischen Universität von Oulu das erste Treffen des 6G Flagship-Konsortiums statt. Die Universität, die die wichtigste Forschungs- und Entwicklungsbasis von Nokia darstellt, hat die Arbeit an Netzwerken der nächsten Generation vorangetrieben. Und im November startete die chinesische Regierung offiziell die Entwicklung von 6G-Technologien. Alle großen Hersteller von Telekommunikationsgeräten haben sich ihnen bereits angeschlossen, und das nächste 6G-Flaggschiff-Treffen soll im März 2020 stattfinden.
"Die Ausgabe von 5G kann ab Release 15 als allgemein abgeschlossen betrachtet werden", sagte Vitaly Shub, Leiter des führenden Forschungszentrums von Skoltech, der direkt an der Arbeit an der neuen Generation der Kommunikation beteiligt ist. - Die Spezifikationen wurden festgelegt, die Technologien wurden erstellt, die industrielle Produktion von Geräten ist im Gange. Chinesische Fabriken produzieren ungefähr hunderttausend Basisstationen pro Monat. " Es ist Zeit darüber nachzudenken, wie die 6G-Verbindung aussehen wird.
Ewiger Zyklus
Die Telekommunikationsinfrastruktur verwendet zwei grundlegend unterschiedliche Arten von Netzwerken. Netzwerke mit festen Ressourcen - wie beispielsweise eine Kabelverbindung über Kupfer-, Koaxial- oder Glasfaserkabel - verbinden einen Teilnehmer direkt mit einem Port des Betreibers, wodurch eine bestimmte Bandbreite dieses Kanals garantiert wird. Eine dedizierte Verbindung ist für den Benutzer persönlich bestimmt, wie eine Wasserleitung, die an einen Wasserhahn in einem Haus angeschlossen ist.
Im Gegensatz dazu sind zellulare Netzwerke per Definition teilbare Netzwerke. Ihre Spezifikation garantiert eine bestimmte Übertragungsrate zum und vom allgemeinen Teilnehmerpool nur zwischen ihnen und der Basisstation. Der endgültige Datenaustauschkurs hängt jedoch von der Anzahl der verbundenen Teilnehmer, der Netzwerkkapazität und anderen Faktoren ab. „Tatsächlich ist die Mobilkommunikation bis einschließlich der 4. Generation ein einzigartiges Unternehmen, das einen Service ohne Qualitätsgarantie anbieten kann“, sagt Vitaly Shub. "Darüber hinaus gibt es nichts zu tun: Eine solche Funktion ergibt sich aus der" Physik "des Netzwerks, aus den begrenzten Ressourcen seiner Ressource, die von allen Benutzern gemeinsam genutzt werden."
Werbevideo:
Infolgedessen durchläuft jede nächste Generation der zellularen Kommunikation dieselben charakteristischen Stufen. Das erste Mal nach dem Erscheinen der neuen Technologie gibt es nicht zu viele Teilnehmer in einem solchen Netzwerk, und die ihnen zur Verfügung stehenden Geschwindigkeiten sind wirklich hoch. Dann füllt sich das Netzwerk jedoch und es gibt immer mehr Benutzer und anspruchsvolle Anwendungen. Infolgedessen sinken die Geschwindigkeiten und es müssen neue Technologien und eine neue Generation von Kommunikation eingeführt werden. Die Praxis zeigt, dass eine solche Änderung etwa 10-12 Jahre dauert.
„Das Geschäft entwickelt sich entlang der Sägelinie: Die allmähliche Sättigung der Netzwerke endet mit dem Aufkommen der nächsten Kommunikationsgeneration, die diese Belastung verringert“, erklärt Vitaly Shub. - Erstens gibt es ein Angebot, es schafft eine Nachfrage nach neuen Möglichkeiten. Aber dann ändert sich alles: Die aufkommende Nachfrage erfordert ein neues Angebot, neue Technologien, um es zu befriedigen. Mobilfunkbetreiber sind einfach gezwungen, das Netzwerk ständig zu erweitern und seine Eigenschaften zu verbessern."
Zwischen dem fünften und sechsten
Jede nächste Generation der zellularen Kommunikation kann mit Übergängen zu neuen, immer komplexeren Prinzipien der Signalcodierung verbunden sein. Das erste dieser verwendeten FDMA-Systeme (Frequency Division Multiplexing), der einfachste Ansatz, bei dem der Zugriff auf einen gemeinsamen Kanal zwischen Benutzern aufgeteilt wird, indem ihnen vorübergehend bestimmte Frequenzen zugewiesen werden. Als nächstes verbreiteten sich TDMA-Technologien, die es mehreren Teilnehmern ermöglichten, denselben Kanal in kurzen Zeitintervallen gemeinsam zu nutzen.
Anschließend wurde der Code Division Multiple Access (CDMA und WCDMA) eingeführt, der zusätzliche Möglichkeiten für die parallele Nutzung von Frequenzen bietet. In diesem Fall wird das Signal mit einer speziellen Codierungssequenz für jeden Teilnehmer selbst moduliert. Die Basisstationsantenne sendet ein verwickeltes, rauschähnliches Signal, aber jeder Endempfänger, der seinen Code kennt, kann das benötigte Teil daraus extrahieren.
Anschließend wurde ein orthogonaler Träger-Mehrfachzugriff (OFDMA) implementiert, bei dem jede Trägerfrequenz wiederum in mehrere unabhängig voneinander modulierte Unterträger unterteilt ist. Heute nähert sich dieser Ansatz seiner theoretischen Grenze. „Für jede Technologie gibt es eine begrenzende spektrale Effizienz, dh die Anzahl der Bits pro Sekunde, die 1 Hz Funkwellen übertragen können“, erklärt Vitaly Shub. - Die fünfte Generation nähert sich 30-50 Bit / sHz und nutzt fast vollständig die Fähigkeiten der mathematischen Codierungsvorrichtung. Dies bietet eine enorme Bandbreite: Wenn Sie eine extrem breite Trägerbandbreite hinzufügen, erhalten Sie Zahlen von 100 Mbit / s bis 1 Gbit / s und in einigen Fällen sogar 20 Gbit / s."
Es wird erwartet, dass die 6G-Kommunikation bereits 100 Gbit / s bis 1 Tbit / s erreicht und die Netzwerkantwortgeschwindigkeit weniger als eine Millisekunde beträgt. Die genauen Anforderungen für die Norm wurden noch nicht formuliert, es wird jedoch davon ausgegangen, dass dies die Zahlen sind, die für den Betrieb unbemannter Fahrzeuge, komplexer Systeme für künstliche Intelligenz und virtuelle Realität, der Roboterindustrie und der Logistik benötigt werden. Um die gewünschten Indikatoren zu erreichen, müssen neue Frequenzen, neue Mathematik und sogar Physik verwendet werden.
Neue Geschwindigkeiten
Die Datenrate wird durch die Bandbreite und die spektrale Effizienz bestimmt, und für 6G wird in beide Richtungen gearbeitet. Um die Trägerbreite zu erhöhen, ist es daher erforderlich, einen neuen Bereich zu verwenden, der noch nicht für die Kommunikation verfügbar ist, und sich auf noch kürzerwellige Funkwellen zu bewegen - mit einer Frequenz von bis zu 100 GHz und noch höher im Terahertz-Submillimeterbereich (300 GHz - 3 THz), der praktisch unbesetzt bleibt und ermöglicht es Ihnen, einen weiten Arbeitsbereich zu verwenden.
Bis vor kurzem waren Terahertz-Sender und -Empfänger so komplex und umständlich wie frühe Computer. Solche Anlagen haben erst in den letzten Jahren breite Anwendung gefunden - zum Beispiel bei der Untersuchung von Gepäck auf der Suche nach Sprengstoffen, in der Medizin und in den Materialwissenschaften. Für die sechste Kommunikationsgeneration sollten Terahertz-Geräte noch kleiner und energieeffizienter werden. Zusätzlich zu diesem breiten Kanal sollten neue Signalcodierungstechnologien die spektrale Effizienz erhöhen. Einer der Schlüsselbereiche dieser Arbeit sind "optische Wirbel", die von Entwicklern aus Skolkovo aktiv verfolgt werden. „Eine Lichtwelle kann man sich als Korkenzieher oder Spirale vorstellen“, erklärt Vitaly Shub. - Die Steigung dieser Spirale kann ungleichmäßig sein, außerdem kann sie gesteuert werden. Nachdem Sie gelernt haben, solche Wellenunregelmäßigkeiten zu modulieren,Wir bekommen eine zusätzliche Möglichkeit, das Signal zu codieren. " Solche Technologien schreiten sprunghaft voran, und 2018 haben australische Wissenschaftler das System zur Modulation des Drehimpulses (OAM) auf die Größe eines Mikrochips verkleinert, der sich gut für die Verwendung in einem Taschengerät eignet. Nach einigen Schätzungen erhöht die Verwendung der OAM-Codierung die spektrale Effizienz um mindestens das Fünffache. „Die theoretischen Grenzen sind hier noch nicht festgelegt, da noch nicht klar ist, um wie viel wir den„ Strahlschritt “variieren und steuern können“, fügt Vitaly Shub hinzu. "Es ist möglich, dass das Wachstum zehn- oder hundertmal sein wird."und im Jahr 2018 haben australische Wissenschaftler ein System zur Modulation des Drehimpulses (OAM) auf die Größe eines Mikrochips verkleinert, das sich gut für die Verwendung in einem Taschengerät eignet. Nach einigen Schätzungen erhöht die Verwendung der OAM-Codierung die spektrale Effizienz um mindestens das Fünffache. „Die theoretischen Grenzen sind hier noch nicht festgelegt, da noch nicht klar ist, um wie viel wir den„ Strahlschritt “variieren und steuern können“, fügt Vitaly Shub hinzu. "Es ist möglich, dass das Wachstum zehn- oder hundertmal sein wird."und im Jahr 2018 haben australische Wissenschaftler ein System zur Modulation des Drehimpulses (OAM) auf die Größe eines Mikrochips verkleinert, das sich gut für die Verwendung in einem Taschengerät eignet. Nach einigen Schätzungen erhöht die Verwendung der OAM-Codierung die spektrale Effizienz um mindestens das Fünffache. „Die theoretischen Grenzen sind hier noch nicht festgelegt, da noch nicht klar ist, um wie viel wir den„ Strahlschritt “variieren und steuern können“, fügt Vitaly Shub hinzu. "Es ist möglich, dass das Wachstum zehn- oder hundertmal sein wird."Es ist möglich, dass das Wachstum zehn- oder hundertmal sein wird."Es ist möglich, dass das Wachstum zehn- oder hundertmal sein wird."
Reaktionen aufzeichnen
Die Notwendigkeit, die Reaktionszeit von 6G-Netzen auf ein Sub-Millisekunden-Niveau zu bringen, wirft völlig andere Probleme auf. Laut Vitaly Shub erfordert dies globale Änderungen in der Netzwerktopologie. Tatsache ist, dass sie sich in den letzten Jahren mit dem Schwerpunkt "Cloud" -Datenspeicherung entwickelt haben. Unsere Dateien, Musik und Fotos können sich überall auf einem Server in den USA, Australien oder Dänemark befinden. Solange der "Engpass" beim Zugriff auf sie die drahtlose Geschwindigkeit ist, spielt dies keine Rolle. Die 5G-Kommunikation ist jedoch bereits schnell genug, und selbst der leistungsstärkste Kabelkanal zwischen dem Mobilfunkbetreiber und dem Server reicht nicht aus: Der Speicher muss näher an den Teilnehmer herangeführt werden. "Alles beginnt sich wieder zu normalisieren", sagt Vitaly Shub. "Was sich in der dritten und vierten Generation in eine Richtung bewegt hat, kehrt zurück."Dieser Ansatz verkörpert das Konzept des Mobile Edge Computing (MEC): Paketvermittlungszentren, die die Daten sammeln, die von den Benutzern am meisten benötigt werden, um den Zugriff auf sie zu beschleunigen, sich so nah wie möglich am Empfänger bewegen, und intelligente Software passt den Inhalt und die Verteilung von Inhalten ständig an die Bedürfnisse des Teilnehmers an … Anstelle einer hohen, mehrstufigen Hierarchie wird das Netzwerk fast "flach" und die Latenz in ihm sinkt dramatisch. Mehrstufige Hierarchie, das Netzwerk wird fast "flach" und die Latenzzeit innerhalb des Netzwerks wird stark reduziert. Mehrstufige Hierarchie, das Netzwerk wird fast "flach" und die Latenzzeit innerhalb des Netzwerks wird stark reduziert.
Die MEC-Implementierung steht vor einer Reihe neuer und ungelöster technischer Herausforderungen. Insbesondere ist eine noch stärkere Miniaturisierung von Signalpaketvermittlungssystemen und Datenspeichern erforderlich, eine Erhöhung ihrer Kapazität und eine Verringerung des Stromverbrauchs. In der Zwischenzeit macht 6G nur die ersten groben Schritte in Erwartung der Zeit, in der sich die vorherige Generation der "Sättigungsstufe" nähert. Dies wird höchstwahrscheinlich zwischen 2025 und 2027 geschehen, wenn neue Abonnenten- und Anwendungsanforderungen klar werden. Erst dann werden die spezifischen Anforderungen für die folgenden Kommunikationsstandards formuliert.
Politische Generation
Die Hauptakteure in diesem Bereich wurden bereits identifiziert - neben Nokia und dem chinesischen Huawei sind dies Samsung- und Ericsson-Unternehmen. Es wird erwartet, dass sie zwischen 2028 und 2030 die grundlegenden Parameter von 6G entwickeln werden, und das 3GPP-Konsortium wird eine weitere Version veröffentlichen, in der die wichtigsten Standards der nächsten Generation beschrieben werden. Alles kann jedoch nach einem anderen, unerwarteten Szenario ablaufen. "Man kann erwarten, dass die sechste Generation die am meisten politisierte wird", sagt Vitaly Shub. "Versuche des Westens, China" einzudämmen ", sind bereits in der 5G-Phase erkennbar und können fortgesetzt werden, wodurch das gesamte komplexe System der internationalen Zusammenarbeit zerstört wird." Tatsächlich besitzt Chinas Huawei fast ein Drittel des 5G-Patentpools, eine Situation, die sich mit der sechsten Generation wahrscheinlich verschlechtern wird. Neben dem bereits verabschiedeten staatlichen Programm zur Entwicklung von 6GDie VR China kann sich auf interne Ressourcen verlassen, auf die sonst nirgendwo auf der Welt zugegriffen werden kann, auf ihren riesigen Markt und die riesigen Mengen an "Big Data". "Die gesamte moderne Wirtschaft ist eine Viehwirtschaft", fügt Vitaly Shub hinzu.
Im Rahmen einer solchen Wirtschaft behält Russland jedoch immer noch seine eigene kleine einzigartige Nische. Unsere Entwickler sind aktiv an der Schaffung der physischen und technologischen Grundlage beteiligt, auf der sowohl Patente als auch 3GPP-Standards entstehen werden. „Das sind neue Materialien, neue Mathematik, neue Prinzipien - eine albtraumhafte Arbeit in Bezug auf das Volumen“, fasst Vitaly Shub zusammen. "Wir können nur hoffen, dass wir den üblichen 10-Jahres-Implementierungszyklus einhalten können."
Roman Fishman
