Известная стратегия «догоним и перегоним…» обладает, как минимум, одним серьезным изъяном: пока вы догоняете своего соперника, у него появляется возможность сделать еще несколько шагов вперед, так что гонка становится перманентной и зачастую не приводит к желаемому результату. Именно поэтому многие выдающиеся советские ученые еще в прошлом веке говорили о том, что нам нужно менять стратегию развития – сейчас гораздо важнее искать новые площадки для прорыва и стараться преуспеть именно там, где еще никто не начал практических изысканий. Надо не догонять, а забегать вперед, пусть даже рискуя; необходимо стараться уже сегодня осваивать территории, на которые «основной пелотон» ученых, разработчиков и инженеров прибудет только завтра.
Мы достаточно часто поднимаем в различных материалах журнала тематику развития технологий сетей 5G, и Россия в этом секторе идет в ногу со временем. Но, тем не менее, отечественные компании с развитием сетей 5G пока отстают от тех же китайцев. А в это время ученые Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций (ИФНиТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) решились на тот самый «прорыв» – они занялись созданием устройств связи следующего поколения.
Конкретно речь здесь идет об исследовательской команде, работающей над прототипом модема для сетей 6G в лаборатории Высшей школы прикладной физики и космических технологий ИФНиТ. А самое интересное в данном проекте, что питерские разработчики решили создавать новые устройства на базе уже существующей аппаратуры мобильных устройств и базовых станций стандарта 5G. Ученые из Петербурга постарались изменить форму радиоволны таким образом, чтобы для 6G не потребовалась новая инфраструктура: это позволит использовать сотовые вышки сетей 5G, что значительно понизит стоимость внедрения новой технологии. В данное время 6G-модем проходит испытания в условиях, максимально приближенных к реальным.
Не секрет, что одним из самых мощных драйверов развития беспроводных технологий является идея достижения по воздуху скоростей, аналогичных кабельным линиям связи. Именно над этой проблемой повышения скорости передачи информации трудятся сейчас специалисты лаборатории. Как известно, в пятом поколении сотовых сетей начинается постепенный процесс перехода к использованию более высоких частот – 20, 60 и вплоть до 90 ГГц. Конечно, в настоящее время этот диапазон остается относительно свободным (по большей части), однако же, в самом недалеком будущем он также будет чрезмерно перегружен, так что для сетей будущего (6G), над которыми работают питерские ученые, требуется совершенно иное решение.
Так, доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Сергей Завьялов предлагает просто сократить полосы занимаемых частот для каждой работающей системы: «Пусть у нас есть некая система, и она занимает, например, 100 МГц. Если мы уменьшим полосу занимаемых частот до 50 МГц, в той же полосе частот сможем запустить уже две системы. Иными словами, при успешной реализации идеи, услугами одной базовой станции воспользуется большее количество абонентов. Также можно дополнительно увеличить скорость передачи информации для каждого абонента» (цитата взята из интервью, которое ученый дал газете «Известия»).
Таким образом, все это может быть реализовано с помощью изменения формы сигналов: от уже существующих она отличается тем, что теперь характеристики сигналов можно варьировать. Такие сигналы называют оптимальными спектрально-эффективными.
Важным условием осуществления предполагаемой технологии является возможность применения существующей элементной базы для построения системы передачи информации на основе многочастотных сигналов. При таком варианте не придется вносить какие-либо существенные изменения в действующую аппаратуру мобильных устройств и базовых станций.
Как мы уже упомянули выше, для апробации новых идей на базе лаборатории Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ уже создаются прототипы модемов для сетей 6G. Работа ведется на основе перспективной технологии оптимальных спектрально-эффективных сигналов для последующего внедрения наработок в будущий стандарт сетей нового поколения связи.
Интересно будет отметить, что в лаборатории Высшей школы прикладной физики и космических технологий ИФНиТ используются SDR-платформы. Базовые параметры приемо-передающего устройства определяются здесь программным обеспечением, а не аппаратной конфигурацией электронных устройств. Software Defined Radio позволяет гибко настраивать параметры аппаратуры для проверки в условиях, максимально приближенных к реальности.
При этом реальные условия предполагают переотражения от разных объектов и человека, шум и т.д. С этой целью могут использоваться различные сценарии, например, можно взять параметры комнаты или цеха завода и смоделировать работу приемопередатчика с учетом возможных помех.
Российские ученые считают, что сети 6G будут функционировать с использованием многочастотных сигналов. Передача будет осуществляется одновременно параллельно на нескольких поднесущих частотах. Именно такая модель в состоянии будет обеспечить эффективную работу в сложных условиях, которые создают множественные помехи.
К работе физиков из ИФНиТ уже сегодня с большим интересом присматриваются их коллеги из других вузов Санкт-Петербурга. При этом эксперты совершенно справедливо выражают надежду на то, что сотовые сети нового поколения должны быть построены на отечественном оборудовании. Так, профессор факультета инфокоммуникационных технологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Университета ИТМО) Владимир Григорьев заявил: «Технология 5G направлена на дальнейшую интеграцию потребителей в «облака», хранилища и дальнейшее размытие личного, персонального опыта в общем информационном пространстве. Для предприятий, отраслей и экономики это означает, что никаких тайн, по крайней мере, от операторов связи и операторов хранения данных у них не будет. Поэтому так важно, чтобы сети 5G и 6G построили полностью на оборудовании, которое контролируется Российской Федерацией. Предприятия, которые готовы такое оборудование изготавливать, уже есть в нашей стране» («Известия»).
Конечно, Россия не единственная страна, которая стремиться сегодня «бежать впереди паровоза». Наши западные и восточные «партнеры» так же не дремлют: соответствующие научные исследования по будущему стандарту сетей 6G уже начали проводить в Китае, США и Финляндии.
Ожидается, что новые беспроводные сети будут поддерживать более высокие плотности подключенных устройств, мобильные услуги дополненной и виртуальной реальности, голографическую телепередачу, приложения для «умного города» и телемедицины, а также разнообразные автономные и индустриальные сервисы. Появление сотовых сетей стандарта 6G сможет обеспечить массовое внедрение «умных» вещей в быту, в городе и на производстве, гарантируя их скоординированное взаимодействие.
Искусственный интеллект позволит в автоматическом режиме принимать огромное число управленческих решений. Роботы, беспилотные наземные, летающие и плавающие суда, взаимодействующие друг с другом и городской инфраструктурой, станут реальностью.
Если же отвлечься от возможностей использования и вернуться к каким-то более конкретным технологическим реалиям новых сетей, то мы увидим, что «промоутеры» новых стандартов рисуют сегодня весьма радужные картинки. Так, скорости передачи данных в сотовых сетях 5G должны доходить до 10 Гбит/с (в теории), в сетях 6G – до одного терабита в секунду! Что ж, при таком раскладе мы и в самом деле получим ситуацию, когда грань между кабельными и беспроводными технологиями начнет стираться, однако опыт практического внедрения тех же 3G и 4G показывает, что практика связи обычно оказывается очень далекой от теории.
