Вот уже несколько лет ведущие страны мира сражаются за превосходство в области сетей следующего поколения — 6G. От того, кто первым овладеет новыми технологиями, зависит лидерство в четвертой промышленной революции и контроль над глобальным Интернетом. Ведь то, что сегодня трудно вообразить, завтра окажется естественным этапом эволюции.
Привычны ныне сотовые сети 3G и 4G, кое-где есть и 5G. Цифра в углу экрана не очень поражает воображение, но каждая из этих технологий была настолько революционной, что способствовала совершенно новому этапу развития.
«G» означает Generation, то есть поколение. Первые мобильные сети уровня страны появились в Финляндии и ФРГ в самом начале 1970-х. Фактически это был 0G. Для их эксплуатации использовали громадные телефоны с большими коробками в качестве приемников, и связываться они могли только между собой. Очевидно, это не для простых потребителей.
В 2010-х появился 4G. С технологической точки зрения это было лишь развитие прежнего подхода. Однако теперь люди могли творить просто невообразимое: смотреть фильмы онлайн в разрешении Full HD, скачивать объемные данные, гонять в мультиплеерные игры с минимальной задержкой, совершать видеозвонки и даже стримить. Почти все нынешние мобильные сервисы появились именно благодаря переходу на 4G. Сети стали полностью ориентированными на трафик интернета, а передача голоса оказалась всего лишь допуслугой.
С точки зрения используемых частот тоже произошел рывок: сети 1G занимали диапазон 25–30 kHz, 2G — 200 kHz, 3G — 5MHz, а 4G — до 20 MHz. Радиочастотный спектр — пожалуй, единственный природный ресурс (помимо электричества), которым пользуется мобильная связь. Частотный диапазон можно сравнить с автомобильной трассой — чем она шире, тем больше информации может пропустить в момент времени. И диапазон четвертого поколения шире первого в тысячу раз! Чем активнее человечество эксплуатирует радиочастотный спектр, тем выше скорость, которую обеспечивают сети связи. Сложность заключается лишь в том, как решить вопрос качества, а не количества. Как в ограниченном спектре, с шумами, помехами и многолучевым распространением обеспечить скорость и стабильность, сравнимые с волоконно-оптическими сетями? Это требует невероятных интеллектуальных усилий.
У предыдущих поколений было несколько форматов: европейский, американский. Сейчас 4G — единый мировой стандарт. В какой бы точке планеты вы ни оказались с устройством 4G, всегда будете на связи (конечно, при условии, что вы находитесь в зоне доступа вышек). Новые сети полностью построены на технологии IP (Internet Protocol), и с точки зрения сервисов, протоколов и передачи данных разницы между мобильными и стационарными девайсами для нее нет. Тем самым беспроводные сети полностью перехватили инициативу у проводных. Сейчас это соотношение примерно 80/20. В России тоже: около 82% всего интернет-трафика приходится на мобильную связь.
Скорость поколения Next
В 2022 году компании не переставали говорить о возможностях сети 5-го поколения. По сравнению с предыдущим это:
— в 10–100 раз выше скорость, вплоть до 10 Гб/с;
— в 100 раз лучше энергоэффективность, т.е. возможность подключения и эксплуатации устройств, которые могут несколько лет работать от одной батареи;
— задержка сигнала не более 1 мс. Для человека это некритично, но для роботов, беспилотных объектов и промышленного оборудования очень важно, чтобы задержка была фиксированной и не превышала определенного значения;
— возможность подключать одновременно в 100 раз больше устройств. Это достигается за счет множества параллельных каналов, работающих одновременно в одном спектре, и очень важно для густонаселенных районов;
— поддержка подключения к транспорту, двигающемуся со скоростью до 500 км/ч;
— дальность сигнала от антенны до 500 км. Это позволяет располагать базовые станции не на Земле, а на низкоорбитальных спутниках. Похожим образом работает широко известный нынче проект Starlink Илона Маска, но в нем используется закрытый стандарт, обязующий клиентов приобретать специализированные абонентские устройства. Сеть пятого поколения, в свою очередь, предполагает открытый стандарт.
Возможности 5G выходят за пределы привычных человеческих потребностей. Для простого человека достаточно возможности просмотра видео онлайн в формате 4К и облачного гейминга, когда пользователь запускает требовательные видеоигры на любых устройствах с поддержкой быстрого интернета, т. к. все расчеты перенесены в облачное хранилище. Для производств же эта сеть открывает бесчисленное множество новых функций: видеомониторинг высокого качества, промышленный интернет без проводов, дистанционное управление сложными техническими устройствами без задержек, удаленное присутствие на основе технологий AR и VR с полным погружением (в том числе удаленная медицина), умная городская инфраструктура, поддержка беспилотного транспорта.
В связи с обилием этих возможностей в лексикон плавно вошло выражение интернет вещей — термин, призванный отделить привычный интернет от специального. Почему вещей? Потому что появились устройства, которые передают и потребляют информацию без участия человека. Никакой разницы между ними нет, термин носит исключительно описательный характер. Робот, отправляющий данные по сети на сервер, — такой же пользователь, что и человек, открывающий веб-страницу в браузере. Таких роботов становится все больше, и с каждым годом их нужды занимают все больше пространства в трафике.
Шестой мир
Но что же тогда 6G и какие возможности эти сети откроют человечеству? Согласно прогнозам ученых, использование террагерцевого диапазона частот, новых антенных технологий для расширения зоны охвата сигнала, передовых дуплексных технологий и искусственного интеллекта позволит добиться скорости передачи данных в 1000 Гб/с при задержке менее 100 микросекунд. В первом случае это в 50 раз быстрее, чем 5G, а во втором — в 10 раз меньше. Таких невероятных скоростей будет достаточно, чтобы скачать 100 часов фильмов в хорошем качестве за одну секунду.
Многие скажут: зачем это нужно? Тут есть важный нюанс. Шестое поколение сети, которое появится через десяток лет, даст возможность перенести общество в мир, который будет выглядеть совсем иначе, чем сейчас. Беспроводная связь 6G позволит улучшить системы автономного пилотирования беспилотных автомобилей — ведь для таких автомобилей непрерывная связь имеет огромное значение. Один сбой — и могут пострадать пассажиры. Но попробуйте представить дороги, на которых каждый автомобиль в каждый момент времени знает о местонахождении другого. Планируя поездку, больше не потребуется строить маршрут заранее, системы сами будут связываться между собой и прокладывать оптимальный путь для всех, каждого и сразу.
В повседневную жизнь все активнее врываются виртуальная (VR) и смешанная (AR) реальность. Через несколько лет они станут доступны сотням миллионов людей. А это просто невообразимое количество данных, которые должны направляться на высоких скоростях из одной точки в другую. Нынешние сети не позволят это сделать. Чтобы пользоваться технологиями нового поколения, нам нужно иметь связь нового поколения.
Но не все так просто. Например, если вы находитесь дальше 16 километров от станции 4G, то связь на устройствах будет довольно плохой. С сетями 5-го поколения дело обстоит еще хуже. Для достижения больших скоростей нужно использовать короткие высокочастотные волны. К сожалению, они блокируются и не проходят сквозь препятствия. Поэтому каждое мобильное устройство умеет плавно переходить на сеть более старого поколения, если окажется вне зоны доступа современных антенн. Очевидно, что для 6-го поколения потребуются сверхкороткие волны в 10 раз меньше, чем волны 5G. Любые преграды будут сильно влиять на скорость и качество подключения, поэтому многие предлагают превентивно решить проблему, интегрировав антенны в сами здания, архитектуру городов и даже мебель.
По словам директора Центра коммуникаций VOXYS Алексея Мосунова, 6G — это конвергентная сеть, которая объединит не только базовые станции на Земле, но и спутниковый интернет. Громадная скорость будет использоваться для абсолютно другого качества приложений. Новые сети начнут управляться интеллектуальными протоколами, т. е. искусственный интеллект станет управлять устройствами для ускорения взаимодействия и полностью исключит человека из процесса.
Среди центральных преимуществ 6G также выделяют:
— глобальное покрытие, включая обширную подводную и глубоководную связь через интегрированную сеть космос — воздух — Земля — море;
— снижение углеродного следа за счет интеллектуальных технологий и электромобилей;
— усовершенствование государственных и отраслевых мер безопасности и защиты, таких как обнаружение природных угроз, мониторинг состояния здоровья, распознавание лиц, измерение качества воздуха;
— улучшенная поддержка Big Data, IoT и приложений глубокого обучения.
Вице-президент компании China Mobile Гао Тунцин утверждает, что технология 6G создаст интеллектуальную, безопасную и экологичную сеть, которая соединит космос, воздух и Землю с задержкой менее милисекунды.
Игроки и прогнозы
Хотя 6G еще далек от эксплуатации, различные участники отрасли уже начинают инвестировать в нее. США рассматривают 6G как передовую технологию, которая поможет им сохранить военное превосходство. Samsung и Qualcom вовсю работают над поколением, инвестируя в свое будущее.
Над исследованием нового стандарта работают европейский консорциум Hexa-H и университет Оулу в Финляндии. Южнокорейский научно-исследовательский институт электроники и телекоммуникаций проводит исследования в терагерцевом диапазоне с целью разработки сетей, а исследователи из университета Осаки в Японии и университета Аделаиды в Австралии совместно разрабатывают микрочип на основе кремния для более эффективной обработки волн терагерцевого диапазона.
Российский НИИ Сколтех тоже работает над 6G, в том числе над созданием высокочастотного интегрального электрооптического модулятора — одного из ключевых элементов оптико-электронных трансмиттеров.
В 2020 году Федеральная комиссия по связи США открыла частоту 6G для внутреннего тестирования. Тогда Китай отправил на ракете-носителе Long March 6 в космос первый в мире спутник с оборудованием связи нового поколения для испытания технологии и мониторинга природных явлений. Недавно в КНР успешно испытали рекордно быстрый принцип передачи информации, который станет основой для стандарта 6G. В ходе опыта целый терабайт данных отправили на расстояние в километр всего за одну секунду. Для этого разработчики применили вихревые миллиметровые волны, которые могут нести в себе гораздо больше информации. Из-за трехмерности их сравнивают со смерчем, тогда как обычные волны — с рябью на воде. Согласно отчету Международного института стратегических исследований (IISS), технология 6G может сыграть ключевую роль в китайской программе создания гиперзвукового оружия, в том числе в решении проблемы отключения связи на гиперзвуковых скоростях, обнаружения самолетов-невидимок и генерации сигналов высокоскоростной космической связи.
Корейский гигант Samsung объявил, что ожидает старт коммерциализации сети 6-го поколения в 2028 году, а массовым процесс может стать в 2030-м.
Киберпанк за дверью
Телеком — ключевая инфраструктура современной экономики. Если в XIX веке ею являлись железные дороги, в XX — электричество, то сейчас это интернет. Все современные сервисы опираются на него, а последней милей (канал, соединяющий клиента с провайдером. — Ред.) интернета является мобильная связь. Для нужд телекома эксплуатируется около 30% всего производства полупроводников в мире. Уже в следующем десятилетии телеком-сети в основном будут обслуживать не людей, а машины. Стремительно развивающийся искусственный интеллект, очевидно, выдвинет свои требования. Многие говорят о том, что в будущем нет места вспомогательным устройствам типа нынешних смартфонов. Исследования нейрокомпьютерных интерфейсов, начавшиеся почти полвека назад, уже дают практические результаты, достигнуты определенные успехи в нейропротезировании. Есть примеры людей, у которых механическая рука управляется импульсами человеческого мозга. Вполне вероятно, что следующим этапом станет автоматизированная телепатия — передача мыслей и образов между людьми через нейроинтерфейсы по сетям связи нового поколения. Сейчас в это верится с трудом, но ведь и люди-киборги тоже раньше казались фантастикой, а сейчас это реальность. И недалек тот день, когда кибернетические тела в тандеме с нейросетями будут открывать новые горизонты высоких технологий.
Полностью статья была опубликована в журнале «Человек и мир. Диалог», № 1 (10), январь – март 2023 г.
