El pasado 2019 se puede llamar el "año de 5G". En abril, el consorcio 3GPP, que desarrolla las especificaciones móviles, lanzó su decimoquinto lanzamiento de estándares de próxima generación y las redes comenzaron a desplegarse en todo el mundo. La aclaración de los parámetros 5G aún está en curso, y las versiones 16 y 17 deberían aparecer en 2020-2021, que completarán la descripción de 5G, llevándola al nivel condicional de "5 ++". Mientras tanto, la carrera hacia la próxima generación 6G ya ha comenzado.
En marzo de 2019, tuvo lugar la primera reunión del consorcio 6G Flagship en la Universidad Finlandesa de Oulu. La universidad, que es la base clave de I + D de Nokia, ha encabezado el trabajo en redes de próxima generación. Y en noviembre, el gobierno de China lanzó oficialmente el desarrollo de tecnologías 6G. Todos los principales fabricantes de equipos de telecomunicaciones ya se han unido a ellos, y la próxima reunión insignia de 6G se llevará a cabo en marzo de 2020.
“El tema de 5G puede considerarse generalmente cerrado en el lanzamiento 15”, nos dijo Vitaly Shub, director del centro de investigación líder (I + D) en Skoltech, quien está directamente involucrado en el trabajo sobre la nueva generación de comunicaciones. - Se han determinado las especificaciones, se han creado las tecnologías, está en marcha la producción industrial de equipos. Las fábricas chinas producen alrededor de cien mil estaciones base al mes . Es hora de pensar en cómo se verá la conexión 6G.
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Ciclo eterno
La infraestructura de telecomunicaciones utiliza dos tipos de redes fundamentalmente diferentes. Las redes de recursos fijos, como, por ejemplo, una conexión por cable sobre cable de cobre, coaxial o de fibra óptica, conectan directamente al suscriptor a un puerto del operador, lo que garantiza un cierto ancho de banda de este canal. Una conexión dedicada está destinada al usuario personalmente, como una tubería de agua conectada a un grifo en una casa.
Por el contrario, las redes celulares son, por definición, redes divisibles. Su especificación garantiza una cierta tasa de transferencia hacia y desde el grupo general de abonados solo entre ellos y la estación base. Sin embargo, la tasa de intercambio de datos final depende del número de abonados conectados, la capacidad de la red y otros factores. “De hecho, la comunicación móvil hasta la cuarta generación inclusive es un negocio único que puede brindar un servicio sin ninguna garantía de su calidad”, dice Vitaly Shub. “Además, no hay nada que hacer al respecto: esta característica se deriva de la propia 'física' de la red, de los recursos limitados de su recurso, que se comparte entre todos los usuarios.
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Como resultado, cada próxima generación de comunicación celular pasa por las mismas etapas características. La primera vez después de la aparición de la nueva tecnología, no hay demasiados suscriptores en dicha red y las velocidades disponibles para ellos son realmente altas. Sin embargo, entonces la red comienza a llenarse y cada vez hay más usuarios y aplicaciones exigentes. Como resultado, las velocidades bajan y es necesario introducir nuevas tecnologías y una nueva generación de comunicación. La práctica muestra que tal cambio lleva entre 10 y 12 años.
“El negocio se desarrolla a lo largo de la línea de la sierra: la saturación gradual de las redes termina con la aparición de la próxima generación de comunicación, que reduce esta carga”, explica Vitaly Shub. - Primero, hay oferta, crea una demanda de nuevas oportunidades. Pero luego todo cambia: la demanda emergente requiere una nueva oferta, nuevas tecnologías para satisfacerla. Los operadores celulares simplemente se ven obligados a expandir constantemente la red y mejorar sus características.
Entre el quinto y el sexto
Cada próxima generación de comunicación celular puede asociarse con transiciones a principios nuevos, cada vez más complejos, de codificación de señales. El primero de ellos utilizó sistemas de multiplexación por división de frecuencia (FDMA), el enfoque más simple en el que el acceso a un canal común se divide entre los usuarios asignándoles temporalmente frecuencias específicas. Luego, las tecnologías TDMA se generalizaron, permitiendo que varios suscriptores usaran el mismo canal, compartiéndolo en cortos intervalos de tiempo.
Luego, se introdujo el acceso múltiple por división de código (CDMA y WCDMA), que brinda oportunidades adicionales para el uso paralelo de frecuencias. En este caso, la señal se modula con una secuencia de codificación especial, para cada abonado la suya. La antena de la estación base transmite una señal entrelazada, similar a un ruido, pero cada receptor final, conociendo su código, puede extraer la parte que necesita de él.
Luego se implementó el acceso múltiple de portadora ortogonal (OFDMA), en el que cada frecuencia de portadora, a su vez, se divide en múltiples subportadoras moduladas independientemente entre sí. Hoy este enfoque se acerca a su límite teórico. “Para cada tecnología hay una eficiencia espectral limitante, es decir, el número de bits por segundo que puede transmitir 1 Hz de ondas de radio”, explica Vitaly Shub. - La quinta generación se acerca a los 30-50 bit / sHz, utilizando casi por completo las capacidades del aparato de codificación matemática. Esto proporciona un gran ancho de banda: agregue un ancho de banda de portadora ultra amplio y obtendrá números de 100 Mbps a 1 Gbps, y en algunos casos incluso 20 Gbps.
Se espera que la comunicación 6G alcance ya de 100 Gbps a 1 Tbps, y la velocidad de respuesta de la red, menos de un milisegundo. Los requisitos exactos para el estándar aún no se han formulado, pero se supone que estos son los números que se necesitarán para la operación de vehículos no tripulados, sistemas complejos de inteligencia artificial y realidad virtual, industria robótica y logística. Lograr los indicadores deseados requerirá el uso de nuevas frecuencias, nuevas matemáticas e incluso física.
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Nuevas velocidades
La velocidad de datos está determinada por el ancho de banda y la eficiencia espectral, y el trabajo para 6G se está realizando en ambas direcciones. Entonces, para aumentar el ancho de la portadora, es necesario usar un nuevo rango que aún no está disponible para la comunicación, pasando a ondas de radio de onda aún más corta, con una frecuencia de hasta 100 GHz e incluso superior, en la región submilimétrica de terahercios (300 GHz - 3 THz), que permanece prácticamente desocupada y le permitirá utilizar una amplia gama de trabajo.
Hasta hace poco, los transmisores y receptores de terahercios seguían siendo tan complejos y engorrosos como las primeras computadoras. Tales instalaciones han encontrado un uso generalizado solo en los últimos años, por ejemplo, durante el examen de equipaje en busca de explosivos, en medicina y ciencia de materiales. Para la sexta generación de comunicaciones, los dispositivos de terahercios deberían volverse aún más en miniatura y energéticamente eficientes. Y además de este amplio canal, deberían aparecer nuevas tecnologías de codificación de señales para aumentar su eficiencia espectral. Una de las áreas clave de este trabajo se ha convertido en "vórtices ópticos", que son perseguidos activamente por los desarrolladores de Skolkovo. “Una onda de luz se puede imaginar como un sacacorchos o una espiral”, explica Vitaly Shub. - El paso de esta espiral puede ser desigual, además, se puede controlar. Habiendo aprendido a modular tales irregularidades de onda,obtenemos una forma adicional de codificar la señal ". Estas tecnologías avanzan a pasos agigantados, y en 2018, los científicos australianos redujeron el sistema para modular el momento orbital angular (OAM) al tamaño de un microchip, bastante adecuado para su uso en un dispositivo de bolsillo. Según algunas estimaciones, el uso de la codificación OAM aumentará la eficiencia espectral al menos cinco veces. “Los límites teóricos aún no se han establecido aquí, ya que aún no está claro cuánto podremos variar y controlar el“paso del haz”, agrega Vitaly Shub. "Es posible que el crecimiento sea diez o cien veces".y en 2018, científicos australianos redujeron un sistema para modular el momento angular orbital (OAM) al tamaño de un microchip, bastante adecuado para usar en un dispositivo de bolsillo. Según algunas estimaciones, el uso de la codificación OAM aumentará la eficiencia espectral al menos cinco veces. “Los límites teóricos aún no se han establecido aquí, ya que aún no está claro cuánto podremos variar y controlar el“paso del haz”, agrega Vitaly Shub. "Es posible que el crecimiento sea diez o cien veces".y en 2018, científicos australianos redujeron un sistema para modular el momento angular orbital (OAM) al tamaño de un microchip, bastante adecuado para usar en un dispositivo de bolsillo. Según algunas estimaciones, el uso de la codificación OAM aumentará la eficiencia espectral al menos cinco veces. “Los límites teóricos aún no se han establecido aquí, ya que aún no está claro cuánto podremos variar y controlar el“paso del haz”, agrega Vitaly Shub. "Es posible que el crecimiento sea diez o cien veces"."Es posible que el crecimiento sea diez o cien veces"."Es posible que el crecimiento sea diez o cien veces".
Grabar reacciones
La necesidad de llevar el tiempo de respuesta de las redes 6G a niveles de menos de milisegundos plantea problemas completamente diferentes. Según Vitaly Shub, esto requerirá cambios globales en la topología de la red. El hecho es que en los últimos años se han desarrollado con un enfoque en el almacenamiento de datos "en la nube". Nuestros archivos, música y fotos se pueden ubicar físicamente en cualquier lugar, en un servidor en los EE. UU., Australia o Dinamarca. Siempre que el "cuello de botella" en el acceso a ellos sea la velocidad inalámbrica, esto realmente no importa. Sin embargo, la comunicación 5G ya es lo suficientemente rápida, e incluso el canal por cable más poderoso entre el operador celular y el servidor no es suficiente: el almacenamiento debe moverse más cerca del suscriptor. “Todo está comenzando a volver a la normalidad”, dice Vitaly Shub. "Lo que se movió en una dirección en la tercera y cuarta generación retrocede". Este enfoque encarna el concepto de Mobile Edge Computing (MEC): centros de conmutación de paquetes, que acumulan los datos más demandados por los usuarios para agilizar el acceso a ellos, se acercan lo más posible al destinatario y el software inteligente ajusta constantemente el contenido y la distribución del contenido según las necesidades del suscriptor. … En lugar de una jerarquía alta de varios niveles, la red se vuelve casi "plana" y la latencia dentro de ella cae drásticamente. En una jerarquía de varios niveles, la red se vuelve casi "plana" y el tiempo de latencia dentro de ella se reduce drásticamente. En una jerarquía de varios niveles, la red se vuelve casi "plana" y el tiempo de latencia dentro de ella se reduce drásticamente.
La implementación del MEC enfrenta una serie de desafíos técnicos nuevos y sin resolver. En particular, se requiere una miniaturización aún mayor de los sistemas de conmutación de paquetes de señales y los dispositivos de almacenamiento de datos, un aumento de su capacidad y una disminución del consumo de energía. Mientras tanto, 6G solo está dando los primeros pasos en anticipación al momento en que la generación anterior se acercará a la "etapa de saturación". Lo más probable es que esto suceda alrededor de 2025-2027, cuando se aclaren las solicitudes de nuevos suscriptores y aplicaciones. Solo entonces se formularán los requisitos específicos para los siguientes estándares de comunicación.
Generacion politica
Los principales actores en este campo ya han sido identificados; además de Nokia y la china Huawei, estas son las corporaciones Samsung y Ericsson. Se espera que alrededor de 2028-2030 desarrollen los parámetros básicos de 6G, y el consorcio 3GPP lanzará otra versión que describa los estándares clave de la próxima generación. Sin embargo, todo es capaz de ir según otro escenario inesperado. “Se puede esperar que la sexta generación se convierta en la más politizada”, dice Vitaly Shub. "Los intentos de Occidente de" frenar "a China ya son evidentes en la etapa 5G, y pueden continuar, destruyendo todo el complejo sistema de cooperación internacional". De hecho, Huawei de China posee casi un tercio del grupo de patentes 5G, una situación que probablemente empeore con la sexta generación. Además del programa estatal ya adoptado para el desarrollo de 6G,La República Popular China puede confiar en recursos internos inaccesibles en cualquier otro lugar del mundo, en su enorme mercado y enormes volúmenes de "big data". “Toda la economía moderna es una economía ganadera”, agrega Vitaly Shub.
Sin embargo, en el marco de dicha economía, Rusia todavía conserva su propio nicho pequeño y único. Nuestros desarrolladores participan activamente en la creación de la base física y tecnológica de la que surgirán tanto las patentes como los estándares 3GPP. “Se trata de nuevos materiales, nuevas matemáticas, nuevos principios, un trabajo de pesadilla en términos de volumen”, resume Vitaly Shub. "Solo podemos esperar que podamos cumplir con el ciclo de implementación habitual de 10 años".
Roman Fishman
