З кожним роком темпи змін у телекомунікаціях зростають. Яскравим прикладом є швидке дослідження та розробка технологій 6G, коли 5G навіть не було повністю впроваджено в Австралії. Але експерт UNSW, д-р Шагік Атакарамян, каже, що прогрес є життєво важливим, оскільки люди та підприємства стають все більш залежними від швидкої та надійної передачі даних.
«У наступні 10 років ми можемо очікувати масштабних змін і нових технологій, які прийдуть у наше життя, що вимагатиме все більше і більше з’єднань на вищих швидкостях, оскільки ми передаємо все більше і більше даних», — каже старший викладач Школи електротехніки та телекомунікацій.
«Ми можемо уявити собі повністю автономні системи; або мультисенсорну розширену реальність, яка об’єднує п’ять традиційних органів чуття людини з цифровим світом; або дистанційну телехірургію в реальному часі; або повні віртуальні торгові центри.
«Це звучить як щось із наукової фантастики, але вони потенційно можливі з технологією 6G, тоді як вони не можуть бути реалізовані за допомогою поточних стандартів 5G. «Усі ці речі — і багато іншого — вимагають від нас переходу до іншого покоління бездротового зв’язку, яке може підтримувати нову технологію. Я думаю, ви навіть можете назвати це новим виміром, де ми можемо інтегрувати цифрове, фізичне та людське світи разом у щось справді надзвичайне». Хоча стандарти 6G ще точно не визначені, доктор Атакарамян пояснює тут все, що вам потрібно знати про що захоплює можливості, які відкриються в не дуже віддаленому майбутньому.
Що таке 6G?
6G – це шосте покоління технологій бездротового зв’язку, де сигнали будуть передаватись у діапазоні частот, набагато вищому, ніж зараз широко використовується. Поточний стандарт 5G (включаючи еволюцію 5G) охоплює частотні діапазони приблизно від 0,4 ГГц до 114 ГГц і може забезпечувати швидкість передачі даних до 10 гігабайтів на секунду.
Однак із розширенням глобального зв’язку та збільшенням кількості додатків, які потребують швидкої та надійного доставлення інформації, потреба у збільшенні пропускної здатності стає все більшою. Труба має фіксований діаметр (це буде пропускна здатність у випадку комунікацій), і тому фіксована кількість води (або даних) може проходити через неї в будь-який момент.
Збільшити трубу, поки вона закопана під землею, практично неможливо, тому найкращим рішенням є будівництво абсолютно нової труби зі значно більшим діаметром, через яку пропускатиметься набагато більше води та з більшою швидкістю.
Що таке терагерцова щілина?
Зв’язок 6G відбуватиметься десь у так званому «терагерцовому проміжку», на частоті приблизно від 100 ГГц до 10 ТГц (терагерц), що набагато вище, ніж поточні сигнали 5G. Це знаходиться в «розриві» в електромагнітному спектрі між що існує радіохвилями та інфрачервоним світлом, де таке випромінювання не могло бути створене лише кілька десятиліть тому.
Тому це дуже порожній простір у спектрі, який згодом є ідеальним для майбутніх комунікаційних технологій, які вимагатимуть високої пропускної здатності та високих швидкостей. З точки зору аналогії з водопровідною трубою, зараз є можливість виготовити нову дуже велику трубу, яка здатна пропускати набагато більше води в будь-який момент.
Які переваги 6G?
Найбільшою та найочевиднішою перевагою 6G є потенційна швидкість передачі даних, враховуючи збільшену пропускну здатність, яка стане доступною. Хоча 5G пропонує швидкість до 10 гігабайтів на секунду, дослідження показують, що 6G забезпечить швидкість передачі близько 1024 гігабайт на секунду, що дорівнює 1 терабайту на секунду. Тож 6G обіцяє швидкість у 100 разів вищу за поточні стандарти, а деякі кажуть, що вона буде набагато швидшою навіть за це.
Збільшена пропускна здатність також означає, що в будь-який момент можна передати набагато більше інформації, що дозволяє новим технологіям, таким як автономні транспортні засоби та віддалена телехірургія, ставати все більш здійсненними. Обсяг даних, який вимагають такі програми, ускладнює їх технічну розробку, враховуючи поточні стандарти 5G.
Ми можемо очікувати, що набагато більше фізичних об’єктів будуть оснащені датчиками, процесорами та програмним забезпеченням, які підключатимуть їх до Інтернету речей, щоб вони могли обмінюватися даними з іншими пристроями та системами. Окрім телекомунікацій, ще одна перевага початку генерації сигналів у терагерцовому діапазоні частот пов’язана з безпекою та візуалізацією — як альтернатива рентгенівським сканерам.
Терагерцові сигнали здатні проходити крізь кераміку, пластиковий текстиль і папір, що робить його ідеальним для перевірки безпеки, особливо тому, що інші органічні матеріали, такі як вибухові речовини та деякі заборонені наркотики, мають високі піки поглинання терагерцового випромінювання і, отже, створюють характерний «відбиток пальця».
Таким чином, можна визначити, чи містить запечатаний конверт або пакет заборонені речовини, навіть не відкриваючи його — просто скануючи за допомогою терагерцового випромінювання. Зараз це неможливо за допомогою рентгенівського сканування, яке може виявити, що якась речовина прихована всередині упакування, але не зможе визначити, чи був це нешкідливий пакет цукру, чи блок кокаїну.
Крім того, енергія фотона випромінювання на терагерцових частотах є дуже низькою, що робить його безпечною альтернативою для цілей медичного сканування рентгенівським променям, які іонізують і можуть пошкодити живі тканини та ДНК.
Які виклики необхідно подолати, перш ніж 6G стане реальністю?
Ключовою проблемою для 6G на частотах, вищих за 100 ГГц, є ослаблення або ослаблення сигналу. На вищих частотах сигнали більше страждають від того, що називається «втратою на шляху вільного простору», тобто зменшенням радіоенергії під час проходження сигналу між двома точками по повітрю.
Крім того, на високих частотах сигнали більше порушуються атмосферним ослабленням через молекули води та кисню в повітрі. Таким чином, весь спектр «терагерцового проміжку» далекий від ідеального для всіх форм бездротового зв’язку, але існують вікна передачі для бездротового зв’язку середньої та великої дальності.
Щоб компенсувати потенційне збільшення загасання, джерело живлення для сигналів 6G, ймовірно, має бути набагато вищим, ніж зараз доступне. Однак дослідники працюють над розробкою керування променем, яке фокусує сигнали набагато точніше та спрямовує їх у певну точку. Деякі навіть запропонували створити мережу безпілотників для передачі сигналів терагерцового діапазону 6G і допомогти подолати проблему загасання, щоб забезпечити безперебійну та наднадійну передачу даних.
Іншою важливою проблемою терагерцового зв’язку є відповідна технологія з’єднання, яка є фізичним з’єднанням між двома мікросхемами або компонентами в системі. Зараз для багатьох таких з’єднань широко використовуються мідні дроти, але вище 100 ГГц вони мають тенденцію розсіювати електричну або електромагнітну енергію та не можуть підтримувати типи смуги пропускання, необхідні для 6G.
Таким чином, доктор Атакараміан і UNSW Terahertz Innovation Group проводять дослідження у співпраці з Університетом Аделаїди та промисловим партнером Ericsson, щоб розробити дроти з полімерних волокон, які могли б значно зменшити втрати. Група також працює над розробкою терагерцових платформ з низькими втратами та широкою смугою пропускання на основі хвилеводів для майбутніх терагерцових комунікаційних пристроїв.
Які реальні програми для надшвидкісного 6G?
Майже кожна галузь виграє від швидшої передачі інформації, оскільки 6G у терагерцовому діапазоні частот обіцяє затримку — тобто затримку перед початком передачі даних — лише мікросекунди. Очікується, що ключовою розробкою стане телехірургія в режимі реального часу, де низька затримка є життєво важливою, а також інші процеси охорони здоров’я, такі як моніторинг пацієнтів і аналіз МРТ і КТ у режимі реального часу.
Доступність автономних транспортних засобів також, ймовірно, зросте, оскільки 6G дозволяє швидше та легше працювати з усією інформацією, що збирається з різних датчиків і радарів, яку потрібно передавати дуже швидко, щоб забезпечити високий рівень безпеки. У деяких випадках ослаблення високочастотних сигналів насправді може бути корисним.
Зв’язок ближнього поля, де передаються конфіденційні та приватні дані, стає більш безпечним, коли сигнали більш локалізовані, тоді як зв’язок на полі бою може використовувати той факт, що інформація не може поширюватися на великі відстані та бути підхоплена ворогом.
Коли 6G стане доступним?
Точні стандарти та частоти для 6G ще не визначені. У 2023 році Міжнародний союз електрозв’язку проведе Всесвітню конференцію радіозв’язку, на якій відбудуться дискусії щодо розширеного використання радіочастотного спектра, а остаточне рішення, ймовірно, буде прийнято на наступній конференції у 2027 році.
Тим часом дослідження та розробки триватимуть швидкими темпами, і очікується, що застосування почнеться дуже скоро після встановлення Регламенту радіозв’язку. Це означає приблизно з 2028 року, тобто лише через шість років, новий вимір, який обіцяє надати 6G, може стати реальністю.
