Технологія 6G: що це таке і чим вона відрізняється від 5G

Перехід від 5G до 6G виходить далеко за рамки простого збільшення швидкості завантаження мобільних даних.Йдеться про нове покоління мереж, метою яких є виведення зв'язку на новий рівень: майже миттєвий час відгуку, величезна кількість пристроїв, підключених одночасно, глобальне покриття, що підтримується супутниками, та повна інтеграція зі штучним інтелектом. Хоча 5G все ще розгортається в багатьох регіонах, уряди, оператори та виробники вже працюють повним ходом, щоб 6G був готовий до кінця цього десятиліття.

Хоча в деяких районах вони все ще борються за пристойне покриття 4GКитай, Південна Корея, Європа та такі гіганти, як Samsung, Huawei, Nokia, Ericsson, OPPO та Fujitsu, вже визначають, що саме буде 6G і чим воно відрізнятиметься від 5G. Очікуваним результатом є мережа, здатна передавати дані зі швидкістю порядку терабітів на секунду, із затримками в десятих мікросекунд, значно вищою енергоефективністю та розширеною підтримкою вимогливих програм, таких як розширена реальність, голографія та автономні транспортні засоби.

Що таке технологія 6G і чому вона виходить за рамки 5G?

6G буде шостим поколінням мобільних мережПрямий наступник 5G та спадкоємець довгої еволюції, що почалася з аналогового 1G, продовжилася цифровим 2G, орієнтованим на передачу даних 3G, 4G, який сприяв використанню мобільних телефонів як інтернет-пристроїв, та 5G, який забезпечив низьку затримку та масову підтримку пристроїв. Це нове покоління задумано як надсучасна комунікаційна інфраструктура, що поєднуватиме наземні мережі, високогірні платформи та супутникові сузір'я на низькій навколоземній орбіті (LEO), щоб забезпечувати практично повсюдне підключення.

Одна з головних цілей 6G — зменшити затримку до незначного рівня.У той час як 5G прагне досягти затримки близько 1 мілісекунди, 6G планує досягти 0,1 мілісекунди, а деякі навіть передбачають затримку, що наближається до однієї мікросекунди в певних сценаріях. Це означає, що мережа реагуватиме майже в режимі реального часу, що є критично важливим для дистанційної хірургії, високошвидкісного автономного водіння та високочутливого промислового управління.

Що стосується швидкості, то очікуваний стрибок буде жорстоким.Теоретична точка відліку 5G становить до 20 Гбіт/с, але дорожні карти 6G піднімають планку до показників до 1 терабіт/с (1 Тбіт/с), а піки від 200 до 1000 Гбіт/с навіть згадуються в рекомендаціях Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ) та в технічних документах таких виробників, як Samsung. Дослідження в Китаї вже продемонстрували передачу 1 ТБ даних на відстань 1 км за одну секунду з використанням терагерцових частот.

Станом на сьогоднішній день стандарт 6G ще не остаточно сформований.Рекомендація ITU-R M.2160 встановлює стандарти продуктивності: пікова швидкість близько 200 Гбіт/с (дослідження показують ще вищі швидкості), стабільна швидкість користування від 300 до 500 Мбіт/с, затримки в діапазоні 0,1-1 мс, спектральна ефективність, втричі більша, ніж у IMT-2020 (5G), та пропускна здатність трафіку на площу в діапазоні 30-50 Мбіт/с на квадратний метр. Все це зі значно меншим споживанням енергії.

6G також нерозривно пов'язаний з глибокою інтеграцією зі штучним інтелектом.Йдеться не лише про мережі, що підтримують програми штучного інтелекту, а й про саму інфраструктуру, яка використовує штучний інтелект для самооптимізації, самокерування, передбачення збоїв, розподілу ресурсів у режимі реального часу та пропонування персоналізованих послуг на основі контексту чи типу запущеної програми, від автономного автомобіля до промислового цифрового двійника.

Спектр, смуги частот та технічні проблеми 6G

Ключова технічна відмінність між частотами 6G та терагерцовими (THz) полягає в розширенні до терагерцових частот.Хоча 4G працює на частотах нижче 6 ГГц, а 5G досягає приблизно 100-110 ГГц у своїх вищих діапазонах, 6G прагне розширити спектр приблизно до 3000 ГГц. Це відкриває двері до величезних пропускних здатностей, здатних підтримувати швидкість терабіт на секунду, але також створює дуже серйозні проблеми з точки зору поширення та проектування апаратного забезпечення.

Samsung, один з найактивніших виробників у гонці 6GПропонується розглянути весь спектр доступних діапазонів: низький діапазон нижче 1 ГГц для забезпечення широкого покриття в приміщеннях та сільській місцевості; середній діапазон від 1 до 24 ГГц як баланс між пропускною здатністю та покриттям; та високий діапазон від 24 до 300 ГГц (субтерагерц) для забезпечення максимально можливої ​​пропускної здатності. Таке різноманіття дозволить адаптувати мережу до різних випадків використання, від масового ринку до вузькоспеціалізованих послуг.

Робота в терагерцовому діапазоні не зовсім тривіальнаДля забезпечення передачі та прийому в надзвичайно високих діапазонах з мінімальними втратами, навіть за наявності перешкод, необхідні нові архітектури антен, матеріали та передові дуплексні технології. Такі виробники, як Fujitsu, у співпраці з DOCOMO та NTT, вже проводять випробування в діапазонах 100 ГГц та 300 ГГц, шукаючи методи компенсації затухання та забезпечення стабільного зв'язку, навіть коли лінія видимості не ідеальна.

Окрім спектру, також зміниться архітектура мережіУ радіодоступі (RAN) 6G широко використовуватиме передові методи формування променя та реконфігуровані інтелектуальні поверхні, здатні динамічно перенаправляти радіохвилі. Використовуючи алгоритми штучного інтелекту, ці системи зможуть концентрувати енергію там, де вона потрібна, покращувати покриття в складних середовищах (промислові підприємства, стадіони, густонаселені міста) та підвищувати енергоефективність.

Європа також робить кроки з відкритими архітектурами, такими як Open RANВеликі телекомунікаційні компанії, такі як Telefónica, Vodafone та Orange, просувають розгортання мереж на основі O-RAN та віртуалізованих мереж на стандартному обладнанні, що дозволить створити більш гнучку екосистему з більшою кількістю постачальників та більшим інноваційним потенціалом для 6G. Ця стратегія відповідає цілям ЄС щодо зміцнення технологічного суверенітету та зменшення залежності від виробників, які вважаються ризикованими.

Переваги та можливості 6G порівняно з 5G

Якщо порівняти 5G та 6G у цифрах, різниця буде разючою.5G може похвалитися теоретичною максимальною швидкістю 20 Гбіт/с і затримкою близько однієї мілісекунди, тоді як 6G прагне досягти швидкості передачі до 1000 разів вищої за певних умов, при цьому цільові показники досягають одного терабіту на секунду, а затримки вдесятеро нижчі, близько 0,1 мс або навіть нижче в деяких дуже специфічних застосуваннях. Що стосується пропускної здатності, очікується, що він оброблятиме навіть більше терміналів на квадратний кілометр, ніж 5G, який вже розрахований на один мільйон пристроїв.

Такі країни, як Південна Корея, наважилися викласти цифриУряд Південної Кореї, ключовим партнером якого є Samsung, говорив про початкові установки 6G, здатні в п'ять разів перевищити теоретичну максимальну швидкість 5G та зменшити затримку до десятої частини, аж до 0,1 мс. Таке поєднання швидкості та миттєвого реагування забезпечить зв'язок майже в режимі реального часу, життєво важливий для передової медицини, автономних транспортних засобів, колаборативної робототехніки та критично важливих систем екстреної допомоги.

Покращення не обмежується максимальною швидкістю6G також прагне запропонувати користувачам стабільну швидкість передачі даних у діапазоні від 300 до 500 Мбіт/с зі спектральною ефективністю, втричі більшою, ніж у 5G. Це означає, що в межах тієї ж частини радіоспектру можна буде передавати набагато більше інформації, зменшуючи перевантаження та забезпечуючи високоякісні послуги навіть у сценаріях з дуже високою щільністю користувачів.

Ще один ключовий напрямок – енергоефективністьЗ переходом від 4G до 5G вже досягнуто скорочення споживання енергії майже на 90% для певних типів трафіку. 6G обіцяє піти ще далі, з оцінками покращення від 50% до 100% порівняно з 5G, завдяки кращим алгоритмам управління живленням, ефективнішому обладнанню, таким методам, як вибіркове вимкнення комірок, та використанню штучного інтелекту для динамічного регулювання потужності на основі фактичного попиту.

Зрештою, 6G задумано як набагато розумніша та конвергентніша мережа.Він не лише з’єднуватиме пристрої, але й інтегруватиме можливості сенсорного зв’язку (JCAS: Joint Communication and Sensing: спільне спілкування та зондування), що дозволить використовувати один і той самий радіосигнал як для передачі даних, так і для «визначення» навколишнього середовища. Це відкриває шлях до таких застосувань, як надточне позиціонування, передовий промисловий моніторинг, спостереження за критичною інфраструктурою та медична допомога наступного покоління.

Ключові технологічні відмінності між 5G та 6G

Перша суттєва відмінність між 5G та 6G — це, безсумнівно, швидкість.Хоча 5G може похвалитися теоретичною піковою швидкістю до 10-20 Гбіт/с, різні оцінки для 6G вказують на максимальну швидкість до 100 разів вищу. Існують посилання на 1 Тбіт/с за ідеальних умов та пікову швидкість 200 Гбіт/с, запропоновану ITU, хоча деякі документи від виробників, таких як Samsung, піднімають планку до 1000 Гбіт/с у певних сценаріях.

Друга ключова відмінність полягає в затримці.З появою 5G затримка зменшилася з десятків мілісекунд до приблизно 1 мс для наднадійних програм з низькою затримкою (URLLC). 6G прагне ще більше скоротити цей час передачі сигналу до показників, близьких до 0,1 мс, і навіть є пропозиції щодо затримок порядку мікросекунди в дуже специфічних конфігураціях. Це забезпечить практично беззатримкову взаємодію, що є важливим для дистанційного керування технікою, високошвидкісними транспортними засобами або системами віртуальної реальності з ефектом імерсивності.

Третя відмінність полягає у використовуваному спектріЯк 5G, так і 6G використовують високі частоти для досягнення більшої пропускної здатності, але 6G переходить у терагерцовий діапазон (30-3000 ГГц). Це означає більшу загальну ємність, але також радіозв'язки з меншими дальностями та більшою чутливістю до перешкод. Щоб компенсувати це, дослідники досліджують складніші антени, поверхні, що реконфігуруються, щільні мережі малих комірок та надійну інтеграцію із супутниками та висотними платформами для розширення покриття.

Що стосується величезної пропускної здатності підключення, 6G також піднімає планку.5G обіцяє керувати до одного мільйона пристроїв на квадратний кілометр, що є вирішальним фактором для масштабного Інтернету речей (mMTC). Прогнози щодо 6G передбачають значне перевищення цієї цифри, підтримуючи ще вищу щільність датчиків, носимих пристроїв, роботів, транспортних засобів та інших терміналів, і все це без погіршення якості обслуговування завдяки розумнішому управлінню мережею.

Зрештою, взаємозв'язок між мережами та обчисленнями радикально змінюється.5G вже сприяє зменшенню затримки за допомогою периферійних обчислень, але 6G піде далі, тісно інтегруючи комунікації, обчислення та сховище даних. Це спростить запуск додатків штучного інтелекту безпосередньо в периферійній хмарі, навчання моделей з величезними обсягами даних майже в режимі реального часу та розвантаження кінцевих пристроїв, які потім можуть бути легшими, дешевшими та ефективнішими.

Застосування та варіанти використання 6G у різних секторах

У повсякденному житті користувачів 6G змінить те, як ми споживаємо контент та взаємодіємо.Миттєве завантаження великих файлів, безперебійне потокове відео з роздільною здатністю 8K або вище, платформи віртуальної та доповненої реальності з гіпер-захопленням, голографічний досвід у реальному часі та інтерактивні 3D-середовища для освіти, розваг чи електронної комерції стануть набагато доступнішими. Віртуальна примірка одягу, меблів чи автомобілів з майже ідеальною точністю більше не буде науковою фантастикою.

На здоров'я вплив може бути величезнимПоєднання наднизької затримки та високої пропускної здатності дозволить проводити дистанційні операції з високою точністю, безперервний моніторинг пацієнтів через підключені пристрої, майже миттєву передачу медичних зображень надвисокої роздільної здатності та діагностику за допомогою штучного інтелекту в хмарі. Все це допоможе надавати передові медичні послуги сільським або погано сполученим районам, зменшуючи географічні бар'єри.

Транспорт та мобільність також входять до прицілу 6GАвтономні транспортні засоби, логістичні дрони, роботи доставки та інтелектуальні системи управління дорожнім рухом повинні будуть обмінюватися даними з високою швидкістю та реагувати за мілісекунди. Мережі 6G, здатні забезпечувати дуже короткий час відгуку та надзвичайно надійний зв'язок, стануть основою для запобігання аваріям, оптимізації маршрутів, зменшення заторів та підвищення ефективності на дорогах, у портах та аеропортах.

Розумні міста та будинки отримають вигоду від масового та надійного зв'язкуМільйони датчиків, розподілених по будівлях, інфраструктурі, вуличних ліхтарях, водопровідних мережах та енергетичних системах, зможуть безперервно надсилати дані для оптимізації споживання, виявляти несправності до їх виникнення та автоматично реагувати на зміни попиту. Вдома автоматизація стане ще складнішою, а пристрої взаємодіятимуть один з одним як частина конвергентних інтелектуальних мереж.

У промисловості 6G розглядається як найкращий союзник для передової автоматизаціїЗаводи, оснащені колаборативними роботами, виробничими лініями, що реконфігуруються на льоту, системами доповненої реальності для допомоги в обслуговуванні, AGV (автоматизовано керованими транспортними засобами) та датчиками IIoT (промислового Інтернету речей), стануть частиною гіперпов'язаного середовища. 6G, разом із периферійними обчисленнями та штучним інтелектом, забезпечить керування в режимі реального часу, прогнозну аналітику та координацію машин з безпрецедентною надійністю та швидкістю.

Зв'язок між 6G та штучним інтелектом, розширеною реальністю та квантовими обчисленнями

Штучний інтелект буде мозком, який використовуватиме можливості 6G.Мобільні та професійні додатки на базі штучного інтелекту, такі як розширені помічники, промислові системи машинного зору та інструменти допоміжного обслуговування, можна навчати та запускати безпосередньо в хмарі або на периферії завдяки величезним можливостям передачі даних 6G. Замість того, щоб чекати кінця зміни для завантаження даних та оновлення моделей, навчання та логічні висновки відбуватимуться практично в режимі реального часу.

Розширена реальність (XR), яка включає віртуальну, доповнену та змішану реальність, є ще одним важливим бенефіціаром.Мережі 6G забезпечать пропускну здатність та низьку затримку, необхідні для того, щоб гарнітури віртуальної/доповненої реальності та легкі окуляри могли отримувати потоки 3D-відео надвисокої роздільної здатності з хмари без заколисування чи перебоїв. Об'ємна голографія, яка вимагає передачі величезних обсягів даних, може стати повсякденним інструментом для зустрічей, навчання чи розваг.

Квантові обчислення також вступають у груХоча це ще перебуває на ранніх стадіях, можливість доступу до квантових ресурсів через дуже швидкісні мережі дозволить надійно та скоординовано надсилати й отримувати інформацію. 6G сприятиме інтеграції класичних центрів обробки даних з віддаленими квантовими процесорами, що дозволить створювати нові сервіси для моделювання, оптимізації та розширеного шифрування.

Інтернет речей зробить стрибок від «підключеного» до «конвергентного»Завдяки 5G вже можливо підключити величезну кількість пристроїв, але 6G дозволить цим пристроям функціонувати як частина розумних мереж, які обмінюються даними, приймають узгоджені рішення та адаптуються до контексту. Навіть говорять про E2E (Everything to Everything) – парадигму, де все може ефективно та безпечно взаємодіяти з будь-чим іншим, від крихітних датчиків до суперкомп’ютерів у хмарі.

Крім того, 6G об'єднає зв'язок та сенсорні системи в єдину систему.Технологія JCAS дозволить використовувати той самий сигнал, що несе дані, для виявлення об'єктів, вимірювання відстані, ідентифікації руху та картографування простору. Це буде ключовим у логістиці, виробництві, автоматизованих складах, безпеці, точному сільському господарстві та багатьох інших галузях, де наявність точної інформації про навколишнє середовище в режимі реального часу має вирішальне значення.

Коли з'явиться 6G і яку роль відіграватиме 5G+ або вдосконалений 5G?

Графік розвитку 6G не однаковий у всіх країнах, але певний консенсус існує.Більшість прогнозів відзначають перший комерційний запуск приблизно у 2030 році, а перші пілотні проекти та передкомерційні випробування розпочнуться у 2026-2028 роках. Тим часом буде розгорнуто проміжну фазу, відому як вдосконалений 5G, 5G+ або навіть 5.5G, яка слугуватиме технологічним мостом і дозволить впроваджувати вдосконалення, не чекаючи на повний стандарт 6G.

Китай був одним із перших, хто оприлюднив свою дорожню картуМіністерство промисловості та інформаційних технологій підтвердило у 2018 році, що вони досліджують 6G з березня того ж року, з ідеєю розпочати офіційну розробку у 2020 році та досягти комерціалізації приблизно у 2030 році. Такі компанії, як Huawei, працювали над 5G та 6G паралельно, навіть запускаючи спеціальні супутники для попередніх випробувань на орбіту.

Південна Корея також не сильно відстаєКраїна планує запустити свій перший пілотний проект 6G у 2026 році з інвестиціями понад 450 мільйонів євро та прагне пропонувати комерційні послуги між 2028 та 2030 роками. Samsung опублікувала технічні документи, в яких передбачається визначення стандарту приблизно у 2028 році та його комерційний запуск приблизно через два роки.

У Європі Комісія та МСЕ працюють паралельно.Під час віртуального форуму 5G 2021 року було підтверджено, що ЄС вже розпочав дослідницькі проекти 6G в рамках програми 5G-PPP з початковим бюджетом у 60 мільйонів євро. Рекомендація ITU-R M.2160 передбачає, що технологію-кандидат 6G слід обрати до 2027 року, щоб до кінця десятиліття був розроблений чіткий набір специфікацій для першого розгортання.

Тим часом, передовий 5G виступатиме як прелюдія.Цей 5G+ покращить пропускну здатність існуючої мережі, запровадить більше автоматизації, забезпечить нові функції на основі штучного інтелекту та закладе необхідну технічну основу для 6G. Такі країни, як Іспанія, вже оголосили про підтримку стимулювання як передових досліджень 5G, так і 6G, за допомогою таких програм, як ENABLE-6G, та спільних стратегій у рамках Спільного підприємства з питань інтелектуальних мереж та послуг.

Співіснування 5G та 6G: Чи стане 5G застарілим?

Поява 6G не означає, що 5G зникне за одну ніч.Фактично, все вказує на те, що обидва покоління співіснуватимуть протягом багатьох років, як це сталося з 3G та 4G або з 4G та 5G. 6G буде розгортатися поступово, починаючи з передових програм та конкретних областей, тоді як 5G залишатиметься основою мобільного зв'язку для більшості користувачів.

На практиці, 6G спочатку буде зарезервовано для дуже вимогливих застосувань.Висококритичні промислові, військові та бізнес-додатки, передова автоматизація та повністю автономні транспортні засоби, ймовірно, першими отримають вигоду від цих нових можливостей. Для розваг, соціальних мереж та загального споживання контенту 5G продовжуватиме пропонувати більш ніж достатню продуктивність протягом досить тривалого часу.

Пристрої також відображатимуть цей поступовий перехід.Першими пристроями з підтримкою 6G, ймовірно, будуть високоякісне обладнання, промислові пристрої, спеціалізоване обладнання або комунікаційні рішення для критично важливої ​​інфраструктури. Більшість мобільних телефонів, планшетів та споживчих гаджетів продовжуватимуть працювати в мережах 5G та 4G, поєднуючи технології залежно від наявності покриття та поточних потреб.

На мережевому рівні 6G базуватиметься на багатьох перевагах того, що вже забезпечує 5G.Існуюча інфраструктура (антени, оптоволокно, центри обробки даних, віртуалізовані ядра мережі) буде використана та розвиватися, а не буде відкинута та розпочата з нуля, як це було в попередніх поколіннях. Це зменшить витрати та пришвидшить розгортання, а також полегшить операторам та провайдерам впровадження нових функцій у міру розвитку стандартів.

Тому говорити про «смерть 5G» не має сенсу в короткостроковій та середньостроковій перспективі.Цілком логічно очікувати екосистеми, де 4G, 5G, Wi-Fi наступного покоління та 6G взаємодіють та доповнюють один одного, кожен у тому сценарії, для якого він найкраще підходить: щільна забудова всередині приміщень з Wi-Fi 6/7, макропокриття та мобільність з 5G, послуги з екстремальним та дуже високим попитом з 6G тощо.

Виклики, стандарти та роль промисловості у переході до 6G

За кожною новою літерою «G» стоїть тривалий процес глобальної стандартизації.Такі організації, як 3GPP, працюють із циклами випуску приблизно 18 місяців, протягом яких технічні характеристики визначаються, обговорюються та узгоджуються перед їх впровадженням виробниками та операторами. 6G дотримуватиметься тієї ж динаміки, починаючи із загальних вимог до продуктивності та розвиваючись до деталей мережі, протоколів та тестування сумісності.

Галузь вже рухається вперед, оскільки певні програми починають перевантажувати 5G.Високоякісна доповнена та віртуальна реальність, автономні операції, масштабна інтелектуальна автоматизація та надщільні промислові мережі розширюють межі того, що може стабільно забезпечувати 5G. Саме тому багато компаній розглядають 6G як платформу, яка дозволить їм зробити наступний крок вперед у цих сферах.

Виробники, такі як Belden, наголошують на впливі на OT та промислові мережіСьогодні віддалені роботи, AGV та промислові системи керування вже можуть скористатися перевагами 5G, але ціною деяких обмежень: нижчих за ідеальні максимальних швидкостей та часу реакції, що вимагає консервативного підходу до певних рухів. 6G обіцяє підключення, здатне підтримувати негайне реагування, вищу щільність датчиків та надійніше покриття в складних середовищах.

Мережі 6G, як і раніше, складатимуться зі звичайних компонентівОбладнання користувача, мережі доступу та магістральні мережі. Інновації полягатимуть у тому, як сигнали керуватимуться на рівні доступу (вдосконалене формування променя, реконфігуровані поверхні), в інтенсивному використанні віртуалізації та хмарних обчислень, а також в інтеграції штучного інтелекту для автономної координації мільйонів мережевих елементів.

Все це створює значні проблеми з точки зору безпеки, стандартизації та управління.Більше пристроїв, більше даних, більше точок доступу та зростаюча залежність від підключення роблять кібербезпеку центральною проблемою. Європейські стратегії, такі як Спільне підприємство з питань інтелектуальних мереж та послуг, спрямовані саме на просування 6G, поєднуючи високий інноваційний потенціал зі зниженням ризиків, пов'язаних з ненадійними постачальниками, та більшою технологічною автономією.

Еволюція в напрямку 6G має змінити глобальну зв'язокАле він базуватиметься на фундаменті, який вже закладено передовим 5G: більш відкриті та віртуалізовані мережі, інтеграція хмарних технологій, широке використання штучного інтелекту та бачення інфраструктури як програмованого середовища. Хоча ще пройдуть роки, перш ніж ми використовуватимемо 6G у наших повсякденних мобільних телефонах, робота, яка проводиться зараз, сформує наступне десятиліття в галузі зв'язку, промисловості, розумних містах, охороні здоров'я та, зрештою, в тому, як ми взаємодіємо з технологіями.