Kai „Nokia Bell Labs“ pagrindinių tyrimų vadovas kalba apie „išmoktas pamokas“ iš 5G, jis daro kažką reto telekomunikacijų srityje: pripažinti pavyzdinę technologiją ne visai pavyko taip, kaip planuota.
Šis nuoširdumas taip pat svarbus ir dabar, nes „Bell Labs“ pagrindinių tyrimų prezidentas Peteris Vetteris teigia, kad 6G sėkmė priklauso nuo to, ar pirmą kartą bus sutvarkyta infrastruktūra – tai, ko 5G nepadarė iki galo.
Pasak jo, iki 2030 m. 5G pajėgumai bus išnaudoti. Ne todėl, kad rytoj pasirodys kokia nors 5G žudiko programa, dėl kurios visų telefonai staiga privers 10 ar 100 kartų daugiau duomenų talpos, nei reikia šiandien. Atvirkščiai, iki dešimtmečio pradžios bevielis telekomunikacijų ryšys nebebus sutelktas tik į mobiliuosius telefonus.
AI agentai, autonominiai automobiliai, dronai, daiktų interneto mazgai ir jutikliai, jutikliai, jutikliai: 6G pasaulyje viskam gali prireikti kelio į tinklą. Tai reiškia, kad per likusius metus iki numatomo 6G diegimo didelės talpos ryšiai už mobiliojo ryšio bokštų yra pagrindinis žaidimas, kurį reikia laimėti. Taigi, pramonės šaka išnagrinėja tai, ką telekomunikacijų žmonės vadina atgaliniu ryšiu – didelės talpos šviesolaidį arba belaidžius ryšius, perduodančius duomenis iš mobiliojo ryšio bokštų į interneto pagrindą. Tai yra skirtumas tarp „vietinio“ telefono ryšio su netoliese esančiu bokštu ir „magistralinio“ ryšio, kuris vienu metu perduoda milijonus signalų.
Tačiau artėjanti atbulinio perdavimo krizė nėra susijusi tik su pajėgumais. Tai taip pat apie architektūrą. 5G buvo sukurtas visame pasaulyje, kuriame dominavo telefonai, siųsdami vaizdo įrašus vis didesne raiška. 6G dabar formuojasi kaip kažkas visiškai kito. Dėl šios inversijos – nuo numatomo 5G žemyn nukreipto srauto iki 6G ryšio atgimimo – reikia viską permąstyti pagrindiniame lygmenyje, praktiškai nuo nulio.
Vetter karjera apima visą belaidžio telekomunikacijų eros lanką – nuo optinių sujungimų 1990-aisiais Alcatel (tyrimų centras, pradėjęs šviesolaidžio ir namų ryšius) iki jo pareigų Bell Labs ir vėliau Nokia Bell Labs, kurios kulminacija 2021 m. baigėsi dabartinėmis pareigomis pramonės varpinių institucijoje.
Šiame pokalbyje, surengtame lapkritį Bruklino 6G aukščiausiojo lygio susitikime Niujorke, Vetter paaiškina, kas 5G suklydo, ką 6G turi daryti kitaip ir ar šios naujovės gali pasirodyti prieš telekomunikacijų tinkluose pradėjus trūkti vietos.
5G brangus klaidingas skaičiavimas
IEEE spektras: Kur šiandien yra telekomunikacijos, pusiaukelėje tarp 5G diegimo ir numatomo 6G diegimo?
Peteris Vetteris: Šiandien turime pakankamai spektro ir pajėgumų. Tačiau einant į priekį to neužteks. Iki dešimtmečio pabaigos 5G tinklas baigsis. Turime eismo modeliavimą. Ir tai buvo kažkas, kas buvo nuosekli iš kartos į kartą, nuo 2G iki 3G iki 4G. Kas dešimtmetį pajėgumai padidėja maždaug 10 kartų. Taigi reikia tam pasiruošti.
O iššūkis mums, kaip mokslininkams, yra tai, kaip tai padaryti efektyviai naudojant energiją? Kadangi energijos suvartojimas negali padidėti 10 kartų. Kaina negali padidėti 10 kartų. Ir tada, pamoka iš 5G: idėja buvo tokia: „O, mes tai darome didesniame spektre. Yra daugiau pralaidumo. Pereikime prie milimetrinių bangų. Išmokta pamoka yra tokia, kad milimetrinės bangos yra trumpos. Jums reikia mažos kameros (bokšto) kas 300 metrų. Ir tai netrukdo. Įdiegti visas šias mažas celes buvo per brangu.
Ar tai susiję su atgalinio ryšio klausimu?
Vetter: Taigi atgalinis ryšys yra ryšys tarp bazinės stoties ir to, ką vadiname tinklo šerdimi – duomenų centrų ir serverių. Idealiu atveju bazinei stočiai naudojate šviesolaidį. Jei turite tą skaidulą kaip paslaugų teikėją, naudokite jį. Tai suteikia jums didžiausią pajėgumą. Tačiau labai dažnai naujose mobiliųjų telefonų svetainėse nėra to skaidulinio ryšio, tada yra alternatyvų: belaidis atgalinis ryšys.
„Nokia Bell Labs“ sukūrė stiklo pagrindu sukurtų lustų architektūrą, skirtą telekomunikacijų atgalinio ryšio signalams, perduodamiems tarp bokštų ir telekomunikacijų infrastruktūros.Nokia
Radijo aparatai, sukurti ant stiklo aukštesnio dažnio
Kokie iššūkiai laukia belaidžio atgalinio ryšio srityje?
Vetter: Norėdami pasiekti 100 gigabitų per sekundę spartą, panašią į skaidulą, turite pereiti prie aukštesnių dažnių juostų.
Didesnės dažnių juostos signalams, kuriuos naudoja atgalinio ryšio antenos?
Vetter: Taip. Iššūkis yra radijo priekinių galų ir radijo dažnių integrinių grandynų (RFIC) projektavimas šiais dažniais. Jūs tikrai negalite integruoti (šiuolaikinių) antenų su RFIC tokiu dideliu greičiu.
O kas atsitinka, kai tie signalo dažniai didėja?
Vetter: Taigi milimetrinės bangos, tarkime, 28 gigahercų, vis tiek galėtumėte tai padaryti (elektronika ir bangolaidžiai) naudodami klasikinę spausdintinę plokštę. Tačiau kylant dažniams slopinimas tampa per didelis.
Kas atsitiks, kai pasieksite, tarkime, 100 GHz?
Vetter: (Įprastos medžiagos) jau nieko gero. Taigi turime ieškoti kitų vis dar pigių medžiagų. „Bell Labs“ atlikome novatorišką radijo ant stiklo darbą. Ir stiklą naudojame ne dėl jo optinio skaidrumo, o dėl skaidrumo subteraherciniame radijo diapazone.
Ar „Nokia Bell Labs“ kuria šias radijo ir stiklo atbulinės linijos sistemas 100 GHz ryšiui?
Vetter: Naudojau pagal dydį. Virš 100 GHz reikia ieškoti kitos medžiagos. Tačiau (bangų ilgių diapazonas) iš tikrųjų yra 140–170 GHz, vadinama D juosta.
Bendradarbiaujame su savo vidiniais klientais, kad tokios koncepcijos būtų įtrauktos į ilgalaikį planą. Pavyzdžiui, tą D-Band radijo sistemą mes iš tikrųjų integravome į prototipą su savo mobiliojo verslo grupe. Ir mes jį išbandėme praėjusiais metais Paryžiaus olimpinėse žaidynėse.
Bet tai, kaip sakiau, prototipas. Turime subręsti technologiją nuo tyrimo prototipo iki jo tinkamumo pradėti gaminti. To tyrinėtojas yra Shahriar Shahramian. Dėl to jis yra gerai žinomas šioje srityje.
Kodėl 6G pralaidumo krizė nėra susijusi su telefonais
Kokios bus programos, kurios padidins 6G pralaidumo poreikį?
Vetter: Įrengiame vis daugiau kamerų ir kitokio tipo jutiklių. Turiu omenyje, kad mes einame į pasaulį, kuriame norime sukurti didelius pasaulio modelius, kurie yra sinchroninės fizinio pasaulio kopijos. Taigi tai, ką matysime 6G ateityje, yra didžiulio masto jutiklių, kurie maitins AI modelius, diegimą. Taigi daug uplink pajėgumų. Iš čia ir atsiras didelis padidėjimas.
Ar kiti?
Vetter: Pavyzdys galėtų būti autonominiai automobiliai. Tai gali būti ir pramonėje – kaip skaitmeninis uosto dvynys, o kaip jūs tai valdote? Tai gali būti sandėlio skaitmeninis dvynys, o jūs klausiate skaitmeninio dvynio: „Kur yra mano produktas X? Tada robotas atnaujinto skaitmeninio dvynio dėka automatiškai žinos, kur jis yra sandėlyje ir kokiu maršrutu pasirinkti. Nes jis žino, kur yra kliūtys realiu laiku, dėka to didžiulio masto fizinio pasaulio jutimo ir interpretavimo naudojant AI modelius.
Turėsite savo agentus, kurie veiks jūsų vardu, kad apsipirktų arba užsakytų automobilį be vairuotojo. Jie aktyviai įrašys, kur esate, įsitikins, kad taip pat yra taikomos tinkamos privatumo priemonės. Kad jūsų agentas suprastų jūsų būseną ir galėtų jus aptarnauti optimaliausiu būdu.
Kaip 6G tinklai padės aptikti dronus, žemės drebėjimus ir cunamius
Anksčiau aprašei, kaip 6G signalai gali ne tik perduoti duomenis, bet ir užtikrinti jutimą. Kaip tai veiks?
Vetter: Papildymas dabar yra tas, kad tinklą galima pasukti ir jutimo būdu. Kad jei pasuki už kampo, kamera tavęs nebematys. Tačiau radijas vis tiek gali aptikti žmones, kurie ateina, pavyzdžiui, eismo perėjoje. Ir jūs galite tai numatyti. Taip, įspėkite automobilį: „Ateina pėstysis. Sulėtinkite“. Taip pat turime skaidulų jutiklį. Pavyzdžiui, naudojant vandenyno dugne esančius pluoštus ir aptikti bangų judėjimą bei, pavyzdžiui, aptikti cunamius ir atlikti išankstinį įspėjimą apie cunamį.
Kokie jūsų komandų atradimai?
Vetter: Šiuo metu naudojami įspėjimo apie cunamį plūdurai yra keli šimtai kilometrų nuo kranto. Šios cunamio bangos sklinda 300 ir daugiau metrų per sekundę, todėl jūs turite tik 15 minučių perspėti žmones ir evakuotis. Jei dabar visame vandenyne turite šviesolaidžio jutimo tinklą, kurį galite aptikti daug giliau vandenyne, galite atlikti reikšmingą ankstyvą perspėjimą apie cunamį.
Neseniai nustatėme, kad Rytų Rusijoje įvyko stiprus žemės drebėjimas. Tai buvo pernai liepą. Mes turėjome skaidulų jutimo sistemą tarp Havajų ir Kalifornijos. Ir mes galėjome pamatyti tą žemės drebėjimą ant pluošto. Taip pat matėme cunamio bangos vystymąsi.
6G tūkstančiai antenų ir pažangesnės bangos formos
„Bell Labs“ buvo ankstyvas kelių įvesties ir kelių išvesties (MIMO) antenų pradininkas, pradedant nuo 1990 m. Kur kelios siuntimo ir priėmimo antenos galėtų vienu metu perduoti daug duomenų srautų. Ką „Bell Labs“ dabar daro su MIMO, kad padėtų išspręsti šias jūsų aprašytas pralaidumo problemas?
Vetter: Taigi, kaip sakiau anksčiau, norite teikti pajėgumus iš esamų ląstelių svetainių. O kelias į MIMO gali tai padaryti naudojant technologiją, vadinamą supaprastintu spindulio formavimu: jei norite geresnės aprėpties didesniu dažniu, turite sutelkti savo elektromagnetinę energiją, radijo energiją ir dar daugiau. Taigi, norint tai padaryti, jums reikia didesnio antenų kiekio.
Taigi, jei padvigubinsite dažnį, nuo 3,5 gigahercų, o tai yra C juosta 5G, dabar pereisime prie 6G, 7 gigahercų. Taigi tai maždaug dvigubai. Tai reiškia, kad bangos ilgis yra pusė. Taigi toje pačioje formoje galite tilpti keturis kartus daugiau antenos elementų. Taigi fizika mums padeda šia prasme.
Koks laimikis?
Vetter: Ten, kur fizika mums nepadeda, daugiau antenos elementų reiškia daugiau signalo apdorojimo, o energijos suvartojimas didėja. Taigi, štai kur atsiranda mokslinių tyrimų. Ar galime kūrybiškai pasiekti šias didesnes antenų matricas nepadidindami energijos suvartojimo?
Šiuo atveju AI naudojimas yra svarbus. Kaip galime panaudoti dirbtinį intelektą, kad galėtume atlikti kanalų įvertinimą, atlikti tokius veiksmus kaip išlyginimas, išmanusis spindulių formavimas ar, pavyzdžiui, bangos formos mokymasis?
Mes parodėme, kad naudojant tokias dirbtinio intelekto technologijas, iš tikrųjų galime gauti iki 30 procentų daugiau pajėgumų tame pačiame spektre.
Ir tai leidžia daug gigabitų per sekundę patekti į kiekvieną telefoną ar įrenginį?
Vetter: Taigi gigabitai per sekundę jau įmanoma 5G. Mes tai įrodėme. Galite įsivaizduoti, kad tai gali padidėti, bet to tikrai nereikia. Iš tikrųjų reikia, kiek dar galite palaikyti iš bazinės stoties?
Iš jūsų svetainės straipsnių
Susiję straipsniai visame internete
Nuoroda į informacijos šaltinį