Планы развития сетей мобильной связи 6G в России

Аналитики Минцифры России считают, что сети связи 6G дадут толчок для активизации цифрового развития отечественной экономики. Главное условие — своевременно влиться в происходящие в мире процессы формирования требований к стандарту 6G, а также распределения частотных диапазонов.

Трамплином для реализации технологий 6G являются уже существующие сети 5G. К разработке беспроводных систем следующего поколения привлечена радиоэлектронная промышленность страны. Предприятия и научные объединения задействованы в разработке:

• электронных компонентов и оборудования;
• ПО для новых систем телекоммуникации.

Отечественные разработки беспроводных сетей должны войти в пакет документов, на основе которого на межгосударственном уровне в будущем будут формироваться стандарты 6G.

Современная мировая экономика переживает очередную цифровую революцию. В ее рамках происходит замещение аналоговых систем цифровыми, как в производственных сферах, так и в социальных.

Нынешняя цифровая революция — четвертая в истории цивилизации. Первые три были зафиксированы:

1. в 1960−1970 годах, когда в промышленные процессы было введено компьютерное моделирование;
2. в 1980−1990 годах, когда за счет Сети Интернет удалось выстроить глобальные цепочки поставок;
3. в 2000−2010 годах, когда произошел переход производственных и социальных систем в системы, имеющие информационно-технологическую концепцию (так называемые, киберфизические системы).

4-я цифровая революция происходит за счет активного использования человечеством искусственного интеллекта, а также наблюдаемого в последние десятилетия взрывного развития информационных технологий и телекоммуникации.

Прогресс цивилизации связан с передачей и использованием огромных объемов информации. В этом ракурсе основой цифровой трансформации и развития общества в глобальном смысле, выступают:

• беспроводная связь мобильных стандартов 5G и 6G;
• интернет вещей (IoT);
• искусственный интеллект (ИИ).

Радиосистемы 6G разрабатываются для максимального улучшения существующих возможностей и показателей беспроводной связи. Аналитики предполагают, что сети 6G будут демонстрировать характеристики, улучшенные не менее чем в десять раз по сравнению с предыдущим стандартом. Один из лучших показателей ожидается в категории «Энерго- и стоимостная эффективность», по которому сети связи 6G будут лучше 5G в сто раз.

Среди ожидаемых ключевых показателей сетей 6G также упомянем:

• емкость сети в тысячу раз больше, чем у 5G;
• пиковые скорости до 1 Тбит/сек;
• пользовательские скорости от 10 до 100 Гбит/сек;
• покрытие на 10 дБ больше, чем у сетей 5G;
• плотность соединений — 10 млн/км2.

Помимо этого, ожидаемая точность позиционирования составит 50 см снаружи строений и 1 см внутри строений.

Сети 6G будут отличаться от предыдущего поколения расширенной линейкой сервисов для абонентов. Аналитики отмечают, что новые технологии станут социально-ориентированными. Это значит, что пользователи смогут получать доступ ко всевозможным ресурсам из любой точки мира.

Еще одно направление использования технологий 6G — создание связей «человек-машина». За счет подключения пользователей к датчикам станет возможным дистанционная диагностика состояния организма, мониторинг здоровья и так далее. В будущем такие связи будут только развиваться, что приведет к разработке технологий по мысленному управлению устройствами.

6G откроет дверь в мир тактильного интернета. Также появятся возможности для создания устройств, с помощью которых будет осуществляться голографическая связь.

Прогнозируется продолжение работ в сфере создания расширенной (так называемой, иммерсионной) реальности. Она будет создаваться за счет сплава смешанной действительности с виртуалом и дополненной реальностью. Считается, что с помощью таких технологий сети 6G смогут давать пользователям стопроцентный эффект присутствия в выбранных локациях.

Указанные технологии будут наиболее востребованы в развлекательной и образовательной сферах. А также в медицине, ряде промышленных направлений деятельности, при решении логистических задач по доставке грузов и прочее.

Полный список сервисов содержится в специализированной Дорожной карте, регламентирующей развитие сетей 6G в России. Этот документ разработан специалистами ФГУП НИИР в начале 2020-х годов по заказу Минцифры. В нем указаны сведения о поэтапной разработке технологий широкополосной связи для минимизации задержек при передаче сигнала, увеличение скорости подключения абонентов, формирование инновационных типов межмашинных связей, предоставление человеко-центричных услуг и прочее.

Одним из показателей успешной цифровой трансформации РФ является достижение «цифровой зрелости» различными отраслями экономики. Об этом говорится в указе Президента от 2020-го года за номером 474. Цифровая трансформация закреплена на государственном уровне в качестве национальной идеи, определенной на временной период до 2030-го года.

Цифровизация экономики должна идти в рамках научного и технологического прогресса страны. Цель — создание технологий, которые привнесут инновации, как на внутренний, так и на внешний рынок продуктов и услуг.

Наибольший потенциал демонстрируют стратегии перехода:

• к производственным и интеллектуальным технологиям;
• к роботизированным системам;
• к цифровым технологиям;
• к машинному обучению.

Успех цифровизации связывают также с использованием искусственного интеллекта, внедрением в производство новых конструкторских решений и материалов. Кроме того, ставка делается на становление систем, пригодных для обработки гигантских объемов информации.

Все перечисленное требует изменения коммуникационных возможностей мобильных беспроводных сетей. Нужны минимальная задержка сигнала и высокие показатели скорости. Сеть стандарта 6G по своим техническим параметрам позволит создавать предпосылки для роста показателей в любой отрасли экономики.

Ради активизации процессов и расширения вовлеченной аудитории в разработки технологий, в стране применяются следующие меры:

• создание базы для дальнейшей интеграции цифровых инноваций в сфере логистики (покрытие магистралей транспорта разного типа мобильными сетями последнего поколения);
• приведение сервисов платформ к единым стандартам и протоколам безопасности;
• разработка свода правил для беспилотных и высокоавтоматизированных видов транспорта (автомобильного, железнодорожного, авиационного, водного);
• продвижение перспективных цифровых разработок путем льготного кредитования;
• формирование правовой базы для регулирования процесса оборота информации;
• подготовка кадрового научного состава в сфере цифровых технологий.

Данные ИСИЭЗ НИУ ВШЭ говорят о том, что цифровизация транспортной сферы к 2030-му году даст накопительный эффект в виде 20-процентного роста производительности в сфере труда. А сети мобсвязи 6G заметно повысят коэффициент «цифровой зрелости» ряда отраслей экономики страны.

Об этом ключевом документе развития цифровизации в стране мы уже упоминали выше. В соответствии с позициями Дорожной карты к 2030-му году ожидается переход на сети 6G. Подготовка к этому ведется пошагово. Так, в рамках документа с 2023 года стартовала разработка рекомендаций для анализа совместимости по электромагнитным показателям и определения санитарно-эпидемиологических требований к оборудованию сетей стандарта 6G.

С 2024-го года начнется разработка технических требований к оборудованию сетей 6G и их актуализация с учетом проводимых исследований. В этот же период стартует разработка предложений по переходу мобильных сетей от стандарта 5G к 6G.

Согласно Дорожной карте со следующего года также начнутся исследования возможностей использования искусственного интеллекта для повышения эффективности мобильных сетей 6G. Кроме того будет объявлен старт конструкторской деятельности по разработке технологий сетей нового поколения.

Важная задача – определение радиочастот, на которых в будущем будут развернуты сети беспроводной связи 6G. Известно, что изначально под сети 6G планируется отдать некоторые участки радиочастотных полос непрерывной ширины от 1 ГГц в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах. Это требует обширной подготовительной работы:

• по предварительному изучению загруженности различных типов уже используемых радиочастотных полос;
• по обновлению правовых и нормативных документов, регламентирующих работу сотовых сетей;
• по корректировке алгоритмов расчета санитарных зон, а также защитных зон действия сотовой сети и так далее.

Специалисты говорят о целесообразности выделения непрерывной радиочастотной полосы нескольким операторам сетей нового стандарта 6G. Причем, на каждого оператора предлагается выделять по 1 ГГц. Указанная работа может быть проведена в рамках грядущего редактирования Таблицы распределения радиочастот, определяющей работу радиослужб страны.

Кроме того, в рамках деятельности по обеспечению частотами сетей нового стандарта требуется проведение исследований в сфере оказания воздействия на людей и животных сверхвысокими частотами. Результаты исследовательских работ должны находиться в открытом доступе во избежание возникновения протестных настроений у населения. Также указанные исследования должны лечь в основу обновленных санитарно-эпидемиологических правил и норм.

В России Дорожная карта, регламентирующая развитие нового стандарта мобильной связи, ограничивается временным периодом до 2030-го года включительно. К этому моменту должно начаться коммерческое использование первых сетей беспроводной связи 6G.

Развитие инфраструктуры для повсеместного внедрения 6G в ближайшие годы не предусмотрено. Пока акцент делается на различных исследованиях, касающихся сетей нового поколения. Одновременно с этим ведется разработка механизмов и технологий, необходимых для пилотного запуска широкополосного доступа к 6G. Это предполагает:

• конструирование средств связи для работы в субтерагерцовых и терагерцовых частотных диапазонах;
• поиск инновационных решения для кодирования сигнала при передаче информации, а также модуляции сигнала;
• использование ИИ при разработке технологического компонента сетей 6G;
• повышение в системе спектральной эффективности и устойчивости к помехам;
• использование при становлении мобильных сетей нового поколения машинного обучения и прочее.

Ожидается, что 6G станут стандартом по внедрению ИИ в беспроводные сети. Такой подход должен снизить себестоимость и энергопотребление 6G по сравнению с сетями предыдущих поколений.

В рамках разработки инфраструктуры 6G проводятся различные исследования, направленные на обнаружение новых способов получения электричества для обслуживания беспроводных сетей. Среди них такие неординарные способы, как выработка электричества за счет микровибраций, солнечного излучения, высокочастотного сигнала и так далее.

Все настоящие и будущие телекоммуникационные сети России должны использовать отечественные приборы и изделия, входящие в электронную компонентную базу (ЭКБ). Это требование прописано в национальной программе, посвященной развитию цифровой экономики. Требование призвано повысить конкурентоспособность промышленности России в радиоэлектронной сфере в условиях мировой гонки технологий.

Исследования, проводимые в области формирования сетей 6G, и конструируемые в ходе них разработки должны послужить мощным толчком для модернизации и дальнейшего развития ЭКБ России. В обозримом будущем эта отрасль должна изменить свой тип, совершив переход из обеспечивающей области в формирующую.

Такая трансформация необходима в условиях активного развития новых глобальных рынков в сфере радиоэлектронной промышленности. Она требует продолжения исследовательских, научных и опытно-конструкторских работ по всем основным и смежным направлениям, способных оказать положительное воздействие на развитие электронной промышленности и иных технологий, применяемых в 6G-сетях беспроводной связи.

Сервисы сетей беспроводной связи 6G должны развиваться в соответствии с последними новинками технологического процесса по созданию оборудования, необходимого для нормального функционирования сотовой связи. Только такой подход позволит обеспечить к 2030-му году нужный уровень функциональности сетей нового поколения, а также вывести рентабельность сетей сотовой связи 6G на нужный уровень.

При переходе со стандарта 5G к сетям следующего поколения работа будет вестись сразу по нескольким направлениям. Среди них:

• Появление новых сервисов в сфере телекоммуникации (связь «человек-машина», технологий с ИИ и другое).
• Разделение сервисов 5G и 6G за счет дальнейшего совершенствования технологий сетей нового поколения (усовершенствование роботизации, развитие беспилотного транспорта всех видов, расширение ареала применения межмашинных связей в разных сферах экономики и так далее).
• Добавление в сервисы новых возможностей в свете необходимости дальнейшего расширения функционала сетей мобильной связи 6G (например, увеличение средней и пиковой скорости передачи данных для бесперебойного функционирования тактильного интернета, 3D- и голографической связь, и прочее).

Действующая в России Дорожная карта дает понимание основных перспектив в сфере развития информационно-коммуникационных технологий, задействованных в становлении 6G. Например, к ним относится совершенствование многоцелевых сервисов связи. Также большое внимание уделяется развитию широкополосной связи, демонстрирующей высокую надежность и мизерную задержку сигнала. Подобная связь будет востребована в рамках оказания услуг по использованию технологий иммерсионной реальности и в иных высокотехнологичных проектах.

К передовым сервисам сетей стандарта 6G относится и высокая безопасность передаваемой информации. Этот сервис особенно важен в проектах, направленных на формирование системы электронного здравоохранения, цифрового города и прочее.

Большое значение в грядущем становлении сетей 6G имеет трансформация архитектуры мобильной связи. Это, в частности, достигается за счет изобретения и реализации инновационных подходов к взаимодействию наземных секций сети с аэрокосмическими узлами связи.

Указанные разработки требуют постоянных инноваций и актуализации данных. Поэтому данная работа ведется на постоянной основе и регулируется на государственном уровне.

В данный момент основные исследования технологий нового поколения мобильных беспроводных сетей ведутся в ФГУП НИИР. Наиболее перспективные направления:

• изучение возможностей по увеличению спектральной эффективности сетей беспроводной связи 6G,
• расширение пропускной способности 6G,
• работа в сфере пространственного мультиплексирования, используемого в системах антенн для сетей нового поколения,
• изучение топологии 6G и прочее.

За основу часто берутся технологии сетей стандарта 5G. Например, уже существующие алгоритмы формирования и обработки сигналов исследуются на предмет использования в рамках стандартов мобильной связи следующего поколения. Также интерес разработчиков вызывают доработка и трансформация технологий 5G, отвечающих за пропускную способность. Это дает возможность создавать новые алгоритмы производственных процессов, которые позволили бы еще более увеличить пропускную способность беспроводных мобильных сетей.

Во всем мире проводятся научные работы, направленные на изобретение инновационных способов образования новых видов групповых сигналов. Промежуточным результатом должен стать рост спектральной эффективности и, как следствие, увеличение пропускной способности мобильных сетей.

В России на федеральном уровне одним из наиболее важных направлений научного и технологического развития называют формирование пакета инноваций, который в будущем создаст платформу для внедрения в производственные и социальные процессы сетей связи новых поколений (в том числе и стандарта 6G).

Существующая Дорожная карта позволяет синхронизировать исследования, проводимые в различных сферах науки и технологий. Такой подход призван обеспечить максимальный эффект в работе по выработке алгоритмов развития технологий для создания сверхбыстрой и сверхнадежной беспроводной сети.

Похожее влияние на происходящие процессы должна оказать обновленная нормативно-правовая база, регламентирующая работу операторов мобильных сетей и функционирование иных сфер экономики, задействующих в своей деятельности беспроводные технологии передачи данных. Начало обновлению законодательства было положено в 2020-м году в связи с подписанием проекта Дорожной карты, регламентирующей пути развития в стране сетей беспроводной связи 6G. Этот документ на десятилетний срок определил основные направления развития сотовой связи и на федеральном уровне утвердил комплекс мероприятий, необходимых для повышения компетенций российских разработчиков, задействованных в технологических исследованиях для сети 6G.

Работа по реализации амбициозного проекта по внедрению в промышленные и социальные сферы России инновационных решений в мобильной связи пока находится на начальном этапе. Впереди — формирование благоприятных условий для коммерческого становления сетей стандарта 6G в целом, и повышения заинтересованности в проекте отечественных производителей оборудования для мобильной связи, в частности.

Для успешной реализации намеченных планов на федеральном уровне следует предпринять ряд шагов для исключения дублирования исследовательских работ. Это поможет быстрее достичь прорывных результатов в сфере инновационных технологий для мобильных сетей. Также необходимо четкое понимание происходящих в сфере беспроводных технологий процессов и эффективное распределение имеющихся ресурсов. Все вместе это позволит в ближайшие годы сформировать крепкий фундамент для развития сетей 6G в России.