Czy technologia 6G przekroczy wszystkie granice?

Od niedawna wdrażany jest na świecie standard piątej generacji, a niektóre kraje i koncerny telekomunikacyjne aktywnie pracują już nad nową generacją łączności bezprzewodowej. W Chinach trwają prace badawczo-rozwojowe prowadzone m.in. przez firmy telekomunikacyjne China Unicom oraz ZTE. Państwo Środka zaplanowało komercjalizację standardu na 2030 rok. Wtedy też sieć 6G chce wdrożyć Japonia. W Europie, poza konsorcjum Hexa-X zrzeszającym firmy i uczelnie zajmujące się opracowaniem standardów dla łączności kolejnej generacji, nad nowym systemem łączności pracują Niemcy. Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych Republiki Federalnej do 2025 roku planuje zainwestować 685 milionów euro w przedsięwzięcia dotyczące 6G.

Mówiąc o przekraczaniu granic przez nową technologię, należy zacząć od informacji o umieszczeniu na orbicie w listopadzie 2020 roku chińskiego satelity komunikacyjnego. Satelita jest wykorzystywany do testów komunikacyjnej technologii nowej generacji. Przedsmak tego, co nas czeka, można sobie uzmysłowić analizując parametry transmisyjne nowo projektowanego standardu łączności, a więc prędkość transmisji danych sięgająca do 800 Gbit/s, a nawet do nawet 1 terabita na sekundę, przy opóźnieniach sygnału nie przekraczających 0,1 ms. Oczywiście tak szybka transmisja odbywać się będzie kosztem zasięgu radiowego, a to za sprawą zakresu częstotliwości, jaki będzie do jej funkcjonowania zastosowany. Mówimy tutaj o mikrofalach z bardzo wysokiego zakresu.

W opublikowanej w ubiegłym roku przez firmę Samsung „białej księdze” przedstawiono wizję firmy dotyczącą wykorzystania globalnych pasm częstotliwości dla technologii komunikacyjnej nowej generacji 6G. Dokument zatytułowany „Zakres 6G: poszerzanie granic” omawia sposoby pozyskania widma niezbędnego do jej realizacji. Technologia 6G wymaga ultraszerokości ciągłego pasma od setek MHz do dziesiątek GHz, które charakteryzują się ultraszybką komunikacją i dużą liczbą danych. Rośnie również zapotrzebowanie na większy zasięg. W odpowiedzi na te potrzeby proponuje się rozważenie wszystkich dostępnych pasm dla technologii 6G: od niskiego pasma poniżej 1 GHz, poprzez średnie pasmo z zakresu 1-24 GHz, aż do wysokiego z zakresu 24-300 GHz. Należy zapewnić pasma częstotliwości dla komercyjnych wdrożeń 6G, ponieważ sieci 5G będą nadal działać, gdy rozpocznie się wdrażanie 6G. Pasmo środkowe z zakresu 7-24 GHz może być dobrym wyborem mogącym zapewnić szybszą transmisję danych i rozsądny zasięg. Pasmo subterahercowe (sub-THz) z zakresu 92-300 GHz jest rozważane do obsługi ultraszybkiej transmisji danych. Pasmo sub-THz jest wskazywane jako potencjalne dla komunikacji 6G, w której dane mają być przesyłane z szybkością do 1 terabita na sekundę (Tb/s), czyli 50 razy szybciej niż w sieci 5G (20 Gb/s). W czerwcu 2021 roku Samsung zademonstrował technologię, która umożliwiła transmisję danych z prędkością 6 Gb/s w pomieszczeniach zamkniętych na odległość 15 m, a w następnym roku – z prędkością 12 Gb/s w pomieszczeniach zamkniętych na odległość 30 m i 2,3 Gb/s w przestrzeni otwartej na odległość 120 m.

Jak widać, do osiągnięcia bardzo wysokich przepływności potrzeba jeszcze kilku lat badań i wysiłku inżynierów, przed którymi stoi bardzo trudne zadanie skonstruowania urządzeń nadawczych pracujących w tak wysokich zakresach częstotliwości mikrofalowych. Pomyślnie przeprowadzone przez Samsunga próby w zakresie częstotliwości kilkunastu gigaherców napawają optymizmem, aczkolwiek badania na częstotliwościach umożliwiających transmisję danych rzędu 1 Tbit/s uzależnione są od okiełznania półprzewodników generujących bardzo wysokie częstotliwości. Obecnie technologia generowania mikrofal wykorzystuje generatory YiG stosowane powszechnie w kuchenkach mikrofalowych. Urządzenia te obecnie wymagają sporo energii do zasilania, a zastosowanie ich do technologii komunikacyjnych będzie wymagało dodatkowo opracowania stabilnej częstotliwościowo wersji – a to może potrwać kilka lat. Kiedy uporamy się z tym wszystkim, będzie można mówić o sukcesie i rzeczywistej perspektywie wdrożenia maksymalnej wydajności nowej technologii.

Chińskie firmy, w odróżnieniu od Samsunga i konsorcjum Hexa-X (które będą bazowały na infrastrukturze naziemnej), zamierzają wdrożyć technologię 6G opartą na systemie satelitarnym. Jak wspomniano wcześniej, w 2020 roku na orbicie umieszczono satelitę, który uczestniczy w testach transmisji danych. Już teraz wiadomo, że dzięki satelitom będzie można przekazywać informacje jednocześnie do 10 milionów urządzeń na każdym kilometrze kwadratowym terenu. O transmisji z Ziemi do satelity na razie się nie mówi, ale specjaliści oceniają, że odbywać się ona będzie za pomocą zbiorczych transponderów, takich jak dzisiejsze maszty telefonii komórkowej. Będzie to zatem sieć o wysokich możliwościach odbierania danych przez użytkowników i stosunkowo niewielkich możliwościach ich wysyłania z terminala abonenckiego do stacji bazowej, podobnie jak to ma miejsce w sieciach 5G.

Pomimo że bardzo ambitnie o swojej roli w kontekście 6G wypowiadają się Chińczycy, to na czoło stawki pracujących nad tym rozwiązaniem wysuwa się Korea Południowa. Tamtejsze władze zapowiedziały, że wdrożenie nowego standardu komunikacji ma nastąpić już w 2028 roku, czyli dwa lata szybciej niż pierwotnie planowano. Rząd Republiki Korei będzie zachęcał lokalne firmy do produkcji materiałów, komponentów i sprzętu do rozwoju swojej sieci 6G. Planuje również wzmocnić własny łańcuch dostaw, aby ją wesprzeć. Projekt wart jest 625,3 miliarda wonów, a więc około 482,1 miliona dolarów. Dzięki tej inicjatywie Korea Południowa chce pokonać resztę świata w wyścigu o technologię 6G.

Jak pokazują prowadzone w Korei Południowej testy, tamtejsze LG Electronics pobiło rekord odległości przesłanych danych wykorzystując standard 6G. Na przestrzeni 250 m, przy wykorzystaniu odpowiedniego wzmacniacza sygnału, LG było w stanie przeprowadzić szybką transmisję danych na częstotliwościach z zakresu od 155 do 175 GHz. Koreańczycy twierdzą, że sama prędkość 6G ma być około 50 razy większa iż w przypadku 5G. Jak dotąd największą przeszkodą 6G pozostaje sam zasięg. Wykorzystanie mikrofal do transmisji wymaga sporego wzmocnienia sygnału – w przeciwnym wypadku nie będzie on w stanie wykorzystać w pełni swojego potencjału. Według LG w przypadku 6G wystarczy, aby stacje bazowe w środowisku miejskim były oddalone od siebie o około 250 m. To niewielka odległość, która będzie wymagała przebudowy obecnie istniejącej infrastruktury.

Sporo problemów przysparza również zaprojektowanie terminala noszonego, którym będą posługiwali się ludzie. O ile wyposażenie urządzeń i maszyn w tę technologię nie nastręcza problemu, o tyle zaopatrzenie ludzi w urządzenie końcowe jest problematyczne ze względu na szkodliwość mikrofal. Koreańscy naukowcy zakładają, że część nadawcza urządzenia, a więc transmitery sygnału, zamiast w „telefonie komórkowym” będą umieszczane na ręce w formie bransoletki. Rozważany jest również model transmisji optycznej od użytkownika do stacji bazowych i przy pomocy mikrofal od stacji do użytkownika. Czas pokaże, jaką formę przyjmie standard 6G.

Na koniec warto wspomnieć, co zyskamy dzięki wdrożeniu kolejnej generacji systemu łączności bezprzewodowej. Na pewno polepszy się komunikacja między ludźmi i maszynami, a wdrożenie nowego standardu pozwoli na monitorowanie wszystkich usług w miastach i lepsze zarządzanie nimi. Na pewno skorzysta z nowej technologii biznes. Już teraz wskazuje się kilka bardzo obiecujących kierunków, które mogą na zawsze zmienić oblicze relacji zawodowych na świecie. Podsumowując – na wdrożeniu nowej technologii skorzystają praktycznie wszystkie aspekty współczesnego życia.

MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE

Czytaj dalej