Больше 20 команд в мире системно разрабатывают технологии мобильной связи шестого поколения – 6G. Проекты запущены в Евросоюзе, Китае, США, Японии, Южной Корее и других странах. Есть исследовательские группы в Международном союзе электросвязи (ITU) и в Институте инженеров электротехники и электроники (IEEE). В России шестое поколение с 2019 года изучает Центр компетенций НТИ в Сколтехе. Центр разработал проект программы по развитию 6G в России.
Разобрались с Дмитрием Лаконцевым, руководителем Центра компетенций и экспертом в области телекоммуникационных систем и беспроводных технологий, какое место в этих исследованиях занимает Россия и каковы ее шансы в гонке за 6G.
В исследованиях участвует весь мир
— Как думаете, в какой стране 6G появится в коммерческой эксплуатации раньше всех?
— Сейчас начался новый десятилетний цикл развития сотовой связи: страны параллельно разворачивают сети пятого поколения и исследуют 6G. Закончится этот цикл примерно в 2030 году, когда начнется массовое коммерческое внедрение 6G. Лидерами будут страны, которые на раннем этапе включились в глобальный исследовательский процесс, а также предусмотрели поддержку для развертывания цифровой инфраструктуры нового поколения. Чем раньше начнется подготовка, тем лучше будет экономический эффект. Именно поэтому для России очень важно начать заниматься 6G уже сейчас.
Будем честными, пятое поколение наша страна проспала. И не мы одни: к примеру, США и Евросоюз (кроме Швеции и Финляндии) тоже оказались в похожей ситуации. Что пришлось делать отстающим?
США начали активно инвестировать в собственные разработки 5G и открытую архитектуру сетей, а также решили ряд проблем регулирования. В середине марта 2021 года президент США Джо Байден принял инфраструктурный пакт с бюджетом в $1,9 трлн, в который включили меры по развитию 5G и созданию защищенной цепочки поставки микроэлектроники для нужд телекоммуникационной промышленности. В Евросоюзе запустили несколько проектов по поддержке 5G.
Но интереснее посмотреть на лидера: им в гонке за 5G стал Китай и его самый крупный производитель телекоммуникационного оборудования — Huawei. Правительство КНР последовательно шло к этому успеху. Они сделали ставку на развитие телекома 20 лет назад. В последние 10 лет Китай все больше вкладывает в развитие инфраструктурных проектов. Недавно они приняли «Государственный план развития промышленного интернета на 2021–2023 год», которые обеспечит внедрение прорывных сервисов 5G в промышленности.
«Будем честными, пятое поколение наша страна проспала. И не мы одни: к примеру, США и Евросоюз (кроме Швеции и Финляндии) тоже оказались в похожей ситуации».
Вернемся к 6G. Ставку на шестое поколение делают основные мировые игроки: Китай, США, Южная Корея, Япония и Евросоюз. Там шестое поколение будут внедрять в первую очередь — и эти страны будут наиболее готовы к этому внедрению.
Мы хотим, чтобы Россия вошла в эту группу лидеров. В начале 2020 года по запросу Минпромторга сформировали небольшой стратегический документ, в котором описали, что такое 6G и на каких областях исследований необходимо сосредоточить усилия для разработки этой технологии. Так что план действий у нас есть.
— Многие страны не афишируют работу по 6G. Что известно о конкретных зарубежных проектах?
— Большинство исследовательских групп по 6G сформировалось за последние пару лет. Есть проекты на уровне регионов и государств, на базе университетов и телеком-компаний. Самая известная среди специалистов площадка — финский 6G Flagship. Команда ведет исследования в Университете Оулу: это уважаемое научное учреждение, которое много лет сотрудничает с Nokia. Они уже выпустили ряд документов с описанием технологии.
6G активно и системно исследуют в Китае. Недавно запустили довольно большой проект в Евросоюзе — программа Hexa-X. Этот проект контролируют скандинавы: руководителем и координатором стала Nokia, а техническим менеджером — Ericsson. К инициативе присоединились больше двух десятков компаний: Intel, Siemens, Orange, Telefonica и другие.
В Америке исследованиями занимается, к примеру, альянс Next G. Американцы будут очень активно вкладывать в 6G силы и средства. Они пытаются отыграться за то, что Китай перехватил инициативу по 5G.
В целом в исследованиях 6G участвует весь мир.
Эволюция технологий мобильной связи
У России есть шанс войти в рынок
— Как Россия будет конкурировать за 6G, если не успела с 5G?
— Это серьезная проблема, поскольку технологии развиваются эволюционно. Если в стране нет развернутых в промышленности сетей 5G, то потребуются в разы большие инвестиции для внедрения 6G, поскольку придется начинать с нуля. То же самое касается производства оборудования, внедрения сервисов. Заниматься 6G, перепрыгнув опыт предыдущих поколений связи, очень сложно и дорого. У России, да и у любой другой страны, таких ресурсов попросту нет.
Поэтому мы так настаиваем на создании отечественного оборудования 5G и на одновременной поддержке его внедрения в российскую экономику. Многие говорят: «Давайте сразу фокусироваться на 6G». Но какой смысл в разработках 6G, если промышленность не готова к российским сетевым решениям, а компонентная база не соответствует нуждам производства?
— Все-таки есть шанс наверстать отставание?
— Сейчас идет активный поиск новых решений для 6G, и это наш шанс выйти на рынок наравне со всем миром. У нас есть готовый план, что нужно делать.
Сейчас будет немного сложных терминов. Есть такое понятие, как 6G Gap: серьезный технологический разрыв между пятым и шестым поколением. 6G будет работать в диапазоне от 100 ГГц до 1 ТГц, а полоса пропускания будет составлять десятки гигагерц. Именно за счет такой ширины полосы можно добиться сверхвысокой скорости передачи данных в 1 Тбит/с — это приблизительно в 10 тысяч раз быстрее скоростей 4G/LTE.
«Заниматься 6G, перепрыгнув опыт предыдущих поколений связи, очень сложно и дорого»
Однако микроэлектронику для терагерцового и субтерагерцового диапазонов почти не разрабатывали. Кроме того, классические микроэлектронные компоненты, например процессоры, тоже не подходят для работы в новых полосах частот. Поэтому мы должны вернуться к так называемой функциональной электронике, то есть к производству дискретных элементов, выполняющих одну функцию. Пример: модуль оценки канала или миксер сигнала.
«Есть такое понятие, как 6G Gap: серьезный технологический разрыв между пятым и шестым поколением»
Второе направление — это радиофотоника. С такими скоростями и полосами лучше сразу работать в оптике, минуя классические электрические преобразователи. Такого оборудования сейчас нет, и это хороший шанс для наших ученых, отечественные наработки в этой области весьма неплохие.
6G изменит транспорт и экономику
— В Сколтехе разработан сверхвысокочастотный интегральный электрооптический модулятор для 6G. Что это такое?
— Это концепт одного из новых компонентов для 6G. Мы ставили цель сделать миниатюрное устройство модулирования оптического сигнала с малым потреблением электричества по планарной (то есть «плоской») технологии. На наш взгляд, это одна из базисных технологий 6G.
Модулятор — часть фотоники, он нужен для обработки информации в оптике. Но дело даже не в функции устройства, а в его размере. Такие модуляторы уже существуют, но они довольно большие. Нам же удалось создать кремниевый элемент, который можно поместить в любое пользовательское устройство, например смартфон. Это действительно важно. Кому нужны бешеные скорости от базовых станций, если устройство их не поддерживает?
— Как вы видите решение проблемы радиуса покрытия у базовых станций 6G? При таких частотах радиус охвата сигналом, наверное, десятки метров?
— Страхи понятны. Точно такие же сомнения были при разработке текущего — пятого — поколения. Тесты миллиметрового диапазона еще 2–3 года назад показывали эффективный прием на расстояниях не более 200–250 метров. Но уже сейчас мы видим оборудование, которое позволяет увеличить эти характеристики в несколько раз. Это во-первых.
Во-вторых, идет разработка новых способов управления радиолучом антенных комплексов, развиваются технологии так называемых умных отражающих поверхностей, которые открывают перспективы для создания качественного покрытия в самых сложных ситуациях.
В-третьих, радиооборудование, в том числе базовые станции, становится все меньше. Помните, еще 30 лет назад сотовые телефоны стоили $5000? А сейчас смартфон стоит в 20 раз дешевле, весит в 10 раз меньше, работает в 10 раз дольше.
В-четвертых, появился новый тренд — размещение вычислительных мощностей рядом с потребителем. Технология называется Mobile Edge Computing — мобильные периферийные вычисления. Высокопроизводительные сервера, расположенные на периферии сети, возьмут на себя большую часть вычислений, необходимых для функционирования цифровых экосистем района, завода, улицы, дороги. Вот аналогия: платформы доставки готовой еды. Они работают быстро, потому что кухня находится недалеко от клиента. Она может быть незаметна с улицы, там даже может не быть обычного зала обслуживания. Но она обеспечивает работу всего сегмента доставки в районе.
«С такими скоростями и полосами, как у 6G, лучше сразу работать в оптике, минуя классические электрические преобразователи. Такого оборудования сейчас нет, и это хороший шанс для наших ученых, отечественные наработки в этой области весьма неплохие»
На проблему стоимости внедрения 6G нужно смотреть с инфраструктурной стороны. Мы не увидим стабильной работы беспилотников на дорогах общего пользования. Точка. Вместо этого появятся специализированные трассы для беспилотной «транспортации», то есть перемещения пассажира или груза. Строительство таких дорог очень затратно, но эффект превзойдет все ожидания. Через 10 лет мы увидим работающие беспилотные трассы для перевозки и грузов, и людей. В Пекине (район Тяньцзинь) уже идет строительство комплекса таких магистралей.
Уверен, 6G будет работать как неотъемлемая часть большой инновационной инфраструктуры развитой экономики.