Do czego będą zdolne sieci 6G?

Przeczytaj także: 6G umożliwi całkowite wyeliminowanie komunikacji przewodowej?

Do czego będą zdolne sieci 6G, a czego nie można osiągnąć za pomocą dzisiejszych sieci 5G?

Podczas gdy dzisiejsze najbardziej zaawansowane sieci 5G zapewniają najwyższą wydajność, na którą pozwala nam technologia, rozwój w pokrewnych dziedzinach, takich jak AI/ML, półprzewodniki i materiałoznawstwo, pozwoli przyszłym sieciom telekomunikacyjnym osiągnąć jeszcze wyższe cele. Podążając śladami poprzednich generacji, 6G nie tylko udoskonali podstawowe funkcje 5G, takie jak ulepszona mobilna łączność szerokopasmowa (eMBB), masowa łączność typu maszynowego (mMTC) i ultraniezawodna łączność o niskim opóźnieniu (URLLC), ale także przyniesie dodatkowe usprawnienia w zakresie niezawodności, pozycjonowania, dokładności wykrywania i przede wszystkim efektywności energetycznej.

Płynne interakcje między światem fizycznym i cyfrowym będą kluczowymi cechami 6G. Komunikacja multisensoryczna i immersyjna umożliwi prawdziwą realizację Rozszerzonej, Wirtualnej i Mieszanej Rzeczywistości (eXtended Reality). Metaverse i cyfrowe bliźniaki będą dalej rozwijane dzięki 6G, podczas gdy Coboty (roboty współpracujące) będą napędzać potrzeby w zakresie wysokiej dokładności wykrywania, pozycjonowania i niezawodności w złożonych środowiskach przemysłowych.

Technologia 6G musi uwzględniać zrównoważony rozwój i zwalczać nierówności cyfrowe. Jej sukces będzie mierzony nie tylko własnym wkładem branży telekomunikacyjnej, ale także tym, w jaki sposób umożliwi on innym sektorom przemysłu i rządom osiągnięcie ich celów w zakresie zrównoważonego rozwoju.

Kiedy nadejdzie 6G?

Zazwyczaj nowe technologie komórkowe są opracowywane w perspektywie około 10 lat. Spodziewamy się, że 6G znajdzie się w fazie początkowej pod koniec tej dekady, a w pełniejszym zakresie na początku następnej dekady. Projekty badawcze na całym świecie, takie jak Hexa-X i Hexa-X-II, którymi kieruje Nokia, opracowują elementy techniczne sieci nowej generacji. Poprzez Światową Konferencję Radiokomunikacyjną (WRC), ITU-R ma zdecydować o pasmach częstotliwości i warunkach dla 6G. Wraz z ITU-R, 3GPP będzie musiała określić wymagania standaryzacyjne, a pierwsze specyfikacje 6G mają być dostępne w 3GPP Release 21 w 2H28.

Decyzje dotyczące potencjalnych pasm widma, które zostaną zbadane pod kątem 6G, zostaną prawdopodobnie podjęte na WRC-23, co zapewni, że warunki użytkowania zostaną zbadane i będą dostępne do 2030 roku.

Czy potrzebujemy innego pasma dla 6G?

Doświadczenia branży związane z rozwojem i wdrażaniem poprzednich generacji sieci komórkowych podkreśliły kluczowe znaczenie posiadania przez każdą z nich własnego dedykowanego widma "startowego", np. UMTS @2 GHz, LTE @2,6 GHz, 5G @3,5 GHz. Gdy zbliżamy się do WRC-23, pytania, które pojawiają się podczas omawiania kandydujących pasm 6G, brzmią: dlaczego więcej widma, dlaczego teraz, ile i z jakich pasm częstotliwości?

Pomyślny start każdej generacji sieci w znacznym stopniu zależy od dostępności nowych, pionierskich pasm umożliwiających wdrożenia makrokomórkowe. Globalny ruch komórkowy rośnie z roku na rok i będzie tak przez całą dekadę. Badania szacują, że jego natężenie potroi się w latach 2022-2027. W związku z tym wymagane będzie dodatkowe widmo, aby wesprzeć taki wzrost w sposób zrównoważony pod względem ekonomicznym i środowiskowym.

Dlaczego już teraz?

Pasmo jest siłą napędową bezprzewodowej szerokopasmowej komunikacji mobilnej i bez terminowego dostępu do właściwego pasma większość obietnic związanych z 6G pozostanie niespełniona. Mapa rozwoju widma dla 6G musi zostać zdefiniowana z dużym wyprzedzeniem, ponieważ zazwyczaj udostępnienie widma nowej generacji mobilnej zajmuje do dekady od decyzji WRC. Dlatego też, aby udostępnić odpowiednie widmo w nadchodzących latach, musimy działać już teraz.

Z jakich pasm?

Widmo w różnych zakresach częstotliwości - niskim, średnim i wysokim - ma kluczowe znaczenie dla komercyjnego sukcesu 6G. Jednym z głównych wniosków płynących z wprowadzenia 5G jest to, że ponowne wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej z nowym widmem ma kluczowe znaczenie dla planowania sieci i efektywności kosztowej.

Nokia uważa, że aby zrównoważyć pojemność i zasięg, potrzebne jest nowe widmo średniego pasma z zakresu częstotliwości 7-15 GHz, w szczególności z zakresu 7,125-8,5 GHz, 10,7-13,25 GHz i 14-15,35 GHz. Skupienie się na tych zakresach w następnym cyklu badań ITU-R umożliwiłoby dostępność widma na czas przed wprowadzeniem 6G przed 2030 rokiem.

Dodatkowe badania nad 6G trwają nad widmem poniżej częstotliwości THz, które może być przydatne w zastosowaniach takich jak wykrywanie i pozycjonowanie o wysokiej dokładności. Ponieważ charakterystyka propagacji częstotliwości sub-THz nie pozwala na efektywne dostarczanie przepustowości i zasięgu w sieciach rozległych, takie widmo może jedynie uzupełniać średnie pasma, a nie je zastępować.

Z perspektywy regulacyjnej identyfikacja nowego widma dla sieci bezprzewodowych w rozszerzonym paśmie środkowym będzie miała kluczowe znaczenie dla branży, ponieważ może umożliwić globalną lub regionalną harmonizację, zapewnić pewność regulacyjną dla inwestycji technologicznych w ekosystemie i stworzyć korzyści skali dla szybszego rozwoju i szerszej adaptacji.

Jak dużo?

Wstępne obliczenia zapotrzebowania na widmo 6G dla XR i komunikacji holograficznej zostały opracowane przez GSA (Global mobile Supplier Association), przy aktywnym udziale Nokii. Aby zaspokoić potrzeby niektórych przypadków użycia 6G wymagających dużej ilości danych, minimalne wymagane widmo szerokopasmowe szacuje się na około 1 GHz na sieć.
Biorąc pod uwagę trzech do czterech operatorów na kraj i zakładając, że w perspektywie długoterminowej dostępne istniejące widmo średniego pasma (około 1 GHz) zostanie ponownie wykorzystane wyłącznie do obsługi przypadków użycia na rozległym obszarze, wówczas potrzebne będzie około 500-750 MHz dodatkowego nowego widma na rozległym obszarze na sieć w zakresie 7-15 GHz.

Decyzje poprzednich WRC, które zidentyfikowały widmo dla międzynarodowej komunikacji mobilnej, okazały się rozsądne. Istniejąca globalna mapa widma ma kluczowe znaczenie dla rozwoju nowych technologii, branż wertykalnych, ulepszonych ekosystemów, korzyści społecznych i wzrostu gospodarczego, ale pozostaje pytanie: czy to widmo będzie wystarczające dla 6G?

Dlaczego potrzeba więcej widma, skoro jest go już tak dużo?

Podczas gdy reframing istniejących pasm częstotliwości w celu wdrożenia 6G jest możliwy, wiąże się to z wyzwaniami regulacyjnymi i kompatybilnością. Wycofanie poprzednich generacji telefonii komórkowej nie jest prostym procesem i wciąż uczymy się na doświadczeniach związanych z wycofywaniem 2G i 3G. Mimo że obecne postępy technologiczne pozwalają na równoległe korzystanie z różnych generacji telefonii komórkowej w jednym paśmie częstotliwości tam, gdzie jest to potrzebne, można je uznać jedynie za rozwiązania tymczasowe. Nie zapewniają one bowiem efektywnego wykorzystania widma. Niemniej jednak, nawet jeśli wyzwania związane z regulacjami, kompatybilnością i wydajnością zostaną pokonane, istniejące dostępne widmo nadal nie będzie wystarczające, aby zaspokoić oczekiwane zapotrzebowanie na ruch danych dla 6G do końca dekady.

Dlaczego potrzeba więcej widma, skoro sieci komórkowe można zagęścić, aby osiągnąć wyższą przepustowość?

Zagęszczenie sieci nie zawsze jest ekonomicznie opłacalnym lub zrównoważonym rozwiązaniem. Małe komórki muszą zachować wyraźne odległości między sobą, aby uniknąć wzajemnych zakłóceń, podczas gdy gęstość rozmieszczenia musi utrzymywać ten sam poziom doświadczenia podczas przełączania. Zidentyfikowanie lokalizacji dla wielu małych komórek znacznie utrudnia planowanie i wdrażanie sieci, podczas gdy koszty nabycia i eksploatacji w celu osiągnięcia ekstremalnego zagęszczenia znacznie zwiększą koszty instalacji i działania.

Ekstremalne zagęszczenie w celu zapewnienia wysokiego komfortu użytkowania będzie miało również negatywny wpływ na ślad węglowy. Ostatnie badania wykazały, że w przypadku braku dodatkowego widma w średnim paśmie, całkowity koszt utrzymania sieci będzie 3-5 razy wyższy w okresie dziesięciu lat, a ślad węglowy wymagany do zapewnienia docelowych poziomów wydajności będzie 1,8-2,9 razy większy. W związku z tym zagęszczenie samo w sobie nie może być uważane za jedyne rozwiązanie zapewniające dodatkową przepustowość.

Dlaczego potrzeba więcej widma w średnim paśmie, skoro istnieje duży potencjał szerszej identyfikacji pasma w górnym zakresie?

Różne zakresy częstotliwości zaspokajają różne potrzeby w zakresie widma i obsługują różne przypadki użycia. Wczesne raporty sugerują różne szerokości widma potrzebne do zapewnienia pełnego doświadczenia 6G w środowisku makro. Górne pasmo 6 GHz (6425-7125 MHz) będzie miało kluczowe znaczenie dla umożliwienia wzrostu i będzie wykorzystywane głównie w dalszej ewolucji 5G-Advanced, a ostatecznie, w niektórych krajach, jako podstawa do wprowadzenia 6G. Jednak samo to pasmo, z dostępną łączną częstotliwością 700 MHz, nie będzie wystarczające, aby zaspokoić indywidualne krajowe zapotrzebowanie na widmo dla 6G. Co więcej, jego potencjał do globalnej harmonizacji do użytku mobilnego jest mało prawdopodobny.

Dlaczego potrzeba więcej widma, skoro istniejące pasmo milimetrowe jest obecnie wykorzystywane w niewystarczającym stopniu?

Widmo milimetrowe jest obiecującym zakresem dla ulepszeń o wysokiej przepustowości, głównie w zagęszczonych środowiskach miejskich. Niemniej jednak charakter sygnałów w tych częstotliwościach nie może stanowić realnego rozwiązania dla zasięgu makrokomórkowego. Dostępne widmo w pasmach milimetrowych może osiągnąć prędkości gigabitowe, ale tylko w niewielkich zasięgach. Biorąc pod uwagę wyzwania związane z rozprzestrzenianiem się, a także wyzwania ekonomiczne i związane ze zrównoważonym rozwojem wynikające z ekstremalnego zagęszczenia, jasne jest, że widmo milimetrowe jest optymalne dla lokalnego zwiększenia przepustowości, a nie dla zasięgu makrokomórkowego.

Wnioski

W ciągu ostatnich trzydziestu lat telekomunikacja komórkowa przyniosła ludzkości bezprecedensowe korzyści, a ich wpływ ma być jeszcze większy w ciągu najbliższych kilku dekad wraz z przyjęciem 6G.

Oprócz obecnie wyznaczonego pasma, 6G będzie wymagało nowego widma, aby zaspokoić zapotrzebowanie na dane do 2030 roku. Nowe widmo będzie działać jako czynnik umożliwiający branży osiągnięcie celów w zakresie wydajności i zrównoważonego rozwoju, przy jednoczesnym utrzymaniu rentownego środowiska gospodarczego w celu przyciągnięcia inwestycji. Z perspektywy regulacyjnej identyfikacja nowego widma w rozszerzonym paśmie środkowym 7-15 GHz (tj. 7,125-8,5 GHz, 10,7-13,25 GHz i 14-15,35 GHz) będzie miała kluczowe znaczenie dla branży. Może to umożliwić globalną i regionalną harmonizację, zapewnić pewność regulacyjną dla inwestycji technologicznych w ekosystemie i umożliwić korzyści skali potrzebne do szybszego rozwoju i szerszego przyjęcia.

Będąc liderem w rozwoju technologii komórkowych, Nokia prowadzi w wyścigu 6G, aby zaspokoić potrzeby społeczeństwa w przyszłości. Widmo jest kamieniem milowym dla tego rozwoju i pełnej realizacji doświadczenia 6G. Do tej pory widmo dla sieci mobilnych umożliwiło światu przejście od wiadomości tekstowych i mediów społecznościowych do transmisji na żywo i aplikacji AR. Dzięki 6G chcemy pójść o krok dalej, tworząc podstawy do wygenerowania nowej rzeczywistości fizycznej.