Инновации 25 августа 2022

«Мы ни в коем случае не бросаем 5G!»

Распространившаяся в прессе информация о том, что переход в 6G будет происходить в России с пропуском предыдущего, пятого поколения неверна. Об эволюционном и даже плановом развитии телекоммуникационных технологий мы беседуем с руководителем Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха по технологиям беспроводной связи и интернету вещей Дмитрием Лаконцевым
«Мы ни в коем случае не бросаем 5G!»
Руководитель Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха по технологиям беспроводной связи и интернету вещей Дмитрий Лаконцев
Центр компетенций НТИ

Еще совсем недавно в мире обсуждали перспективы нового поколения сетей связи 5G, из-за которых между США и Китаем произошел крупный конфликт: США не могли простить китайской компании Huawei ее успехов в продвижении своего оборудования для этих сетей. А мы в нашем журнале писали и об этом сюжете, и о развитии сетей 5G в России в статье «Это сладкое слово 5G». Но вот уже и в мире, и в России специалисты стали говорить о новом поколении сетей связи 6G и об их перспективах.

В России одним из ведущих разработчиков аппаратуры для сетей 5G является Центр компетенций НТИ на базе Сколтеха по технологиям беспроводной связи и интернету вещей, о котором мы тоже писали в нашей статье. А недавно в прессе появилась информация о том, что этот центр занялся также разработками систем 6G. Мы встретились с его руководителем Дмитрием Лаконцевым, чтобы понять, для чего нужны новые системы, что предпринимает его центр для их развития и насколько Россия способна решить задачу их создания. Но в начале нашего разговора мы попросили пояснить, что такое сеть 6G и каковы ее основные характеристики, которые отличают ее от сетей предшествующих поколений — 4G и 5G.

— Напомню, что с конца 1980-х годов каждые десять лет у нас появляется новое поколение связи. Мы уже прошли путь от 2G, того самого GSM из 1990-х, до 5G, которое начало внедряться два-три года назад. Соответственно, в 2030-х годах появится 6G, это плановый процесс, который происходит регулярно, потому что так запланировали все разработчики и компании, которые делают такие системы.

Десятилетний шаг не является чем-то дискретным, это непрерывное эволюционное развитие. Это очень важно. Процессы идут параллельно: одни работают над разрешением фундаментальных проблем для шестого поколения, разработкой новой архитектуры, алгоритмов и кодирования, а другие решают более прикладные задачи для поколений 5.5G и 5.9G. К примеру, операторам потребовалась некая функция. Будет создана рабочая группа, чтобы ее реализовать. Потом функцию нужно добавить в спецификации. Постепенная интеграция результатов работы разных исследовательских центров обеспечивает эволюционное развитие. А смена поколений — это просто самая крупная веха для всей отрасли.

С каждым новым поколением связи растут ее характеристики. К примеру, в 5G мы говорим о гигабитных скоростях на устройство, а в 6G речь идет уже о десятках и сотнях гигабит в секунду. В пятом поколении задержка при передаче информации не должна превышать десяти миллисекунд, а в шестом — одну миллисекунду.

Будут в 6G и новые идеи. Сейчас сеть сама по себе, а все, что по ней ходит, — само по себе. В свое время это дало универсальность сети, но сейчас появился запрос на гибкость. Например, приложению нужна маленькая задержка, очень высокая пропускная способность или еще какие-то специфические параметры под специфические запросы. В 6G можно будет по стандартным интерфейсам сообщить сети, чего хочет приложение, а она сама подстроится и обеспечит приложению необходимые характеристики. Это значит, что все, что работает поверх сети, глубоко интегрировано с самой сетью и может задавать параметры сети.

Обратите внимание на взаимообусловленность эволюционного процесса развития сетей связи. С одной стороны эволюция потребления с его постоянно растущими запросами, а с другой — эволюция технологий, позволяющих передавать больше данных и с более гибкими настройками.

Начальная стадия исследований шестого поколения в мире уже активно идет и продолжится, я думаю, до конца 2025 года. Затем начнутся параллельные процессы стандартизации и создания прототипов ключевых устройств для будущей сети. Где-то на рубеже 2027‒2028 годов будут представлены первые лабораторные сети 6G. Первых коммерческих запусков можно ожидать в 2029 году, но это, скорее, пиар. Массовое же развертывание в странах-лидерах начнется в 2030–2032 годах, первая волна. Я надеюсь, что мы попадем во вторую волну 2033–2035 годов.

Не надо думать, что смена поколений носит характер переключения: до 2030 года у нас 5G, а сразу после 2030 года сразу 6G. Это тоже плавная и растянутая во времени эволюция. В одной сети могут уживаться три-четыре поколения связи. Например, мы до сих пор, уже тридцать лет, используем второе поколение — стандарт GSM. Думаю, что и от 4G (LTE) мы еще долго никуда не денемся — оно останется базовой технологией до конца десятилетия.


БАЗ СТАНЦ.jpg
Аппаратура для сетей предшествующих поколений — 4G и 5G
Центр компетенций НТИ

Для чего это нужно

— Вы уже понимаете, для чего будет использоваться 6G?

— Есть закон постоянно растущих потребностей. Для мобильной связи это означает непрерывный рост передаваемого трафика. Увеличивается количество постоянно подключенных датчиков и систем, которые передают видеоданные в реальном времени, появляются постоянно подключенные машины, дроны и роботы. Люди тоже потребляют все больше данных. Например, у китайских абонентов за последние два года объем трафика удвоился и достиг 14,9 гигабайта в месяц. Там уже не редкость пакеты на 70–100 гигабайт, а ведь до 2030 года еще семь лет! Шестое поколение — это прежде всего ответ на этот запрос рынка.

Помимо запроса на передачу все большего объема трафика есть еще мобильная экосистема, которая расширяется и трансформируется. К ней подключается все больше различных устройств интернета вещей. Их специфика в том, что они находятся в онлайне длительные периоды времени, а особенность текущего момента — значительный прирост трафика от них. Это могут быть разные технологические замеры с задержками порядка одной миллисекунды. Если каждый кадр с данными будет весить лишь один килобайт, то уже потребуется восемь мегабит в секунду. А таких сенсоров на одном заводе могут быть тысячи. Добавьте к ним стационарные, мобильные (на машинах и дронах) и носимые видеофиксаторы.

— Вы сказали, что процесс смены систем связи практически запланирован. То есть можно сказать, что, когда заканчивается разработка предыдущего поколения, уже ясно, что надо делать дальше?

— Это ровно так и получается. Есть международные организации, которые занимаются стандартизацией систем связи и координируют процесс их развития. С ними взаимодействует огромное количество исследователей, разработчиков, производителей оборудования. И конечно, лучше, когда все это мировое комьюнити действует в одном ритме. Синхронность работ позволяет отслеживать, что уже исследовали по всему миру разные команды, обобщить результаты и зафиксировать их в документах, которые потом войдут в стандарты. И такими шагами мы потихоньку приближаемся к следующему поколению.

Что нужно исследовать и с кем кооперироваться

— Вы говорите, что сейчас системы 6G находятся на стадии исследования. А что именно исследуется?

— Исследования носят комплексный характер. Конечно же, изучаются собственно техника и технологии, которые будут обеспечивать запланированные функции и характеристики. Нам нужны терабитные скорости, поэтому необходимо использовать очень широкие полосы частот для передачи информации. В полосе ниже шести гигагерц ресурса мало, значит, надо идти выше — в верхний миллиметровый и субтерагерцовый диапазоны, которые свободны. Для них еще нет рабочей радиоэлектроники, нужны новые материалы, кодирование.

Есть и новые подходы, при которых мы будем не в электронном виде формировать сигналы и обрабатывать их, а станем работать в фотонике и уже потом переводить сигналы в верхний миллиметровый диапазон и излучать в эфир.

Но помимо чисто научной стороны есть много и других вопросов: как будет строиться сеть и какие услуги в ней предоставлять. Необходимо оценить экономические параметры системы и бизнес-модели: за счет чего операторы разворачивают инфраструктуру, на чем будут зарабатывать. Очень важным ограничением в таких исследованиях становится то, что на выходе требуется массовое, экономически оправданное производство. Необходимо также сразу думать об информационной безопасности, это должно красной нитью проходить через всю разработку. А ведь есть еще огромный пласт проблем в регуляторике, связанный с высвобождением и использованием частотных диапазонов.

Все эти вопросы надо прорабатывать заранее. И мы с коллегами из других организаций работаем в этом направлении. Недавно в СМИ начали обсуждать российскую программу исследований в области 6G, которую готовили Сколтех и НИИР. Поясню, что пока это проект документа, в котором суммированы предложения по составу программы, с перечнем исследований и предварительной оценкой их результатов. В нем также содержится базовая оценка стоимости первого этапа работ. Пока исследования не ведутся, так как финансирование будет выделено не раньше 2023 года. Или не будет. Тогда 6G в России будет полностью импортным, если, конечно, не возникнет проблем с поставками. Хочу отметить, что в части разработок и исследований мы ориентируемся на международную кооперацию, в которой важная роль может быть отведена Индии и Китаю. Особенно Китаю.

magnifier.png С конца 1980-х годов каждые десять лет у нас появляется новое поколение связи. Мы уже прошли путь от 2G, того самого GSM из 1990-х, до 5G, которое начало внедряться два-три года назад. Соответственно, в 2030-х годах появится 6G, это плановый процесс

Еще раз подчеркну, что большая часть решений по исследованиям будущего поколения связи сейчас принимается не учеными и разработчиками, а правительством, так как любая технология начинается с финансирования.

В Европейском союзе и в США на государственном уровне говорят о поддержке развития 6G как стратегически важной задаче, внедряют пакет мер, выделяют многомиллиардные бюджеты. Ровно то же самое нужно сделать в России: с программой НИОКР, сроками, исполнителями, финансированием. Первый шаг — технология 6G должна попасть в новую версию дорожной карты развития сотовой связи, которую сейчас пишут в «Ростехе». Из-за ограничения поставок техники в нее включат LTE. Одновременно надо начать движение и в 6G. Возможно, что разработанный НИИР и Сколтехом план исследований по шестому поколению в эту дорожную карту тоже войдет.

После публикации в «Коммерсанте» новости об этом проекте я увидел самые разные отклики, вплоть до того, что якобы Сколтех за 30 миллиардов рублей развернет 6G. Это первая фаза исследований, а не производство. Без собственных исследований нельзя перейти к следующим этапам, о которых я только что рассказал, нельзя пойти к иностранным партнерам. Выбросив из процесса исследовательскую работу, нельзя надеяться на большее, чем сборка базовых станций из чужих компонентов и выплаты крупных роялти.

— А вы уже видите круг тех организаций, компаний, которые способны вместе с вами создавать эту технологию?

— Определенные силы есть. Мы начали проводить семинары по обсуждению 6G, и организации к нам подтягиваются, предлагают свои технические решения. Никто в мире не может с нуля создать целое поколение. Так что следует планировать международную кооперацию.

Два важных момента. Если мы хотим вместе работать с Индией, Китаем или любой другой страной, то нужно предлагать взамен что-то свое, ценное и уникальное. Это означает, что именно сейчас мы должны определиться, на чем лучше сфокусироваться — и это второй момент: нельзя распыляться.

На мой взгляд, к таким ключевым сферам относятся технологии приемопередачи, новые системы оптической связи, фотоника. И сейчас мы хотим определиться, на что у нас хватит сил и возможностей. А для этого нужно провести исследования хотя бы на предварительном уровне.

Эти идеи как раз и заложены в программе развития 6G. Она должна заканчиваться созданием прототипов, которые продемонстрируют правильность той или иной концепции, состоятельность исследований и возможность их перевода уже в серийное производство. Готовиться надо заранее, иначе получится как с пятым поколением, когда мы явно впрыгиваем в последний вагон уходящего поезда.

— Вы сказали о возможном сотрудничестве с Китаем и Индией. А они уже ведут исследования в этом направлении?

— Да, безусловно. Индия уже запустила программы исследований, причем в этой стране много R&D-центров международных компаний, которые также спонсируют работы в местных университетах. Китай, я уверен, уже ведет серьезные разработки, но мало про это рассказывает. По количеству новых патентов в мобильной связи Китай является лидером, что подтверждает: работа идет. Еще в эпоху внедрения 4G Китай признал, что телекоммуникации и мобильная связь в частности — это приоритетные технологии. Было принято решение стать абсолютным лидером в 5G в мире, и эту задачу они выполнили с блеском.

Два из пяти крупнейших производителей оборудования для пятого поколения — это китайские компании Huawei и ZTE. В стране уже 1,8 млн базовых станций 5G, это около 70 процентов от их количества в мире. В скором времени они преодолеют планку в два миллиона. Вы можете себе представить, насколько это огромная отрасль. Я уверен, что пальму первенства они ни в коем случае не отдадут и будут такими же лидерами в 6G.

А США упустили 5G, но усвоили этот урок и сейчас вкладывают огромные ресурсы в 6G, чтобы догнать Китай.

magnifier.png С каждым новым поколением связи растут ее характеристики. К примеру, в 5G мы говорим о гигабитных скоростях на устройство, а в 6G речь идет уже о десятках и сотнях гигабит в секунду. В пятом поколении задержка при передаче информации не должна превышать 10 миллисекунд, а в шестом — одну миллисекунду

— Ясно ли, хотя бы примерно, какова будет плотность станций, необходимая для развертывания систем 6G? Известно, что, когда начали развертывать в той же Европе сеть 5G и плотность этих станций резко возросла по сравнению с 4G, там даже началась паника, были случаи, когда станции разрушали, потому что обыватели решили, что такое частое расположение станций опасно. Кроме того, плотность станций говорит о количестве необходимого оборудования…

— Когда мы говорим, что 6G пойдет в более высокий диапазон, это не значит, что оно не будет работать в более низких диапазонах. Сейчас сеть строится как слоеный пирог. Диапазон ниже одного гигагерца используется в основном для площадного покрытия, когда за городом нужно обеспечить связью значительную территорию сравнительно небольшим количеством базовых станций. Средние диапазоны — от двух до пяти гигагерц — подходят для плотной городской застройки, где много потребителей и высокий трафик. А «миллиметры» используются там, где нужно обеспечить супервысокую скорость и суперплотность на небольшой территории. Например, большой цех, наполненный роботами, производственными установками, системами компьютерного зрения и другими устройствами, которые нужно увязать в единую сеть. Соответственно, в зависимости от задачи используются разные частотные диапазоны.

6G будет поддерживать все стандартные частотные диапазоны двух предыдущих поколений. Так что рост плотности базовых станций не сильно зависит от технологии. Основными факторами является растущий трафик абонентов, необходимость надежной связности сети и выбор частотных диапазонов.

— Но тем не менее вы назвали цифру уже в два миллиона станций 5G в Китае...

— В Китае 5G внедряется не только в интересах обычных пользователей. Много новых базовых станций устанавливается на инфраструктурных объектах — в портах, вдоль судоходных каналов и рек, на автомобильных и железных дорогах, на заводах и фабриках, в карьерах и шахтах. 5G также используется для нужд «умного» города: тотальное видеонаблюдение на улицах и на транспорте, беспилотники и так далее. То есть миллионы базовых станций нужны для того, чтобы провести мощную автоматизацию и роботизацию. Добавьте к этому огромную обжитую территорию, где есть люди и бизнесы.

Кстати, любопытный момент. Благодаря тому, что быстрая мобильная связь добралась до сельской местности, в последние пару лет существенно выросло число фермеров-блогеров. Они работают и ведут видеоблог прямо в поле или плодовом саду, показывают и рассказывают про свою продукцию. Некоторые такие «крестьяне» уже вышли на выручку в миллионы долларов. И, что важно, такие прямые продажи фермеру выгодны, не нужно реализовывать урожай торговым сетям по низкой цене. Это хороший пример того, как мобильные сети меняют привычный уклад жизни.


БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ 5G.jpg
Базовая станция для сетей 5G
Центр компетенций НТИ

Наши возможности в 6G и в 5G

— А каковы наши возможности в развитии сетей 6G? Например, если говорить об элементной базе, то, видимо, в нынешних условиях мы рассчитываем в первую очередь на сотрудничество с Китаем?

— У нас можно создавать, к примеру, дизайн необходимой элементной базы, вести базисные исследования по поиску новых материалов, новых архитектур на уровне фотоники и радиофотоники. Россия может быть очень ценным игроком на рынке идей и разработок, у нас есть очень крутые специалисты. Но если говорить о технологиях массового производства, а это фабрики, на которых миллионами и миллиардами штук делают чипы, то здесь, скорее всего, будем полагаться на партнеров.

— А какова судьба сетей 5G в России? Вы ими активно занимались. Что удалось сделать и каковы перспективы развития?

— Начнем с перспектив. Как я уже говорил, сейчас дорабатывается дорожная карта «Ростеха». Насколько я понимаю, в ней сделан больший упор на 4G и 6G, а пятому поколению уделяется меньше внимания. На мой взгляд, это в корне неправильно. Я глубоко убежден, что если не внедрить в ближайшее время технологии 5G, то мы начнем проседать и в развитии информационных технологий, и в развитии экономики. Поэтому наш фокус — на продолжении разработок в этом направлении.

В прессе новость о проекте программы исследований 6G подана так, будто Сколтех решил бросить пятое поколение и заняться шестым. Мол, с 5G не получилось, будем ориентироваться на 6G. Это совершенно неверно!

magnifier.png 6G будет поддерживать все стандартные частотные диапазоны двух предыдущих поколений. Так что рост плотности базовых станций не сильно зависит от технологии. Основными факторами являются растущий трафик абонентов, необходимость надежной связности сети и выбор частотных диапазонов

Повторюсь, 5G — это основной фокус нашей разработки. А с предложениями по исследованиям в области шестого поколения мы выступили, потому что уже нельзя ждать, время пришло. Одно другому совершенно не мешает, эти направления будут развиваться параллельно, тем более что у них совершенно разный уровень готовности технологий. Если по 5G у нас уже практически налажено серийное производство необходимого оборудования, то по 6G это пока предварительные исследования. Вовлечены в эту работу совершенно разные люди. Поэтому мы ни в коем случае не бросаем 5G. И оно будет.

— То есть наше производство готово к серийному выпуску оборудования для 5G?

— Да. Опытные образцы базовых станций произведены в России, на мощностях нашего основного индустриального партнера — компании «Элтекс» (компания — национальный чемпион. — «Стимул»). Сейчас проблема не в готовности производства, а в том, что комплектующие не поставляются. Но этот вопрос уже решается. Сейчас «Элтекс», как и все наши производители, пытается найти варианты поставки компонентов.

Тем временем, чтобы не тормозить процесс, мы используем в пилотах общедоступные аппаратные платформы общего назначения, которые не являются специфическими для базовых станций. В этом и состоит преимущество концепции OpenRAN, в соответствии с которой мы разрабатываем наше решение. Современная базовая станция — это прежде всего программное обеспечение, а не жесткая специфическая платформа. Наше ПО для 5G OpenRAN можно запустить на «железе» с открытого рынка. Мы используем обыкновенные серверы, платформы х86, но с добавленными интерфейсными платами и платами ускорения. Серверы производятся большими тиражами, их и сейчас можно купить и доставить в Россию, в отличие от базовых станций крупных вендоров.

Конечно, приемопередатчик неспецифическим сделать невозможно. Поэтому мы разработали собственный и будем его производить. В общем, процесс создания отечественного оборудования постепенно налаживается.

Технологический суверенитет и 6G

— Сейчас стало модно говорить о технологическом суверенитете. Как вы понимаете, что такое технологический суверенитет в целом и в той конкретной области, которой вы занимаетесь? Насколько мы его можем обеспечить?

— Критерии суверенности очень простые: ты можешь разрабатывать и производить технику, не будучи жестко завязанным на конкретного зарубежного партнера. Совсем суровый вариант — все делать самостоятельно. Это подход Китая, который пытается вообще все замкнуть в себе и никак не зависеть от внешнего мира. Нам он не подходит: ресурсов не хватит. Более подходящий вариант — гибкая система, когда можно быстро перестроиться: поменять поставщика, пересесть с одной аппаратной платформы на другую. Но при этом для особо дефицитных вещей, которые производят одна-две компании во всем мире, нужно создавать собственный технологический задел на случай, если поставки прекратятся.

magnifier.png Если по 5G у нас уже практически налажено серийное производство необходимого оборудования, то по 6G это пока предварительные исследования. Вовлечены в эту работу совершенно разные люди. Поэтому мы ни в коем случае не бросаем 5G. И оно будет

В нашей области мы на уровне разработки, вплоть до микросхем, этого суверенитета достигли. Наше программное обеспечение не зависит от зарубежных компаний. Аппаратные платформы для базовых станций тоже отечественные. Они были разработаны и запущены в серию в России, то есть в данном случае тоже нам никакая зарубежная компания не нужна. Проблема — это микросхемы. Здесь мы попали в полную зависимость. Если бы санкции были не такими жесткими, то мы уже сейчас могли бы производить серийное отечественное оборудование. Конечно же, на зарубежной компонентной базе.

При этом мы понемногу пытаемся перейти на отечественные компоненты. В нашем приемопередатчике, например, мы будем использовать транзисторы из нитрида галлия, разработанные зеленоградской компанией «Миландр» (компания — национальный чемпион. — «Стимул»). Это решение, кстати, было принято до санкций 2022 года. Такие компоненты изначально не поставляли в Россию, и мы нашли им замену. И для остальных компонентов тоже будем искать альтернативы. Я думаю, что концентрироваться имеет смысл на создании приемопередатчика, то есть на радийной части. Просто потому, что вычислительные мощности — те самые х86 платформы — достать и использовать можно в любом случае.

Технологический суверенитет, конечно, необходим. Но при этом нельзя отказываться от международного сотрудничества. То, что нас пытаются изолировать снаружи, вовсе не означает, что мы сами должны изолироваться от других. Да, для нас закрыто западное направление, значит, надо резко поворачивать в сторону Азии, в сторону Китая и Индии. Индию можно рассматривать как партнера по производству и рынку сбыта. Китай, который по части микросхем ушел гораздо дальше России, вполне может занять место технологического партнера. Нельзя замыкаться в себе.

Темы: Инновации

Еще по теме:
29.09.2022
Химики МГУ научились быстро и просто определять содержание ветеринарных препаратов в молоке с помощью нового метода
28.09.2022
Разработка Московского Политеха позволит уменьшить риск эмоционального выгорания работников кол-центров
26.09.2022
Руководство ВВС США (U. S. Air Force) 22 сентября объявило, что оно сделало свой выбор в пользу компании Raytheo...
20.09.2022
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали технологию, которая...
Наверх