N. D.

Istraživači i inženjeri širom svijeta već naporno rade na sljedećoj generaciji mobilnih komunikacija, 6G, koja bi trebala biti dostupna oko 2030. Vozila bi posebno mogla imati koristi od visokih brzina prijenosa podataka i fuzije komunikacija i detekcije okoline. Mrežni operateri trenutno pokreću 5G mreže punom brzinom, što im omogućava da uvedu veliki broj novih aplikacija u procesu – ne samo u automobilskom sektoru, što pokazuje razvoj inteligentnih i povezanih vozila u Porsche Engineering Nardò Technical Centar.

Ali istraživačke institucije i kompanije razmišljaju još dalje i već su započele utrku za razvoj sljedeće generacije mobilnih komunikacija. Pred kraj decenije očekuje se da će novi 6G standard isporučiti još veće brzine prijenosa podataka, manje kašnjenje i poboljšanu pouzdanost, između ostalog.

– Postoje intenzivne aktivnosti u ovoj oblasti u SAD, Kini i Evropi. U svim regijama svijeta je shvaćeno da je sljedeća generacija mobilnih komunikacija pitanje od strateškog značaja, izvještava Andreas Müller, voditelj svih 6G projekata u Boschu.

Istraživači, međutim, još uvijek imaju puno terena za pokrivanje prije nego što 6G uđe u svakodnevni život privatnih i komercijalnih korisnika, budući da će buduće 6G mreže zahtijevati značajan pomak u granicama onoga što je tehnički izvodljivo. Na primjer, programeri su otkrili treću dimenziju kako bi osigurali neprekidnu razmjenu podataka širom svijeta.

– Do sada su mobilne komunikacije prvenstveno bile ograničene na površinu Zemlje. Sa 6G, s druge strane, sateliti će po prvi put biti integrirani u mrežu od samog početka, kaže Bernhard Niemann, šef odjela za širokopojasne veze i emitovanje na Fraunhofer institutu za integrirana kola IIS.

Primopredaja sa satelita na satelit

Sateliti mogu biti stacionarni u geostacionarnoj orbiti (GEO) na visini od 36.000 kilometara ili njihovi pandani u nižoj orbiti, na primjer u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO), koja je 200 do 2.000 kilometara iznad površine Zemlje. Čak se i baloni mogu koristiti kao platforme na velikim visinama za 6G bazne stanice na visinama od 15 do 20 kilometara. Na višim frekvencijama od 10 GHz ili više, antene 6G uređaja moraju biti usmjerene u smjeru satelita ili balona. LEO sateliti predstavljaju dodatni izazov – budući da se brzo kreću po nebu, veza se mora redovno prenositi sa jednog satelita na drugi – a da korisnik to ne primijeti. Također se očekuje da će performanse 6G biti poboljšane uz pomoć umjetne inteligencije (AI).

AI algoritmi bi, na primjer, mogli dati mobilnim mrežama fleksibilnost da se prilagode trenutnim uvjetima i na taj način optimiziraju njihov rad.

– Mašinsko učenje se može koristiti za identifikaciju tipične upotrebe tokom jednog dana. Ove informacije bi se mogle koristiti za rad 6G mreža s minimalnim unosom energije, objašnjava istraživač Fraunhofera Niemann.

Bosch stručnjak Müller također može zamisliti osnovne usluge podržane umjetnom inteligencijom koje mobilna mreža čini dostupnim svojim korisnicima.

– Bilo bi zamislivo da 6G mreža nudi usluge kao što je klasifikacija objekata u video snimcima, dodaje.

Müller čak vjeruje da je moguće da prijenos podataka više neće biti standardiziran na konvencionalni način preciznim specificiranjem načina na koji se signal generira, te da će neuronske mreže na krajevima predajnika i prijemnika umjesto toga biti ostavljene da izaberu najbolju metodu u svaki slučaj pod trenutnim okolnostima.

Rohde & Schwarz i proizvođač čipova NVIDIA već su napravili prve korake ka hardveru koji podržava AI: u februaru su predstavili neuronski prijemnik u kojem AI model pokazuje znatno bolje performanse od moćnog standardnog algoritma.

– Ova metoda se također može integrirati u buduće 6G pametne telefone, objašnjava Taro Eichler, tehnološki menadžer za bežičnu komunikaciju i fotoniku u Rohde & Schwarz.

Napredovanje u teraherc opseg Takođe su potrebne mnoge inovacije da bi se postigle planirane visoke brzine prenosa podataka. Stoga je plan da se koriste frekvencije u subterahercnom opsegu između 90 i 300 gigaherca i, potencijalno, frekvencije u terahercnom opsegu iznad 300 gigaherca. Poređenja radi: 4G radi ispod šest gigaherca, a dok 5G teoretski omogućava prijenos podataka do 71 gigaherca, trenutno se rijetko koristi za mobilne širokopojasne usluge. Frekvencije u trocifrenom opsegu gigaherca nude mnogo propusnog opsega, ali fizika tamo otežava život programerima 6G.

Radio talasi brzo gube energiju u vazduhu i stoga putuju samo nekoliko metara. Da bi povećali domet, istraživači se oslanjaju na Massive MIMO (masivno više ulaza i više izlaza): stotine sićušnih antena su međusobno povezane i softver se koristi za poravnavanje bežičnog snopa između predajnika i prijemnika.

– Ovaj proces formiranja snopa pomoću 512 ili 1.024 antene, na primjer, omogućava značajno povećanje opsega radio valova čak i na tako visokim frekvencijama, objašnjava prof. Ivan Ndip, koji vodi odjel za RF i pametne senzorske sisteme na Fraunhofer institutu za pouzdanost i mikrointegraciju.

Beamforming omogućava visoku mobilnost i fleksibilnost u komunikaciji, ali i povećava složenost hardvera, jer su potrebni brojni primopredajni kanali. Također povećava potrošnju energije i troškove. Za komunikaciju od tačke do tačke, sočiva antene nude alternativno rješenje. Oni mogu omogućiti domete do nekoliko stotina metara na 6G frekvencijama iznad 100 GHz. Kako bi se osiguralo isplativo i energetski učinkovito 6G rješenje, arhitekturu primopredajnika, konfiguracije antena i broj antena treba odrediti prema aplikaciji.

Očekuje se da će se po prvi put koristiti i drugi način povećanja dometa u 6G – rekonfigurabilne pametne površine. Pametne površine koje se mogu rekonfigurirati su ravne strukture s integriranim elektronskim kolima, na primjer specijalne diode ili strukture s tekućim kristalima u kombinaciji sa sićušnim elementima antene. Mogu se programirati da ciljano preusmjere dolazne radio valove i na taj način ih precizno usmjere do predviđenog prijemnika.

Prednost nove tehnologije

Rečeno je da je znatno energetski efikasniji i jeftiniji od klasičnih radio repetitora, od kojih svaki sadrži kompletan predajnik i prijemnik.

Međutim, još uvijek je potrebno mnogo istraživanja u ovoj oblasti. Dizajneri visokofrekventnih čipova i sistema takođe se suočavaju sa velikim izazovima. S jedne strane, oni moraju da koriste posebne poluprovodnike kao što su silicijum-germanijum ili galijum nitrid na frekvencijama u visokom opsegu gigaherca; s druge strane, integracija svih komponenti u jedan sistem takođe igra ključnu ulogu. Opet, novi materijali, zajedno sa tehnologijom sklapanja i povezivanja, ključ su uspjeha – podloge od polimera, stakla ili keramike mogu biti osnova za integriranje 6G čipa i paketa antena.

Pored visokih brzina prijenosa podataka, upotreba visokih frekvencija otvara još jednu novu mogućnost – fuziju komunikacije i detekcije okruženja. U budućnosti bi se 6G radio valovi mogli koristiti i za otkrivanje obližnjih objekata, površina i kretanja pomoću reflektovanog zračenja, kao u radarskoj tehnologiji.

– Vozila bi mogla koristiti 6G za razmjenu podataka, na primjer, i u isto vrijeme pokupiti rezultirajuće refleksije kako bi stekli predstavu o svom okruženju, objašnjava stručnjak iz Boscha Müller.

U istraživačkom projektu 6G-ICAS4Mobility, Bosch radi sa partnerima na bližoj integraciji onoga što su trenutno odvojeni komunikacioni i radarski sistemi u jedan 6G sistem. U tu svrhu, podaci senzora u realnom vremenu iz različitih mobilnih vozila bit će koordinirani i kombinirani putem 6G tehnologije kako bi se pružila preciznija slika okoline vozila. Cilj je povećanje sigurnosti i efikasnosti na putu. Stručnjak Ndip također vidi mnoge potencijalne 6G primjene u automobilskom sektoru, kao što je autonomna vožnja.

– Autonomno vozilo mora biti u stanju da komunicira svoju poziciju drugim učesnicima u prometu u realnom vremenu, precizno mjeri udaljenosti i dobije pogled od 360° okruženje u isto vreme, kaže on.

Također je potrebno, rekao je, preuzimanja velikih količina podataka, kao što su mape grada visoke rezolucije, video slike iz drugih vozila i filmovi visoke definicije za zabavu tokom vožnje.

Zahvaljujući visokim brzinama 6G podataka, to ne bi predstavljalo problem – 4K video zapisi ili obimna ažuriranja mape, na primjer, mogli bi se preuzeti u vozilo u kratkom vremenu putem bazne stanice na raskrsnici ili benzinske pumpe.

Fraunhoferov istraživač Niemann ovaj proces naziva pljuskom podataka. Osim u automobilskom sektoru, očekuje se da će 6G omogućiti nove primjene u poljima kao što su industrijska proizvodnja, telemedicina i robotika.

Državna podrška ovoj svestranoj tehnologiji je shodno tome visoka. Samo u Njemačkoj Ministarstvo za istraživanje finansira tehnologiju mobilnih komunikacija budućnosti sa oko 700 miliona eura do 2025. godine.

Nakon 2030. godine, sve nove funkcije trebale bi se uvoditi postepeno. Ali čak i tada, kaže stručnjak za Fraunhofer Niemann, 6G neće biti kraj puta za mobilnu tehnologiju. On također vjeruje da je korištenje blockchaina moguće za osiguranje transakcija i stvaranje povjerenja. Može se koristiti, na primjer, za evidentiranje poruka između vozila na način zaštićen od neovlaštenog pristupa.

Zaključak: Istraživači i kompanije već rade na sljedećem bežičnom standardu, 6G. Očekuje se da će biti dostupan oko 2030. godine i omogućit će nove aplikacije pored poboljšanja performansi. Na primjer, iste frekvencije se mogu koristiti za komunikaciju i radar, omogućavajući razmjenu podataka i detekciju okruženja istovremeno. Osnova za nove 6G aplikacije su napredni poluvodiči i pametni antenski nizovi za oblikovanje zraka.