(по материалам ITU)

Стандартизированные системы международной подвижной связи IMT (International Mobile Telecommunications) включают системы IMT-2000 (3G), IMT-Advanced (4G) и IMT-2020 (5G).

1.   Введение

IMT-2000 обеспечивает доступ через один или несколько каналов к услугам фиксированной связи (например, ТфОП и Интернет) и услугам мобильной связи. С 2000 года IMT-2000 постоянно совершенствуется. Подробные спецификации радиоинтерфейса для IMT-2000 представлены в Рекомендации ITU-R M.1457, утверждённых в октябре 2020 г.

IMT-Advanced — это мобильная система, которая может предоставлять мультимедийные услуги с высоким качеством для широкого спектра приложений. IMT-Advanced обеспечивает значительное улучшение производительности и качества по сравнению с IMT-2000 и может работать в широком диапазоне скоростей передачи данных в средах с множеством пользователей. В Рекомендации ITU-R M.2012[1] представлены подробные спецификации радиоинтерфейса IMT-Advanced, которые были обновлены в декабре 2023 г.

IMT-2020 (5G) включает в себя новые возможности IMT за рамками IMT-2000 и IMT-Advanced. Широкий спектр услуг IMT-2020 может быть сгруппирован в три основных сценария (типа) использования:

• улучшенная мобильная широкополосная связь eMBB (enhanced mobile broadband);
• сверхнадежная связь с малой задержкой URLLC (ultra-reliable low-latency communications);
• массовая машинная связь mMTC (massive machine-type communications).

В IMT-2020 представлены такие преимущества, как эффективность использования спектра, низкая задержка, высокая надежность, высокая плотность соединений, высокая энергоэффективность и пропускная способность. Подробные спецификации радиоинтерфейса IMT-2020 представлены в Рекомендации ITU-R M.2150[2], последняя версия которых утверждена ITU-R в декабре 2023 г.

Возможности систем IMT постоянно обновляются в соответствии с тенденциями рынка услуг связи и технологическими разработками.

Ниже представлена информация о технологических тенденциях наземных (terrestrial) систем IMT до 2030 года.

2.   Обзор новых услуг и приложений IMT2030

При развитии систем IMT на период до 2030 года (IMT2030, 6G) и далее происходит пересмотр типов взаимодействия элементов систем.

Роль модульности и взаимодополняемости новых технологических решений становится все более важным фактором при разработке все более сложных систем. Использование данных и алгоритмов, таких как искусственный интеллект (ИИ), будет играть важную роль.

Технологические инновации систем IMT должны дополнять друг друга. Это особенно важно, поскольку роль IMT-2030 и последующих версий можно рассматривать как всеобъемлющую систему общего назначения, а не просто как поддерживающую технологию.

В развитии технологий IMT2030 года и далее важна роль пользователей новых услуг и приложений. Возможности пользователей активно участвовать в качестве экспериментаторов и разработчиков увеличатся за счет более глубокого понимания технологий и навыков, позволяющих формировать технологии для индивидуальных потребностей.

2.1.      Новые услуги и тенденции IMT2030

Новые услуги и тенденции применения IMT до 2030 года и далее можно представить следующим образом:

– Сети будут поддерживать дополнительные услуги, которые помогут направить сообщества и страны к достижению Целей устойчивого развития ООН ЦУР ООН[3] (UN-SDG, United Nations’ Sustainable Development Goals);

– Кастомизация (приспособление к индивидуальным запросам) опыта использования услуг различными людьми увеличится с помощью моделей оркестрации ресурсов, ориентированных на пользователя;

– Локализация глобальных моделей спроса-предложения-потребления;

– Сети, управляемые сообществами и государственно-частное партнерство создадут новые модели предоставления услуг;

– Сети IMT2030 будут играть всё более важную роль в вертикальных и промышленных отраслях;

– Барьеры входа поставщиков услуг на рынок будут снижены за счет разделения технологических платформ, что позволит многим организациям, даже небольшим, вносить свой вклад в инновации;

– Расширение возможностей граждан как производителей, пользователей и разработчиков знаний будет способствовать процессу инноваций, ориентированных на человека;

–Конфиденциальность обмена информацией будет очень важна в растущей экономике данных, при появлении интеллектуальных помощников и «цифровых двойников» (digital twins) и жизни в постоянных коммуникациях;

– Будет возможен мониторинг и управление тенденциями экономики замкнутого цикла (circular economy), что поможет лучше оценить устойчивость экономики данных;

– Иммерсивные («с погружением») цифровые реальности будут способствовать новым способам обучения, понимания и запоминания в различных областях науки.

Роль IMT2030 будет заключаться в когнитивном (самораспознаваемом) подключении множества устройств, процессов и людей к глобальной информационной сети, открывая тем самым новые возможности для различных вертикальных отраслей экономики (нефтегаз, электроснабжение, логистика и пр.).

До 2030 года пиковые скорости передачи данных могут приблизиться к терабитам в секунду (Тбит/с) внутри помещений, что потребует большой доступной полосы пропускания опорной сети и приведет к появлению терагерцовых (THz) коммуникаций.

В то же время значительная часть трафика данных будет представлять собой небольшие порции данных, получаемые при измерениях или срабатывании различных измерительных и исполнительных устройств Интернета Вещей IoT (Internet of Things). В большинстве случаев для этого потребуется чрезвычайно низкая задержка, что может потребовать снижения задержек при передаче в беспроводной сети, чтобы дать время для вычислений и принятия решений.

Одновременно возрастут требования к надежности и качеству услуг во многих вертикальных приложениях. Промышленные устройства, процессы и будущие тактильные приложения, включая многопоточные голографические приложения (multi-stream holographic applications), потребуют строгой синхронизации данных во времени с жесткими требованиями к джиттеру (неравномерности распространения сигналов в системе).

2.2.      Потенциальные новые услуги, тенденции и возможности

Три сценария использования для IMT2020, eMBB, mMTC и URLLC, по-прежнему останутся актуальными и в IMT2030. Дальнейшее развитие будет заключаться в новых варианты использования и новых приложениях, особенно тех, которые стимулируют развитие технологий в соответствии с будущими требования. Следовательно, в качестве тенденций и возможностей рассматриваются новые услуги, в т.ч. перечисленные ниже.

2.2.1.     Голографическая связь

Голографические дисплеи представляют собой следующую эволюцию в мультимедийных средствах для объёмного (3D) отображения объектов из одного или нескольких источников в один или несколько пунктов назначения. Интерактивные голографические возможности в сети потребуют сочетания очень высоких скоростей передачи данных и сверхнизкой задержки.

2.2.2.     Тактильные интернет-приложения

Операторы-люди могут контролировать удаленные устройства с помощью виртуальной реальности (VR) или голографической связи, а также использовать датчики для управления различным объектами посредством обратной связи через тактильные ощущения.

Теледиагностика, дистанционная хирургия и телереабилитация — это лишь некоторые из многих потенциальных приложений в здравоохранении. Инструменты удалённой диагностики, удалённые медицинские консультации могут быть доступны независимо от местонахождения пациента и врача.

Дистанционная и роботизированная хирургия — приложение, с помощью которого хирург в режиме реального времени получает аудиовизуальную информацию об оперируемом удаленно пациенте, при помощи тактильного управления хирургическим инструментов. Такого рода тактильные сервисы не могут быть обеспечены современными системами связи.

2.2.3.     Конвергенция телекоммуникационных и вычислительных сетей

Мобильные граничные вычисления MEC (Mobile edge computing), уже имеющиеся в IMT2020, будут и дальше развиваться в IMT. Когда клиенты запрашивают услугу с низкой задержкой, сеть может предоставить её не из удалённого дата-центра, а с ближайшего узла MEC.  

2.2.4.     Сверх-высокоскоростной доступ

Точки доступа AP (Access points) в транспортных узлах, торговых центрах и других общественных местах могут образовывать точки доступа к информации. Эти точки доступа будут обеспечивать скорость на уровне оптоволоконной связи. Они также могут использоваться для взаимоподключения (backhaul) для малых сот миллиметрового диапазона (mmWave).

2.2.5.     Коннективность всего (Connectivity for Everything)

Сценарии подключения «для всего» включают в себя мониторинг в реальном времени зданий, городов, окружающей среды, автомобилей и транспорта, дорог, критически важной инфраструктуры, сетей водо- и электроснабжения и пр. «Интернет биологических вещей» (Internet of bio-things) через интеллектуальные носимые устройства и имплантированные в тело датчики, приведет к тому, что потребность в подключении выйдет далеко за пределы традиционной mMTC. Функциональная совместимость является одной из наиболее серьезных проблем в такой повсеместной инфокоммуникационной среде (умной среде), где связаны различные продукты, процессы, приложения, варианты использования и организации.

Взаимодействие между телекоммуникационными сетями, компьютерами и другими периферийными устройствами представляло интерес с самых первых распределенных вычислительных систем. Связь и координация между транспортными средствами V2V (vehicle-to-vehicle) или транспортными средствами с инфраструктурой V2I (vehicle-to-infrastructure), автономный транспорт могут привести к снижению дорожно-транспортных происшествий и пробок. Для предотвращения столкновений и дистанционного вождения автотранспорта потребуется задержка порядка нескольких миллисекунд.

2.2.6.     Расширенная реальность XR (Extended Reality)

XR позволит плавно сочетать виртуальную и реальную среду и новые мультисенсорные впечатления. Ожидается, что услуги XR, такая как виртуальная реальность VR (virtual reality), дополненная реальность AR (augmented reality) и смешанная реальность MR (mixed reality), предоставят более высокое разрешение, большее поле зрения, более высокое количество кадров в секунду и меньшую задержку между движением и его отображением (motion-to-photon).

2.2.7.     Многомерное считывание датчиков (sensing)

Считывание датчиков (Sensing), основанное на измерении и анализе беспроводных сигналов, откроет возможности для высокоточного позиционирования, формирования изображений со сверхвысоким разрешением, картографирования и реконструкции окружающей среды, распознавания жестов и движений, что потребует высокого разрешения, точности и скорости обнаружения.

2.2.8.     Цифровые двойники

Цифровой двойник (Digital twin)— это цифровая копия физических объектов, которая требует высокой точности измерений в реальном времени, а также низкой задержки и высокой скорости передачи данных, чтобы гарантировать взаимодействие в реальном времени между цифровым и физическим мирами. Цифровой двойник может быть способен постоянно искать заранее оптимальное состояние физической сети и соответствующим образом обеспечивать выполнение операций управления.

2.2.9.     Межмашинная связь

Обеспечение эффективной межмашинной связи MTC (Machine Type Communication) продолжает оставаться важным фактором развития IMT до 2030 года и в последующий период. Это позволяет машинам и устройствам взаимодействовать друг с другом без прямого участия человека. MTC является основной движущей силой Интернета вещей IoT (Internet of Things). MTC включает критический MTC cMTC (critical MTC) и массовый MTC mMTC (massive MTC).

cMTC нацелена на критически важные соединения с жесткими требованиями к ключевым показателям производительности KPI (key performance indicators), таким как надежность, задержка, безотказность и точность синхронизации.

С другой стороны, mMTC предназначена в подключении огромного количества простых устройств с потенциально низкой скоростью и низким энергопотреблением.

2.2.10.  Распространение интеллекта

Распределенное обучение в реальном времени, совместный вывод и сотрудничество между интеллектуальными роботами требуют переосмысления системы связи и проектирования сетей.

2.2.11.  Глобальное сплошное покрытие

Для подключения неподключенных устройств и систем, а также предоставления постоянно высококачественных услуг мобильной широкополосной связи в различных областях ожидается, что потребуется ряд технологических решений и их комбинаций. Кроме того, взаимное соединение наземных и неназемных сетей может облегчить предоставление таких услуг.

2.2.12     Диверсификация терминалов

До недавнего времени основными потребителями данных, получаемых через телекоммуникационные сети, были люди. В последнее время появились интеллектуальные («умные») устройства, которые также потребляют значительные объёмы данных.

Кроме того, ожидается появление различных типов терминалов в виде носимых устройств, кожных пластырей, биоимплантатов и экзоскелетов, работающие через человеко-машинные интерфейсы, с использованием жестов, тактильных ощущений и мозговых нервных импульсов. Эта сфера будет расширяться и создавать новые отрасли.

Непортативные терминалы, такие как автомобили, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), суда и роботы с мультисенсорной интеграцией и интеллектуальными возможностями, будут играть все более важную роль во всех сферах будущего общества. Диверсификация терминалов приведет к появлению и процветанию новых вертикальных отраслей экономики.

* * *

(Продолжение следует)