На пути к терабиту
Российские ученые начали работу над технологией 6G
В России началась масштабная работа по разработке технологий 5G Advanced и 6G. Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации по итогам проведения конкурса выделило субсидию на проект Сколтеху. Команда института совместно с партнерами разработает критические технологии и элементы сетевой инфраструктуры. Решения лягут в основу новых поколений телекоммуникационного оборудования отечественного производства.
Фото: Bruna Casas / Reuters
Фото: Bruna Casas / Reuters
Об особенностях новых стандартов связи, ключевых технологиях и вызовах «Коммерсанту» рассказал профессор Алексей Фролов, директор проектного центра беспроводной связи и интернета вещей и руководитель лаборатории технологий 6G в Сколтехе.
Как сменяют друг друга поколения связи
Смена стандартов связи происходит примерно раз в десять лет, и такие переходы происходят по-разному. Для меня наиболее существенным был переход от 3G к 4G, когда сильно возросла скорость передачи данных. Произошло это благодаря нескольким технологиям.
Прежде всего, в систему была внедрена технология мультиплексирования с ортогональным разделением частот (от англ. Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Ее суть в том, что данные передаются одновременно по множеству каналов на разных частотах. Такой подход делает связь гораздо устойчивее к искажениям, которые возникают из-за отражений сигнала в условиях плотной городской застройки.
Кроме того, применение OFDM позволило задействовать многоантенные системы передачи и приема (от англ. Multiple Input Multiple Output, MIMO). Это дало возможность еще больше увеличить скорость передачи информации в сложной среде, где сигнал распространяется множеством путей. В результате жители мегаполисов получают более стабильную и быструю мобильную связь и доступ в интернет.
В 2020–2023 годах в некоторых странах произошел переход к пятому поколению связи — 5G. На этом этапе вместо турбокодов стали применяться более современные методы коррекции ошибок — полярные и коды с малой плотностью проверок. Эти технологии были разработаны еще раньше, но именно в 5G они получили широкое практическое применение. Коррекция ошибок играет ключевую роль в любых системах передачи данных, ведь искажения неизбежны. Достаточно даже теплового шума в приемном устройстве, чтобы в сигнале появились ошибки. Благодаря новым решениям снова удалось как повысить скорость, так и уменьшить задержку передачи информации.
Но главное новшество 5G связано с расширением сценариев использования. Сети стали ориентироваться не только на пользователей, скачивающих большие объемы данных, но и на устройства, которым необходимо быстро передавать небольшие пакеты информации. Для этого были разработаны два принципиально новых сценария межмашинного взаимодействия: сверхнадежная связь с минимальной задержкой (от англ. Ultra-Reliable Low Latency Communications, URLLC) и массовое межмашинное взаимодействие (от англ. Massive Machine-Type Communication, mMTC). Именно они открыли путь к развитию интернета вещей, где к сети подключаются не только компьютеры и смартфоны, но и бытовая техника, датчики, транспорт и целые промышленные системы.
Развитие интернета вещей потребовало от исследователей поиска новых подходов к организации работы сетей. Недавно исследовательская группа проектного центра беспроводной связи и интернета вещей Сколтеха выпустила монографию, где рассматривались решения, способные сделать беспроводную инфраструктуру более энергоэффективной, быстрой и устойчивой к нагрузкам. Такие сети должны поддерживать миллионы автономных датчиков и устройств, необходимых для автоматизации производства, «умных» городов, промышленности и повседневной жизни. Эта работа стала итогом восьмилетнего сотрудничества с ведущими мировыми университетами, включая Массачусетский технологический институт (MIT), а также реализации крупных научных проектов, поддержанных государственными грантами.
Одна из главных проблем будущих сетей — подключение огромного числа устройств одновременно. Обычные подходы здесь не работают. Представьте себе самолет сразу после посадки: сотни пассажиров пытаются выйти в интернет, и сеть перегружается. Похожая ситуация возникает, когда тысячи датчиков или других устройств интернета вещей включаются одновременно.
Чтобы справиться с этой задачей, был рассмотрен новый метод — «случайный доступ без идентификации» (Unsourced Random Access). Его идея в том, что устройства могут отправлять очень короткие сообщения — буквально несколько десятков бит — без сложной процедуры подключения к сети. Для этого разрабатываются специальные алгоритмы и протоколы, которые позволяют множеству устройств синхронно передавать такие короткие пакеты данных и при этом не перегружать базовые станции.
Наша исследовательская группа в Сколтехе принимает активное участие в развитии технологий 4G и 5G в России. Совместно с индустриальными партнерами мы участвовали в процедуре стандартизации 5G и подавали свои предложения в комитет 3GPP (Third Generation Partnership Project) — международную организацию, занимающуюся разработкой спецификаций и стандартов для мобильной связи третьего и последующих поколений.
Алексей Фролов, директор проектного центра беспроводной связи и интернета вещей и руководитель лаборатории технологий 6G в Сколтехе
Фото: Тимур Сабиров, Сколтех
Алексей Фролов, директор проектного центра беспроводной связи и интернета вещей и руководитель лаборатории технологий 6G в Сколтехе
Фото: Тимур Сабиров, Сколтех
Работа над новыми поколениями связи: что предстоит сделать
Во всем мире сегодня активно ведется разработка и стандартизация сетей 5G Advanced — переходного этапа от нынешних технологий к 6G. Начало стандартизации шестого поколения ожидается в 2028 году. И хотя пятое поколение в России пока еще не получило массового распространения, стране нужны собственные технологии и собственное оборудование шестого поколения.
В 6G от сетей будут ожидать принципиально новых возможностей. Скорость передачи данных должна достичь 1 Тбит/с — в сотню раз выше, чем у 5G. Для этого придется перейти от привычных частот ниже 6 ГГц к миллиметровому диапазону (mmWave, от 24 до 100 ГГц) и субтерагерцевому диапазону (sub-THz, от 100 до 300+ ГГц). Миллиметровые волны позволяют передавать огромные объемы информации, но плохо проходят сквозь препятствия и быстро затухают. Субтерагерцевый диапазон открывает еще больше возможностей по скорости, но его использование связано с еще более серьезными техническими ограничениями. В стандартах 5G эти диапазоны уже упоминаются, но более широкая реализация ожидается именно в 6G.
Повышение частот создаст и новые возможности управления радиоресурсами: использование сверхнаправленных лучей позволит резко увеличить скорость передачи, а сами методы формирования луча будут напоминать оптическое распространение. Дополнительным вызовом станет энергоэффективность приемопередатчиков: рост частоты и скорости передачи данных означает усложнение декодеров и увеличение энергозатрат, что требует поиска нестандартных инженерных решений.
Наряду с этим в 6G появятся и новые сценарии использования. Одним из ключевых направлений станет интеграция связи и сенсорных функций (Integrated Sensing and Communications, ISAC). Базовые станции будут не только обслуживать трафик, но и анализировать окружающую среду: определять расположение объектов, отслеживать движения пользователей, формировать направленный луч. Такие возможности критически важны для развития беспилотного транспорта и «умных» городов.
Решение подобных задач невозможно без применения методов машинного обучения и искусственного интеллекта. Они позволяют оптимизировать использование радиоресурсов, прогнозировать нагрузку, учитывать специфику трафика в зависимости от региона и времени суток. Кроме того, активно исследуется использование «умных» отражающих поверхностей и голографического MIMO, что может стать следующей ступенью после классических многоантенных систем.
В августе 2025 года по итогам проведения конкурсных процедур Сколтех подписал соглашение с Минцифры России на разработку критических технологий создания оборудования для сетей связи 5G Advanced/6G в рамках реализации «дорожной карты» развития высокотехнологичного направления «Современные и перспективные сети мобильной связи» на период до 2030 года. За счет субсидий и собственного финансирования планируется создать базовую станцию 5G Advanced, а затем по мере начала стандартизации перейти к шестому поколению. В проект включены фотонные интегральные схемы, программное обеспечение базовой станции и радиомодули, а работать над ними мы будем вместе с ведущими университетами страны — МФТИ, МИЭМ НИУ ВШЭ, МТУСИ, МИФИ и НИЦ «Телеком».
Коллектив нашего центра обладает всеми необходимыми компетенциями для работы над проектом. Это подтверждает успешный опыт разработки базовых станций для сетей четвертого и пятого поколений. Мы также уделяем большое внимание подготовке специалистов в рамках магистерской программы «Перспективные телекоммуникационные технологии». Сегодня отрасль испытывает острую нехватку кадров: долгое время считалось, что для такой работы достаточно лишь навыков программирования, тогда как современная связь требует куда более широких инженерных знаний.
Чтобы сосредоточиться на исследованиях будущих стандартов, в Сколтехе была создана лаборатория технологий 6G. Ее команда уже приступила к работе над масштабным проектом, и мы уверены, что накопленный опыт и научное сотрудничество помогут заложить основу для развития телекоммуникационной инфраструктуры нового поколения. Мы смотрим вперед с оптимизмом и с энтузиазмом принимаем вызовы, которые ставит перед нами шестое поколение связи.
Подготовлено при поддержке Сколтеха