Модели и алгоритмы технологий радиодоступа мобильных сетей 6G терагерцового диапазона частот

В настоящее время, с окончанием процесса стандартизации радиотехнологий доступа для сетей связи 5G, внимание экспертов в области систем телекоммуникаций сосредоточено на сетях мобильной связи шестого поколения 6G (от англ. Sixth Generation – шестое поколение), внедрение которого предполагается во второй половине 2020-х – 2030-е годы, на основе стандартов телекоммуникаций, следующих за стандартами 5G/IMT-2020. Сети 6G должны будут обеспечить принципиально новые скорости до 100Гбит/с на одну базовую станцию. Известно, что с увеличением спроса на более высокие скорости передачи данных растет и потребность в более высокой полосе частот, которая может передавать огромные объемы данных для удовлетворения запросов потребителей услуг связи. Единственный радиодиапазон, в котором есть достаточные ресурсы – терагерцовый диапазон частот, 0.3-3 ТГц. Полоса ТГц частот предлагает огромный потенциал для революционных приложений (виртуальная и дополненная реальности для различных экстренных служб города, голографическая связь, радары, трансляция потокового видео с разрешением 8-16К в реальном времени и т.д.), которые станут возможными благодаря новому мышлению, и достижения в области беспроводных устройств, электронных схем, программного обеспечения, обработки сигналов и технических систем. Отличительной особенностью таких услуг связи являются одновременно крайне высокие требования к скорости передачи данных и задержке доставки. При интеграции технологии ТГц в будущие системы связи 6G появляются ряд фундаментальных проблем как на физическом и канальном уровнях, так и на уровне системы в целом. Для преодоления крайне высоких потерь распространения такие системы связи будут использовать фазированные антенные решетки с крайне высокой диаграммой направленности в режиме формирования луча. Для поддержания устойчивой связи в условиях быстро и резко меняющегося уровня сигнала из-за событий блокировки распространения сигнала динамическими объектами, такими как тело человека или автомобили, макро-мобильности (перемещение человека, движение транспортных средств и т.д.) и микро-мобильности (малые вращения и смещения абонентского устройства, возникающие даже в статическом положение абонента), а также неравномерной атмосферной абсорбции требуется разработка новых методов и алгоритмов управления лучом как на пользовательских устройствах, так и на базовой станции. В частности, такие алгоритмы должны обеспечить наименьшую достижимую вероятность отсутствия связи и максимальную пропускную способность канала связи в различных условиях развертывания систем 6G. На системном уровне, обеспечение устойчивости и непрерывности связи имеет первостепенное значение для предоставления услуг связи, на которых нацелены системы 6G. Для обеспечения непрерывности сеанса связи и ключевых показателей качества обслуживания для приложений, чувствительных к задержкам и скорости передачи данных, необходимо переосмысление и адаптация эффективных методов применения нескольких технологий на абонентском участке доступа. В частности, при условиях динамической блокировки и микро- и макро-мобильность абонентов актуальной является проблема повышения надежности обслуживания сессий в сетях радиодоступа 6G, работающих в терагерцовом диапазоне частот за счет различных алгоритмов сетевого уровня, таких так одновременная поддержка активных соединений к нескольким базовым станциям в пределах одной или нескольких радиотехнологий доступа, резервирование ресурсов, приоритетное обслуживание, а также их совместного использования. Оценка эффективности функционирования таких методов, а также разработка алгоритмов поддержки непрерывности обслуживания требует разработки математических моделей для анализа механизмов повышения надежности обслуживания сессий с учетом вышеизложенных особенностей. Именно на решение таких актуальных проблем и нацелен предлагаемый проект. Будут построены вероятностные модели обслуживания сессий передачи данных в терагерцовом диапазоне частот в виде систем массового обслуживания с заявками случайного объема и сигналами, моделирующими изменение параметров обслуживания при возникновении блокировки. В проекте будут разработаны математическое и алгоритмическое обеспечения для моделирования процедур поиска луча в беспроводных сетях шестого поколения. При разработке алгоритмов планируются использовать методы на основе машинного обучения и искусственного интеллекта. Этот акцент делается для повышения точности отслеживания луча, чтобы модель управления могла достаточно быстро реагировать на перемещения абонентских устройств, установленных как на движущихся транспортных средствах, так и на пешеходах с менее предсказуемой траекторией движения.