66
ИНТЕГРАЦИЯ ТЕРАГЕРЦОВОЙ СВЯЗИ В АРХИТЕКТУРУ 6G:
ТРЕБОВАНИЯ, ВЫЗОВЫ И МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ
Суюнов Шохижахон Холмумин угли
студент 3 курса Ташкентский университет информационных технологий имени
Мухаммада Ал-Хоразмий
https://doi.org/10.5281/zenodo.15672024
Аннотация
Сети шестого поколения (6G) предполагают существенный рост пропускной
способности, снижение задержек и поддержку ультраплотных подключений. Одной из
ключевых технологий, обеспечивающих эти характеристики, является
терагерцовая
связь
(THz), работающая в диапазоне 0.1–10 ТГц. В данной статье рассматриваются
основные требования к THz-коммуникациям
, ключевые
вызовы их внедрения в
архитектуру 6G
, а также возможные
методы оптимизации
, включая формирование
лучей, интеллектуальные поверхности и технологии компенсации потерь. Обоснована
необходимость координированного развития аппаратных, программных и сетевых
решений для реализации устойчивых и энергоэффективных терагерцовых систем
связи.
Ключевые слова:
6G, терагерцовая связь, THz, beamforming, интеллектуальные поверхности,
оптимизация сети, ультранизкая задержка, телекоммуникационные технологии.
Введение
Рост количества мобильных устройств, развитие Интернета вещей (IoT),
распространение приложений расширенной и виртуальной реальности, а также
требования к голографической и тактильной связи — все это определяет
глобальный
переход к 6G
. Среди технологий, обеспечивающих
скорости на уровне терабит/с
,
ключевую роль играет
терагерцовая связь (THz)
, обеспечивающая
широчайший
спектр частот
и потенциал для сверхвысокоскоростной передачи данных.
Однако внедрение THz-связи в реальные телекоммуникационные архитектуры
связано с рядом
физических, технологических и сетевых вызовов
, требующих
комплексных решений. Цель данной работы — анализ этих вызовов и определение
методов оптимизации в контексте 6G.
Технические требования к терагерцовой связи в 6G
67
Терагерцовая связь предполагает следующие ключевые характеристики:
Пропускная способность
: более 100 Гбит/с, с потенциальным ростом до 1
Тбит/с.
Задержка
: менее 1 мс — для приложений URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency
Communication).
Надежность
: ≥ 99.999% для промышленных и критически важных сценариев.
Плотность подключений
: до 10⁷ устройств на км².
Для обеспечения таких параметров необходимо внедрение новых
физических
каналов передачи
, новых типов
антенн и модемов
, а также
адаптивной
архитектуры сети
.
Основные вызовы интеграции терагерцовой связи
Терагерцовая (THz) связь, охватывающая диапазон частот от 0.1 до 10 ТГц,
предлагает беспрецедентную пропускную способность и крайне низкую задержку.
Однако переход от лабораторных прототипов к практической интеграции в
телекоммуникационную инфраструктуру 6G сталкивается с рядом серьёзных
технических и системных препятствий.
Физические ограничения
▪
Высокие потери при распространении сигнала
Терагерцовые волны подвержены сильному затуханию, особенно из-за
поглощения водяным паром и кислородом в атмосфере. Это ограничивает дальность
действия до десятков метров даже при прямой видимости (LoS).
▪
Уязвимость к преградам и погодным условиям
THz-сигналы плохо проникают сквозь стены, деревья, дождь и даже туман, что
делает внедрение в городскую среду крайне сложным без дополнительных
ретрансляторов или интеллектуальных поверхностей.
▪
Недостаток компактных приёмопередатчиков
На сегодняшний день отсутствует массово доступная, миниатюрная и
энергоэффективная элементная база (антенны, усилители, модуляторы), работающая
стабильно в диапазоне выше 1 ТГц.
68
Методы оптимизации и возможные решения
Формирование направленного луча (beamforming)
Beamforming
(формирование направленного луча) — это технология,
позволяющая
направленно передавать или принимать сигнал
, концентрируя
радиоволны в определённую область пространства, а не распространять их во всех
направлениях, как в традиционных антеннах.
Это достигается путём
фазового управления множеством антенн
в массиве
(antenna array), создающего
конструктивную интерференцию
в нужном направлении
и
деструктивную — в остальных
.
Использование активных антенных решёток (AAS) и адаптивного формирования
луча позволяет
компенсировать ослабление сигнала
, особенно в условиях городской
застройки.
Заключение
Интеграция терагерцовой связи в архитектуру 6G открывает путь к реализации
сверхвысокоскоростных,
интеллектуальных
и
масштабируемых
телекоммуникационных сетей. Однако успех зависит от преодоления физических
ограничений, разработки новых стандартов и внедрения адаптивных архитектур.
Использование
beamforming
,
интеллектуальных отражающих поверхностей
,
гибридных протоколов
и
архитектур с многодиапазонной поддержкой
является
ключом к эффективной реализации THz-связи. В ближайшие годы исследования и
пилотные проекты в этом направлении станут основой для коммерческого внедрения
6G к 2030 году.
References:
Используемая литература:
Foydalanilgan adabiyotlar:
1.
Rappaport T. S., Xing Y., MacCartney G. R. и др. Wireless Communications and
Applications Above 100 GHz: Opportunities and Challenges for 6G and Beyond // IEEE Access.
– 2019. – Т. 7. – С. 78729–78757.
2.
Xiao M., Shakir M. Z., Li Y., Ghosh A. A Survey on Millimeter Wave and Terahertz
Spectrum for 6G Wireless Communications // IEEE Communications Surveys & Tutorials. –
2021. – Т. 23, № 3. – С. 1654–1685.
3.
Kürner T., Priebe S. Towards THz Communications – Status in Research, Standardization
and Regulation // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2021. – Т. 42. – С. 1–
25.
4.
Nagatsuma T., Ducournau G., Renaud C. C. Advances in Terahertz Communications
Accelerated by Photonics // Nature Photonics. – 2016. – Т. 10. – С. 371–379.
5.
Chen S., Zhao J. The Requirements, Challenges, and Technologies for 6G Mobile Wireless
Networks // IEEE Communications Magazine. – 2020. – Т. 58, №3. – С. 36–42.
6.
Boulogeorgos A.-A. A., Alexiou A. A Comprehensive Survey on Terahertz
Communications (TeraCom) for 6G Wireless Systems // IEEE Open Journal of the
Communications Society. – 2020. – Т. 1. – С. 1901–1932.
7.
Akyildiz I. F., Kak A., Nie S. 6G and Beyond: The Future of Wireless Communications
Systems // Springer. – 2023. – 478 с.
69
8.
ITU-R. IMT Vision for 2030 and Beyond [Электронный ресурс]. – Geneva: ITU, 2022. –
Режим доступа:
