Прогноз времени реализации мобильной связи 5G. Часть II

На рис.1 изображена зависимость натурального логарифма модуляционной скорости передачи цифрового сигнала либо, другими словами, полосы пропускания канала связи от времени (года реализации стандарта связи).

Точки графика почти выстраиваются в линию, что свидетельствует о существовании некой закономерности, связывающей скорость передачи цифровых данных либо модуляционной скорости соответствующей определенному стандарту мобильной связи от времени, а точнее от года реализации нового стандарта сотовой связи.

Разброс значений от прямой линии связан со многими факторами. Это, во-первых, значения скоростей передачи данных, т.е. модуляционных скоростей передачи информации взяты из открытых интернет-источников и из опубликованных печатных работ на тему стандартов мобильной связи. Авторы, зачастую, даже не указывают, о каких скоростях цифровой информации идет речь. Приходилось только догадываться из контекста, с чем имеем дело. О чем говорит тот или иной автор, о модуляционной скорости, которую измеряют в бодах. Это скорость передачи символов в цифровых системах либо ее еще понимают как скорость модуляции v. Именно модуляционная скорость определяется полосой пропускания канала связи. Либо это информационная скорость, которая является числом битов информации, передаваемых в единицу времени, т.е., как бы, «чистая» несущая. Но какие только термины не встречаются в источниках и «скорость доступа», и «ширина канала» и т.д. и т.д. Т.е. правильный выбор соответствующей цифры носит не совсем однозначный характер, но близкий к реальности. Авторы по-своему указывают год реализации стандарта мобильной связи. Или совсем не указывают, а то указывают только год начала разработок стандарта.

Много стандартов у различных разработчиков просто совпадают по времени и нужно понимать, какой правильно выбрать для обозначения поколения связи и т.д.

В связи с изложенным следует пояснить, что правила построения графика на Рис.1 заключаются в следующем:

• если стандарт мобильной связи обозначен несколькими значениями скорости, то предпочтительно представлялся max теоретического значения этого параметра;
• если стандарт охарактеризован двумя параметрами мобильной связи нисходящим каналом DL и восходящим каналом UL, то в качестве точки обозначающей данный стандарт на графике использовалось значение модуляционной скорости в нисходящем канале DL;
• при представлении в литературе модуляционной скорости в виде диапазона значений, то для точки на графике бралось среднее значение, практикуемое в стандарте мобильной связи;
• многие полагают, что 1G стандарт не может быть представлен на графике, так как является аналоговым. Спешу «утешить» принявших эту аксиому и напомнить, что в рамках стандарта AMPS использовался цифровой стандарт D-AMPS, в котором осуществлялась мобильная связь с временным разделением субканалов со скоростью 9,6 Кбит/с;
• с большой осторожностью подбирались значения годов реализации стандарта. Это делалось, как правило, с подтверждением необходимого временного обозначения у различных авторов статей и интернет-сайтов.

Таким образом, получен график на Рис.1, в котором данные брались, в основном, из интернет-источников:

1. Стандарты мобильной связи.  (www.mobile-arsenal.com.ua/glossary/standarts/). Дата обращения 3 сентября 2020 года;
2. Просто о сложном: 2G, 3G, 4G и 5G.  (https://ichip.ru/sovety/prosto-o-slozhnom-2g-3g-4g-i-5g-328352). Дата обращения 14 января 2021 года;
3. Какими будут смартфоны будущего: переход на 5G. (https://ichip.ru/tekhnologii/kakimi-budut-smartfony-budushego-perekhod-na-5g-310932). Дата обращения 14 января 2021 года;
4. Стандарты и поколения сотовой связи. (https://odbs.ru/blog/sotovaya-svyaz/standarty-i-pokoleniya-sotovoy-svyazi/). Дата обращения 14 января 2021 года; 
5. 6G может перебить аппетит к 5G. (https://www.cnews.ru/articles/2019-10-15_6g-mozhet_perebit_appetit_k_5g). Дата обращения 14 января 2021 года; 
6. 6G на горизонте.  (https://www.rspectr.com/articles/560/6g-na-gorizonte). Дата обращения 14 января 2021 года;
7. Китай анонсировал начало разработки сетей 6G. (https://nabr.com/ru/news/t/475040/). Дата обращения 14 января 2021 года;
8. Что такое 6G и как быстро будет работать? (https://new-science.ru/chto-takoe-6g-i-kak-bystro-budet-rabotat/). Дата обращения 14 января 2021 года;
9. 6G: во что превратит мир следующее поколение мобильной связи – РИА Новости.07.07.2020. (https://ria.ru/20200707/1573944746.html).

Анализируя полученный график, можно констатировать, что все значимые точки на Рис.1 ложатся в одной полосе шириной ln v = 6. Если аппроксимировать и заменить эту полосу некоторой средней прямой, потом вычислить параметры этой прямой, таких как угловой коэффициент k и начальную ординату b линейного уравнения

y = kx + b                     (1)

в котором y = ln v, b = ln M (ln M есть точка пересечения средней прямой с осью ординат ln v) и kx = a ln T (см. Рис.2), и a = tg α = Δln v/Δln T, в котором Δln v и Δln T – это отрезки BC = Δln v и AC = Δln T, где v – модуляционная скорость цифровой информации в [бит/с], а T – время в [годах].

Если собрать все значения членов в уравнении (1), то получим линейное уравнение вида

ln v = (Δln v/Δln T) ln T + ln M                   (2)

Пользуясь свойствами логарифмов, из (2) можно получить выражение, которое является уравнением зависимости модуляционной скорости v от года реализации стандарта T в виде

v = MT(Δln v/Δln T)              (3)

В этом выражении отношение Δln v/Δln T как и M определяется из Рис. 2 и принимают значения Δln v/Δln T = 0,875 и M= 5.

Из представленной закономерности (3), если это действительно так, можно делать предсказания достижения определенных модуляционных скоростей и год их достижения, в рамках тех или иных стандартов принадлежащих определенному поколению мобильной связи.

Например, из графика на Рис.2 для значения ln v = 25 соответствующего ln T = 7,6128.

Это соответствует v = 72 Гбит/с и году потенциального достижения равному T = 2023,9 ≈ 2024. Это год достижения развитого 5G поколения мобильной связи. По крайней мере для Российской Федерации это вполне реальный год (срок).

В целом мы видим, что процесс зарождения, развития и достижения предела роста процесса передачи информационных сообщений носит восходящий характер роста скоростей передачи. Причем этот рост, как мы видим, носит какой-то упорядоченный характер, обусловленный закономерностями определенных процессов, которые происходят во время модулированной передачи импульсов при цифровой форме организации процесса связи.

Факторы, которые являются составляющими процесса передачи сигнальной информации являются:

1. среда, в которой осуществляется процесс передачи информации;
2. источник процесса генерации импульсов и их модуляции;
3. форма организации самого потока процесса передачи модулированных импульсов.

Закономерности присущие каждому фактору, каждой форме организации процесса передачи в определенной среде и определяют скорость прохождения процесса в целом. Важным является тот фактор, который в данном периоде процесса является определяющим. Его закономерности и превалируют в процессе передачи сигнальной информации.

Например, в нашем случае среда, в которой происходит передача информации в условиях мобильной связи является воздушная среда нашей атмосферы, т.е. атмосферы Земли. Это газ определенного состава, находящийся при определенной температуре, давлении и плотности и эти факторы, обуславливающие скорость распространения электромагнитных волн в воздушной среде и являются факторами закономерности, определяющими общую закономерность их распространения в воздушной среде и их скорость.

Температура, давление, состав и плотность газа определяют его электропроводность, диэлектрические свойства и показатель преломления. Закономерности распространения электромагнитного излучения при существующих параметрах среды и определяют отчасти закономерности процесса передачи сигнальной информации и его скорость.