Математики рассчитали вероятность обрыва сигнала в сетях нового поколения 6G
Следующее поколение мобильных сетей 6G будет использовать терагерцевое излучение, которое дает быстрый, но неустойчивый сигнал. Российские ученые создали математическую модель, с помощью которой рассчитали, какова вероятность обрыва связи при одном из лучших вариантов — когда пользователь подключен сразу к нескольким станциям. При этом они учли движение устройства в руках пользователя и препятствия на пути сигнала. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Transactions on Wireless Communication, входящем в мировой топ-5 научных журналов отрасли телекоммуникаций.
В мобильных сетях следующего поколения 6G будут использовать терагерцевое излучение — это волны между инфракрасным и микроволновым диапазоном. Антенны для его передачи имеют чрезвычайно узкую диаграмму направленности с лучами меньше одного градуса, поэтому хотя излучение может дать быстрое соединение, такой луч легко потеряет цель. Кроме того, длины волн сопоставимы с размерами молекул и из-за этого сильно поглощение сигнала, например, водой. В результате даже небольшое перемещение устройства, дождь или туман могут вызвать обрыв соединения. Чтобы этого избежать, необходимо множественное подключение, при котором пользователь обменивается сигналом сразу с несколькими базовыми станциями. Если с одной из них соединение теряется, другие «подхватывают» и делают разрыв незаметным.
«Ожидается, что будущие системы 6G позволят использовать принципиально новые приложения в беспроводном интерфейсе, например голографическую связь, дополненную или виртуальную реальность, тактильные коммуникации. Чтобы удовлетворить требованиям таких приложений, необходимо значительно повысить скорость доступа к сотовым технологиям. Платой за многообещающие преимущества терагерцевых систем стала необходимость решения ряда принципиально новых задач, связанных с экстремальными потерями качества передачи», — рассказывает одна из авторов статьи Юлия Гайдамака, доктор физико-математических наук, профессор кафедры прикладной информатики и теории вероятностей РУДН.
Сотрудники РУДН (Москва) и ФИЦ «Информатика и управление» РАН (Москва) совместно с коллегами из Финляндии разработали математическую модель, которая позволяет рассчитать вероятность обрыва связи в режиме множественного соединения. Впервые математики учли одновременно и микромобильность — перемещение и вращение устройства в руках пользователя, — и препятствия, от крупных до мельчайших, которые возникают на линии распространения луча.
При численном исследовании модели обнаружилось даже некоторое положительное влияние микромобильности. В системе с множественным подключением и блокирующими сигнал препятствиями вероятность обрыва соединения снижается при учете микромобильности. Однако если препятствий слишком много (больше 0,5 на квадратный метр), микромобильность только ухудшит положение.
«Наши результаты показывают, что влияние микромобильности пользовательских устройств не строго отрицательное и существенно зависит от параметров системы. В частности, множественное подключение улучшает стабильность связи, если препятствия для сигнала распределены с малой или средней плотностью», — подводит итог одна из авторов статьи Дарья Острикова, кандидат физико-математических наук, заместитель директора Института прикладной математики и телекоммуникаций РУДН.
