Kolejne generacje Internetu mobilnego nie sprowadzają się tylko do tego, że połączenia stają się szybsze. Mówiliśmy tak wprawdzie przy 4G, przy 5G i tak samo zaczynamy mówić od kilku lat przy 6G, ale tym razem stawka jest znacznie większa. Nie chodzi już bowiem wyłącznie o to, jaki transfer trafi w nasze ręce, bo umówmy się, że dobre połączenie 5G jest dziś bardziej niż wystarczające w codziennym życiu. Tyle tylko, że dziś coraz częściej chodzi o sieć, która ma jednocześnie przenosić dane, rozpoznawać otoczenie, wspierać maszyny i działać tam, gdzie klasyczna infrastruktura zwyczajnie się kończy. Dlatego najciekawsze wydaje mi się nie samo bicie kolejnych rekordów prędkości, lecz szukanie nowych “dróg” dla informacji.
Chiński silnik fotoniczny nie jest silnikiem w klasycznym sensie
Przyzwyczailiśmy się, że Internet jest dostarczany albo przewodami w formie skrętek i światłowodów, albo falami radiowymi. Tymczasem coraz więcej badań sugeruje, że w przyszłości ten stan rzeczy może ulec zmianie. Światłowody zostaną kręgosłupem, radio nadal będzie obsługiwać masową łączność, a pomiędzy nimi pojawią się rozwiązania optyczne działające w powietrzu. Zastanawiam się jednak, czy te ostatnie są w ogóle realne? Kto bowiem sprawi, że taka “świetlna autostrada Internetowa” będzie działała nie tylko w laboratorium, ale też w deszczu, mgle, kurzu i miejskim chaosie?
Nowe badania opisane w Matter dotyczą laserowo zasilanego “silnika fotonicznego”, a więc modułu emitującego białe światło, które może jednocześnie świecić i przenosić dane. Zespół naukowców pokazał układ wykonany z łatwiejszego w produkcji materiału ceramicznego, który jest zdolny do komunikacji światłem widzialnym na dystansie 1,2 km. Jest to istotne nie bez powodu, bo typowe systemy VLC (Visible Light Communication) oparte na diodach LED zwykle działają na odległościach liczonych raczej w metrach, nie kilometrach.
Czytaj też: Świat bez treści AI był lepszy. Dziś obawiam się o przyszłość Internetu
W VLC informacje są kodowane w zmianach natężenia światła, zbyt szybkich albo zbyt subtelnych, żeby człowiek odbierał je jak migotanie. W prostym ujęciu lampa może więc świecić i transmitować dane jednocześnie. Dlatego od lat powraca wizja Internetu z lamp, latarni ulicznych, reflektorów samochodowych czy oświetlenia w halach przemysłowych. Problem w tym, że trudne jest sprawienie, aby taka wizja działała stabilnie poza kontrolowanym pomieszczeniem i właśnie tutaj chiński eksperyment przykuwa uwagę.
Tym razem badacze nie pokazali tylko kolejnej lampki do komunikacji na biurku. Zbudowali źródło białego światła na bazie quasi-przezroczystej ceramiki LCMAS:Ce, wytwarzanej przez stopniowaną krystalizację szkła glinokrzemianowego. Ma ono nie tylko świecić, ale też przenosić ciepło około 20 razy skuteczniej niż tradycyjne żywice silikonowe, dzięki czemu może znosić większą moc lasera.
Dlaczego białe światło ma sens, skoro mamy lasery i światłowody?
Na pierwszy rzut oka można zapytać po co w ogóle białe światło? Skoro do transmisji danych mamy światłowody, lasery podczerwone, komunikację radiową i fale terahercowe, to czy dokładanie kolejnego wariantu nie jest komplikowaniem sprawy? Odpowiedź leży w podwójnej roli takiego źródła. Lampa może być elementem infrastruktury oświetleniowej i komunikacyjnej jednocześnie. W efekcie taka latarnia uliczna nie musi tylko świecić. Może też wysyłać dane do pojazdu, drona albo czujnika. Reflektor maszyny może oświetlać teren i utrzymywać lokalne połączenie. W teorii to bardzo kuszące, bo infrastruktura świetlna już istnieje lub i tak będzie budowana.
Właśnie dlatego podobne pomysły co jakiś czas wracają w komunikacji bezprzewodowej. Na łamach Focus pisaliśmy chociażby o świetle w kształcie pączka w komunikacji bezprzewodowej, a przy laserze przebijającym się przez dym i mgłę dobrze widać, że naukowcy próbują obejść najbardziej oczywisty problem optycznej transmisji, czyli fakt, że powietrze rzadko jest idealnym, pustym medium. Wszystkie te tematy dotykają tego samego pytania – jak przesyłać dane szybciej i bardziej niezawodnie, kiedy klasyczne pasma radiowe przestaną wystarczać?
Chiński silnik fotoniczny ma przy tym własny, dość konkretny problem. Emituje głównie światło w żółtym zakresie 500-650 nm i brakuje mu komponentów czerwonych, co ogranicza zastosowania wymagające bardzo wysokiego współczynnika oddawania barw. Innymi słowy, jako źródło komunikacyjne wygląda ciekawie, ale jako uniwersalne źródło światła dla każdej sytuacji już niekoniecznie. W kolejnych etapach badacze chcą pracować nad materiałami o krótszym czasie fluorescencji i regulowanej szerokości emisji, bo to może zwiększyć szybkość transmisji, która aktualnie… no cóż, nie powala.
1,2 km wypada obiecująco. Transfer rzędu 100 Mb/s już nie
Białe światło, laser, ceramika, 6G i dystans rzędu 1,2 km to jednak nie wszystko. W aktualnej formie taka sieć pozwoliła sobie na przepustowość szczytową rzędu 100 Mb/s, a więc jest to wynik daleki od tego, co kojarzymy z wielkimi rekordami światłowodowymi. Autorzy sami zaznaczają zresztą, że rozwiązanie działa znacznie wolniej niż komunikacja światłowodowa. Bardzo dobrze, że to pada wprost u samego źródła, bo podkreśla to, że nie jest to w żadnym razie jakiś następca światłowodu. Przy rekordzie japońskiej transmisji 1,02 Pb/s dobrze widać, że przewodowa infrastruktura nadal gra w zupełnie innej lidze przepustowości. Światłowód pozostaje kręgosłupem Internetu i nic w tym eksperymencie tego nie podważa. Zresztą w kwestii nietypowych zastosowaniach światłowodu widać dokładnie, że światło w kablu jest jednocześnie medium transmisyjnym, czujnikiem i narzędziem pomiarowym.
Chiński układ należy więc rozumieć inaczej, bo jako potencjalne uzupełnienie sieci, a nie jej główną arterię. W przyszłym 6G takie rozwiązanie mogłoby działać tam, gdzie potrzebne są krótkie lub średnie odcinki komunikacji optycznej w powietrzu, a więc na przykład między dronami, latarniami, pojazdami, stacjami naziemnymi albo elementami infrastruktury nisko nad ziemią. Jednak czy aby na pewno mówimy tutaj o sieci 6G, a nie po prostu alternatywie w sektorze łączności bezprzewodowej? Wydaje mi się, że właśnie sprawa jest bardziej skomplikowana niż mogłoby się wydawać.
W przypadku komunikacji światłem ograniczenia są bezlitosne. Światło lubi prostą drogę. Mgła, deszcz, pył, dym, zabrudzone odbiorniki, drgania konstrukcji i brak precyzyjnego ustawienia nadajnika z odbiornikiem obniżają bezpośrednio jakość połączenia. Dlatego zresztą sam zespół badawczy mówi o integracji układu laserowego z systemami radiowymi, żeby usługa nie znikała przy gorszej pogodzie. Brzmi to akurat rozsądnie, bo przyszłość ewidentnie nie da ludzkości jednego cudownego medium transmisyjnego. Będzie raczej warstwową siecią przełączającą się między różnymi kanałami w zależności od warunków.
Najbardziej interesuje mnie nie rekord, tylko scenariusze użycia
Patrzę na ten eksperyment trochę jak na fragment większej układanki wokół 6G. Przy chińskiej komunikacji terahercowej na dystansie około 1200 metrów widać było podobną logikę: nie chodziło jeszcze o produkt dla zwykłego użytkownika, tylko o sprawdzenie, czy da się stabilnie przenieść dane w paśmie i na dystansie, które wcześniej pozostawały trudne. Przy chińskiej transmisji satelitarnej 100 Gb/s także nie chodziło o to, że jutro każdy telefon zacznie pobierać dane z orbity w takim tempie. Chodziło o pokazanie elementu przyszłej sieci, w której ziemia, powietrze i kosmos mają pracować wspólnie.
Naturalnie dzisiejsze 100 Mb/s przesłane przez białe światło na 1,2 km nie wywróci Internetu do góry nogami, ale może mieć znaczenie w wyspecjalizowanych zastosowaniach. Drony logistyczne, niskopułapowy transport powietrzny, systemy miejskie, awaryjne połączenia między punktami infrastruktury, lokalne sieci czujników, przemysłowe korytarze komunikacyjne – to wszystko może skorzystać znacząco na tego typu formie połączenia bezprzewodowego.
Czytaj też: Starlink znowu drożeje. Internet z kosmosu staje się jeszcze większym luksusem
Mam też wrażenie, że właśnie w tym miejscu marketing 6G będzie najbardziej niebezpieczny. Bardzo łatwo będzie bowiem sprzedawać społeczeństwu wizję “inteligentnej sieci”, która sama wszystko zobaczy, usłyszy i zoptymalizuje. Znacznie trudniej będzie uczciwie powiedzieć, ile taka infrastruktura będzie kosztować, kto będzie ją kontrolował, jak będzie chroniona przed zakłóceniami i czy nie stworzy kolejnej warstwy technologii działającej świetnie tylko tam, gdzie infrastruktura jest odpowiednia.
Internet przyszłości może więc jechać na świetle jak na autostradzie, ale ewidentnie sama autostrada nie wystarczy. Potrzebne są jeszcze zjazdy, zabezpieczenia, objazdy, sygnalizacja i ktoś, kto przewidzi, co stanie się wtedy, gdy nad tą idealną trasą nagle pojawi się mgła.
Źródła: EurekAlert, Matter
