Nadchodzi czas na dzielenie się widmem radiowym?

Konsekwencją coraz większej bezprzewodowości całej techniki jest szybko rosnące zapotrzebowanie na widmo radiowe, a więc na wolne częstotliwości. Zgodnie z raportem Cisco zapotrzebowanie na pasmo radiowe zwiększy się znacząco z uwagi na prognozowane zwiększenie się wielkości transmisji danych w sieciach radiowych z 7 EB (eksabajtów) na miesiąc w 2016 r do 1000 EB w 2030 r. Nawet za pomocą najwymyślniejszych modulacji i kodowania danych nie da się tego upchnąć w dotychczas wykorzystywanych kanałach i zdaniem autorów również tradycyjne działania polegające na relokacji użytkowników widma w inne rejony nie zapewnią dostatecznej liczby wolnych kanałów dla wymagających aplikacji V2V, a więc między pojazdami w ruchu.

Na razie wolne częstotliwości są licencjonowane, a za korzystanie z nich trzeba płacić i to niemało. W 2015 roku w USA megaherc pasma kosztował aż 650 mln dolarów. Władze państw sprzedają kanały, czerpiąc z tego duże zyski i nietrudno dostrzec, że w miarę rozwoju technologii widmo jest zagospodarowywane coraz wyżej. Przechodzenie na coraz większe częstotliwości jest ograniczone, bo użyteczność fal milimetrowych szybko maleje na skutek wzrostu ich tłumienia i innych zjawisk fizycznych związanych z propagacją. Niestety nie da się telefonii szóstej generacji przenieść w jeszcze wyższe pasma, bo już obecnie dochodzimy do granic wyznaczanych przez malejący zasięg stacji bazowych. Niższe i średnie częstotliwości, a więc też te poniżej 1 GHz, cały czas będą potrzebne, bo nie da się komunikować wyłącznie w mikrofalach.

Ratunkiem ma okazać się odejście od sztywnego licencjonowania i oparcie się na sieciach AI po to, aby lepiej korzystać z istniejących zasobów przez wspólne ich użycie. Idea nie jest nowa, bo od lat mówi się o radiu kognitywnym, wykorzystującym nieużywane w danym momencie kanały przynależne do innych użytkowników. Zarządzanie widmem w sieciach AI ma być bardziej przemyślane i zakłada nie tyle możliwość użycia aktualnie wolnego cudzego kanału, a wspólne działanie urządzeń wg reguł. Zasady mają wypracowywać algorytmy sztucznej inteligencji, dla których celem jest minimalizacja zakłóceń i maksymalizacja przepustowości. Wspólne działanie to komunikacja urządzeń, np. routerów sieci bezprzewodowych, po to, aby ustaliły ze sobą podział używanych kanałów w taki sposób, aby zapewnić zgodne współdziałanie. Na razie tego nie ma i nierzadko się zdarza, że w danej lokalizacji wiele urządzeń pracuje na tym samym kanale i wzajemnie się zakłóca, a inne są nieużywane.

Kluczem do sukcesu będą algorytmy bazujące na AI, których zadaniem będzie wypracowanie, bez konieczności nadzoru ze strony operatora, efektywnych reguł podziału widma między urządzenia w danej lokalizacji zapewniających optymalność pod względem przepustowości i interferencji. To niełatwe zadanie, bo za terminami "efektywny" i "optymalny" kryje się wiele sprzecznych celów i wymagań, dla których trzeba będzie wypracować kompromis. Nietrudno też zauważyć, że zbudowanie wewnętrznych mechanizmów komunikacji urządzeń ustawiających ich parametry musi być realizowane w locie, a więc nie raz podczas włączania i na stałe, ale każdorazowo przy zmieniających się warunkach radiowych. Nic więc dziwnego, że ogłoszono już kilka konkursów na prototypy z wysokimi nagrodami, bo zadanie to jest bardzo trudne.

Na rozwiązanie problemu z brakiem wolnych częstotliwości w widmie mamy około dekady. Tyle mniej więcej trwa w telekomunikacji fundamentalna (duża) zmiana generacji w technologii łączności. Skoro dochodzimy do granic prostego rozszerzania zakresu, teraz czas na bardziej efektywne wykorzystanie tego co jest.

Robert Magdziak