6G-mobiiliverkko: Visio, käyttökohteita ja tekninen perusta

Abstract

Tässä kandidaatintutkielmassa selvitetään 6G-mobiiliverkon nykyistä tutkimustilannetta kirjallisuuskatsauksen muodossa. Tutkielma pohjautuu pääasiassa tieteellisiin tutkimusartikkeleihin aiheesta, mutta myös alan organisaatioiden artikkeleita ja nettisivuja on hyödynnetty. Tutkielmassa esitetään 6G-mobiiliverkon visio, minkä lisäksi käsitellään 6G:n mahdollisuuksia ja sille eri tahojen suunnalta asettuja vaatimuksia. Lisäksi käsitellään 6G:n teknistä perustaa, joka mahdollistaa suorituskyvyltään vaatimusten mukaisen mobiiliverkon. Tutkielmassa nostetaan esille myös useita lähteissä esiintyneitä tulevaisuuden käyttökohteita mobiiliverkolle. Kuitenkin aiheen laajuuden vuoksi mahdollisia potentiaalisiakin käyttökohteita ja teknologisia mahdollistajia on rajattava tutkielman ulkopuolelle. Lisäksi tulee huomioida 6G:n olevan vasta tutkimus- ja kehitysasteella, joten 6G:stä ei ole olemassa määrittelevää standardia. Siksi tämä tutkielma perustuu pitkälti ennustamiseen nykyisen tutkimusmateriaalin pohjalta. Tutkielmassa määriteltynä 6G:n visiona on luoda kaikin tavoin entistä suorituskykyisempi verkko, joka kykenee vastaamaan yhteiskunnan kasvaviin datankäyttötarpeisiin. Lisäksi verkon tulee huomioida merkittävät yhteiskunnalliset teemat, kuten tietoturva ja energiankulutuksen ongelmat. Tavoitteena on myös luoda entistä kokonaisvaltaisempi mobiiliverkko, joka kykenee aivan uudella tavalla yhdistämään sosiaalisen, digitaalisen ja fyysisen maailman lähemmäs toisiaan. Tämän mahdollistaa muun muassa verkon kyky toimia reaaliaikaisena tilannetiedon lähteenä. Aikaisemmin mobiiliverkkoa on käytetty ennen kaikkea tiedonsiirtoon, mutta tulevaisuudessa myös mobiiliverkon luontaisia paikannusominaisuuksia ja kykyä aistia ympäristöään voitaisiin hyödyntää uudella tavalla. Tutkielmassa esitetään potentiaalisina tulevaisuuden käyttökohteina laajennetun todellisuuden sovellukset, liikenteen ja kulkuneuvojen mahdollisuudet sekä teollisuuden uudet mahdollisuudet useilla eri aloilla. Verkon entistä tarkempi kyky paikantaa laitteita ja aistia ympäristöään tarjoavat myös näihin käyttökohteisiin lukuisia uusia mahdollisuuksia. Huomioitavaa on myös, ettei mobiiliverkko pysty saavuttamaan yhtäaikaisesti maksimaalista suorituskykyään kaikilla parametreilla mitattuna. Tämän vuoksi 6G-aikakaudella voidaan odottaa olevan paljon aliverkkoja, jotka kykenevät palvelemaan halutun käyttökohteen vaatimuksia. Tällöin 6G-mobiiliverkko voidaan nähdä monien aliverkkojen muodostamana verkkojen verkkona. Tutkielmassa huomioidaan 6G:n teknisen kehityksen vaativan vielä paljon tutkimustyötä. Uusien entistä korkeampien taajuusalueiden saaminen mobiiliverkon käyttöön tarjoaa luontaisen pohjan entistä suorituskykyisemmän verkon rakentamiseksi. Kuitenkin on myös huomioitava korkeampien taajuuksien signaalien haasteet suuren kantaman mobiiliverkon rakentamisen osalta, kuten signaalin nopeampi vaimeneminen etäisyyden funktiona. Voidaankin olettaa nykyisen 5G-mobiiliverkon taajuuksien ja teknologian tarjoavan pohjan myös 6G-mobiiliverkolle. Tutkielmassa nostetaan 6G:n mahdollistavista teknologioista esille muun muassa massiiviset MIMO-järjestelmät, modulaatiomenetelmien tutkimus sekä tekoälyn ja koneoppimisen tarjoamat mahdollisuudet. Ottamalla tekoäly mukaan esimerkiksi aistivan verkon luomiseen voidaan luoda entistä kognitiivisempi verkko.