6G Mobiiliverkko : Radiospektri, teknologiat ja sovellukset

Abstract

Tämä kandidaatintyö tarkastelee tulevaisuuden kuudennen sukupolven mobiiliverkkoja. Mobiiliverkkoja tarkasteltiin spektrin, Kansainvälisen televiestintäliiton (International Telecommunication Union, ITU), tiedonsiirtoteknologioiden, tekoälyn & koneoppimisen sekä paikannuksen & aistimisen näkökulmista. Työssä käsitellystä 6G-spektristä odotetaan korkeampia taajuusalueita, kuten subterahertsitaajuuksia (sub-THz, 90 GHz – 300GHz), jotka mahdollistavat nopeamman tiedonsiirron ja pienemmän viiveen. Senttimetriaallot (7-15 GHz) tarjoavat tasapainon kattavuuden ja kapasiteetin välillä. Spektrinhallinta 6G-verkoissa tulee olemaan kriittistä ja tässä tekoäly tulee keskeiseen rooliin. Tekoäly (Artificial Intelligence, AI) -pohjaiset spektrinhallintamenetelmät, kuten resurssien-, keilan- ja kanavanhallinta optimoivat verkon suorituskykyä reaaliaikaisesti. Myös lisensoimattoman ja lisensoidun spektrin yhdistäminen tarjoaa uusia mahdollisuuksia energiatehokkuuden ja tiedonsiirron optimointiin.

Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU) on keskeinen toimija 6G-kehityksessä. ITU:lla on kolme eri pääsektoria, ITU-R, ITU-T ja ITU-D, jotka huolehtivat taajuusalueiden koordinoinnista, teknisten spesifikaatioiden laatimisesta ja digitaalisen infrastruktuurin kehittämisestä. ITU:n teemoihin kuuluu myös tietoturva ja ympäristöystävällisyys.

Tiedonsiirtoteknologioita 6G:ssä tulee olemaan paljon. Käytössä on sekä vanhoja 5G:stä tuttuja, mutta myös aivan uusia. Nämä teknologiat auttavat spektritehokkuudessa ja mahdollistavat tehokkaan sekä luotettavan tiedonsiirron. Kuudennen sukupolven verkot saadaan myös toimimaan haastavissa paikoissa kuten merellä ja ilmassa, jos kehityksessä olevan LEO-satelliittiviestinnän ongelmat saadaan ratkaistua. Kuten nykypäivän trendinä myös 6G:ssä tulee isoon rooliin tekoäly ja koneoppiminen. Ne auttavat esimerkiksi reitityksessä, resurssien hallinnassa ja ennakoivassa analytiikassa.

Paikannus ja aistiminen tuovat mukanaan todella tarkan paikannuksen. NTN (Non-Terrestrial Network) -pohjaiset ratkaisut, kuten satelliitit ja dronet, tukevat paikkatietosovelluksia ja mahdollistavat tarkan paikannuksen myös sisätiloissa, mikä ei ole ennen ollut mahdollista. Integroidun paikannuksen ja aistimisen (Integrated Sensing and Communication, ISAC) -teknologia puolestaan yhdistää viestinnän ja ympäristön havainnoinnin ja mahdollistaa autonomisten ajoneuvojen sekä älykkäiden kaupunkiratkaisujen kehittämisen. Näiden ominaisuuksien avulla myös terveydenhuoltoon saadaan uusia mahdollisuuksia. Haptinen viestintä, holografinen viestintä ja BCI (Brain-Computer interface) mahdollistavat etäkirurgian, tarkemman diagnostiikan ja potilastietojen analyysin reaaliajassa. Näiden lisäksi VR- ja AR-teknologiat parantavat lääketieteellistä koulutusta ja potilashoitojen toteutusta.

6G:n kehitys tuo siis mukanaan paljon uusia ominaisuuksia ja mahdollisuuksia, mutta myös haasteita. Näihin perehdytään tämän työn aikana ja pyritään esittelemään niin, että jokaiselle jää hyvä käsitys siitä mitä 6G on, miten uudet mobiiliverkot saapuvat ja mitä 6G ihanteellisessa tilanteessa voi mahdollistaa.