EVOLUTION OF WIRELESS (CELLULAR) COMMUNICATION NETWORKS

• Дата: 2025
• Автори: Chernogor, L. F., Shevelev, M. B.
• Формат: Стаття
• Мова: Ukrainian
• Опубліковано: Видавничий дім «Академперіодика» 2025
• Теми: wireless network; network evolution; data rate; delay time; information transfer duration; regression; saturation effect; fundamental constraint
• Онлайн доступ: http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1466
• Назва журналу: Radio physics and radio astronomy

Предмет і мета роботи. На сьогодні одна з головних задач радіофізики полягає в освоєнні терагерцового діапазону. Цей діапазон забезпечує революційні зміни, зокрема, в системах бездротового зв’язку. Він має дуже велику частотну ємність, що принципово дозволяє значно розширити використовувану смугу частот до сотні терагерців. У свою чергу це приведе до збільшення на багато порядків швидкості передачі інформації порівняно з існуючими мережами. Актуальною задачею є прогнозування темпів подальшого зростання можливостей мереж бездротового  зв’язку. Мета роботи — побудова простих математичних моделей, що прогнозують темпи зростання можливостей мереж бездротового (стільникового) зв’язку на найближчі 20—25 років.Методи та методологія. У роботі використано аналітичний огляд проблеми дослідження, системний аналіз і математичне моделювання темпів еволюції бездротового зв’язку нових поколінь.Результати. Із застосуванням усереднених даних про параметри мереж зв’язку 1G—5G і перспективного покоління 6G отримано регресії, що описують зростання швидкості та тривалості передачі інформації у часі впритул до 2050 року. Запропоновані рівняння, які описують еволюцію основних параметрів бездротового зв’язку. Показано, що з 1979 року і до цього часу зростання швидкості передачі інформації описується рівнянням класичної нестійкості. При цьому головний параметр системи зв’язку зростає за експоненціальним законом. Запропоновано моделі з прискореною еволюцією. Більш реальними є розроблені авторами моделі зі сповільненою еволюцією. Одна із них прогнозує ефект насичення, а інша — суттєве сповільнення зростання швидкості передачі інформації. Ефект насичення обумовлений експоненціальним зростанням характерного часу еволюції. Цей ефект є результатом сповільнення темпів зростання швидкості передачі інформації за рахунок фундаментальних, умовно фундаментальних і науково-технічних обмежень. Обґрунтовано, що, швидше за все, покоління 8G буде останнім у еволюції бездротового зв’язку. Це покоління може з’явитися не раніше 2040—2045 років. При цьому для терагерцового діапазону максимальне значення швидкості передачі інформації становитиме 300…1000 Тбіт/с.Висновки. Запропоновані авторами прості математичні моделі дозволяють прогнозувати динаміку зростання можливостей мереж бездротового зв’язку.Ключові слова: бездротова мережа; еволюція мережі; швидкість передачі інформації; час затримки; тривалість передачі інформації; регресія; ефект насичення; фундаментальне обмеженняСтаття надійшла до редакції 04.05.2024Radio phys. radio astron. 2025, 30(2): 089-100БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Laiho J., Wacker A., Novosad T., eds. Radio Network Planning and Optimisation for UMTS. 2nd ed. John Wiley & Sons, LTD, 2006. 629 p.2. Sharma P., Sharma D., Singh, R.K. Evolution of mobile wireless communication networks (0G-8G). Int. J. App. Eng. Res.2015. Vol. 10, Iss. 6. P. 14765—14778.3. Mourad A., Yang R., Lehne P. H., de la Oliva A. Towards 6G: Evolution of Key Performance Indicators and Technology Trends.2020 2nd 6G Wireless Summit (6G SUMMIT). Levi, Finland, 2020. P. 1—5. DOI: 10.1109/6GSUMMIT49458.2020.90837594. Solyman A.A., Yahya Kh. Evolution of wireless communication networks: from 1G to 6G and future perspective. Int. J. Electr. Comput. Eng. 2022. Vol. 12, Iss. 4. P. 3943—3950. DOI: 10.11591/ijece.v12i4.pp3943-39505. Giribaldi G., Colombo L., Simeoni P., Rinaldi M. Compact and wideband nanoacoustic pass-band filters for future 5G and 6G cellular radios. Nat. Commun. 2024. Vol. 15. 304. DOI: 10.1038/s41467-023-44038-96. Sharma V., Nayanam K. Sixth Generation (6G) to the Waying Seventh (7G) Wireless Communication Visions and Stan- dards, Challenges, Applications. Int. J. Adv. Res. Sci. Tech. 2024. Vol. 13, Iss. 2. P. 1248—1255. DOI: 10.62226/ijarst202413197. Bhatia S., Mallikarjuna B., Gautam D., Gupta U., Kumar S. and Verma S. The Future IoT: The Current Generation 5G and Next Generation 6G and 7G Technologies. 2023 Int. Conf. on Device Intelligence, Computing and Communication Technol- ogies (DICCT). Dehradun, India, 2023. P. 212—217. DOI:10.1109/DICCT56244.2023.101100668. Kumar A., Gaur N., and Nanthaamornphong A. Improving the latency for 5G/B5G based smart healthcare connectivity in rural area. Sci. Rep. 2024. Vol. 14, Iss. 1. 6976. DOI: 10.1038/s41598-024-57641-79. Basha P.H., Prathyusha G., Rao D.N., Gopikrishna V., Peddi P., and Saritha V. AI-Driven Multi-Factor Authentication and Dy- namic Trust Management for Securing Massive Machine Type Communication in 6G Networks. Int. J. Intel. Sys. Appl. Eng. 2023. Vol. 12, Iss. 1S. P. 361—374. URL: https://ijisae.org/index.php/IJISAE/article/view/3422. Date of Access: May 03, 202410. Yao Yu., Dong D., Cai C., Huang S., Yuan X., and Gong X. Multi-UAV-assisted Internet of Remote Things communication within satellite–aerial–terrestrial integrated network. EURASIP J. Adv. Signal Process. 2024. 10. DOI: 10.1186/s13634-023-01101-311. Lin H., Garg S., Hu J., Kaddoum G., Peng M., and Hossain M.S. A Blockchain-Based Secure Data Aggregation Strategy Using Sixth Generation Enabled Network-in-Box for Industrial Applications. IEEE Trans. Ind. Inf. 2021. Vol. 17, Iss. 10. P. 7204—7212. DOI: 10.1109/TII.2020.303500612. 2023 IEEE 97th Vehicular Technology Conference, VTC 2023-Spring. Proc. Florence, Italy, 20—23 June 2023.13. Guan K., He D., Ai B., Chen Y., Han C., Peng B., Zhong Z., Kürner T. Channel Characterization and Capacity Analysis for THz Communication Enabled Smart Rail Mobility. IEEE Trans. Vehicular Tech. 2021. Vol. 70, Iss. 5. P. 4065—4080.14. Yin L., Yang R., Yao Yu. Channel Sounding and Scene Classification of Indoor 6G Millimeter Wave Channel Based on Machine Learning. Electronics. 2021. Vol. 10, Iss. 7. 843. DOI: 10.3390/electronics1007084315. Kumar A., Gupta M., Pitchappa P., Wang N., Szriftgiser P., Ducournau G., Singh R. Phototunable chip-scale topolo- gical photonics: 160 Gbps waveguide and demultiplexer for THz 6G communication. Nat. Commun. 2022. Vol. 13. 5404. DOI: 10.1038/s41467-022-32909-616. Liu Z., Zhang M., Zhang C., Hu Z. 6G Network Self-Evolution: Generating Core Networks. 2023 IEEE Int. Conf. Commu- nications Workshops (ICC Workshops). Rome, Italy, 2023. P. 625—630. DOI: 10.1109/ICCWorkshops57953.2023.1028379017. Vaigandla K.K., Azmi N., Podila R., Karne R.K. A Survey on Wireless Communications: 6G and 7G. Int. J. Sci., Tech. Manag. 2021. Vol. 2, Iss. 6. P. 2018—2025. DOI: 10.46729/ijstm.v2i6.37918. Kanno A., Seamless Convergence between Terahertz Radios and Optical Fiber Communication Toward 7G Systems. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2023. Vol. 29, Iss. 5. 8600509. DOI: 10.1109/JSTQE.2023.331179319. Rao A.S., Sreeja Mole S.S., Rajeshwar Raju D.V. Beyond 5G and 6G: A Comprehensive Overview of 7G      Wireless Commu- nication Technologies. Eur. Chem. Bull. 2023. Vol. 12, Iss. 4. P. 9725—9739. DOI: 10.48047/ecb/2023.12.si4.87520. Shoewu O.O., Ayangbekun Oluwafemi J. Insights into the development trends in 7G mobile wireless networks. J. Adv. Eng. Technol. 2020. Vol. 8, Iss. 1. 02. DOI: 10.5281/zenodo.393058321. Yuan Yi., Huang Yu., Luo F.-L. Metasurfaces for Wireless Communications: Designs and Implementations. 1st ed. Boca Ra- ton: CRC Press, 2024. 320 p. DOI: 10.1201/978100338125922. Wang C. -X., You X., Gao X., Zhu X., Li Z., Zhang C., Wang H., Huang Y., Chen Y., Haas H., Thompson J. S., Larsson E. G., Renzo M. D., Tong W., Zhu P., Shen X., Poor H. V., Hanzo L. On the Road to 6G: Visions, Requirements, Key Technologies, and Testbeds. IEEE Commun. Surv. Tutor. 2023. Vol. 25, Iss. 2. P. 905—974. DOI: 10.1109/COMST.2023.324983523. Xiu L. The Turn of Moore’s Law from Space to Time. Springer Singapore, 2022. XXIV. 323 p. DOI: 10.1007/978-981-16- 9065-524. Xiu L. Time Moore: Exploiting Moore›s Law From The Perspective of Time. IEEE Solid-State Circuits Mag. 2019. Vol. 11, Iss. 1. P. 39—55. DOI: 10.1109/mssc.2018.2882285