Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Расходы на пропуск всё возрастающего трафика по сетям операторов связи по состоянию на 2019 год не покрывается доходами от традиционных услуг. Поиск новых услуг, т.н. «killer application» традиционных телеком-платформ обычно не даёт ожидаемых результатов.

Между тем, основной рост трафика и доходов происходит не в секторе устройств людей, а в секторе устройств интернета вещей, который является одной из базовых целей функционала 5G.

Стандартизация

Стандартизация технологий и решений 5G должна завершиться к 2021 году, поэтому термином 5G пока обозначаются лишь фрагментарные решения, которые в будущем войдут в состав полномасштабного решения IMT2020. Такие решения уже разворачиваются в разных странах, однако они пока носят локальный и тестовый характер, и не предоставляют весь планируемый функционал сетей стандарта IMT2020.

Основные стандартизирующие организации 5G

По состоянию на 2019 год:

3GPP (3rd Generation Partnership Project) - альянс из семи организаций, разрабатывающих различные стандарты телекоммуникаций, в которые, в свою очередь входят другие партнёры. Задача 3GPP – формулировка технических требований, оценка предложений, и окончательное принятие стандартов. В середине 2017 года был принята версия общего стандарта Release 15, в настоящее время разрабатывается Release 16, которая будет принята в 2019 г. Кроме разработки общей архитектуры, 3GPP также разрабатывает стандарты радио-технологий 5G New Radio (NR) для новых частотных диапазонов, выделяемых под 5G.

ETSI (European Telecommunication Standard Institute), Европейский институт телекоммуникационных стандартов, который является членом 3GPP, и наиболее активно работает в области разработки стандартов 5G.

Кроме указанных, существуют отраслевые и региональные организации, такие как 5G Americas, Small Cell Forum, которые также вносят большой вклад в разработку и стандартизацию решений 5G.

Большой вклад в разработку стандартов вносят также и крупные операторы связи, такие как AT&T, Verizon и др. Они координируют свою работу с ETSI и ITU , но иногда опережают эти организации. Поэтому решения этих операторов часто ложатся в основу стандартов ETSI и ITU.

Цель создания и назначение сетей 5G

Сети мобильной связи предыдущих поколений имели следующие назначения и функционал:

• 1G: Услуги передачи речи по аналоговой сети
• 2G: Услуги передачи речи по цифровой сети, низкоскоростные услуги передачи данных (GPRS, EDGE)
• 3G: Высокоскоростные услуги передачи данных (HSPA), с возможностью передачи голоса по сети IP, мобильный доступ к интернет MBB (Mobile Broadband).
• : Мобильный широкополосный доступ MBB на базе LTE, LTE-A, передача голоса (VoLTE)

Сети 5G значительно расширяют ограниченный функционал мобильных сетей предыдущих поколений. Основными функциональными особенностями сетей 5G являются следующие:

• Усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB (enhanced MBB)
• Сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой ULLRC (Ultra Low Latency Reliable Communication)
• Массивные межмашинные коммуникации Massive IoT /IIoT , мMTC (massive Machine Type Communication)

На основе этих трёх генерализованных видов функционала строится всё многообразие услуг и возможностей сетей IMT2020 (5G), наиболее характерные из которых показные на рисунке ниже:

Гигабайты в секунду. Сети 5G способны значительно повысить скорость передачи данных через различные технологии радиодоступа (RAT), и при помощи задействования новых спектров радиочастот 5G NR (New Radio). Пользователь получает практически неограниченную полосу пропускания, как для домашнего использования различных сервисов, так и для целей предприятий (Immersive Telepresence, Industrial IoT и пр.)

Умный дом. Целый спектр различных сервисов интернета вещей (IoT) будет доступен для решения «Умный дом» (Smart Home) и «Умное здание» (Smart Building): видеонаблюдение, управление и автоматизация бытовой техники, управление системами безопасности, хранилища контента, климатика и пр.

Новые видеоуслуги 4К/8К : Объёмное видео, экран сверхвысокой чёткости (UHD), возможность эффекта присутствия.

Работа в облаке. Сервис даёт возможность не только хранить данные в облачном хранилище и извлекать их оттуда, но и использовать прикладные программы, которые работают непосредственно из облака. Причем, с возможностью их использования на любом устройстве и из любого местоположения. Кроме того, имеется возможность использования интерфейсов прикладного программирования API , через которые облачные сервис-провайдеры могут предоставлять свои услуги абонентам оператора сети 5G.

В пример сервисов, для которых будет иметь преимущество 5G, можно привести и городские системы видеонаблюдения . 5G поможет упростить их развертывание и использование. Сейчас трафик с тысяч камер в городах, в основном, передается по фиксированным сетям. Развернуть такую инфраструктуру – непростая задача, поскольку требуется уложить множество проводов. С помощью 5G можно будет получать терабайты видео высокого разрешения без использования проводов.

Еще один пример - сервис мониторинга транспорта в компаниях. Санджив Атали из Qualcomm полагает, что с появлением сетей нового поколения операторы, выступающие провайдерами такого сервиса, смогу снизить его стоимость. Это станет возможным за счет того, что стоимость одной базовой станции 5G будет ниже стоимости станций для существующих сетей, а также за счет того, что одна базовая станция сможет одновременно обслуживать большее количество устройств, соответственно, для сервиса потребуется меньше базовых станций.

Практические преимущества 5G

Платформа сети 5G предоставляет для операторов значительные преимущества, выражающиеся прежде всего, в расширении функциональных возможностях и характеристик сети (performance) и повышении удовлетворённости пользователей (User Experience). На рисунке ниже показаны основные параметры сети IMT2020 (5G), по сравнению с показателями IMT-Advanced (4G), которые позволяют этого достичь.

Пиковая скорость: сеть 5G обеспечивает в 20 раз бòльшую скорость по сравнению с 4G, то есть, около 20 Гбит/с.

Скорость на пользователя (средняя) при этом может достигать 100 Мбит/с и более.

Эффективность использования спектра , количество информации, которую можно передать на единицу частотного диапазона, в сети 5G будет по крайней мере в 3 раза выше, чем в 4G.

Мобильность пользователя , скорость, с которой может перемещаться пользователь с терминалом 5G по площади покрытия сети без потери хендовера между базовыми станциями, в сети 5G достигает 500 км/час, что даёт возможность пользоваться услугами 5G в скоростных поездах.

Задержка в сети 5G снижается до 1 мс и менее, в то время как в сети 4G можно достичь минимум 10-миллисекундной задержки. Это позволяет использовать технологию 5G для критичных коммуникаций и видеонаблюдения , услуг тактильного интернета, AR/VR и пр.

Плотность терминалов в сети 5G повышается на порядок и может достигать нескольких миллионов устройств на 1 кв. км, то есть, на 1 квадратном метре поверхности могут располагаться несколько десятков или даже сотен миниатюрных устройств (например, сенсоров IoT).

Энергоэффективность сети 5G на порядок лучше, чем в сети предыдущего поколения.

Ёмкость трафика на единицу площади, то есть скорость передачи данных квадратный метр площади покрытия сети, в 5G на два порядка выше, чем в сети 4G.

На рисунке ниже показаны соотношения по степени важности для основного функционала 5G (усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB, сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой, массивные межмашинные коммуникации) параметров сети 5G, показанных на предыдущем рисунке.

Частоты

По состоянию на 2019 год 5G предполагается использовать в различных спектрах радиочастот. Однако, в диапазоне до 6 ГГц, в том числе выделенного под Wi-Fi диапазона 5 ГГц, пока существуют серьёзные проблемы с наличием свободных частот. Выделение частот для 5G в спектре до 6 ГГц уже согласовано на Всемирной конференции радиосвязи ВКР (WRC-15, World radiocommunication conference) в 2015 году. Диапазоны более высоких частот будут распределяться на ВКР-19 в 2019 году .

Применение низкочастотных участков спектра для сетей 5G позволяет достичь оптимального покрытия сети без массивных инвестиций в развитие сетевой инфраструктуры.

Низкие частоты обеспечивают хорошее проникновение радиоволн в помещения, что очень важно для IoT. В особенности, важен диапазон 700 МГц, предназначенный для систем связи М2М, «умного города» и «умных домов ». Для особо надёжного подключения таких объектов, как, например, самоуправляемые автомобили, роботы , промышленная автоматизация, могут использоваться диапазоны 3,4-3,8 ГГц. Предполагается, что в эпоху 5G операторам будут выделяться сплошные частотные полосы по 300-400 МГц.

Высокочастотный спектр необходим сетям 5G для достижения скорости передачи данных до 20 Гбит/с, в частности, для предоставления услуг 3D-видео в формате UHD, AR/VR, облачные сервисы для работы и игр, голографическая связь, тактильный интернет и пр. В частности, для этого рассматривается возможность использования диапазонов 24,25-27,5 ГГц и 37-43,5 ГГц.

Выделение новых частот для 5G в России (источник: НИИР, Союз ЛТЕ-операторов)

Технологии 5G New Radio (5G NR)

Для того, чтобы удовлетворить всё возрастающие требования к мобильной связи, для 5G были разработаны технологии, объединённые под общим названием «новое радио 5G», 5G New Radio (5G NR) . По сравнению с радио-интерфейсом в сетях 4G, 5G NR имеет несколько важных преимуществ.

Разработка 5G NR велась практически «с ноля», с учётом требований к сетям 5G и с применением лучших технологий, которые будут доступны к моменту полномасштабного развёртывания сетей 5G. Таким образом, в 5G NR используются новейшие технологии модуляции, образования форм волн (waveforms) и технологий радиодоступа RAT (Radio Access Technology), которые, в т.ч., будут обеспечивать высокую скорость передачи данных и удлинение срока службы батарей пользовательских устройств 5G.

Основные требования стандарта 3GPP. Источник: ITU, Nokia , Qualcomm

Предварительные требования к технологии 5G NR появились в стандарте 3GPP Release 15, утверждённом в декабре 2017, и ожидается, что окончательный вариант будет утверждён в декабре 2019 г.

Основные отличительные особенности радио-технологии 5G NR – следующие:

Добавление новых диапазонов радио-спектра , согласно требованиям к скорости передачи сигналов, числа устройств, роста трафика многочисленных приложений 5G. Новые диапазоны 5G NR лежат в пределах от 2,5 до 40 ГГц. Ведутся обсуждения об использовании спектра до 100 ГГц.

Оптимизированная технология OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Эта технология уже была успешно применена в 4G/LTE-A, а также в последних версиях Wi-Fi .

Формирование лучей (Beamforming) . Это технология, которая лишь в последние годы перешла от концепции к реализации, и которая способна реализовать многие преимущества 5G. Beamforming даёт возможность направлять луч радиоволн от базовой станции на определённые устройства, как движущиеся, так и неподвижные, без влияния на другие лучи, направленные на те же устройства.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) . MIMO – Метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, который уже применялся в Wi-Fi и 4G, в 5G был значительно усовершенствован, в частности, в многопользовательском режиме MU-MIMO (Multi-User- MIMO) в базовых станциях 5G gNnodeB (gNB), антенны которых состоят из матрицы излучающих элементов. Это даёт возможность усиливать уровень сигнала для конкретного пользователя, в то же время минимизируя влияние данного сигнала на других пользователей.

Технологии совместного использования спектра (Spectrum sharing) . Многие спектры радиочастот, соответствующим образом распределённые, часто не используются эффективно. Для решения этой задачи были разработаны технологии Spectrum sharing.

Унифицированное межчастотное взаимодействие (Unified design across frequencies) . Поскольку в 5G NR добавлено множество новых частотных диапазонов, важно обеспечить интерфейс взаимодействия при переходе канала с одной частоты на другую при хендовере между базовыми станциями.

Маленькие соты (Small cells) . Уплотнение сетевого покрытия ведёт к тому, что число базовых станций должно увеличиваться. Поэтому было предложено решение Small Cells – решение недорогих, простых в установке и обслуживании базовых станций небольшой мощности. Их можно развешивать на мачтах уличного освещения, на стенах домов и других объектах. Сеть 5G способна эффективно координировать их работу, перераспределяя нагрузку между антеннами.

Распределённые антенные системы DAS и единая базовая станция, обслуживающая здание целиком

Единую инфраструктуру базовых станций и DAS могут использовать несколько операторов связи одновременно.

Архитектура опорной сети (Core Network) 5G

Особенность архитектуры сети 5G состоит в том, что традиционное понятие «архитектура сети», основанной на аппаратных решениях, в сети 5G теряет актуальность.

Поэтому 5G чаще называют не сетью, а системой, или «платформой», под которой имеется в виду платформа программная, а не аппаратная. Если сети 1/2/3/4G строились на базе аппаратных решений (оборудования), то платформа 5G строится на базе программных решений, в частности, программно-конфигурируемых сетей SDN (Software Defined Network) , а также виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization).

Функции 5G реализуются в виртуальных программных функциях VNF (Virtual Network Function), которые работают в инфраструктуре NFV. Различие между этими похожими по звучанию понятиями состоит в том, что VNF – это функция, а NFV – это технология. В свою очередь, NFV реализуется в физической инфраструктуре дата-центров (data center, DC, центр обработки данных, ЦОД), на базе стандартного коммерческого оборудования COTS (Commercial Off The Shelf). Оборудование COTS включает лишь три вида стандартных, относительно недорогих устройств – сервер (вычислительное устройство), коммутатор (сетевое устройство) и система хранения данных (устройство хранения).

На заре быстрого и стремительного развития сферы телекоммуникаций уже сложно представить жизнь без мобильных систем. Не так давно в 2012 году на конференции в Женеве были представлены технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMAX 2 (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m), которые были признаны технологиями четвертого поколения или как уже привыкли их называть - технологии четвертого поколения 4G. Было заявлено, что данные технологии позволяют осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с — подвижным абонентам и 1 Гбит/с — стационарным. И не успели операторы перевести дух, как уже в 2015 году появляются сообщения о разработке сетей следующего поколения 5G. Так что же такое 5G и настолько ли нам необходимы эти технологии?

На данный момент нет четкого стандарта для сетей пятого поколения, однако, телекоммуникационные компании, среди которых такие как: Huawei, Ericsson, Nokia, уже сейчас предлагают концепцию будущих 5G сетей. Предполагается, что 5G станет последним и обобщенным стандартом для беспроводных технологий.

Возвращаясь к разговору о сетях четвёртого поколения (4G) стоит сказать, что их ключевой особенностью для привлечения абонентов стала высокая скорость. Но, как показала практика, скорость не является ключевым фактором. Не стоит также забывать о таких параметрах как ёмкость сети, задержки при передаче пакетов и прочих факторов. И так как в сетях 5G планируется работа колоссального количества устройств, начиная от кофемашин, холодильников и заканчивая автомобилями, то необходимо серьезное улучшение основных параметров беспроводных сетей, а именно увеличение скорости передачи данных к множеству абонентов, увеличение ёмкости сетей и уменьшение задержек.

Добиться этого планируется следующим образом:

1. Увеличение пропускной способности сети более 10 Гбит/сек.;
2. Количество одновременных подключений до 100 миллионов устройств на 1 квадратный километр;
3. Обеспечение уменьшения задержки в сети до 1 мс;
4. Выделение каждому сервису определённой ёмкости ресурса.

Виртуализация в 5G-сетях

Одной из основных технологий в сетях пятого поколения станет "Интернет вещей". Интернет вещей - это не просто множество различных приборов и датчиков, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет, это более тесная интеграция реального и виртуального миров, в которых общение производится между людьми и устройствами. Для реализации этого будут применяться такие технологии как беспроводные сенсорные сети и RFID (метод автоматической идентификации объектов). Таким образом, внедрение "Интернет вещей" в сети пятого поколения 5G позволит не только взаимодействовать в единой сети кругу бытовых гаджетов и устройств (смарт-часы, устройства VR, планшеты и смартфоны), но и позволит охватить все сферы деятельности человека (технология умный дом и умный город).

Рисунок 1 - Охват технологии 5G в жизни человека

Стоит также отметить, что технология 5G планирует стать по-настоящему конвергентной технологией. Конвергенция подразумевает под собой группировку отдельных компонентов сети, в единый оптимизированный вычислительный комплекс. Организация этого комплекса планируется с помощью виртуализации оборудования. То есть операторы за счёт набора серверов и DATA-центров будут организовывать виртуальное оборудование для обработки и хранения данных, в то время как физическое оборудование будет использоваться лишь для передачи пользовательского трафика. Таким образом будет уменьшение количества оборудования для одной базовой станции, а если учесть что всё это будет являться неким облаком, то оператор будет иметь доступ в любую точку сети для динамической настройки того или иного сегмента сети.

В основу всего этого будет положена технология SDN - сеть передачи данных, в которой уровень управления сетью отделен от устройств передачи данных и реализуется программно, и NVF - это концепция сетевой архитектуры, предлагающая использовать технологии виртуализации целых классов функций сетевых узлов в виде составных элементов, которые могут быть соединены вместе или связаны в цепочку для создания телекоммуникационных услуг (сервисов).

Рисунок 2 - Виртуализация сетей 5G

За счет виртуализации сети появляется возможность организации такой функции как "сети по запросу".

Рисунок 3 - Сети по запросу в 5G

Как известно, под организацию конкретной задачи сети (сеть смартфонов, умный дом и т.д.) существуют уже готовые решения с набором параметров и конкретным оборудованием. Сети 5G за счет виртуализации и технологии сети "по запросу" предлагают заранее организовать серверы и DATA-центры для операторов с учетом всех требований для сети. Этакое коробочное решение для оператора.

Архитектура сетей пятого поколения

Проблему с покрытием и доступностью к сети было решено изменить путем ориентирования на абонентов, то есть радиопокрытие сети будет подстраиваться под нужды абонентов в отличие от сетей прошлого поколения. Планируется применение автоматических фазированных антенных решёток, способных динамически изменять диаграммы направленности антенных систем. Также планируется использование всего доступного частотного диапазона, в частности использование миллиметрового диапазона на коротких расстояниях.

Что касаемо вопроса о сетевой архитектуре 5G, то тут стоит выделить три подсистемы (облака), да - облачные технологии, куда без них в современном мире:

1. Облако доступа (Access) - подразумевается включение как распределенных, так и централизованных технологий и систем доступа. Также планируется обратная совместимость с сетями 4G и 3G;
2. Облако управления (Control) - управление сессиями, мобильностью и качеством услуг;
3. Транспортное облако (Forward) - физическая передача данных в сеть с высокой надежностью, скоростью и балансировкой нагрузки.

Рисунок 4 - Архитектура сети 5G.

Радиоинтерфейс

Что касается радиоинтерфейса 5G, то планируется увеличение спектральной эффективности в 3 раза по сравнению с сетями четвертого поколения (4G). Это способствует тому, что при одной и той же ширине полосы пропускания передается до 3 раз больше данных, то есть около 6 бит/сек на 1 Гц. Новый радиоинтерфейс планируется быть гибким, легко конфигурируемым и обратно совместимым с сетями 4G и 3G.

Рисунок 5 - Концепция нового радиоинтерфейса

Компанией Huawei было предложено следующее решение для нового интерфейса:

Рисунок 6 - Базовые технологии для радиоинтерфейса в 5G по мнению компании Huawei

Как видно из рисунка, предполагается применение следующих технологий:

• SCMA (Sparse Code Multiple Access) - разделение абонентов на базе разреженного кода, при этом нет необходимости в подтверждении о доставке. В этой технологии битовые потоки разных пользователей в одном частотном ресурсе, напрямую преобразуются в кодовое слово при помощи так называемой кодовой книги из определённого набора. Эти коды условно называются квазиортогональными и количество этих кодов довольно большое, и имеет двухмерную структуру. То есть исходный сигнал накладывается на кодовую книгу и уже преобразованный сигнал попадает на радиоинтерфейс. Восстановление сигнала на приемной стороне также производится по кодовой книге.

Рисунок 7 - Алгоритм технологии SCMA

• F-OFDM (Flexibel OFDM) - усовершенствованная технология OFDM позволяющая организовать гибкое разбиение на поднесущие, гибкое изменение длины символов и гибкое изменение циклического префикса. То есть под каждую задачу будет использоваться свой набор параметров.

Рисунок 8 - Сравнение технологии OFDM и F-OFDM

• Polar Code - линейный корректирующий код, основанный на явлении поляризации канала.
• На иллюстрации ниже представлены также дополнительные, но, несомненно, важные технологии для сетей 5G.

Дополнительные технологии в сетях 5G

• Massive MIMO - передача к одному абоненту до 8 потоков данных. В Massive MIMO абонент может работать с большим количеством антенн одновременно, которые будут формировать очень острые диаграммы направленности. Использование пространственного мультиплексирования нескольких лучей позволит увеличить принимаемый уровень сигнала и подавить интерференцию от других пользователей, тем самым увеличить пропускную способность и спектральную эффективность;

Рисунок 9 - Massive MIMO

• Novel Multiple Access - новые технологии доступа, например, SCMA;
• New Full Duplex - позволяет применять одну частоту в разных сотах для разных задач (UpLink и DownLink);

Рисунок 10 - Принцип работы New Full Duplex

• Flexibel Duplex - позволяет организовать гибкую передачу трафика. То есть, например, в UPLink передавать информацию для DownLink;

Рисунок 11 - Принцип работы Flexibel Duplex

• FBMC/UFMC (Filter Bank Multicarrier, Universal Filter Multi-Carrier) - увеличивает спектральную эффективность, улучшает канальную селективность, позволяет использование в "когнитивном радио";
• Adv. Coding and Modulation - применение совокупности технологий модуляций и кодирования, среди которых такие как Non-binary coding, Bit-mapping techniques, Joint coding & modulation;
• Ultra-dense networking - позволяет за счет виртуализации организовать сверхплотные сети, за счёт которых на n-ой площади можно будет обслуживать большое количество абонентов, что в свою очередь позволяет строить сложные иерархии сети. Также данная технология позволяет одновременное взаимодействие сот между собой;

Рисунок 12 - Технология Ultra-dense

• Low latency & high reliability - снижение задержки и повышение надежности;
• M2M/D2D - передача информации напрямую между устройствами (машинами, девайсами) без участия человека. Расширение покрытия за счет устройств абонентов Построение децентрализованной сети;
• High frequency communication - частоты ниже 6 ГГц будут первичными диапазонами для сети 5G. Частоты выше 6ГГц для универсального доступа и магистральной связи. Как видно из рисунка ниже, планируется задействовать частотный диапазон вплоть до 100 ГГц;

Рисунок 13 - Частотный план 5G

• Spectrum sharing - совместное использование спектра на разных уровнях разными технологиями доступа.

Управление сетями в 5G будет осуществляться за счет разрабатываемой TelecommunicationOS. То есть различные отрасли и категории пользователей будут использовать одну операционную платформу для доступа к инфраструктуре сети.

Рисунок 14 - Управление сетями 5G

Экспериментальные данные при тестировании технологии 5G

Те, кто следят за новостями развития беспроводных технологий, наверняка уже слышали о том, что не так давно, в июне 2016 года, МегаФон продемонстрировал передачу данных в 1 Гбит/сек на Петербургском международном экономическом форуме. Преодоление порога в гигабит было долгожданным событием еще со времен выхода стандарта для 4G сетей. Но что же творится на мировом рынке?

Меньше месяца назад, на испытании оборудования 5G сетей в Швеции оператор связи Telia совместно с компанией Ericsson продемонстрировали передачу данных на скорости в 15 Гбит/сек на одного пользователя. Время отклика составляло менее 3 мс. Эти показатели более чем в сорок раз выше показателей функционирующей 4G сети. К слову сказать, для сетей пятого поколения разработанной дорожной картой предусмотрены пиковые скорости передачи данных в 20 Гбит/сек. По заявлению руководства оператора Telia, запуск коммерческих 5G сетей планируется уже в 2018 году в Стокгольме и столице Эстонии — Таллине.

Но неизменным лидером на рынке беспроводного оборудования по-прежнему остается компания Huawei. Почти все значимые рекорды в скорости мобильного интернета принадлежат ей и уже несколько лет подряд специалисты Huawei не отдают никому пальму первенства. В июле этого (2016) года на официальном сайте компании появилась информация о том, что совместно с Vodafone им удалось разогнать скорость в сети до 20 Гбит/сек в E-диапазоне. И что самое удивительное, компания Huawei объявила, что к 2018 году в России будет завершено строительство 5G сетей. Естественно сеть будет обслуживать города, в которых пройдет чемпионат мира по футболу. Скорее всего, демонстрация гигабитных скоростей в июне этого года компанией МегаФон является первым шагом на пути к реализации этого проекта.

Несмотря на то, что скорость в 20 Гбит/сек определена Международным союзом электросвязи в качестве базовой, Huawei собирается создать гораздо более скоростные сети, так как на форумах презентуются прототипы базовых станций и приемников, позволяющих поддерживать передачу данных на скорости 115 Гбит/с.

Также гигабитные скорости не являются исключением и для движущихся абонентов, ведь пару месяцев назад Huawei передал 10 Гбит/сек абоненту, движущемуся со скоростью 120 км/ч. Естественно главный успех эксперимента зависит от точности сопровождения абонента диаграммой направленности базовой станции, поддерживающей MIMO и Beamforming.

Заключение

Сейчас довольно сложно говорить о возможностях и сроках реализации коммерческих сетей 5G, при условии, что пока даже не введен стандарт, но производители взялись за сети нового поколения очень резко, и их разработки даже опережают выход стандарта. Если компаниям, участвующим в проекте, удастся добиться поставленных целей, то весь мир сможет получить единую, стабильную, конвергентную и высокодоступную сеть нового поколения, после введения которой уже долгое время не придется создавать и разрабатывать сети нового поколения. Во всяком случае представители Международного союза электросвязи заявляют свои надежды на то, что 5G станет точкой в развитии беспроводных сетей, существенной переделки архитектуры не будет, и нас ждет лишь минорная доработка радиочасти.

О скором запуске мобильных сетей пятого поколения (5G) в Европе.

Давайте вместе разберемся, нужно ли ждать технологию в России, чем она хороша и какие проблемы поможет решить.

Что скрывается за аббревиатурой «5G»

Европейский запуск и тестирование 5G начнется в карликовом государстве Сан-Марино. Эта страна не является локомотивом технологического прогресса, её ученые ничего не изобретали и не придумывали для развития сетей пятого поколения.

Просто на территории этого государства самые лояльные в Европе ограничения на использование радиочастот. Оператор, Telecom Italia Mobile, занимающийся тестовым запуском, практически не будет ограничен в выборе частот вещания и сможет проверить работу стандарта при различных настройках оборудования.

Разумеется, за основу будут браться доступные в Европе и мире частотные диапазоны, но никто не отрицает, что максимальный потенциал 5G раскроет на военных или авиационных частотах.

Это может сильно сказаться на дальнейшем развитии технологии. Она может стать исключительно правительственной для обеспечения нужд внутренних ведомств. Глаз на новую технологию могут положить корпорации, если 5G, например, поможет сильно сократить расходы на эксплуатацию транспорта.

В чем отличия от 4G

На данный момент нет четких рамок и стандартов для развертывания 5G-сетей. Нельзя точно назвать максимальную пропускную способность стандарта, используемые частотные диапазоны и прочие нюансы.

Ожидается, что 5G предоставит большую пропускную способность для широкополосной мобильной связи, обеспечит меньшее время задержки сигнала и позитивно скажется на расходе энергии у передающего и принимающего оборудования.

Для нас в первую очередь важна лишь большая скорость приема/передачи данных, чем в 4G. На существенное сокращение энергопотребления рассчитывать не приходится. Наивно полагать, что условный iPhone 10 с поддержкой 5G будет работать существенно дольше предшественников с LTE модулем.

Специальный диапазон частот может быть выделен под такой обмен. Устройства в таком режиме будут работать по аналогии с рациями, передавая и принимая кодированный сигнал на определенном расстоянии.

Это удобно, ведь так повышается скорость обмена информацией, а в случае падения связи со стороны оператора или нахождения пользователей вне зоны доступа сети можно будет, например, отправить сообщение или голосовой вызов ближайшим абонентам.

Что реально крутого в 5G

Уже сейчас в некоторых регионах нашей страны мобильный 4G интернет по скорости передачи превосходит предложения от кабельных операторов связи. При этом смартфон пользователя является модемом, который всегда с собой.

Для более комфортного использования можно выбрать специализированные решения, чтобы не разряжать мобильное устройство за несколько часов раздачи сигнала.

С ростом популярности стриминговых сервисов необходимость в загрузке аудио- и видео-контента на устройство через несколько лет практически отпадет.

Так получится, что iPhone, iPad или компьютер со слотом для сим-карты станет главной точкой для выхода в сеть, а из квартир начнут пропадать Wi-Fi роутеры и маршрутизаторы.

Когда ждать 5G

Исследователи и аналитики полагают, что 5G для бизнеса и рядовых потребителей станет доступным не ранее 2020 года. К этому времени сети нового поколения могут появиться лишь в крупных городах.

Следует понимать, что для активного развития технологии нужна не только инициатива операторов и провайдеров. Производители техники тоже должны внедрять новые модули связи для поддержки стандартов связи следующего поколения.

Отечественные операторы в этом направлении не отстают от иностранных коллег, в этом году компания Мегафон совместно с Huawei провела ряд тестов, демонстрирующих возможности 5G сетей.

Есть и подводные камни

Для повсеместного внедрения 5G понадобится полная замена оборудования на стороне оператора, а пользователи для получения возможности подключения будут вынуждены обновить парк своих устройств. Пока нет общепринятых стандартов 5G, говорить об этом слишком рано.

Сети нового поколения будут использовать высокочастотные диапазоны, при этом вырастет плотность базовых станций, а это дополнительные затраты для операторов.

Простым пользователям остается ждать новостей о европейских тестах 5G и следить за презентациями новинок техники ведущих компаний. Кто знает, возможно, через год или два в мы увидим поддержку 5G сетей, а может, Samsung станет первым в этом направлении с очередным обновлением линейки Galaxy.

5G ближе, чем кажется. Публичные тесты новой технологии проведут в России уже во время Чемпионата мира по футболу 2018 года, а к 2022 году Минкомсвязи планирует, что сетями пятого поколения будет покрыто 16 миллионников. К 2020 году развертывать сети 5G начнут в США, Японии и Корее. Между тем, до сих пор не закончена работа над стандартом сотовых сетей пятого поколения. Так что же представляет собой 5G, когда его реально ждать, и зачем нужен новый стандарт?

Поколение раз в 10 лет

Мобильная связь развивается в среднем 10-летними циклами. Новые технологии появляются, внедряются и становятся доминирующими раз в десять лет. 2000-ые годы стали эрой 3G, сейчас вы живем в эпоху 4G. Следующее десятилетие станет временем 5G.

Первые проекты по разработке 5G были объявлены еще в 2008 году. После 2015 года компании, работающие над новой технологии, наконец смогли подойти к полевым испытаниям. В 2016-м начали приниматься первые регуляторные нормы, в соответствии с которыми будут функционировать сети будущего. Так Федеральная комиссия США по связи одобрила для стандарта три диапазона 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц.

Осенью 2016 года Qualcomm представила первый модем, который будет поддерживать будущие стандарты 5G - Snapdragon X50.

В 2017 году в различных странах начали устанавливать первые базовые станции пятого поколения, пока они доступны только для тестирования специалистов.

Характеристики 5G

Стандарт пятого поколения будет заметно отличаться от предыдущих. В течение предшествующих 30 лет каждый новый стандарт приносил в первую очередь количественные улучшения связи. 2,5G подарил нам мобильный интернет. 3G сделал его по-настоящему удобным и доступным. 4G сблизил скорости стационарного и беспроводного доступа. Сегодня 4G обеспечивает в самых продвинутых версиях скорость нисходящего потока на 1 Гбит/с.

5G также обещает рост скоростей. Черновые версии стандарта определяют минимальный предел пропускной способности в 10 Гбит/с. Однако тесты оборудования показывают, что реальные скорости будут выше. Многие тестовые сети обеспечивают передачу данных на скорости в 25 Гбит/с. В июне 2017 года Huawei и Мегафон смогли «разогнать» сеть до 35 Гбит/с, работая в диапазоне 70 ГГц.

Однако увеличение скорости передачи данных в рамках сети является далеко не главным при разработке стандарта 5G. Еще в XXI начале века во многих странах количество мобильных абонентов превысило число населения. В этом десятилетии у мобильных операторов уже появились миллионы клиентов без паспорта и личности. Речь идет о подключенных к интернету датчиках и устройствах. В ближайшее десятилетие количество пользователей сотовых сетей начнет исчисляться десятками миллиардов. К людям присоединятся машины. 5G должен обеспечить на порядки большее количество стабильных соединений в единицу времени.

Массивное MIMO является одним из приоритетов развития стандарта. Для обеспечения стабильности связи будет использоваться трехмерная фокусировка сигнала. Базовые станции получат сотни узконаправленных антенн, которые будут закрывать все возможные направления.

Большое количество подключений, огромные массивы передаваемых данных вынуждают использовать развитые технологии кэширования данных. Оно также станет одним из краеугольных камней 5G.

5G обещает не только повышение скоростей передачи данных, но и снижение латентности, что будет востребовано в интернете вещей, где для реализации многих идей требуется высокочастотный опрос устройств. Латентность планируется снизить со 100 мс у 4G до 1 мс у 5G.

В проектах 5G улучшение взаимопроникновения сетей. Для обеспечения наиболее эффективного соединения и лучшего использования пропускной способности мобильной инфраструктуры устройства будут переключаться не только между 4G и 5G, но и подключаться к Wi-Fi и другим видам беспроводных сетей, благо частотные диапазоны уже сближены максимально.

Виртуализация сетей. Пятое поколение предполагает более активную и полноценную виртуализацию в мобильных сетях. Сервис и инфраструктура будут максимально отвязаны друг от друга. За счет этого можно повысить и эффективность использования частотного диапазона, и самой инфраструктуры.

Вызовы 5G

Внедрение 5G может оказаться не таким быстрым, как 4G. В некоторых случаях в сетях 3,5G внедрение LTE требовало минимальных инвестиций. В случае с 5G так не получится.

Чем выше частота сети, тем выше скорость передачи данных. Однако есть и обратная зависимость: тем ниже зона покрытия, и волны хуже проникают через стены и другие препятствия. Размер соты будет значительно меньше.

Операторам придется не просто установить новое оборудование на уже существующие вышки, но и найти новые места для размещения базовых станций. Их плотность для уверенного покрытия должна быть выше. Соответственно потребуются большие затраты.

Решения этой проблемы пока нет. Более «дальнобойные» диапазоны уже заняты сетями третьего и четвертого поколений. Да и в целом в современном мире свободных частот становится все меньше.

Покрытие 5G, особенно на первых порах, будет неравномерным. Его точно обеспечат в городах, сначала в местах с наибольшей проходимостью и нагрузкой, например, у спортивных сооружений, в бизнес-районах, около торговых центров. Впоследствии возможны варианты совместного использования частот с 4G и т.д. 5G за пределами городов пока остается под вопросом. Впрочем, там, в большинстве случаев при меньшей плотности абонентов может хватать и возможностей LTE.

Для чего нужно 5G

Наиболее близкое и понятное рядовому пользователю применение 5G - тяжелый контент . Телевизоры 4K пока еще не стали мейнстримом, но уже практически все топовые смартфоны снимают видео в этом формате. 8K также постепенно выходит на рынок. А еще есть сферические камеры и трансляции для устройств виртуальной реальности. 5G способен открыть для такого контента сотовые сети. Не случайно первые крупные демонстрации возможностей сети запланированы на крупные спортивные мероприятия. В Корее сеть 5G развернут в Пхенчанге зимой 2018-го во время Олимпийских Игр. Соревнования будут показывать в 8K, а Intel даже обещает организовать виртуальный показ игр, когда можно будет надеть шлем и почувствовать себя на стадионе. В России Мегафон собирается показать возможности 5G во время Чемпионата мира по футболу 2018 года.

Искусственный интеллект также «будет рад» появлению 5G. Уже сегодня на телефонах есть десятки и сотни приложений, в которых используются нейронные сети для обработки изображений. Пока это развлекательный контент. Однако в перспективе ИИ вторгнется во многие сферы нашей жизни. Нейронные сети сейчас существуют в облаке. Обмен информацией с ними вырастет, что потребует большей пропускной способности сети.

Интернет вещей. Уже сейчас понятно, что интернет вещей в первую очередь будет не сообществом кофеварок и холодильников, а получит промышленное наполнение. Умными уже становятся сельское хозяйство, промышленность, транспорт, логистика, энергетика. Десятки и сотни миллиардов сенсоров будут собирать различные данные передавать их на серверы для обработки и принятия решений, а затем команды будут отправляться автоматическим контроллерам, управляющим различными процессами. Во многих случаях системы будут реализованы в локальных сетях, но также огромным будет потребность в передаче информации через мобильные соединения. 5G с его многопользовательскими достоинствами и большой пропускной способностью обеспечит инфраструктуру для интернета вещей.

Беспилотные автомобили. Беспилотные технологии в автотранспорте развиваются очень быстро. В следующем десятилетии на дорогах могут появиться первые полностью роботизированные машины. Однако сегодняшние тесты автопилотов показывают, что «машинное зрение» еще далеко от идеала. Tesla хорошо справляется с опережением, но не всегда может увидеть за пару километров несущуюся машину в левой полосе. В будущем автомобили могу быть объединены в единую сеть. Это значительно повысит безопасность на дорогах, а также шансы беспилотников на допуск к общему движению. 5G и здесь предоставит нужную инфраструктуру, а уменьшенная в разы латентность обеспечит необходимое на высоких скоростях быстродействия.

5G в России

Российские операторы уже начали тестирование сетей 5G. Мегафон работает с Huawei. Партнеры смогли достичь скорости в 35 Гбит/с, что является одним из самых высоких показателей в реальных тестах на данных момент.

Мегафон выиграл тендер на обеспечение связью Чемпионата мира по футболу 2018 года. Компания планирует развернуть тестовые сети 5G во время спортивного события. На стадионах обещают мобильный интернет со скоростью до 5 Гбит/с. Уже выделены частоты. Сегмент сети связи пятого поколения будет развернут в диапазоне 3400-3800 МГц, тогда как мобильный интернет поколения 5G будет работать в диапазоне 25250-29500 МГц.

МТС провел два теста 5G. Один еще в 2016 году с Nokia, добившись скорости в 4,5 Гбит/с. Другой весной этого года с Ericsson, получив скорость в 25 Гбит/с. Кстати, Ericsson объявила, что будет готова предоставить европейским операторам оборудование для 5G уже в 2018 году.

Билайн в январе этого года наконец выбрал себе партнера по 5G. Им стала китайская Huawei, которая является одним из лидеров по инвестициям в R&D для сетей пятого поколения.

Tele2 работает в направлении 5G с Nokia. И собирается развертывать сеть после 2020 года.

Формально 5G может появиться в России в 2020 году. Однако реально воспользоваться сетью пятого поколения можно будет лишь через два года.

В 2019 году в стране планируется принять акты, регулирующие функционирование сети. В 2020 году операторы получат частоты для развертывания сетей. В этом же году по планам правительства пилотные проекты должны быть запущены пяти городах миллионниках. К 2022 году сеть 5G должна функционировать уже в 15 городах с населением больше миллиона человек. В итоге реально работающие сети 5G, доступные пользователям, появятся в России к 2022 году.

Раньше других в 2019 году планируют развернуть первые сети пятого поколения в США и Корее. Как правило, эти страны идут в авангарде сотовых технологий. Считается, что к 2020 году будет завершена стандартизация 5G. После этого внедрять новый стандарт начнут массово.

По слухам, Apple планирует обеспечить поддержку 5G в iPhone 9. Учитывая традиции нейминга, речь, скорее всего, идет о модели 2019 года.

Стандарт мобильной связи пятого поколения (5G) – это новый этап развития технологий, который призван расширить возможности доступа в Интернет через сети радиодоступа.

Стандартизацию сетей мобильной связи 2, 3, 4 и 5 поколений выполняет партнерский проект для стандартизации систем 3-го поколения (3rd Generation Partnership Project, 3GPP).

В 2017 году организация 3GPP официально сообщила, что 5G станет официальным названием следующего поколения мобильной связи и представила новый официальный логотип стандарта связи.

Задачи, которые призвана решить технология 5G:

• рост мобильного трафика
• увеличение числа устройств, подключаемых к сети
• сокращение задержек для реализации новых услуг
• нехватка частотного спектра

Услуги в сетях 5G

1. Сверхширокополосная мобильная связь (Extreme Mobile Broadband, eMBB) - реализация ультраширокополосной связи с целью передачи «тяжелого» контента;
2. Массовая межмашинная связь (Massive Machine-Type Communications, mMTC) - поддержка Интернета вещей (ультраузкополосная связь);
3. Сверхнадежная межмашинная связь с низкими задержками (Ultra-Reliable Low Latency communication, URLLC) - обеспечение особого класса услуг с очень низкими задержками.

Подробнее услуги в сетях 5G рассмотрены по ссылке .

Очевидно, что в будущем к сети будет подключено гораздо больше устройств, большинство из которых будут работать по принципу «всегда онлайн». При этом очень важным параметром будет являться их низкое энергопотребление.

Требования к сетям 5G

1. Пропускная способность сети до 20 Гбит/сек по линии "вниз" (т.е. к абоненту); и до 10 Гбит/с в обратном направлении.
   
2. Поддержка одновременного подключения до 1 млн. устройств/км 2.
3. Сокращение временной задержки на радиоинтерфейсе до 0,5 мс (для сервисов Сверхнадежной межмашинной связи URLLC) и до 4 мс (для сервисов Сверхширокополосной мобильной связи eMBB).

Другие технические требования к сетям 5G рассмотрены в этой статье .

Потенциальные технологии в стандарте 5G

1) Массивные MIMO

Технология MIMO означает использование нескольких антенн на приемопередатчиках. Технология, успешно применяемая в сетях четвертого поколения, найдет применение и в сетях 5G. При этом если в настоящее время в сетях используется MIMO 2x2 и 4x4, то в будущем число антенн увеличится. Эта технология имеет сразу два весомых аргумента для применения: 1) скорость передачи данных возрастает почти пропорционально количеству антенн, 2) качество сигнала улучшается при приеме сигнала сразу несколькими антеннами за счет разнесенного приема (Receive Diversity ).

2) Переход в сантиметровый и миллиметровый диапазоны

На данный момент сети LTE работают в частотных диапазонах ниже 3,5 ГГц. Для полноценного функционирования сетей мобильной связи стандарта 5G необходимо разворачивать сети в более свободных высокочастотных диапазонах. При повышении частоты, на которой передается информация, уменьшается дальность связи. Это закон физики, обойти его можно лишь повышая мощность передатчика, которая ограниченная санитарными нормами. Однако считается, что базовые станции сетей пятого поколения будут располагаться плотнее, чем сейчас, что вызвано необходимостью создать гораздо бОльшую емкость сети. Преимуществом диапазонов десятков ГГц является наличие большого количества свободного спектра.

Подробнее вопросы выделения частотного спектра в 5G рассмотрены в следующих статьях:

• Частоты для 5G. Преимущества и недостатки использования частот ниже 6ГГц и выше 6ГГц

• Сети 5G: текущее состояние и перспективы развития. Интервью с автором книги «Мобильная связь на пути к 6G» Антоном Степутиным

3) Мультитехнологичность

Для обеспечения высококачественного обслуживания в сетях 5G необходима поддержка как уже существующих стандартов, таких как UMTS , GSM , LTE , так и других, например, Wi-Fi. Базовые станции, работающие по технологии Wi-Fi могут использоваться для разгрузки трафика в особо загруженных местах.

Технология device-to-device позволяет устройствам, находящимся неподалеку друг от друга, обмениваться данными напрямую, без участия сети 5G, через ядро которой будет проходить лишь сигнальный трафик. Преимуществом такой технологии является возможность переноса передачи данных в нелицензируемую часть спектра, что позволит дополнительно разгружать сеть.

5) Новый радиоинтерфейс в сетях 5G и другие инновации читайте в статье Какими будут сети мобильной связи 5G?

Подробнее о технических требованиях к сетям 5G, вариантах радиоинтерфейсов, услугах и других нововведениях в сетях мобильной связи нового поколения читайте в книге " Мобильная связь на пути к 6G ".