Что такое сеть 5g. В чём разница между мобильными сетями различных поколений? О взаимодействии с интернетом вещей

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.

Неважно, пользуетесь ли вы смартфоном на Android, iOS или Windows Phone, при активации мобильного интернета вы будете видеть одно и то же в верхнем правом углу – несколько столбиков, указывающих на силу сигнала вашей мобильной сети, а также мистическую букву. Иногда это E, иногда 3G, а иногда H или H+.

Однако это не просто алфавитный суп. Каждый термин показывает на то, к какой разновидности протокола сети обмена данных вы подключены, причем различные протоколы дают различные скорости соединения с интернетом.

В этой небольшой статье мы поделимся всем, что знаем о каждой из сетей: как они называются, насколько они быстры и что вы сможете делать с их помощью. Итак, начнем!

LTE – Long Term Evolution (4G)

В данный момент LTE предоставляет самую быструю скорость интернета, в теории – до 100 Мб/с. LTE быстрее большинства домашних сетей, и это дает возможность пользователям практически мгновенно загружать даже большие файлы, просматривать видео в HD качестве и слушать музыку в онлайне, а также на лету загружать любые веб-сайты.

LTE довольно часто ассоциируется с термином 4G. Однако, в реальности 4G стандарт пока недостижим, ведь его скорость – 1 Гб/с, что в десять раз быстрее современных LTE -сетей. К сожалению, данный термин получил некоторое распространение, однако пока настоящие 4G сети еще не появились, вы можете использовать эти два термина в качестве синонимов.

В Сан-Франциско LTE появился в начале 2012 года. Реклама 4G LTE мобильного оператора AT&T на канатном трамвае. Фото:

H+ (HSDPA Plus)

HSDPA Plus – это самая быстрая сеть, которая в настоящий момент поддерживается в Украине и теоретически дает скорость около 21-42 Мб/с. В большинстве версий смартфонов Android вы можете заметить букву «H+», однако на Android 4.4 отображается просто «H».

H+ дает возможность легко просматривать видео в интернете в HD качестве и сравнима со скоростью домашних широкополосных сетей.

Буква «H+» при подключении к тарифу «Киевстар Смартфон Плюс». Фото:

H (HSDPA – High Speed Downlink Packet Access)

HSDPA – протокол, который основан на UMTS (3G). Но это более медленная версия HSDPA Plus, дающая скорость около 7.2 Мб/с. Это где-то около минимально необходимой скорости для комфортного просмотра видео-контента в HD качестве, также возможен комфортный серфинг в интернете и прослушивание музыки в сети.

3G (3rd Generation или UMTS )

Цифровые сети 3G изначально служили для поддержки видеозвонков со скоростью загрузки около 2 Мб/с (в самом начале поддерживалась скорость около 384 Кб/с). Это был этап вполне приличного интернета, когда у большинства пользователей появились смартфоны с расширенными возможностями, требующими хорошего коннекта (электронная почта, скайп и т.д.).

E – EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

EDGE иногда известен под названием 2.75G и дает скорость около 384 Кб/с. EDGE был разработан в качестве дешевого способа для мобильных операторов обновить 2G сети и приблизится к 3G без необходимости вкладываться в новую инфраструктуру. Длительное время мобильные операторы в Украине использовали именно эту технологию.

G – GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS или «жопорез», как его называли в ранние 2000-е, чуть более быстрый вариант раннего GSM стандарта передачи данных. В этом смысле иногда его называют 2.5G – усовершенствованная версия 2G. Скорость – около 115Кб/с, которой было достаточно для загрузки простой веб-страницы или какой-нибудь базовой текстовой информации, например, курса валют.

GPRS – первый сервис, который давал постоянное мобильное интернет-соединение и возможность оперативно получать информацию из сети.

Украина

До весны 2015 года в Украине монопольно предоставлял услугу UMTS один оператор, владеющий необходимыми частотами – дочерняя компания Укртелекома – Тримоб (ранее – Утел). Все остальные мобильные операторы и их пользователи довольствовались EDGE .

Весной 2015 года состоялся тендер по продаже лицензий на UMTS /HSDPA и комиссия продала три частоты компаниям Астелит (Life), МТС -Украина и Киевстар. Причем Астелит (Life), который недавно был продан турецкому оператору Turkcell, купил самые интересные частоты. Второй лот забрал МТС -Украина, а Киевстар получил по стартовой цене то, что осталось.

04.04.19. Южная Корея стала первой страной в мире, запустившей 5G

В Южная Корее запущена первая в мире коммерческая сеть 5G, работающая по всей стране. Ее построил телекоммуникационный гигант SK Telecom, использовав 35 тысяч базовых станций. В 5G-сетях возможна в 20-100 раз более высокая скорость передачи данных, чем в сетях 4G. Кроме того, 5G предлагает минимальное время отклика при загрузке данных и лучшую поддержку искусственного интеллекта и виртуальной реальности. Запуск 5G в России предварительно состоится после 2020 года. К 2024-му, согласно программе "Цифровая экономика", сети 5G в том или ином виде будут развернуты во всех городах с населением от 300 тысяч человек. Сейчас технологию активно тестируют МТС, "ВымпелКом" и "МегаФон".

Компания Motorola представила первый 5G-смартфон - Moto Z3. Смартфон имеет 6-дюймовый AMOLED-дисплей с тонкими рамками, стеклянный корпус, и дактилоскопический сканер на торце. В основу гаджета положен процессор Qualcomm Snapdragon 835, который поддерживает 4 гигобайтов оперативной памяти и 64 гигабайтов встроенной. Основная камера получила два модуля с разрешением 12 Мп, а фронтальная - один 8-мегапиксельный. Емкость аккумулятора составляет 3 000 миллиампер часов. При подключении 5G Moto Mod она увеличивается на 2 000 миллиампер часов.

2018. Мегафон купил в Москве частоты для 5G

Мегафон приобрел компанию Неоспринт, владеющую частотами в диапазоне 3,4 - 3,6 ГГц в Москве. В Мегафоне говорят, что целью приобретения Неоспринт было использование принадлежащих ему частот для будущий сетей пятого поколения сотовой связи (5G). Сейчас частоты для данного стандарта на постоянной основе еще не выделены, но в «Мегафоне» полагают, что диапазон 3,5 ГГц станет наиболее востребованным для строительства сетей 5G. Ранее Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) выделила «Мегафону» частоты для тестовых запусков сетей 5G на территории 11 российских городов, в которых этим летом пройдет Чемпионат мира по футболу, включая Москву и Санкт-Петербург.

2017. Тестирование 5G в России начнут с бизнеса

Россияне еще не скоро столкнуться с потребностью в сетях пятого поколения (5G), поэтому операторы предлагают начать тестирование технологии с компаний. По словам операционного директора МегаФона Анны Серебряниковой, коммерчески привлекательное число 5G-устройств появится на рынке только к 2023-2025 годам. Однако, корпорации могут адресно покупать их на конкретные программы, устройства для пилотных проектов могут быть доступны уже к 2020 году. В ВымпелКоме согласны с тем, что тестирование 5G сначала нужно проводить в b2b-секторе, в том числе на рынке "интернета вещей". В Tele2 среди наиболее вероятных отраслевых применений 5G называют удаленную медицину, логистику и индустрию развлечений на основе дополненной реальности.

2016. Мегафон запустил 5G на скорости 5 Гбит/с

Мегафон и Nokia, которые недавно договорились о совместном строительстве 5G сетей в России, на саммите в Нижнем Новгороде продемонстрировали тестовую 5G-установку, позволяющую передавать данные на скорости 5 Гбит/с. Тестирование производилось на базе оборудования Nokia AirFame и Nokia AirScale, в тестах использовалась временно выделенная полоса частот в диапазоне 4,5 ГГц. Напомним, в начале года МТС тоже договорился с Nokia и буквально на прошлой неделе МТС и Nokia показали в Москве журналистам возможности 5G. Правда, скорость в тестах, осуществленных МТС, оказалась несколько ниже, чем в тестах Мегафона - 4,5 Гбит/с.

2016. Huawei и Vodafone построили сеть 5G со скоростью 20 Гбит/с

Huawei и Vodafone провели первое полевое испытание стандарта 5G и открыли лабораторию по исследованию интернета вещей и добились пиковой скорости передачи данных 20 Гбит/сек в диапазоне частот Е (от 60 до 90 ГГц) в Ньюбери (Великобритания). Тестированию подверглись однопользовательский (SU-MIMO) и многопользовательский (MU-MIMO) многоканальный вход/выход, продемонстрировавшие скорость 20 Гбит/сек и 10 Гбит/сек соответственно. Ориентировочной датой внедрения 5G считают 2020 г. Срок был рассчитан исходя из периодичности смены поколений связи - примерно раз в десять лет - и утвержден Международным союзом электросвязи в 2015 г.

2016. МегаФон протестировал 5G-сеть на скорости 1 Гбит/с

Согласно заявлению МегаФона, компания первой в России провела испытание мобильной передачи данных на скорости в 1 Гбит/с. Тестирование проводилось на сетевом и терминальном оборудовании Huawei, а также на прототипе абонентского устройства под управлением модема Qualcomm Snapdragon X16 LTE. Максимальная скорость скачивания данных на оборудовании Huawei во время эксперимента достигала 1,24 Гбит/с. Таким образом, достигнув такой скорости мобильного интернета, «МегаФон» сделал главный шаг на пути формирования стандарта 5G в России, говорится в сообщении оператора. Для сравнения, спецификация LTE позволяет обеспечить скорость загрузки до 326,4 Мбит/с.

2016. МТС и Nokia протестируют 5G в России в 2018 году

МТС и Nokia подписали соглашение о сотрудничестве в развитии технологий 5G и «интернета вещей в России. В 2018 году компании планируют построить на одном из стадионов в России тестовую сеть 5G, которая, обеспечит скорости передачи данных более 10 Гб в секунду. В конце 2015 года аналогичное соглашение о тестировании 5G на чемпионате мира в 2018 году МТС заключил со шведской Ericsson. Также, в 2014 году «Мегафон» заключил соглашение с компанией Huawei соглашение о взаимодействии в создании и оперативном внедрении сетей 5G в России. В рамках сотрудничества партнёры планируют протестировать 5G накануне чемпионата мира по футболу 2018 года.

2015. МТС и Ericsson запустят 5G-сеть в России

МТС и Ericsson начали совместный проект по созданию и внедрению сетей пятого поколения в России. Цель проекта - протестировать решения и сценарии использования сетей нового поколения и создать на их основе тестовую зону на чемпионате мира по футболу 2018. Испытание решений Ericsson в пилотных проектах на сети МТС начнется в 2016 году. На это время намечена реализация проекта LTE-U (LTE-Unlicensed)/LAA (Licensed-Assisted Access) по использованию радиоинтерфейса LTE в нелицензируемом диапазоне частот 5 ГГц совместно c точками доступа Wi-Fi. Также МТС и Ericsson будут вести «совместный диалог» с российским регулятором по вопросам использования частотного спектра для 5G. Коммерческий запуск 5G в России МТС может состояться в 2019–2020 годах, но не раньше, чем будет разработан соответствующий стандарт. Теоретически сети 5G могут обеспечивать передачу данных на скорости до 10 Гбит в секунду, что в 30 раз превосходит возможности 4G. По планам Международного союза электросвязи, стандарт будет внедрен к 2020 году.

2015. ЕС и Китай подписали соглашение о сотрудничестве в создании 5G

Евросоюз и Китай 28 сентября подписали основополагающее соглашение о сотрудничестве в создании мобильной связи пятого поколения 5G. Сообщается также, что Китай решил вложить 315 млрд евро инвестиций в Европу. Аналогичные договоренности в создании мобильных сетей следующего поколения ЕС ранее подписал с Японией и Южной Кореей. Cпециалисты Международного союза электросвязи (International Telecommunication Union) считают, что сети 5G в будущем будут обеспечивать передачу данных на скорости не менее 20 Гбит/сек.

2015. Скорость 5G разогнали до 1 Террабита

Исследователи из центра 5G Innovation Centre (5GIC) университета Суррея (University of Surrey) создали экспериментальный набор оборудования беспроводной связи стандарта 5G, при помощи которого был достигнут рекордный на сегодняшний день показатель скорости передачи информации, составивший чуть более 1 терабита в секунду на расстоянии в 100 метров. Такая скорость передачи превышает скорости нынешних стандартов беспроводной передачи во много тысяч раз. И, согласно планам исследователей из 5GIC, первая общественная демонстрация их технологии должна состояться в 2018 году, а к 2020 году следует ожидать начала использования 5G-технологий (на территории Великобритании).

2015. Foxconn включился в гонку с Samsung и Huawei в сфере 5G

Тайваньский производитель электроники Foxconn собирается инвестировать $125 млн в развитие сетей пятого поколения (5G). Этой технологией будут заниматься около 200 технических специалистов компании. Foxconn намерена сформировать партнерские связи с европейским производителем телекоммуникационного оборудования Ericsson и совместно с ним продвигать стандарт 5G в период с 2016 по 2018 годы. Параллельно развитием технологии занимаются Samsung Electronics и Huawei. Компания надеется стать лидером в освоении 5G и опередить в этом тайваньских операторов и производителей. Для реализации плана Foxconn попросила помощи у тайваньского правительства и занялась поиском партнеров.

2014. МегаФон будет строить 5G-сети в России

МегаФон объявил о намерении (в сотрудничестве с Huawei) строить сети пятого поколения (5G) в России. МегаФон и Huawei подписали меморандум о взаимопонимании, в рамках которого будут осуществлять создание и внедрение 5G-сетей на территории страны. Соглашение позволит специалистам российского мобильного оператора участвовать в разработке стандарта связи и повлиять на его технологические особенности, исходя из местных особенностей. Huawei опробует пилотное оборудование нового стандарта на сетях "МегаФона". Партнеры преследуют цель по созданию эффективной сетевой инфраструктуры. Это позволит повысить объемы передаваемого интернет-трафика в мобильных сетях. Протестировать сеть нового поколения планируется в 2018 году.

2014. Samsung продемонстрировал технологию 5G со скоростью 7.5 Гбит/с

Вслед за рекордом скорости для Wi-fi Samsung поставил рекорд скорости для новой технологии мобильного интернета 5G. При помощи стационарного оборудования, 5G-оборудования, работающего на частоте 28 ГГц и стоящего на одном месте, специалисты Samsung получили скорость обмена информацией, равную 7.5 гигабитам в секунду. Это в 30 рфз быстрее максимальной скорости LTE, равной 225 мегабитам в секунду. Кроме этого, последние тесты оборудования 5G были впервые проведены на открытом пространстве, что также является достаточно значимым достижением. Все предыдущие тесты проводились только в лабораторных условиях. Специалисты компании Samsung также проверили качество функционирования беспроводной сети касательно абонентов, находящихся в двигающемся автомобиле.

2014. Ericsson тестирует сеть 5G

Хотя игроки телекоммуникационного рынка еще даже не определили, что такое 5G, а по мнению экспертов внедрение сетей в стандарте 5G начнется только в 2020 году, компания Ericsson уже объявила о проведении успешной серии тестов 5G сети. И им удалось добиться передачи данных на скорости 5 Гбит/с в частотном диапазоне 15 ГГц. Это в 250 раз быстрее LTE. Для этого применялись базовые станции и радиомодули с интерфейсом нового типа, а также усовершенствованная технология MIMO, предполагающая передачу и приём данных по каналу при помощи нескольких антенн. Инженеры Ericsson разработали антенны, работающие в более широком диапазоне и обеспечивающие минимальные задержки при передаче информации.

2014. Google займется 5G

Google купил компанию Alpental Technologies, которая занимается разработками в области беспроводной связи пятого поколения (5G). Проект был разработан бывшими сотрудниками закрывшегося в прошлом году WiMAX-оператора Clearwire - Питом Гелбманом и Майком Хартом. "Я могу подтвердить, что мы воодушевлены тем, что команда Alpental присоединилась к Google. Никакой другой информации мы не раскрываем", - отметил представитель Google. Напомним, что чуть ранее Google также купил спутниковую компанию Skybox и анонсировал свой план покрыть всю планету доступным спутниковым интернетом. Как известно, особенностью стандарта 5G будет совмещение различных типов связи, и спутниковая связь будет, вероятно, одним из главных компонентов.

2014. Европа и Южная Корея будут вместе развивать 5G

5G - это пока скорее маркетинговый термин, используемый телеком-операторами для привлечения пользователей. Типа "вот скоро мы запустим еще и 5G". Однако, в реальности стандарты нового поколения связи 5G только начинают разрабатываться, и сейчас начинается технологическая гонка за лидерство между странами и крупными компаниями. Основными участниками этой гонки являются китайская Huawei, японская NTT Docomo, и американская Intel. Теперь к этой компании присоединяется межгосударственный конгломерат - сегодня Еврокомиссия подписала с Южной Кореей договоренность о совместном развитии технологий 5G. Учитывая что южнокорейская сторона включает в себя крупнейших производителей смартфонов Samsung и LG, а европейская - крупнейших мобильных операторов, это серьезная заявка на лидерство. О том, чем 5G будет отличаться от предыдущих поколений связи, можно судить по этой иконографике, опубликованной на сайте Еврокомиссии.

2013. Samsung собирается запускать коммерческие 5G сети до 2020 года

Еще далеко не все люди узнали и попробовали, что такое 4G (LTE или WiMax), а Samsung уже разработал технологию для 5G сетей и заявил , что до 2020 года вполне возможно запустить коммерческие 5G-сети. Технология, изобретенная в Samsung позволяет обеспечить скорость передачи данных до нескольких десятков гигабит в секунду на одной базовой станции (в радиусе 2 км). Конечно, Samsung - не единственная компания, которая разрабатывает 5G. Так недавно японский оператор DoCoMo объявил, что успешно провел тест передачи данных на скорости 10 Гб/с.

2008. Корея планирует в скором времени перейти на 5G-сети

Несмотря на то что в мире еще не везде развернуты сети третьего поколения (3G) и работы по созданию и стандартизации сетей 4G все еще ведутся (коммерчески они пока не доступны), правительство Южной Кореи объявило, что пора начинать работы по созданию сетей пятого поколения (5G). Правительство Кореи выделило $58,4 млн на доведение до ума технологий 4G и начало работ над сетями 5G. Пока неизвестно, какие технологии будут лежать в основе сетей пятого поколения. Зато известно, что 4G-сети базируются на WiMAX и Long Term Evolution (LTE). В первом случае скорость передачи данных может достигать 10 Мбит/с, а во втором – 100 Мбит/с. Обозреватели индустрии отмечают, что коммерциализация 5G-сетей может состояться уже в 2012 году. На конец нынешнего года назначен запуск первых 4G-сетей. В США ими занимаются компании AT&T, Verizon Wireless и Sprint. В России более 95% сотовых сетей относятся к стандарту GSM (2G).

Доброго времени суток, хабровчане!

В этой публикации расскажу о сотовых сетях будущего: как они будут выглядеть, что стоит ожидать.

Итак, начнем.

Что вообще такое 5G? Это будущий стандарт мобильных сетей, который выведет их на принципиально другой уровень. Умные дяди из серьезных компаний говорят, что сети пятого поколения появятся примерно в 2020 году. Почему именно в 2020? Сейчас разберемся.

На рисунке представлено время появления сетей уже существующих поколений. Можно заметить, что между каждыми двумя поколениями разница примерно в 10 лет. Легко сделать вывод, что сети 5G, таким образом, можно ожидать примерно в 2020.

Какие принципиальные отличия между сетями пятого и предыдущих поколений? Первое, и самое очевидное, это увеличение скорости (как минимум на порядок), снижение задержек, значительное увеличение емкости сети, что необходимо для удовлетворения постоянно растущего спроса на Интернет. Тенденция такова, что в будущем к сети будет подключаться все, что угодно: от разнообразных датчиков до автомобилей.

Вторым пунктом стоит выделить переход к модели сети, где главным является абонент, а не базовая станция. В существующих сетях абоненту приходится самому подстраиваться под сеть: сигнал слишком слабый – передвинься. В сетях пятого поколения будут применяться умные антенны, способные менять диаграмму направленности в зависимости от потребностей абонентов в конкретных условиях. К примеру, если в соте в данный момент времени обслуживается один абонент, данные для него будут идти по узконаправленному каналу, что повысит отношение сигнал\шум и позволит повысить скорость передачи данных.

Третий пункт это переход в область миллиметровых волн. Спектральный ресурс ограничен и найти необходимые частоты в традиционных для мобильной связи диапазонах крайне трудно. Естественно, что для значительного увеличения скорости передачи данных потребуются гораздо бОльшие диапазоны частот. Логичным выходом из данной ситуации является переход в область десятков ГГц. Многие знают, что с увеличением рабочей частоты стремительно уменьшается дальность связи, то есть размер соты. Поэтому из третьего пункта можно сделать вывод: сети пятого поколения будут использоваться в местах, где есть спрос на скоростную передачу данных. Полного покрытия ожидать не стоит.

Следующим пунктом стоит выделить такую технологию, как MIMO. Суть ее заключается в использовании нескольких антенн на передающей и принимающей сторонах. Эта технология появилась еще в спецификациях, относящихся к третьему поколению. В большинстве сетей LTE MIMO работает в режиме 2x2, то есть две антенны на передачу, две на прием. Какие плюсы от этой технологии? В режиме 2х2 данные передаются сразу по двум независимым каналам, что позволяет увеличить скорость передачи почти в два раза. На данный момент существуют смартфоны, поддерживающие режим 4х4. К сожалению, увеличивать число антенн до бесконечности невозможно в силу небольших габаритов смартфонов. Еще одной проблемой является необходимость передачи служебных сигналов от каждой антенны, что снижает эффективность технологии.

Пятым пунктом необходимо отменить возможную реализацию технологии device-to-device. Нередки случаи, когда абоненты общаются находясь в десятках метров друг от друга. Благодаря применению этой технологии через сеть оператора будет проходить только сигнальный трафик, позволяющий тарифицировать такие вызовы, а сами данные будут проходить напрямую между устройствами. В этом и заключается суть технологии.

Как же будет выглядеть сеть будущего? 5G сети будут использоваться в местах, где есть спрос на высокоскоростной Интернет, в городах. Для общего покрытия будут использоваться сети предыдущих поколений. Если представить схематично, это будет выглядеть так:

Над сетями пятого поколения идет работа по всему миру, однако локомотивом является Европа. Средства, выделяемые ЕС на разработку несравнимы с теми, что выделяются в остальных частях планеты. По планам разработчиков к концу 2015 года должны сформироваться требования к стандарту пятого поколения. До этого момента все разговоры о скоростях и других параметрах сетей являются лишь домыслами.

Предугадывая комментарии «а зачем нужны такие скорости, мне 3G хватает» отмечу, что в будущем ожидаются глобальные изменения в мобильных сетях. Число подключаемых устройств к сети в режиме «always online» будет стремительно расти. Вполне возможен сценарий, когда телевидение перейдет на мобильные сети. Будет своего рода бум, который произошел с появлением передачи данных в сотовых сетях.

Сотовая совершенствуется рывками. Переход от одной технологии к другой свидетельствует о вводе нового поколения. Именно поэтому, если упрощать, стандарты называются 1G, 2G, 3G и так далее - буква «g» в данном случае происходит от слова «generation». Давайте же постараемся понять, как развивалась мобильная связь. Заодно мы выясним, почему операторы не отказываются от поддержки старых стандартов.

Сейчас самое первое поколение сотовой связи принято называть 1G . Но в годы действия этих сетей никто о таком понятии не подозревал, тогда многие люди не думали о том, что в ближайшем будущем сотовая связь станет совсем другой. Итак, что же представляло собой первое поколение?

Фактически это была аналоговая связь. Её запуск был осуществлён компанией AT&T , а первый звонок состоялся 3 апреля 1973 года - его совершил Мартин Купер, являвшийся главой мобильного подразделения Motorola . Как и в случае со стационарной аналоговой связью, теоретически сотовый телефон можно было задействовать в качестве модема. Но решиться на это мог только какой-нибудь миллионер, ведь минута разговора в те времена стоила огромных денег.

Как и в случае с последующими поколениями, 1G - это лишь название, объединяющее под собой несколько разных стандартов. В Канаде, США, Австралии, а также Южной и Центральной Америке применялся стандарт AMPS . В странах Скандинавии и некоторых государствах получил распространение стандарт NMT и его разновидности. Ну а в Италии, Испании, Англии, Австрии, Ирландии и Японии применялось сотовое оборудование стандарта TACS . И это только три самых популярных варианта реализации сетей! Все эти стандарты были совершенно несовместимы друг с другом. Поэтому британец, приехавший в Америку, не мог разговаривать по своему собственному телефону. Друг от друга разные стандарты отличались не только диапазоном частот, но и радиусом соты, мощностью передатчика, временем переключения на границе соты и соотношением сигнала к шуму. Подробнее со всеми спецификациями вы можете ознакомиться в прилагающейся табличке.

Обычным людям сотовая связь первого поколения стала доступной далеко не сразу. Первое десятилетие некоторые компании занимались только экспериментами. Коммерческая реализация произошла только в 1984 году. Достаточно быстро стало ясно, что аналоговая сотовая связь имеет ряд недостатков. Во-первых, каждая сота имела малую ёмкость - при подключении к ней большого количества абонентов начинались серьезные проблемы. Во-вторых, качество сигнала было далеко от идеала, особенно если абонент находился не на улице, а в здании. Первыми об этих проблемах задумались европейцы. Они начали разрабатывать цифровую связь.

Второе поколение сотовой связи

В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств начала разрабатывать стандарт GSM . Вскоре его начали называть 2G-связью. Изначально GSM предназначался для стран-членов Европейского института стандартов в телекоммуникации. Но позже разработкой заинтересовались Средний Восток, Африка, Азия и Восточная Европа. Коммерческий релиз сетей стандарта GSM состоялся в 1991 году. Цифровой метод передачи данных позволял абонентам обмениваться SMS-сообщениями. А чуть позже им стал доступен выход в Интернет через протокол WAP .

Этот стандарт покорил не всех. Некоторые государства пошли по своему пути. Например, в США многие 2G-сети использовали стандарт D-AMPS . Лишь спустя какое-то время американцы перешли на GSM1900 . А в некоторых странах надолго завоевал популярность стандарт CDMA . Он не был совместим с GSM, поэтому под него разрабатывались отдельные мобильные телефоны.

Постепенно на прилавках магазинов стало появляться всё большее количество портативных устройств, умеющих выходить в глобальную паутину. В связи с этим сотовым операторам нужно было что-то делать, так как в 2G остро не хватало скорости передачи данных. Поэтому вскоре появилось промежуточное поколение сотовой связи, которое принято называть 2, . В этот стандарт внедрили поддержку технологии GPRS , а затем и EDGE . Отныне мобильным телефоном осуществлялась пакетная передача данных - абонент платил за конкретный объем трафика, а не за время соединения с сервером. Это не только сэкономило людям деньги, но и увеличило скорость передачи и приема данных. В 2G-сетях этот параметр равнялся 9,6 Кбит/с, тогда как поддержка телефоном поколения 2,5G позволяла выходить в интернет на скорости до 170 Кбит/с (GPRS) или даже 384 Кбит/с (EDGE). В некоторых странах эти две технологии называли совершенно по-разному, но суть от этого не менялась.

Выше вы видите табличку, в которой указаны конкретные отличия всех стандартов, принадлежащих к поколениям 2G и 2,5G.

Третье поколение сотовой связи

В IMT-2000 (так принято называть 3G в профессиональной среде) входят пять стандартов: CDMA2000 , W-CDMA , TD-CDMA/TD-SCDMA и DECT . Последний не является стандартом сотовой связи, так как он используется в домашней и офисной беспроводной телефонии. Остальные стандарты применяются для обеспечения связью владельцев мобильных телефонов. Все они имеют похожие спецификации. Интересно, что метод работы таких сетей был изобретён в СССР ещё в 1935 году. Однако долгое время данной технологией пользовались лишь военные. В гражданский сегмент она вышла только в середине 1980-ых годов, в силу необходимости развивать мобильную связь.

От 2G третье поколение в первую очередь отличалось повысившейся скоростью передачи данных. Если абонент стоит на месте, то он может скачивать данные на скорости около 2 Мбит/с. При неспешном шаге трафик загружается со скоростью примерно 384 Кбит/с. В транспортном средстве скорость падала ещё сильнее - до 144 Кбит/с.

С появлением смартфонов стало мало и вышеуказанных скоростей. Поэтому достаточно быстро стал популярным стандарт HSPA . Он ознаменовал собой приход поколения 3,5G. Наделенные его поддержкой сотовые телефоны научились передавать данные со скоростью 14,4 Мбит/с. И это было только начало! В дальнейшем стандарт совершенствовался, в результате чего теоретически оказалась достижима скорость 84 Мбит/с. В основе HSPA заложена многокодовая передача данных при сопоставимых размерах сот.

Четвертое поколение сотовой связи

В конце 2000-ых годов на свет стали появляться «айфоны» и «андроиды». Эти смартфоны отличались от предшественников крупным ЖК-дисплеем. Теперь уже никому не хотелось просматривать скромные WAP-странички. Отныне встроенных комплектующих вполне хватало для того, чтобы браузер без каких-либо проблем отображал полноценную страницу, насколько бы тяжелой она не было. Но для её быстрой загрузки требуется высокая скорость. Обеспечить её мог только совершенно новый стандарт. Активная популяризация 4G, или IMT-Advanced , началась в марте 2008 года.

Результатом работы ученых стали два стандарта: WiMAX и LTE . Сейчас вы сами знаете о том, какой из них получил наибольшее распространение. Внедрение LTE позволило существенно увеличить емкость каждой соты, хотя ареал её действия при этом уменьшился. Теперь минимальная скорость передачи данных составляла 100 Мбит/с, чего хватает большинству среднестатистических владельцев смартфон. В дальнейшем этот параметр вырос ещё сильнее. Случилось это за счет реализации технологии LTE-Advanced . В зависимости от категории поддерживаемой аппаратом технологии, может достигаться скорость 400 Мбит/с или даже 1 Гбит/с!

В отличие от предыдущих поколений, стандарт LTE изначально предназначался только для пакетной передачи данных. Но со временем стала доступной и цифровая передача голоса - за это ответственна технология VoLTE . Качество звука при этом гораздо выше, нежели при разговоре посредством сетей 2G или 3G. Однако до сих пор эту технологию поддерживают далеко не все смартфоны.

Пятое поколение сотовой связи

Сейчас идет активная разработка 5G. Возможностей LTE в плане передачи данных вполне хватает. Поэтому при разработке нового стандарта наибольший упор делается на ёмкость сот. Ведь количество абонентов растёт всё сильнее. Больше всего 5G облегчит жизнь создателям носимых устройств и девайсов, объединяющихся в систему «Умный дом». Ожидается, что только на площади в 1 км 2 будет возможно подключение к сети одного миллиона гаджетов! По состоянию на начало 2017 года новое поколение только тестируется. Когда нас ждет полноценная его эксплуатация - не ясно.

Поддержка старых стандартов

Как известно, сотовым операторам приходится размещать на своих вышках гору оборудования. В теории можно было бы заменить 2G-передатчики на 3G-передатчики. Но сделать это - значит лишить связи владельцев мобильных телефонов, работающих только в стандарте GSM. Это привело бы к огромным убыткам, так как даже сейчас подобными аппаратами пользуется огромное число людей - все они тут же перешли бы к другому оператору. Вот и получается, что оборудование приходится дополнять, а не менять.

В обозримом будущем отказа от устаревших стандартов не случится. Объясняется это двумя причинами:

• Кнопочные телефоны до сих пор производятся, а они зачастую не поддерживают даже 3G, не говоря уже о сетях четвертого поколения;
• 2G-оборудование покрывает сетью более обширную территорию, нежели 3G- или 4G-передатчики аналогичной мощности - это позволяет избавить определенную территорию от «белых пятен».

Теперь вы знаете об основных отличиях разных стандартов. Если вкратце, то в первую очередь изменению подвергались ёмкость сот, ширина покрытия (каждый раз в меньшую сторону, так как таковы законы более высокочастотных сигналов) и скорость передачи данных.