Н в сотовой связи. Какие главные изюминки нас ждут? Зачем нужны такие скорости

Крупнейшие российские операторы связи планируют запустить к Чемпионату мира по футболу в 2018 году сотовые сети пятого поколения (5G). Кроме того, не так давно стало известно, что Ленобласть официально , в которых будет производиться тест покрытия этой самой сотовой сети. В связи с этим сайт разобрался с тем, как работает этот «зверь» и зачем (а главное кому) он вообще нужен.

5G - очередной телекоммуникационный прорыв?

Поколения сотовой связи сменяются каждые 10 лет. Это обусловлено необходимостью постоянного развития телекоммуникаций в развитых странах. Каждое новое поколение серьезно увеличивает скорость передачи данных, поэтому конечные пользователи (мы с вами) ощущают изменения на себе и своих смартфонах, получая всё более легкий и непринужденный доступ к новым развлечениям и услугам сети.

Пятое поколение мобильных сетей - 5G - обещает стать особенно прорывным. Специалисты смело заявляют, что именно благодаря этому «телекоммуникационному прорыву» вещи из будущего, такие как беспилотные авто и виртуальная реальность, смогут наконец войти в нашу повседневную жизнь.

Так что же такое 5G? Основные характеристики

5G (5th generation) - это пятое поколение технологий мобильной связи с огромной скоростью передачи данных - несколько гигабит в секунду. Для сравнения, сейчас в России большинство пользователей используют интернет в десятки раз медленнее. В Швеции при тестировании сетей 5G установили очередной рекорд - 15 Гбит/с. Это в 40 раз быстрее действующих беспроводных сетей, можете себе представить?

Еще одной значимой характеристикой 5G, которой можно гордиться, это уменьшение задержки сигнала до одной миллисекунды (мс) - против 10 мс в сетях 4G и 100 мс в 3G. Это означает, что всё станет действительно ОЧЕНЬ быстро, а знакомые многим пользователям «лаги» и «подвисания» уйдут в прошлое. Выражаясь бытовым для «технарей» языком, интернет будет «летать».

Эволюция сети. График habrahabr.ru

Зачем 5G обычным пользователям?

Мы с вами, как и любые другие рядовые пользователи сети, на данный момент могут спокойно обходиться и без гигантских скоростей, которые предоставит новое поколение. Но с внедрением новых технологий появится и необходимость в увеличении скорости.

Легко заметить, что по мере ускорения мобильного интернета рождаются новые форматы пользовательского контента - например, среди молодежи сейчас безумную популярность набрали приложения для общения с помощью видео, которые требуют от сети больших ресурсов. Примером таких приложений является Snapchat с его видеомасками, взлет которого на западе состоялся во многом благодаря эволюции сотовых сетей.

5G, в свою очередь, вполне может порадовать обычных пользователей невиданным ранее качеством видео и приоткроет двери в сферу развлечений в виртуальной реальности.

Но поскольку интернет в наше время существует не только для банальных развлечений и общения, внедрение 5G окажет огромное влияние и на многие другие важные сферы жизни.

Таблица: rb.ru

Большинство аналитиков убеждены, что широкое внедрение 5G начнется после 2020 года.

Вот уже несколько десятилетий информационные технологии находятся в состоянии стремительного развития. То, что еще вчера казалось немыслимым, сегодня уже воспринимается как привычная обыденность. Новые интернет-сети способны передавать невероятные объемы информации на огромнейшие расстояния за считанные мгновенья.

И это далеко не предел технологического потенциала данной сферы. Уже достаточно скоро гражданам нашей страны станет доступна поистине революционная новинка — интернет 5G. Такая информационная сеть позволит сделать большой шаг вперед во внедрении новых технологий в повседневную жизнь простых людей.

В преддверии главного спортивного события 2018 года на территории четырех городов Российской Федерации в тестовом режиме будет запущена высокоскоростная сеть мобильного интернета по стандартам 5G. Такой новостью поделились представители главных отечественных операторов сотовой связи на пресс-конференции, приуроченной к обсуждению грядущего .

В начале 2018 года начнется развертывание на территории Санкт-Петербурга, Казани, Сочи и Москвы четырех тестовых зон с поддержкой максимальной скорости передачи информационных данных. С началом футбольных событий данные сети должны перейти на полную свою мощность работы.

Что собой представляет технология 5G

Как отмечают специалисты — 5G считается на данный момент самым перспективным стандартом не только на территории России, но и во всем мире. С ее помощью, скорость передачи данных можно «разогнать» вплоть до нескольких гигабайт за секунду, что еще несколько лет назад считалось практически невозможным.

Представители компании «Мегафон» (один из реализаторов проекта) уже провели первые предварительные тесты новой технологии. Эксперимент, проведенный в этом году, показал возможность увеличить скорость передачи данных до 5 ГБит/ с.

Кроме того, переход на подобный стандарт позволяет существенно приумножить число абонентов в сети, улучшить качество связи и даже сократить потери энергии аккумулятора мобильного устройства.

5G сеть являет собой абсолютно новую, многократно усовершенствованную технологию передачи трафика между клиентами оператора связи. С ее помощью можно за считанные секунды скачать на свое мобильное устройство файл, который раньше бы загружался часами.

Но, не смотря на целый ряд преимуществ, общегосударственным достоянием данную технологию можно будет сделать не раньше 2020 года. Спровоцирована такая задержка большой сложностью запуска сети, а также обширностью территории нашей страны которую невозможно охватить в короткие сроки.

Зачем нужны такие скорости

Вопрос по поводу актуальности высоких скоростей передачи интернет данных и практической необходимости таких технологий поднимается достаточно часто. Полностью аналогичная ситуация была при возникновении технологии 4G и первых попыток сделать ее доступной для общественности.

Тогда возможность скачивания информационного продукта из всемирной сети со скоростью достигающей 50 мегабит в секунду казалась невероятной. Сегодня же, для большинства людей такая скорость вполне обыденная и давно не кажется чрезмерно высокой.

Пользователи сети-интернет давно открыли для себя интересную зависимость: чем лучше возможности передачи информации, тем выше качество производимого контента. Посетители сайтов все чаще предпочитают чтению и статичным картинкам видео с высоким разрешением.

Это неудержимый процесс эволюции контента, где высокие скорости передачи данных обретают свою необходимость. Технология 5G сможет полностью удовлетворить потребности пользователей в миграции трафика, кроме того, такая сеть предполагает большие емкости и уникально короткое время отклика.

Какие перспективы технологии 5G в России

На сегодняшний день стандарт связи 5G находится на стадии разработки и начальных экспериментов. Но предполагается, что к началу он уже начнет появляться в самых больших городах нашего государства. Это будут не просто тестовые единичные случаи, а первый этап к систематизации и развитию с дальнейшим распространением по всем населенным пунктам.

Каждый день в инженерных отделах сотовых компаний происходит множество испытаний разнообразных технологических решений, которые можно поместить в основу будущей глобальной сети. Проводятся тесты скоростных возможностей для пятого поколения с блестящими результатами.

Такие тенденции позволяют судить о больших достижениях отечественных информационных технологий и приобретении уникального опыта для начала построения сетевой инфраструктуры.

Внедрение 5G сетей это, прежде всего, большой рост общего объема передаваемой информации через увеличение скоростей передачи и сокращения времени ожиданий откликов. К сожалению, это практически невозможно без существенного улучшения инфраструктуры, которой мобильные операторы пользуются на данный момент времени.

Процесс этот довольно затратный и требует огромных денежных вливаний, но если инвестиционный портфель разбить на значительный период, то ситуация перестает казаться критичной.

Эксперты не сомневаются, что новые горизонты которые откроются для экономики после внедрения 5G быстро окупят все затраты и принесут хорошие дивиденды. Таким образом, мобильный оператор получит дополнительные денежные поступления, пользователи – качественную услугу, а государство сможет выйти на новый уровень своего развития.

Сегодня телекоммуникационные компании по всему миру активно строят сети третьего (3G) и четвёртого поколения (4G). В то же время производители смартфонов уже внимательно изучают стандарт мобильной связи следующего поколения – 5G – начало внедрения которого планируется с 2020. Сегодня мы всё чаще слышим информацию, в той или иной мере относящейся к технологии пятого поколения. Давайте разберёмся, что же представляет собой это популярное «5G».

Что такое 5G?

5G – это пятое поколение беспроводных технологий. В сравнении с 3G и 4G, данный стандарт обеспечивает большее число одновременных подключений, поддерживаемых мобильной сетью. Помимо возросшей ёмкости, пользователи 5G получат увеличение скоростей сетей и уменьшение времени задержки – в сравнении со стандартом 4G.

В чём разница между мобильными сетями различных поколений?

Мобильные сети первого поколения – 1G – позволяли пользователям делать звонки со своих беспроводных телефонов.

Затем появились сети 2G, которые позволили отправлять с мобильных телефонов текстовые сообщения, а на смену им пришли сети 3G, обеспечившие работу мобильного интернета.

С появлением технологии 4G пользователи получили существенное повышение скорости передачи данных, что позволило им загружать файлы большого объёма, а также передавать и получать потоковое видео с минимальными задержками и в высоком качестве.

В чём преимущества стандарта 5G?

Данная технология выходит далеко за рамки мобильных интернет-подключений. Широкие пропускные возможности, предлагаемые сетями 5G, позволят производить до миллиона подключений на каждый квадратный километр покрываемой площади. А это значит, что данные мобильные сети смогут без проблем обеспечивать подключение смарт-городов и устройств, работающих с «Интернетом Вещей».

В отличие от абонентов 3G или 4G услуг, пользователи 5G не будут испытывать трудностей с подключением к сети мобильного провайдера, находясь в местах массового скопления людей – в частности, на переполненных концертных площадках под открытым небом.

Скорость передачи данных в сети 5G, по мнению экспертов, должна в 20 раз превышать скорость передачи данных в существующих сетях 4G. Расчеты показывают, что пользователи 5G смогут загружать полнометражный фильм, записанный в стандарте высокой чёткости, всего за одну секунду. Помимо этого, ожидается, что время задержки в сети 5G также будет сверхмалым – менее 1 миллисекунды. Время задержки в существующих сетях 4G составляет 10 миллисекунд. Под временем задержки подразумевают время, необходимое для передачи пакета данных из одной точки в другую.

Сверхмалое время задержки означает также то, что современные приложения – такие как самоходные транспортные средства – смогут работать с сетями 5G чётко и без проблем. Низкие показатели времени задержки также помогут обеспечить стремительный рост проникновения приложений виртуальной и дополненной реальности, поскольку пользователи не будут видеть отставания при передаче потокового видео в высоком разрешении или при запуске в сети программ виртуальной и дополненной реальности.

Кто устанавливает стандарты для 5G?

За определение стандартов для технологии 5G отвечает Международный союз электросвязи (МСЭ или ITU), являющийся специализированным агентством при Организации Объединённых Наций (ООН). Стандартизация технологии проходит по той же схеме, по которой формировались стандарты для технологий 3G и 4G.

Помощь ITU в проведении исследований, связанных с установкой стандартов для 5G, оказывают такие индустриальные органы, как консорциум Проект партнёрства третьего поколения (3GPP) и отраслевое объединение Ассоциация GSM (GSMA).

Консорциум 3GPP отвечает за сотрудничество между группами телекоммуникационных ассоциаций из стран Азии, Европы и Северной Америки. Он выпускает отчёты, исследования и техническую документацию по трём направлениям: сети радиодоступа, вопросы по услугам и системам, а также ключевые сети и терминалы.

Объединение GSMA представляет интересы 800 операторов мобильных сетей и 300 компаний, составляющих мобильную экосистему, в частности – производителей мобильных устройств, компаний-разработчиков программного обеспечения и поставщиков телекоммуникационного оборудования.

Когда начнётся коммерческое использование 5G?

Начало предоставления услуг сетей 5G коммерческим пользователям намечено на 2020 год. Однако в Южной Корее намерены запустить коммерческую 5G сеть уже в преддверии Игр зимней олимпиады, которые пройдут в 2018 году в городе Пхёнчхан.

Какие страны лидируют в разработке и внедрении 5G?

Китай, Япония и Южная Корея уже занимают ведущие в мире позиции в сфере тестирования и разработки мобильных технологий, имеющих отношение к 5G. Данные страны уже имеют высокий уровень принятия 4G, а правительственные программы поддержки разработки 5G дают им возможность опережать Северную Америку и Европу.

В Китае государственные компании China Mobile, China Unicom и China Telecom уже начали тестирование 5G-совместимого оборудования. Huawei Technologies и ZTE – две крупнейшие в стране компании, производящие телекоммуникационное оборудование, являются отраслевыми лидерами в вопросах построения инфраструктуры, необходимой для 5G.

Страны Европы и Северной Америки отстают от стран Азии в вопросах развития 5G в силу экономической неопределённости и более медленного развития сетей 4G на своих рынках. Однако это не мешает им проводить полевые испытания в закрытых тестовых лабораториях.

Любой оператор, предлагающий 5G лжет вам.

Некоторые операторы сотовой связи, утверждают, что они уже предлагают 5G. Это вопиющая ложь. Это фактически только более быстрая и лучшая версия существующих технологий 4G LTE.

Для каждого «G» мобильный мир (производители, перевозчики, операторы и т. д.) должны согласовать набор спецификаций. Агентством, которое определяет эти стандарты, является Международный союз электросвязи (МСЭ), орган Организации Объединенных Наций. И, наконец, в конце вышел ряд спецификаций, доказывающих, что претензии «5G» носителей являются фиктивными.

«5G Evolution» не соответствует этим спецификациям, и не соответствует спецификациям 5G. Они используют технологии 4G, такие как 4 × 4 MIMO, чтобы увеличить скорость передачи данных, но это не 5G . И хотя скорость передачи данных важна, 5G - это не просто скорость передачи данных. Там намного больше.

Что такое 5G?

Прямо сейчас, 5G не определен. Пока никто не знает окончательных спецификаций. Однако МСЭ на данный момент согласовал несколько ключевых требований к производительности 5G.

• No Call Drops - это самое большое изменение для обычного мобильного пользователя. Вы не потеряете звонки и не потеряете доступ в Интернет при переключении между башнями в сети 5G. МСЭ говорит, что сеть 5G - это та, где времени прерывания мобильной связи не существует, поэтому, если эта спецификация не будет выполнена, это не 5G.
• Низкая латентность - телефоны 5G будут иметь задержку между 4 мс и 1 мс (чем ниже, тем лучше). Латентность, измеряемая в миллисекундах, - это время, которое требуется телефону для отправки сигнала на интернет-сервер. Самый быстрый для 4G - это латентность 50 мс. Низкая латентность значительно облегчит использование технологий, например, дополненной реальности или виртуальной реальности с помощью умных очков.
• Эффективность аккумулятора - вы слышали о том, как подключение данных приводит к истощению батареи вашего телефона. Сети 5G значительно уменьшат это с улучшенными функциями «сна». «Сон» - это когда телефон не использует сеть.
• Работает на скорости 500 км/ч. Чем быстрее движется ваш автомобиль, тем быстрее движется ваш телефон. Это означает, что ваш телефон быстро меняет мобильные башни. Существующие мобильные сети не могут справиться с этими быстрыми переключениями между башнями. 5G будет работать даже тогда, когда вы находитесь в высокоскоростном поезде со скоростью 500 км/ч.

Насколько быстрая сеть 5G?

Сети 5G будут иметь реальную скорость загрузки 100 Мбит/с (мегабит в секунду) и скорость загрузки 50 Мбит/с. Это около 12 Мб загрузки данных в секунду. Часовое шоу в HD загрузится примерно через четыре минуты.

МСЭ проводит различие между «пиковыми скоростями передачи данных» (технически максимально возможными в лабораторных условиях) и «опытной скоростью передачи данных» (которую пользователи получат в реальных условиях).

5G будет иметь пиковую скорость передачи данных 20 Гбит/с нисходящей линией 10 Гбит/с). До сих пор в лабораторных условиях Nokia и Samsung управляли скоростями нисходящей линии связи 10 Гбит/с и 7,5 Гбит/с, соответственно.

Итог: это действительно, очень быстро!

Когда будут доступны телефоны и сети 5G?

Согласно оценкам руководителей Intel и Ericsson, в 2019 году США получат первую партию устройств, совместимых с 5G. Но МСЭ ставит 2018-2020 года как период «определения технологии», так что могут быть некоторые изменения.

Эта оценка 2020 года частично основана на 10-летнем цикле мобильности в мире по запуску сети следующего поколения мобильные сети. Он начался с аналогового 1G в 1982 году, перешел на цифровую 2G в 1991 году, до 3G в 2000-х годах, и приземлился в нынешних сетях 4G с 2010 года.

Южнокорейские и японские операторы объявили о том, что в 2019 году они начнут предоставлять коммерческие услуги 5G. Крупные европейские операторы планируют запустить 5G, по крайней мере, в одном городе в каждом из государств-членов ЕС к 2020 году.

Какие диапазоны частот будут использовать 5G?

Ожидается, что сети 5G будут работать в диапазонах 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц. Вообще говоря, 5G начнет работать с частотой 30 ГГц, чтобы использовать миллиметровые волны. Для сравнения, 4G работает между 700 МГц и 2100 МГц. Гигагерц буквально в тысячу раз сильнее мегагерца.

Полоса высокого спектра

5G - первая сеть, работающая на миллиметровых волнах, что позволит значительно повысить скорость передачи данных, чем это возможно в настоящее время. Миллиметровые волны также уменьшат размер необходимых антенн. Это означает, что удобные для ношения технологии, такие как smartwatches или smart-очки, смогут легче вписываться в 5G-подключение.

В чем разница между 4G и 5G?

Таблица отличия 4G против 5G

	4G/LTE		42 Мб/с	100 Мб/с
Скорость исходящей связи (в реальном времени)	25 Мб/с	50 Мб/с
Загрузка данных (теоритическая/в лабораторных условиях)	1 Гб/с	20 Гб/с
Скорость исходящей связи (теоритическая/в лабораторных условиях)	500 Мб/с	10 Гб/с
Спектральная эффективность (прием)	15 бит/с / Гц	30 бит/с / Гц
Спектральная эффективность (исходящая связь)	6.75 бит/с / Гц	15 бит/с / Гц
Задержки (плоскость управления)	100 ms	50 ms
Задержки (плоскость пользователя)	10 ms	1 ms
Частотные диапазоны	700-2100 МГц	28-40 ГГц

Каковы преимущества 5G?

Для конечного потребителя, 5G будет иметь ощутимые преимущества, такие как:

Лучше видеозвонок, особенно во время движения.

Лучшее время автономной работы на телефонах.

Фантастическая дополненная реальность, поскольку 5G отслеживает пользователей в режиме реального времени и быстрее загружает данные.

Благодаря мобильным событиям в виртуальной реальности благодаря скоростям, которые могут поддерживать потоковую передачу 4K в реальном времени на мобильных телефонах.

Усовершенствования в переносной технике, например, фитнес-группы, которые могут отслеживать каждое ваше движение.

Больше интернет вещей и умных вещей, антенны 5G меньше и эффективнее, чем современные технологии.

Конечно, у 5G есть намного больше преимуществ, в том числе косвенные выгоды. Например, это приносит долгосрочную экономическую выгоду для мобильной индустрии, которая, в свою очередь, передаст эти выгоды потребителю.

Похоже, что операторы продвигают свои продвинутые LTE-скорости как «5G», в основе которых лежит более высокая скорость загрузки. Скорость загрузки самая важная вещь для вас? Как вы думаете, это нормально для них называть это 5G? Сообщите нам свои мысли в комментариях ниже!

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.