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.
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.
- Recovery Mode
Уже сегодня понятно, что внедрение 5G изменит наш мир. «Умные дома» и «умные города», системы автопилотирования и удаленного присутствия, голографические звонки, сервисы дополненной и виртуальной реальности, а также гигантский парк всевозможных датчиков и устройств наполнят жизнь обывателя. И все это наше ближайшее будущее. Мы уже неоднократно тестировали возможности 5G и добились скорости мобильной передачи данных в 25 Гбит/с. Мы попросили эксперта Департамента сети радиодоступа МТС Алексея Маслова рассказать, как будут работать сети 5G и когда нам ждать появление первых устройств с поддержкой сетей пятого поколения.
Всем здравствуйте. Начну с того, чем принципиально 5G отличается от LTE. Итак, отличия в следующем:
⎯ в бОльших пиковых скоростях: 12-кратное преимущество в сравнении с LTE-Advanced Pro, и почти 500-кратное – в сравнении с 3G;
⎯ в лучшей спектральной эффективности: в 1,5 раза и в 7 раз эффективнее LTE-Advanced Pro и 3G соответственно, для DL (линии вниз);
⎯ в уменьшении задержек в подсистеме радиодоступа на пару порядков: 0,5 мс для сервисов ультранадежной связи URLLC и 4 мс для сервисов высокоскоростной связи eMBB против десятков/сотен мс в LTE/3G;
⎯ максимальная плотность подключенных к сети устройств 1 000 000 устройств/км2 в городских условиях, и возможность работы автономных датчиков не менее 10 лет без подзарядки;
⎯ в поддержке мобильности (выполнение хэндоверов) при скоростях движения устройств до 500 км/ч
⎯ в использовании новых частотных диапазонов от 6 до 100 ГГц;
⎯ в использовании облачной архитектуры/виртуализации оборудования 5G.
Данных преимуществ удастся достичь за счет ряда новых технологий. Некоторые технологии уже апробированы операторами, а некоторые находятся в стадии разработки.
Рис. 1-6. Технологии 5G
Рис. 1 - Massive MIMO и Massive beam-forming. Суть в том, что мы увеличиваем количество приемопередатчиков на базовой станции. Если классическое решение - два передатчика и два приемника, то в 5G скорее всего будет от 16 до 512 передатчиков или больше и от 16 до 512 приемников. У нас будет одна общая полоса, но для каждого абонента будут формироваться отдельные лучи. Мы в разы увеличим эффективность спектра. Данная архитектура также будет использоваться на сети LTE, из-за ограниченного частотного ресурса.
Рис.2 Multi-site Coordination. Это инструмент координации, в 5G будут отсутствовать переходы от одной базовой станции к другой, то есть абонент одновременно будет получать сервис сразу от нескольких базовых станций в своем окружении. Часть функционала уже реализована в LTE.
На рис. 3 речь идет о том, что абонент может находиться далеко от базовой станции, но поставив маленькую соту поблизости к абоненту, мы увеличиваем уровень сигнала и емкость с переиспользованием емкости существующего макрослоя.
На рис. 4 показано разделение сигнальной и пользовательской информации для абонента. Сигнальная информация должна приходить к терминалу без потерь, значит, она будет передаваться от макростанции, у которой хорошее покрытие. А пользовательская информация, которая не настолько критична к уровню сигнала, к задержкам, она будет передаваться от близлежащей станции, если она будет в виде малой соты с меньшим покрытием, с меньшей мощностью.
Рис. 5 - Device to device connectivity. Это отдельное направление, когда устройства работают напрямую между собой без участия сети оператора. Если устройство выходит из зоны покрытия макросети, через связь с близлежащим терминалом может получить покрытие от макросети.
На рис. 6 картинке показаны те изменения, которые произойдут в радиоинтерфейсе при использовании 5G. Здесь можно будет для определенных сервисов гибко изменять разнос между поднесущими, и, соответственно, минимальное время передачи пакетов в зависимости от используемого диапазона и требуемого сервиса (например, высокоскоростной передачи данных или ультранадежной связи для Real Time сервисов). Также в 5G будет использоваться одна полоса, то есть не будет фиксированного деления на полосы uplink/downlink (отсутствие дуплексного разнесения), и будет гибко изменяться передача uplink-a и downlink-a в зависимости от требуемой нагрузки. То есть можно гораздо более эффективно использовать полосу.
Нужно ли менять оборудование для 5G
Учитывая тот факт, что в настоящий момент концепция 5G официально не стандартизована и не специфицирована, оценить степень готовности сети к внедрению 5G станет возможно только к началу 2018 года. Тем не менее, уже сегодня МТС готовится к внедрению промежуточного стандарта 5G под названием NSA 5G NR (Non-Standalone 5G New Radio), который будет использовать существующую радиоподсистему LTE и существующее ядро сети в качестве якорных систем для управления мобильностью и покрытием с добавлением новых несущих 5G. При этом сеть 5G потребуют строительства бОльшего количества базовых станций и умощнения транспортной сети операторов связи в местах активного потребления трафика.
На первом этапе существующую радиоподсистему, ядро сети, транспорт, мы, скорее всего, будем использовать и для 5G. Но не все так просто. Добавление поддержки новых диапазонов к существующей технологии LTE, то есть увеличение скорости, будет происходить за счет дополнения более широкой полосы в 5G к существующему стандарту LTE. Вся важная сигнальная информация будет идти через LTE, а пользовательская, которой нужная более широкая полоса, будет идти через 5G. За счет этого возможно переиспользовать существующую инфраструктуру LTE.
Но уже сейчас в принципе понятно, что полноценное внедрение 5G потребует модернизации, установки дополнительного оборудования, увеличения транспортных каналов, увеличения емкости пакетной коры, помимо радиоподсистем, где нужно будет ставить новые приемопередатчики под новый частотный диапазон. Вычислительная емкость на базовых станциях будет тоже увеличена.
Частоты для 5G
Для России 5G-частоты еще неизвестны и не факт, что у нас одобрят те частоты, на которых будут работать первые абонентские терминалы. На имеющихся сейчас у операторов частотах развивать 5G пока смысла нет. Сейчас нет в этом потребности, отсутствуют терминалы и эффекта от этого никакого не будет ввиду маленьких полос частот. На саммите ВКР-19 в 2019 году планируется утвердить диапазоны 5G, тем самым запуск коммерческих сетей 5G можно ожидать не раньше 2020. В таблице видно, в каких странах какие частоты планируется использовать.
В России сложность в том, что перспективные «европейские» и «американские» частоты 5G используются другими службами. Например, на потенциально рассматриваемом диапазоне 3,5 ГГЦ сейчас «сидят» спутниковые службы и сети фиксированного широкополосного доступа. Понятно, что очистить диапазон - это небыстрое и недешевое дело. На начальном этапе для сетей нового поколения сотовой связи будут использоваться новые диапазоны частот, позже – существующие диапазоны устаревших уже к тому времени технологий 3G/LTE.
Первые устройства 5G
На данный момент есть несколько анонсов об аппаратной поддержке в чипсетах 5G. Тем не менее, первые коммерческие устройства 5G будут в 2019 году - это роутеры/планшеты и в 2020 году - смартфоны. Основные поставщики оборудования уже сейчас проводят тестирование предстандартной версии 5G (Pre-5G) в диапазоне 28 ГГц на рынках в США, Южной Кореи, в первую очередь для фиксированного доступа на домовых территориях. Как раз для этого операторы США стараются ускорить утверждение первых спецификаций 5G. В марте 2018 года планируется утвердить предрелиз.
Первые тесты 5G
МТС планирует демонстрацию 5G на Чемпионате мира по футболу в 2018 году. К моменту его проведения первые спецификации 5G будут уже приняты и апробированы на сети операторов США и на Зимних Олимпийских играх в Южной Кореи на частотах 28 ГГц. Тем самым будут созданы первые образцы базовых станций и терминалов 5G для данного диапазона. Вероятно, по такому же принципу мы опробуем 5G в России во время ЧМ-2018. С учетом того, что дополнительный спектр для 5G будет определен на ВКР-19 осенью 2019 года, полноценное внедрение 5G будет не ранее 2020 года.
До завершения стандартизации 5G мы будем проводить тестирование инновационных технологических решений, чтобы быть готовыми к внедрению новой технологии после принятия решения регулятором по использованию низких и высоких диапазонов частот для 5G (технологическая нейтральность существующих диапазонов для 5G, проведение аукционов).
К примеру, на днях мы успешно завершили тестирование технологии LAA/LBT по объединению частот LTE и нелицензируемого спектра сетей Wi-Fi. Новая технология найдет применение в сетях 5G и позволит увеличить скорости передачи данных при одновременной работе в одном и том же частотном диапазоне как базовой станции оператора связи, так и устройств в различных локальных сетях. В первом тесте с использованием пико-базовой станции Ericsson Pico RBS 6402 были задействованы две полосы частот: 10 МГц в диапазоне LTE 1800 МГц и 20 Мгц в диапазоне 5 ГГц нелицензируемого спектра, используемого в сетях Wi-Fi. Тесты продемонстрировали скорости передачи данных в LTE-сети оператора до 206 Мбит/сек при свободной сети Wi-Fi и до 145 Мбит/сек при загруженной сети Wi-Fi. Во втором тесте пико-базовая станция Huawei Lampsite pRRU3911 использовала три полосы частот: 15 МГц в диапазоне LTE 1800 МГц и 2x20 Мгц в диапазоне 5 ГГц нелицензируемого спектра сетей Wi-Fi. Скорость передачи данных в LTE-сети оператора достигала 411 Мбит/с без использования технологии LBT, а при включенном режиме LBT - 373 Мбит/сек при свободной сети Wi-Fi и 297 Мбит/сек при загруженной сети Wi-Fi.
Чем операторы живут сейчас
На данный момент операторам связи нужно решать проблему «цифрового неравенства» - к концу 2019 года «большая четверка» должна выполнить лицензионные обязательства по развертыванию сетей LTE во всех регионах России. Это значит, что нужно и дальше расширять покрытие, умощнять пропускную способность сетей и внедрять новые технологии LTE-Advanced Pro (Gigabit LTE, NB-IoT, LAA) для обеспечения текущих потребностей рынка.
Для запуска 5G, в первую очередь, должна появится потребность в сервисах высокоскоростной связи (до 20 Гбит/с), в сверхнизких задержках (до 4 мс), в высокой емкости сети (1 000 000 устройств/км2).
Что будет с сетями прошлого поколения
Как я уже говорил, первые сети 5G в рамках 3GPP рассматривают архитектуру, в которой 5G-базовые станции будут работать в связке с LTE-базовыми станциями на общем оборудовании (Non-Standalone, NSA). При этом несущая 5G в новом диапазоне будет использоваться только для пользовательского трафика, а трафик управления будет передаваться через несущую базовой станции LTE. То есть первые терминалы 5G будут с поддержкой LTE. Влияние на существующих пользователей без поддержки 5G не будет, так как проникновение терминалов будет низким. Позже терминалы 5G будут плавно вымывать терминалы с поддержкой только старых технологий, как это идет сейчас с терминалами LTE.
Тем не менее, полностью сеть 2G выключить не получится до 2025 года - пока на сети не исчезнут терминалы с поддержкой только 2G. В первую очередь, это относится к терминалам M2M 2G. Перспектива отключения сети 3G более вероятна, чем 2G, но также возможна при очень низком проникновении терминалов с поддержкой только 3G.
5G, стандарт связи следующего поколения, будет поддерживать Интернет вещей, умные автомобили и другую технику.
Новый стандарт мобильной связи появится не раньше 2020 г., но соответствующие спецификации разрабатываются полным ходом, и становится понятно, что стандарт 5G будет значительно отличаться от 4G. Речь идёт об увеличении скорости обмена информацией для мобильных телефонов и планшетов и о множестве других решений, у каждого из которых свои собственные требования.
Предсказания от Ericsson
Как технология 5G станет работать и зачем она нужна, если сверхбыстрый существует уже сейчас?
По мнению компании Ericsson, будущее выглядит так.
Беспилотные и подключённые к сети автомобили будут обмениваться между собой информацией. В случае аварии автомобиль, находящийся ближе всех к месту происшествия, сообщит о нём всем машинам, едущим ему вслед. Это позволит им заранее снизить скорость или, в случае пробки, рассчитать новый маршрут.
Датчики автомобиля будут более точно измерять погодные условия и отсылать данные через сеть 5G с тем, чтобы автомобиль рассчитал наилучший маршрут движения.
В области общественного транспорта сеть 5G позволит в режиме реального времени отслеживать число ожидающих пассажиров на остановках. Водитель автобуса пропустит остановку без пассажиров, а диспетчер направит дополнительный транспорт в места их скопления.
В эпоху 5G вся домашняя электроника будет взаимосвязана. Если раньше при переходе из одной комнаты в другую приходилось переносить с собой портативное устройство, чтобы продолжать, например, слушать любимую радиостанцию, то теперь динамики в разных комнатах свяжутся между собой и прослушивание продолжится с прерванного места. Кроме того, можно будет следить за потреблением энергии каждым устройством или узнать, сколько электроэнергии произведено солнечными батареями.
Сеть 5G изменит экстренные службы, обеспечив надёжную связь в экстренных ситуациях и первоочерёдность сообщений полиции и экстренных служб. А пожарные в шлемах с камерами будут транслировать изображение командованию и получать помощь в сложных спасательных операциях.
5G-технологии
В прошлом году удалось упорядочить их большую часть, но подбор технологий, обеспечивающих их практическое применение, продолжается.
Среди них:
- сверхвысокие частоты, достижение которых ранее казалось невозможным, обеспечат намного большую скорость;
- развивающиеся системы, пересылая данные крошечными частями, продлят работу устройств Интернета вещей на многие годы;
- уменьшение задержек для задач, которые требуют незамедлительной реакции.
5G-сеть: скорость
Оценка увеличения скорости стандарта 5G по сравнению с предыдущим неоднозначна. Компании Ericsson удалось достичь роста в 50 раз - до 5 Гбит/с. Samsung вышел на показатель 7,5 Гбит/с с устойчивым сигналом 1,2 Гбит/с в двигающемся на высокой скорости автомобиле. Партнёрство "Евросоюз - Китай" намерено увеличить скорость 5G в 100 раз. NTT DoCoMo, японский оператор сотовой связи, совместно с компаниями Alcatel-Lucent, Ericsson, Samsung и Nokia пытается достичь 10 Гбит/с. А учёные из университета Сюррея предполагают скорость 1 Тбит/с. Ожидается, что за следующие 10 лет скорость мобильных сетей вырастет ещё в тысячу раз.
Рост скорости потребует более совершенных антенн и оборудования, а также расширенного спектра частот. В США процесс распределения данного ресурса уже начался.
Интернет вещей
Со снижением стоимости подключения всё больше устройств имеет доступ к Wi-Fi. Концепция объединения телефонов, кофе- и стиральных машин, наушников, светильников и всего остального в единую сеть и называется Интернетом вещей. К 2020 году ожидается, что в мире будет насчитываться более 26 млрд таких устройств. А число соединений будет ещё больше.
Способность вещей «чувствовать» с помощью сенсоров и удалённо выполнять команды найдёт применение в городском планировании, технологиях «умного» дома, системах контроля тепло- и электроснабжения, безопасности, мониторинга состояния здоровья, общественном транспорте, ритейлинге.
Интернету вещей требуется небольшая скорость подключения, но для огромного числа устройств. Уже действуют выделенные сети, использующие узкий и разработчики стандарта 5G хотят принять участие в этом процессе.
Таким образом, телекоммуникационные сети вынуждены будут поддерживать не только пользователей мобильной связи, но и «умные» вещи. Управлению столь разнородным трафиком призван прийти на помощь новый стандарт.
Задержки
Очевидно, что сеть нового поколения 5G будет поддерживать технологии беспилотного транспорта и приложений дополненной реальности. В этом случае информация должна поступать в реальном времени. Время приёма-передачи в 4G-сетях превышает 10 мс, что крайне много. Будущий стандарт может полностью изменить сетевую архитектуру с перемещением места хранения данных из дата-центров в конечные узлы, включая «умные» устройства.
Движущемуся автомобилю, например, требуются данные о расположении ближайшего транспорта. Существующие сети с потоком таких данных уже для трёх автомобилей справиться не в состоянии. Большие задержки при передаче данных требуют локального размещения данных.
Предполагается, что отзывчивость сетей следующего поколения будет максимальной. Задержка в передаче данных не будет превышать 1 мс, даже при скорости движения терминала 500 км/ч. Такая латентность будет главным движущим фактором создания новых технологий, таких как управление автотранспортом в городском потоке и хирургические операции на расстоянии.
Достичь консенсуса
Если положение с определением круга потенциальных технологий в 2015 улучшилось, то сами технологии всё ещё разрабатываются. Требуется определиться с тем, какие технологии 5G необходимы в первую очередь, а какие будут реализовываться после. Вряд ли это произойдёт в 2016 году.
Несмотря на отсутствие стандарта и уверенности в приоритете технологий, компании-производители пытаются возглавить разработку и претворение в жизнь технологий 5G, чтобы занять выгодную позицию в будущем.
Компания Nokia в апреле 2015 г. заявила о приобретении Alcatel-Lucent за 16,6 млрд долларов США, а американская телекоммуникационная компания Verizon Wireless заявила, что первая 5G-сеть в США появится уже в 2016 году.
Первые ласточки
Уже появились прототипы 5G-сетей. Первую 5G-сеть запустили в Южной Корее. Компания SK Telecom представила новую технологию на открытии исследовательского центра, который займётся её развитием. А к XXIII зимним Олимпийским играм 2018 г. в Южной Корее компания планирует построить сеть 5G по всей стране.
NTT DoCoMo тоже намерен запустить 5G-сеть в Японии к летним Олимпийским играм 2020 г. в Токио.
Сети 5G против США
Стандарта 5G, как и предыдущие стандарты, разрабатывает консорциум 3GPP, а утверждается он ITU, Международным союзом электросвязи. Не хотят оставаться в стороне и производители. В октябре 2015 года некоторые региональные группы пришли к соглашению собираться каждые полгода для выработки общей позиции по стандарту 5G.
Подобное соглашение было достигнуто в сентябре 2015 г. между Евросоюзом и Китаем. Ericsson и TeliaSonera пришли к соглашению о стратегическом партнёрстве с целью обеспечить клиентов сотового оператора в Таллинне и Стокгольме доступом к сети 5G в 2018 г.
И совсем немного осталось ждать, когда 5G-сеть запустят в РФ. МТС и Ericsson заключили договор о совместной работе над технологиями пятого поколения, результатом которого будет первая тестовая 5G-сеть в России на ЧМ по футболу в 2018 г., на два года раньше, чем 5G-сеть в Японии. Для этого в 2016 г. будет реализован проект LTE-U по использованию LTE на частоте 5 ГГц, используемом для подключения точек доступа Wi-Fi. Также будет протестирована технология Ericsson Lean Carrier, которая организует распределение трафика и снижает межсотовые помехи, увеличивает скорость передачи и покрытие, помогает в планировании сети.
Как видно, страны мира договариваются о сотрудничестве в данной области. Все, за исключением США, привыкших занимать лидирующие позиции во всём.
4,5G готовит к будущему
Компания Qualcomm предложила технологию 4,5G LTE Advanced Pro, внедрение которой планируется в течение следующих четырёх лет. Благодаря этому компания сможет поддерживать как более широкий спектр частот, необходимых для стандарта 5G, так и ранее развёрнутые сети LTE, что уменьшит задержки и увеличит пропускную способность.
Особенности сети:
- высокая благодаря объединению спектров частот;
- поддержка 32 операторов одновременно и увеличение пропускной способности благодаря объединению частот и распределению сетевого трафика между операторами;
- 10-кратное снижение задержки в сравнении с LTE Advanced при использовании существующих вышек и частот с 1 мс до 70 мкс;
- использование ресурса входящей линии связи для нужд исходящей;
- увеличение количества антенн на для увеличения зоны покрытия и мощности сигнала;
- повышение энергосбережения IoT-устройств сужением диапазона до 1,4 МГц и 180 кГц (до 10 лет на одной батарее);
- 1 Гбит/с для обмена информацией между автомобилями, пешеходами и IoT-устройств;
- сканирование окружения без включения Wi-Fi или GPS на мобильном устройстве.
Технологические барьеры
Во Фраунгоферовском институте телекоммуникаций в Берлине проводятся опыты с частотами 40-100 ГГц, Samsung использует в своих экспериментах частоту 28 ГГц, а Nokia - свыше 70 ГГц.
Работа устройств в миллиметровом диапазоне волн имеет такую особенность, как крайне неудовлетворительное распространение сигнала, мощность которого существенно падает с удалением от базовой станции. Кроме того, интерференция сигнала может быть вызвана даже телом человека.
Решение - MIMO
Выход заключается в применении когда посылают и принимают несколько сигналов одновременно. Сейчас она используется в LTE и WLAN. Для высоких частот применяется Massive MIMO - технология оптимизации приёма, когда в мобильных устройствах размещено десятки небольших антенн и сотни - в передатчике.
Производитель антенн SkyCross создал систему MIMO 4x4, которую можно использовать в терминале размером 16x10 см. Это значительно больше, чем у антенн для LTE. Например, размеры LG G4 - 15x7,6 см, Samsung Galaxy S6 - 14x7 см, а Apple iPhone 6 Plus - 16х7,8 см. Система MIMO 4x4 не нова - кроме терминалов LTE-Advanced, она применяется в системах спутникового телевидения, жёстких требований к её размерам и энергопотреблению не предъявлялось. Таким образом, создание небольшого мобильного устройства с 4 антеннами станет испытанием для проектировщиков.
Разработка портативных терминалов также потребует больших усилий. По утверждению представителя компания Texas Instrument, что для создания микросхем, способных передавать данные на высоких частотах, потребуется применение новых технологий.
В 2015 году проект создания 5G-стандарта получил официальное название IMT-2020. Жаль, что в остальном до сих пор не видно конца процесса.
Что же она собой представляет? Когда появится сеть 5G, и где она будет доступна? Какими преимуществами она обладает сравнительно с другими способами передачи данных? Ответы на эти другие вопросы будут представлены в статье.
Общая информация
Мы живём в век высоких технологий и новейших разработок. Компьютеры, телефоны, планшеты и даже телевизоры - всех их объединяет возможность доступа в Интернет. Причем он постоянно совершенствуется.
5G интернет представляет собой стандарт нового поколения, направленный на уменьшение количества времени, которое пользователи тратят на поиски нужной информации в мировой сети. Его особенностью является передача данных по узконаправленному каналу, что позволяет избежать шумовым помех и искажений.
Следует отметить, что малые базовые станции, с помощью которых и будет работать технология 5G, могут функционировать только на небольших расстояниях. А это значит, что первоначально будут укрываться исключительно густонаселённые районы. Насколько они будут хороши? Сообщают, что сеть сможет обслуживать свыше одного миллиона устройств, находящихся на территории квадратного километра, обеспечивая им среднюю скорость передачи данных на уровне 100 Мбит/с.
Что нас ждёт в будущем?
Считается, что 5G интернет ускорит появление интернета вещей. Даже самоуправляемые автомобили покажутся простой игрушкой, ведь будут спокойно работать устройства, что смогут улавливать даже самые незначительные изменения в биоритме человека. Во время тестирования этой разработки был установлен рекорд передачи данных на уровне около 35 Гбит/с. Вполне вероятно, что сети пятого поколения 5G приведут к эволюционным изменениям уже существующих услуг, а также к возникновению новых. К интернету сможет подключаться большое количество устройств, начиная от бытовой техники и заканчивая… А здесь уже сложно сказать, где будет конец. Считается, что можно будет обеспечить одновременное подключение около 100 миллиардов различных устройств. Вот такие возможности предоставляет 5G.
Характеристики этой разработки позволят реализовать тактильный Интернет, когда с веб-ресурсами можно будет взаимодействовать в дополненной реальности. Вероятно и то, что появится сервисный интеллект, позволяющий обрабатывать большое количество данных и учитывать индивидуальные данные каждого пользователя.
О характеристиках
Собственно первоначальное внедрение 5G планируется в 2018 году на территории государства Сан-Марино, также она будет представлена в Южной Корее и Японии. А широкое коммерческое использование планируется на 2020 г. А до тех пор разработчики не оставляют надежд усовершенствовать технологию. Что же, они рассчитывают, будет представлять собой сеть 5G? Характеристики (по крайней мере, некоторая их часть была уже рассмотрена) должны вырасти и обеспечить возможность ультравысокого расширения для приложений и видео. А для этого необходимо обеспечить скорость передачи данных на уровне 1 Гбит/с. Время переключения между технологиями радиодоступа для бесперебойной работы серверов должно будет составлять менее десяти миллисекунд.
Для поддержки мобильных облачных сервисов, куда постепенно мигрируют программы, нужно будет обеспечить скорость работы на уровне 10 Гбит/с. Для человека это взаимодействие будет практически незаметно, ведь нам обещают обеспечить отклик и задержку менее чем в одну миллисекунду.
Какие требования?
Чтобы это всё работало, необходимо позаботиться о значительной емкости сети, наличии состояния постоянной готовности и снижении электропотребления. На данный момент в мире уже подключено к интернету более пяти миллиардов абонентов. Первой целью следует считать густонаселённые мегаполисы. Ведь скорость в сети 5G компенсируется таким негативным моментом, как небольшой радиус работы. Вероятно, будут совершенствоваться и протоколы передачи данных. Хотя сейчас точно сказать обо всех требованиях нельзя, поскольку стандарт пятого поколения всё ещё разрабатывается.
Современное положение
В целом на постсоветском пространстве ситуация не плачевная. Так, Российская Федерация вносит довольно ощутимый вклад в создание сети пятого поколения. Но как быть с реализацией уже существующих технологий? Прежде чем внедрять сеть 5G в России, необходимо позаботиться о том, чтобы все имели качественный доступ в Интернет. Так, частоты 4G всё ещё только осваиваются, да и с вроде уже привычным 3G не всё так гладко - нельзя сказать о том, что он может быть проведён в любой дом. Конечно, сети 5G в мире отсутствуют, а 4G тоже не распространены на всей территории, скажем, США, Великобритании, Франции или Германии. Но если говорить в целом и общем, то мы немного отстаёт от лидеров компьютерной гонки. А это необходимо исправить.
Какие главные изюминки нас ждут?
Наиболее весомый момент - это сверхширокополосная сотовая связь. Очень важной будет реализация возможности качественной и быстрой передачи так называемого «тяжелого» содержимого. Не следует забывать и о сверхнадежной межмашинной связи, особенностью которой будет специализация на специфическом классе услуг, где необходимо обеспечить низкие задержки. И не следует забывать об Интернете вещей. Продолжится процесс совмещения различных устройств в одном аппарате. Ещё два десятилетия назад сотовая связь использовалась исключительно для звонков другим людям. Сейчас же телефон является собой и диктофон, и фотоаппарат, и видеокамеру. Со временем он станет настолько же необходимым в обществе, как и одежда.
Какие технологии могут войти в стандарт 5G?
Пока его ещё не оформили, давайте подумаем, что же нам сможет предложить сеть пятого поколения. Вероятнее всего будет:
- Технология MIMO. Её особенностью является использование на приемопередатчиках нескольких антенн. Эта технология хорошо себя зарекомендовала в 4G, а значит, вполне вероятно, что и в 5G ей найдётся применение. Почему так? Дело в том, что скорость передачи информации растёт практически пропорционально имеющемуся количеству антенн. Это также позитивно сказывается на качестве сигнала.
- Работа в сантиметровом и миллиметровом диапазоне . Для полноценного функционирования необходимо обеспечить доступность частотных диапазонов выше 3,5 ГГц (сейчас они меньше). Но при увеличении частоты передачи информации будет падать расстояние, на которое она передаётся. Увы, но это закон физики. Обойти его можно, но только увеличивая мощность передатчика. А его граничная величина, увы, подчиняется санитарным нормам. Но с другой стороны - здесь большое количество спектра является свободным.
- Мультитехнологичность . Для обеспечения качественной работы нужна поддержка со стороны уже разработанных и реализованных стандартов. В качестве примера можно привести, UMTS, LTE, GSM и Wi-Fi. К примеру, базовые станции, что работают по технологии вай-фая, могут использоваться для разгрузки трафика в местах чрезвычайно активного использования.
- Прямое взаимодействие устройств . В этом случае предусматривается возможность организации обмена данными напрямую, минуя 5G, через которую будет направляться разве что сигнальный трафик. Подобное решение позволит дополнительно разгрузить сеть и обеспечить более высокое качество работы.
Специфика
С внедрением 5G впервые определяющим фактором будет не скорость, а надежность, нулевая задержка, способность подстраиваться под определённые потребности и задачи приложений. И действительно - даже самые высококачественные фильмы благодаря сети пятого поколения будут загружаться за считанные секунды. Но благодаря чему будет достигнуто такое положение? Это станет возможно благодаря комбинации ряда факторов. Так, будет использоваться усовершенствованный радиоинтерфейс с повышенной пропускной способностью. Не стоит также сбрасывать со счетов и применение широкополосных частот. Кстати, что следует понимать под возможностью подстройки сети под конкретного пользователя?
Особенности практической реализации
Сеть 5G будет дробиться на определённые виртуальные сегменты. Каждый из них будет заточен под конкретные нужды. Благодаря этому суть превратится в своеобразный швейцарский нож, который сможет удовлетворять миллионы потребностей. Ожидается, что будет использован диапазон частот до 39 ГГц. При этом не следует забывать, что чем выше этот показатель, тем большую плотность станций необходимо будет обеспечить.
О взаимодействии с интернетом вещей
Ожидается, что в 2022 году на земле будет подключено к мировой сети 29 миллиардов устройств. Причем 18 из них будут относиться к Интернету вещей. Базисом для повсеместного внедрения умных вещей и станет 5G. Вероятнее всего первыми подключатся такие бытовые приборы, как холодильник и телевизор. Кстати, некоторый прообраз будущего можно видеть уже сейчас. Так, телевизоры последних моделей часто могут подключаться к Интернету, предлагая зрителям на выбор определённое количество фильмов и подобранного компанией-производителем кинотеатра.
Как изменится мир?
Пятое поколение сетей выступит в роли базиса, на котором трансформируется бизнес, общество и государство. Хотя оно только разрабатывается, уже сейчас понятно, что влияние и эффект выйдет далеко за границы телекоммуникаций. Мобильные сети будут важной частью экономики, ведь они смогут обеспечить развитие ключевых отраслей. Возникает невиданный ранее рынок, объем которого, как предположила компания Ericsson, превысит в 2026 году полтриллиона долларов США на год. Это всё было бы пустыми словами без качественных примеров.
Так, наличие практически нулевой задержки позволит удаленно управлять тяжелой промышленностью, что снизит стоимость производства и поднимет безопасность сотрудников на невиданный ранее уровень. Могут быть применены сети пятого поколения и в хирургии. Ведь благодаря ним можно будет обеспечивать бесперебойную передачу всей важной информации в нужном расширении, что позволит врачам оперировать людей с любой точки земного шара. На наших глазах возникает новая транспортная система. Так, небезосновательно считается, что во время начала внедрения 5G в 2020 году по дорогам будет колесить уже свыше десяти миллионов умных машин.
Кто больше всего выиграет?
Ericsson считает, что от 5G наибольшее количество выгод получит транспорт, машиностроение, тяжелая промышленность, энергетика, сфера развлечений, медицина, финансы и общественная безопасность. Со всем этим в той или иной мере мы обязательно встретимся. Но если говорить о широком применении, то наиболее заметной для широких масс будет именно сфера развлечений. Считается, что наличие 5G сможет дать существенный толчок для развития виртуальной и дополненной реальности. Что это даст на практике? Так, вероятно, будут существовать виртуальные примерочные, туры по достопримечательностям, образовательные и документальные фильмы, где можно будет взаимодействовать с объектами. При этом спрос будет расти параллельно улучшению доступности и качества. Считается, что в момент запуска 5G рынок виртуальной и дополненной реальности достигнет объема в 150 миллиардов долларов!
В заключение
Как видите, 5G имеет огромнейший потенциал. Её разработка, стандартизация и широкое внедрение позволит существенно изменить наш мир. Повсеместная компьютеризация и совершенствование бытовой жизни изменит наш мир коренным образом. Те, кто были рождены в конце прошлого столетия, не факт, что смогут разобраться в технических приборах, что будут существовать в последние годы двадцать первого века. Что ж вполне вероятно, что когда-то прогресс достигнет такой скорости, что за ним не удастся даже уследить.