На пути к 5G

№43(793) 28 октября — 3 ноября 2016 г. 27 Октября 2016 1 5

Будет ли очередная революция в сотовой связи?

Nokia и KT Corporation сообщили о готовности запустить первую сотовую сеть 5G в Южной Корее уже в 2017 г. Производитель чипов для мобильной индустрии Qualcomm 18 октября анонсировал первый модем для смартфонов с технологией 5G.

Чем же радикально отличаются сети нового поколения от уже существующих, каковы рыночные перспективы этих технологий, и возможно ли строительство таких сетей на территории Украины?

Сотовая связь — один из видов мобильной связи. Особенность в том, что абонент находится в сравнительно небольшой зоне обслуживания базовой станции, эта зона называется сотой. В среднем радиус одной соты не превышает пары километров. Для того чтобы построить сотовую сеть, необходимо установить в зоне обслуживания достаточно большое количество базовых станций. В большом городе таких станций тысячи. Абонент может свободно перемещаться между сотами, а оборудование, управляющее сетью, отслеживая перемещение, незаметно переключает зону обслуживания.

Предвестником сотовой связи принято считать радиотелефоны. Первую коммерческую радиотелефонную сеть запустили ATT в 1946 г. Абоненты ежемесячно тратили 15 долл. в качестве абонентской платы и 40 центов за каждый вызов. В переводе на сегодняшние цены это впечатляющие 190 и 5 долл. соответственно.

Будет ли очередная революция в сотовой связи?

Начало разработки сетей первого поколения (1G) пришлось на 70-е годы XX века, а появление первых сетей — на середину 80-х. Эти системы были полностью аналоговыми (преобразование речи в цифровую форму не осуществлялось), характеризовались частотной модуляцией и доступом с частотным разделением каналов когда каждый разговорный канал имел собственную частоту в спектре. Главным преимуществом таких сетей была большая площадь покрытия — радиусом в десятки километров от одной базовой станции.

Недостатками же являлись низкие емкость и низкая помехозащищенность, полное отсутствие защиты от прослушивания. Основными стандартами сетей первого поколения были: AMPS, нашедший наибольшее применение на Американском континенте, NMT-450, стандарт из Скандинавии, и TACS, активно применявшийся в Европе. В Украине строительство первой сети начало в 1993-м Украино-немецко-датско-голландское предприятие UMC. Официальный запуск сети, работающей по стандарту NMT-450, состоялся 1 июля 1993 г., первым абонентом стал Президент Украины Леонид Кравчук.

Разработка систем сотовой связи второго поколения (2G) началась в 80-х, практическая реализация относится к началу 90-х. Изменения, которыми характеризовались принципы работы сетей второго поколения носили революционный характер. Так, речевые сигналы передавались уже в полностью цифровом виде, появилась возможность передавать данные в цифровом виде, родились системы обмена SMS и появилась возможность подключаться к сети интернет. Так же сильными сторонами стали защита информации и шифрование. Изменившаяся схема доступа к среде с частотно-временным разделением позволяла использовать несколько каналов на одной частоте спектра, что в значительной степени способствовало увеличению емкости таких сетей. Основными стандартами связи второго поколения стали GSM для европейского рынка и D-AMPS — для американского.

Сети второго поколения в процессе претерпели несколько серьезных эволюционных изменений. Первой технологией, изменившей подход к передаче данных и выходу в интернет для пользователей мобильной связи, стала GPRS. Исходя из названия General Packet Radio Service (пакетная радиосвязь общего пользования), в системе появилась возможность передавать сообщения по радиоканалу в виде отдельных пакетов, не занимая на время передачи данных ресурсы целого канала. Однако технология GPRS имела и существенные недостатки — являясь надстройкой над сетью, она не меняла структуры ядра сети, в котором не поддерживалась пакетная передача информации.

Следующей технологией, существенно расширившей возможности систем второго поколения, стала EDGE. Она увеличила не только скорость передачи данных, но и внесла изменения в архитектуру ядра сети, позволив передавать информацию также в пакетном виде. EDGE обеспечивает максимально возможную скорость передачи в районе 0,5 Мбит/с.

Первую сеть стандарта GSM 900 в Украине запустил оператор UMC в сентябре 1997 г. Оборудование для сети поставляла компания Siemens.

Системы сотовой связи третьего поколения (3G) начали разрабатываться в 90-х, практическую реализацию получили в начале 2000-х. Они развивали идеи, заложенные во втором поколении. Так, сеть становится полностью пакетной, увеличиваются скорости передачи данных, появляются новые сервисы, такие как видеосвязь. Основное отличие — доступ к среде кодовым разделением, когда все абоненты работают в общей полосе частот, а выделение сигнала отдельного абонента происходит с помощью наложения определенного кода, соответствующего данному абоненту. Увеличивается помехозащищенность и защита от несанкционированного доступа к информации. Сети третьего поколения строились с учетом возможного возврата к 2G, когда нет покрытия, или для осуществления голосовых вызовов. Основными стандартами стали UMTS, имеющий обратную совместимость с GSM и CDMA-2000, совместимый с IS-95.

Сети 3G активно применяются по всему миру, последние усовершенствования сетей UMTS в виде стандарта HSPA+, стандарта высокоскоростной пакетной передачи данных, позволяют достичь скоростей передачи до 42,2 Мбит/с.

В Украине первой сетью 3G, запущенной в коммерческую эксплуатацию, стала PEOPLEnet от компании ЗАО «Телесистемы Украины». Это произошло в 2007 г., система была построена по стандарту CDMA 2000.

Актуальны сегодня сети поколения 4G. Разработка стандартов таких сетей началась в 2000-х годах, первые сети появились во второй половине десятилетия. Основные стандарты, относящиеся к этому поколению, — LTE и Mobile WiMAX. Сети 4G развивают идеи предыдущих поколений, закладывая более высокие скорости, эти системы ориентированы в первую очередь на передачу мультимедиаинформации. Стандарт LTE, на основе которого строится все большее количество сетей, служил развитием UMTS и CDMA-2000, наиболее универсальный и при поддержке телефоном соответствующих диапазонов частот может применяться по всему миру.

В Украине нет готовых к коммерческой эксплуатации 4G сетей.

Какие революционные изменения принесут сети 5G?

Разработка стандартов сотовой связи пятого поколения идет полным ходом. Каждый сильный участник рынка поспешил не только разработать соответствующие технологии, но и отчитаться о первых испытательных запусках сетей.

Развитие сетей пятого поколения должно радикально изменить будущее мобильной связи. В то время как повсеместно растет спрос на широкополосный доступ, что обусловлено желанием пользователей смотреть HD-видео, растет и желание человека управлять технологиями вокруг себя. Вещи, окружающие нас, становятся все более связанными между собой.

Различные объекты — от автомобилей, и заводских станков до носимой электроники в часах и одежде — становятся обучаемыми и адаптирующимися к среде, нашему поведению или требованиям бизнес-процессов. Появятся новые сценарии использования различных автоматизированных систем, которых нет сейчас даже в зачаточном состоянии. В связи с этим системы связи должны обеспечить доступ в сеть для всей электроники гибко в зависимости от потребностей и одновременно экономически эффективно.

Сети, следовательно, должны развиваться, чтобы стать более персонализированными, быть в состоянии удовлетворить потребности каждого пользователя — будь то человек или вещь. Будущие сети должны быть связаны с программными платформами — не только с голосом и данными, но и с сервисами и приложениями.

Иными словами, одна физическая инфраструктура будет использоваться одновременно для различных сетевых сценариев.

Текущая телекоммуникационная архитектура должна превратиться из вертикально интегрированных дискретных элементов сети в связанную, облачно-оптимизированную с бесшовной эксплуатацией. Сдвиг в облачно- и программно-ориентированную сторону будет зависеть от IT-стандартов и открытых технологий, применяемых производителями оборудования.

Новая сетевая архитектура должна поддерживать простое масштабирование, иметь встроенные механизмы обеспечения безопасности и приватности, гарантировать энергосберегающую работу, предлагать самые низкие эксплуатационные затраты и гибко поддерживать чрезвычайно широкий спектр применения.

Требования к сетям нового поколения

В ближайшие годы технологический рост приведет к совершенно новым требованиям к сетям. В ближайшем будущем стандартом воспроизведения видео станет Ultra HD (4K), что заметно увеличит требования к пропускной способности сети, однако не за горами массовое появление устройств, поддерживающих воспроизведения контента в разрешении 8K, сети 5G должны обеспечивать даже такие жесткие требования пользователей.

Кроме того, прогнозируется, что к 2025 г. устройств, подключенных к сети, будет от 10 до 100 раз, больше чем людей.

Многим приложениям будут требоваться надежные каналы связи с крайне низкими задержками и экстремально высокой пропускной способностью. Многие задачи, связанные с общественной безопасностью, и критически важные для бизнеса приложения будут использовать сотовые сети, что накладывает жесткие требования по обеспечению надежности и пропускной способности. Большое количество приложений, работающих в режиме реального времени, будут требовать задержек в единицы миллисекунд из конца в конец для каждой единицы информации, чтобы избежать искажений сигнала при просмотре видео, управлении дронами или промышленными роботами.

Новая сетевая архитектура будет иметь важное значение для удовлетворения потребностей после 2020 г., для управления сложными многослойными и мультитехнологическими сетями, а также для достижения встроенной гибкости.

В эру 5G сеть станет программно и целостно управляемой. Сети должны быть сосредоточены на качестве обслуживания и вокруг потребностей пользователей. Оценкой сети станет персонализированность.

Умные сети будут использовать искусственный интеллект и анализ больших данных для решения задач комплексной оптимизации в реальном времени и предсказуемым образом. Все элементы должны иметь «облачный» характер для использования ресурсов наилучшим образом. С большим интеллектом, способным обрабатывать большие объемы данных, находящиеся значительно ближе к пользователю, можно значительно лучше прогнозировать и оптимизировать нагрузку. Такая сетевая архитектура повлечет необходимость использования открытых технологий, индустрия начнет более тесно сотрудничать с игроками IT-рынка.

В то же время органы по стандартизации и организации, такие как 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной связи) и ETSI (европейский институт по разработке стандартов связи), будут по-прежнему помогать определить наилучший стандарт 5G, обеспечивая совместимость в отношении беспроводного интерфейса, соответствующего программного обеспечения и архитектуры управления мобильностью. Говоря конкретно, сеть должна обеспечить все возможные применения для реализации бизнес-моделей, стать по-настоящему гибкой и масштабируемой, готовой к применениям, которые сегодня неизвестны.

Что нового привнесет 5G в сеть радиодоступа?

Новые 5G радио-интерфейсы должны интегрировать существующие и новые технологии в дополнение к LTE. 5G будет как включать в себя существующие системы, LTEAdvanced и Wi-Fi, так и сочетать их с революционными технологиями, имеющими ультраширокую полосу пропускания. Требуется обеспечить минимизацию новых интерфейсов, чтобы сохранять совместимость оборудования, и возможность взаимодействия с имеющимися системами. Значительное возрастание полосы пропускания требует сильного увеличения плотности установки базовых станций и расширения спектра частот. Однако экономически невыгодно создавать ультраплотные сети во всем мире, и требования по низкой задержке и высокой скорости передачи необходимо выполнять лишь в отдельных случаях.

Активное применение технологий MIMO (использование нескольких антенн) позволит полноценно освоить новые диапазоны как в сантиметровом, так и в миллиметровом диапазонах частот. Это наравне с применением оборудования сети в качестве малых центров обработки данных и позволит добиться сокращения задержек до единиц миллисекунд. Хотя вычислительные ресурсы будут перемещены ближе к радиочасти, мониторинг и управление станут более централизованными для обеспечения бесшовной интеграции с глобальной сетью.

Кроме того, планируется внедрить управление сетью, позволяющее в режиме реального времени переключаться между 5G и 4G-сетями.

Быстрое реагирование на угрозы безопасности должно быть обеспечено архитектурой сети — многомерной и целостной, соединяющей безопасность, приватность и события, происходящие в сети. Обмен информацией об угрозах, нарушениях и связанных с ними решениях будет иметь определяющее значение, он должен происходить не только с клиентами и партнерами по экосистеме, но с регулирующими органами и, возможно, с конкурентами.

Эта открытость необходима, поскольку все домены в сети подвержены киберугрозам.

Основными принципами, которыми будет обеспечиваться архитектура безопасности и приватности, станут постоянная бдительность, повышение степени автоматизации сбора данных, анализ и реагирование, оценка угроз за пределами сети.

Достижения в области строительства сетей 5G

Nokia совместно с KT Corporation выпустили анонс, сообщающий о возможном запуске 5G в 2017 г.

Что говорят об этом в Nokia, с какими проблемами они столкнулись и какие технологические решения найдены?

Первоначально Nokia, КТ и несколько других ключевых игроков в отрасли беспроводной связи собрались вместе, чтобы опробовать специфику коммерческой эксплуатации 5G системы, работающей в диапазоне 28 ГГц.

Система разработана с учетом предоставления пользователям скоростей в несколько гигабит и значительного сокращения задержек при передаче данных, что способно изменить пользовательский опыт от беспроводных услуг связи.

Однако развертывание 5G в реальном мире гораздо больше, чем создание простых спецификаций системы. Точное и надежное планирование сети может стать решающим фактором по переходу к сервисам пятого поколения. И хотя частотно-территориальное планирование обычной сотовой сети — тривиальная задача, такое планирование для высокочастотных 5G-систем — это исключительно сложные вызовы для индустрии, как и применение технологии 28 ГГц, развертывание которых является чем-то новым для отрасли.

Для примера, 28 ГГц чувствительны ко всем видам препятствий, в том числе к человеческому телу, что может заблокировать радиовидимость между устройством и базовой станцией. Кроме того, первое развертывание будет происходить в районах со значительным уровнем строительства, планируемым в течение ближайших двух лет. Многие из зданий по-прежнему являются просто проектами, что делает трудновыполнимой задачу точных полевых измерений! Nokia Bell Labs при поддержке передового технологического центра Nokia в Корее взяла на себя задачу по первоначальному планированию сети на территории развертывания, в Корее, с использованием 3D-карт и алгоритмов трассировки лучей, являющихся ноу-хау Nokia Bell Labs от предыдущих работ по моделированию 5G-радиоканалов.

При колоссальной ширине канала в 800 мегагерц и пропускной способности более чем 20 Гигабит/с на базовую станцию недостаток скоростей передачи данных не является первостепенной задачей в процессе планирования сети. Однако работа на 28 ГГц создает новые проблемы с точки зрения охвата, учитывая более сложные характеристики распространения радиосигнала по сравнению с текущими частотами 4G.

Одним из преимуществ использования более высоких частот является то, что они позволяют развертывать антенны с более высоким усилением (и более узкими радиолучами). В районах прямой видимости до ближайшей базовой станции специалисты Nokia обнаружили, что высокий коэффициент усиления антенны действительно помог компенсировать большие потери при распространении радиосигнала, и покрытие от существующих передатчиков по-прежнему оставалось довольно хорошим. Но покрытие в зонах непрямой видимости было очень слабым. Покрытие непрямой видимости было отмечено главным образом в районах, которые находились близко к базовым станциям и в основном в зоне отражений от близлежащих зданий.

В целом секторов базовых станций должно быть примерно в два раза больше для того, чтобы создать достаточный охват на открытой местности, по сравнению с имеющимися системами, что стало удивительно низким ростом при столь значительном повышении частоты.

Исследование также показало, что традиционное развертывание базовой станции на три сектора не идеально при построении зоны покрытия в диапазоне 28 ГГц. Вместо этого команда обнаружила, что четыре (или более) сектора — вариант для обеспечения хорошего охвата.

Эти результаты Nokia считают в КТ Corporation важным шагом на пути к общей цели — успешному развертыванию первой в мире сети мобильной связи 5G в 2017 г.

Представлен первый 5G-чип.

Производитель чипов для мобильных устройств Qualcomm 18 октября анонсировал первый модем для смартфонов с поддержкой технологий 5G. Чип под названих X50 поддерживает работу в диапазоне частот 28 ГГц и имеет обратную совместимость со стандартами третьего и четвертого поколения. Достижимые скорости передачи данных — 5 Гбит/с. Первые рабочие образцы чипов появятся на рынке со второй половины 2017 г., а смартфонов — в начале 2018-го.

Украине выгодно войти в эру 5G

В Украине индустрия беспроводной связи отстает. И хотя большая часть страны имеет доступ к технологиям 3G и широкополосному доступу в сеть, системы четвертого поколения не запущены в коммерческую эксплуатацию. Лидеры рынка говорят о скором возможном запуске сетей 4G, однако это произойдет в 2017—2018 гг. На полномасштабное разворачивание LTE в масштабах всей страны потребуется срок примерно до 2020 г.

Имеются и затруднения даже в запуске 4G-сетей, о которых говорят операторы. Сложности создают непрозрачные процедуры распределения частот. Так, у операторов есть частоты от сетей второго поколения, но чтобы обеспечить полосы достаточной ширины, нужно проводить перераспределение. НКРСИ (Национальная комиссия, осуществляющая госрегулирование в сфере связи и информатизации) заявляет, что частотные спектры расчистить и перераспределить получится лишь к 2018-му.

Учитывая мировую практику строительства сотовых сетей, время окупаемости проектов составляет в среднем 7—10 лет. Если начинать полномасштабный запуск четвертого поколения сейчас, Украина сможет перейти к 5G не раньше 2025 г., а это отставание в отрасли на 7—8 лет.

Гораздо выгоднее идея пропустить строительство LTE-сетей и сразу перейти к 5G. Если заранее проанализировать и расчистить соответствующие диапазоны частот и приступить к строительству как можно скорее, можно стать локомотивом для отрасли. Возможность запуска пилотных зон для обкатки технологий в стране может стать выгодным для лидеров сотовой индустрии, поскольку полученный опыт можно было бы максимально быстро перенести на всю Европу.

В данном случае все может зависеть от решения регулятора и чиновников, принимающих соответствующие решения. Без их помощи избежать отставания не получится.

5G изменит наш взгляд на использование сотовых сетей.

В целом концепция построения сетей пятого поколения крайне интересна. Такие технологии позволят применять беспроводные сети когда угодно и с использованием тех возможностей, которые необходимы. Развитие рынка интернета вещей IoT затруднительно без внедрения современных технологий, так как количество подключений к сети в перспективе должно вырасти в сотни раз. 5G даст возможность использовать смартфон как универсальный инструмент для просмотра видео ультравысокого разрешения, управления умным домом, умным автомобилем и множеством вещей вокруг себя.

Уважаемые читатели, PDF-версию статьи можно скачать здесь...

Лампочку можно не менять 10 лет

Светодиодные системы позволяют делать то, что не могут другие технологии, —...

Кругляк преткновения

Сколько стоит мораторий на вывоз необработанной древесины

Градусы против киловатт-чаcов

Платежки за услуги ЖКХ — сколько остается на другие нужды

Возмущению действиями власти нет предела

Я получил платежку за отопление (за половину октября) на 1428 грн. 64 коп.

Комментарии 1
Войдите, чтобы оставить комментарий
Hihi

А может сразу уже нацеливаться на 6G?
Мля, у нас в сельской местности и 2G не везде работает.

- 1 +
Блоги

Авторские колонки

Ошибка