Мобильные сети получают качественное развитие с интервалом примерно 10 лет, сегодня человечество стоит на пороге нового пятого поколения. 5G в очередной раз увеличит пропускную способность и снизит задержки при передаче данных. Таким образом откроются двери для абсолютно новых, невообразимых ранее, сервисов. В данный момент операторы в партнёрстве с инфраструктурными компаниями тестируют новое оборудование и программное обеспечение. В разгар 5G-гонки самое время разобраться в возможностях и преимуществах грядущего стандарта.
5 фактов о 5G
- Первый стандарт Non-Standalone 5G NR уже утверждён.
- Коммерческий запуск первых 5G-сетей запланирован на 2018 год.
- Первые смартфоны с поддержкой 5G увидят свет в начале 2019 года.
- Массовое развёртывание базовых станций нового поколения прогнозируется на 2020 год.
- К 2025 году ожидается увеличение количества абонентов сети 5G до 2,6 млн человек.
Зачем нужен 5G?
Новый стандарт связи гарантирует скорость передачи данных в несколько Гбит/с на свободной сети и стабильные 100 Мбит/с в условиях мегаполиса. На первый взгляд цифра ошеломительная, в какой-то степени, избыточная. Но вслед за ростом качества сетей появятся новые серивсы, которые смогут реализовать потенциал технологии. Из очевидного: стриминговое видео в ещё большем разрешении, системы дополненной и виртуальной реальности, дальнейшее развитие облачных технологий.
Сети нового поколения стандартизируют интернет-вещей. Напомню, что нынешние устройства класса IoT общаются с внешним миром через посредников с помощью Bluetooth или Wi-Fi. Отдельные охранные комплексы используют 2G для передачи экстренной информации через EDGE и по СМС. 5G обладает достаточной ёмкостью для подключения каждого отдельного устройства непосредственно к мобильной сети. Речь идёт не только о системах умного дома и носимой электронике. Сети пятого поколения привнесут в нашу жизнь концепцию умного города. Например, тысячи сенсоров на улицах смогут оперативно передавать данные о правонарушениях или подозрительной активности. А рекламные щиты смогут показывать рекламу с учётом интересов пользователей, находящихся неподалеку. Автономные дроны-доставщики также выйдут на качественно новый уровень.
Технология Vehicle-to-everything (V2X) объединяет транспорт в единую оперативную сеть для обмена информацией о трафике и экстренных дорожных ситуациях. Текущие версии стандарта базируются на WLAN и LTE. Но настоящий толчок к массовости технологии способен дать именно 5G. Причина зарыта в низкой задержке (ping) при передачи информации — в среднем 4 мс против 20 мс у LTE. Массовое применение V2X выведет автопилотирование на новый уровень надёжности и безопасности. Прогнозирование трафика станет более точным, а сервисы для отслеживания городского транспорта повсеместными.
Текущие достижения
Сети пятого поколения проектируются для работы в нескольких частотных диапазонах. Низкие частоты 600-700 МГц оптимальны в пригороде или для интернета-вещей, так как базовые станции имеют большой радиус действия. А вот скорость передачи данных и общая ёмкость сети оставляет желать лучшего. Диапазон до 6 ГГц исправляет этот недостаток, но средне-частотные БС нужно устанавливать значительно чаще, что оправдано в условиях мегаполиса. Высокие частоты до 73 ГГц обеспечивают пиковую скорость до 20 Гбит/с на приём и до 10 Гбит/с на передачу. Главная проблема — качественная связь только в зоне прямой видимости БС, диапазон будет использован для покрытия критичных локальных территорий.
Как уже было отмечено, отличительные черты сетей пятого поколения — высокая ёмкость и низкие задержки при передаче информации. Эффект достигается за счёт применения новой технологии мультиплексирования сигнала NOMA, которая позволяет одновременно обслуживать нескольких абонентов в одном канале. В сетях прошлых поколений применяется разделение по времени, абоненты обмениваются информацией с базовой станцией по очереди.
При использовании NOMA абоненты в одном частотно-временном интервале делятся на сильных (Strong User — SU) и слабых (Weak User — WU). Наложенные друг на друга сигналы для нескольких абонентов передаются одновременно. При получении сильный пользователь вычитает сигнал слабого с помощью системы подавления помех — SIC, а после декодирует полученные данные. Слабый пользователь сразу приступает к расшифровке, подавление помех не требуется, так как сигнал сильного ослабевает и превращается в шум. Для выравнивания качества обслуживания, на слабого абонента приходится 70% мощности канала. В сочетании с многоантенными системами MIMO, применение NOMA позволяет одновременно обслуживать несколько десятков пользователей на одном канале.
В конце декабря 2017 года консорциум 3GPP Non-Standalone 5G NR. Переходный стандарт предполагает развёртывание сетей пятого поколения на основе базовых станций LTE. Переходный стандарт поддерживает все перечисленные выше диапазоны: 600-700 МГц, 3,5 ГГц и 50 ГГц. Следующий этап — полностью автономный стандарт Standalone 5G NR, который будет готов к середине 2018 года.
В первую очередь стоит отметить заслуги Intel. Компания развернула полнофункциональную 5G-инфраструктуру на прошедших зимних Олимпийских играх в Пхёнчхане. Подключенные к сети UHD-камеры позволили проводить онлайн-трансляции спортивных событий с эффектом присутствия. Wi-Fi хотспоты также использовали возможности 5G и обслуживали тысячи клиентов. Большая часть оборудования была смонтирована в уличных условиях — отличный тест на выносливость для электроники. Также Intel анонсировала партнёрство с NTT DoCoMo и развёртывание сетей пятого поколения на летних Олимпийских играх 2020 в Токио. Одна из целей сотрудничества — демонстрация и обкатка новых возможностей умного города.
На MWC 2018 Intel продемонстрировала концепт ноутбука с поддержкой сетей пятого поколения на базе модема Intel XMM 8060 . На данный момент крупный чип монтируется отдельно от центрального процессора. Для повышения эффективности компания работает над внедрением модемной части в однокристальную систему. Но это временные трудности, главное, что Intel работает над новым форматом, который превратит ноутбук в ещё более универсальное устройство. С новинкой можно забыть о небезопасных публичных сетях Wi-Fi. Активировать точку доступа Wi-Fi на смартфоне также не придётся. Анонс первых коммерческих устройств намечен на 2019 год, партнёрами Intel стали Microsoft, Dell, HP и Lenovo.
Также стало известно о сотрудничестве Intel c разработчиком мобильных решений Spreadtrum. Цель партнёрства — создание линейки мобильных процессоров со встроенным 5G-модемом Intel XMM 8000 серии ко второму кварталу 2019 года.
Qualcomm впервые анонсировала свой собственный модем X50 ещё в 2016 году. На данный момент известно, что SDX50 войдёт в состав новой платформы Qualcomm Snapdragon 855, которая будет построена по 7-нм техпроцессу и увидит свет в начале 2019 года. То есть решение Qualcomm достаточно компактное для установки в смартфоны и планшеты.
Huawei — ещё один полноправный участник 5G-гонки. На MWC 2018 компания продемонстрировала собственный модем Balong 5G01, который обеспечивает скорость до 2,3 Гбит/с. К сожалению, на данный момент размеры чипа не позволяют использовать его в смартфона и планшетах. Но с учётом прыти компании, появление мобильного Kirin с поддержкой 5G не за горами.
Nokia Networks — второй после Huawei поставщик телекоммуникационного оборудования. В распоряжении компании есть оборудование, работающее на малых средних и высоких частотах. В начале 2018 года Nokia презентовала полнофункциональные 5G чипсеты для базовых станций ReefShark. Пропускная способность одного модуля до 84 Гбит/с. Развёртывание коммерческого оборудования на базе нового чипсета намечено на третий квартал 2018 года.
5G в России
На данный момент Российские операторы активно тестируют оборудование нового поколения. МегаФон совместно с Huawei продемонстрировали возможности модуляции сигнала Massive MIMO. Скорость передачи данных в сети 5G достигла 35 Гбит/с. Тестирование происходило в диапазоне 70 ГГц в режиме поочередной передачи и приема информации (TDD), ширина полосы частот составила 2 ГГц. А МТС и Ericsson достигли скорости в 25 Гбит/с на движущемся прототипе. Тестирование проводилось на московском стадионе «Открытие Арена», базовая станция работала в диапазоне 14,5-15,3 ГГц.
МГТС начала модернизировать оптоволоконную сеть до стандарта XG-PON, также известного как 10G-PON. Замена активного приёмного и передающего оборудования позволяет добиться скорости 9,5 Гбит/с при задержке в 1 миллисекунду против текущего 1 Гбит/с в стандарте GPON. Таким образом, 10G-PON полностью удовлетворяет требованиям 5G и позволит развернуть соответствующую сеть для МТС.
Но главное, к чему нужно стремиться — создание пилотных зон. Так, Ростелеком запустит две пилотные зоны в Иннополисе (Татарстан) и в Сколково (Московская область). Тестировать сети пятого поколения также будут в ходе чемпионата мира по футболу 2018. Общедоступные сети развернут в городах, которые принимают футболистов. Среди них: Москва, Калининград, Санкт-Петербург, Казань, Нижний Новгород, Самара и другие. Созданные сети в условиях реального города помогут выявить недостатки текущего оборудования и облегчат масштабный запуск пятого поколения.
Несмотря на перспективность сетей пятого поколения, закупка нового оборудования и строительство базовых станций обходится слишком дорого. Также до сих не представлена эффективная модель монетизации новых возможностей 5G. По этим причинам операторы не спешат прекращать развитие 4G LTE. Но внедрение новых стандартов всё-таки необходимо — 5G открывает новые возможности для государства и бизнеса. Согласно обновленной программе «Цифровая экономика», государственные инвестиции в сети пятого поколения на ближайшие пять лет могут превысить 180 млрд рублей.