Количество подключенных к Всемирной паутине устройств и требования абонентов к скорости мобильного интернет-доступа увеличиваются с каждым годом. Разработчики телеком-оборудования и операторы связи, стремясь ответить на новые вызовы, готовятся серьезно преобразить архитектуру сетей и регламенты взаимодействия. Так появляются сети пятого поколения (5G), которые являются следующим этапом эволюции сетей четвертого поколения (LTE, 4G). Ожидается, что сети 5G позволят подключать множество устройств, способных устанавливать миллиарды соединений, за счет чего станет возможно создавать новые сервисы в:

• секторе ИТ и телекома,
• автомобильной отрасли,
• индустрии развлечений,
• образовании,
• сельском хозяйстве и многих других.

За счет сетей пятого поколения также можно будет улучшить качество использования уже существующих сервисов, где задействованы большие объемы трафика.

Теодор Сайзер (Theodore Sizer), вице-президент по разработке беспроводных технологий в Bell Labs отмечал, что в сетях 5G будет работать множество самых разнообразных устройств. Смартфоны и планшеты никуда не денутся, но, помимо них, в сети появится целый «зоопарк» различных устройств, включая камеры видеонаблюдения, погодные датчики, датчики «умных» электрических сетей, «умные» дома и автомобили.

В Ericsson заявляли, что 5G положит начало долгосрочному развитию «Сетевого общества» (Networked Society):

«Мы находимся на пороге невероятной революции, которая навсегда изменит наш мир. В этом новом мире каждый человек, каждое устройство, вне зависимости от того, где они находятся, будут обмениваться информацией в режиме реального времени. В течение следующих 10 лет наше общество претерпит больше изменений, чем за последние 100 лет. И это только начало».

Число устройств, взаимодействующих с интернетом и между собой, постоянно увеличивается. Необходимы более совершенные сети, способные обеспечить это взаимодействие максимально эффективным образом. Сети нового поколения открывают новые возможности во многих областях – от повышения эффективности производственных процессов, повышения безопасности на дорогах и в городе в целом до улучшением коммунальных сервисов и более чистой окружающей среды, – отмечал Джон Хили, представитель подразделения Communication & Storage Infrastructure Group в Intel.

Южнокорейский оператор SK Telecom – одна из первых компаний, продемонстрировавшая в действии технологии 5G, на начальном этапе развертывания сетей нового поколения ориентируется на обычных пользователей как на основных потребителей услуг, рассказали TAdviser в феврале 2016 года представители компании. Благодаря 5G пользователи смогут смотреть 3D-телевидение без очков, скачивать за секунды или смотреть онлайн UltraHD видео на высокой скорости.

Также можно будет использовать на новом уровне приложения виртуальной и дополненной реальности, отмечают в SK Telecom. Например, включать элементы дополненной реальности в образовательный процесс, создавая виртуальные музеи и модели вселенной в классах.

В проектах «умных городов» 5G позволит в режиме реального времени передавать информацию с гораздо большего числа сенсоров на различных объектах. Старший директор Qualcomm по продуктовому менеджменту мобильных технологий Санджив Атали (Sanjeev Athalye) отмечает, что можно будет развернуть тысячу сенсоров вместо сотни, для обслуживания которых будет достаточно меньшего количества базовых станций, чем при существующих ныне сетях. Это могут быть, например, сенсоры мониторинга состояния объектов ЖКХ, сенсоры «умного освещения» или сенсоры звука, установленные в целях безопасности и соблюдения порядка в городе. В последнем случае сенсоры могут фиксировать подозрительные или слишком громкие звуки, и данная информация будет автоматически передаваться в службы охраны правопорядка.

Новые сервисы с использованием 5G могут быть реализованы и в медицине. Например, для организации удаленного мониторинга состояния пациентов. Врач сможет оперативно получать информацию со специальных сенсоров и следить за состоянием пациентов круглые сутки.

Благодаря очень низким задержкам передачи данных 5G также откроет больше возможностей для удаленного проведения операций с использованием робота. Такой сервис особенно актуален для небольших населенных пунктов, где нет хирургов на местах: управляя манипуляциями робота, операцию может провести специалист, находящийся в совершенно другом месте. За счет 5G такой сервис можно будет развернуть в беспроводных сетях.

Низкая задержка данных, которую способны обеспечить сети нового поколения, важна и для развертывания «умных» сетей электропередач. Использование датчиков позволит мгновенно обнаруживать повреждения на линии электропередач и блокировать распространение последствий повреждения дальше по линии. Таким образом, повреждение затронет меньшее число потребителей электроэнергии.

В крупных производственных компаниях, в ритейле, логистике 5G даст возможность использовать больше промышленных роботов, выполняющих различные функции вместо людей, а также дронов. Последние уже сейчас используются на некоторых производствах, но чаще всего управляются с использованием сетей Wi-Fi. 5G позволит охватить большую дистанцию, чем сети Wi-Fi, а благодаря низким задержкам – повысить стабильность работы таких систем. Проект развертывания системы доставки товаров с помощью дронов есть, например, у Amazon.

В пример сервисов, для которых будет иметь преимущество 5G, можно привести и городские системы видеонаблюдения. 5G поможет упростить их развертывание и использование. Сейчас трафик с тысяч камер в городах, в основном, передается по фиксированным сетям. Развернуть такую инфраструктуру – непростая задача, поскольку требуется уложить множество проводов. С помощью 5G можно будет получать терабайты видео высокого разрешения без использования проводов.

Еще один пример – сервис мониторинга транспорта в компаниях. Санджив Атали из Qualcomm полагает, что с появлением сетей нового поколения операторы, выступающие провайдерами такого сервиса, смогу снизить его стоимость. Это станет возможным за счет того, что стоимость одной базовой станции 5G будет ниже стоимости станций для существующих сетей, а также за счет того, что одна базовая станция сможет одновременно обслуживать большее количество устройств, соответственно, для сервиса потребуется меньше базовых станций.

5G в эволюции автомобилей

Самоуправляемые транспортные средства – еще одна область, реализация которой потребует сетей связи нового поколения. Автомобили можно будет оснастить сенсорами, считывающими всевозможную информацию о дорожной обстановке: ближайших транспортных средствах, погодных условиях, состоянии асфальта, дорожных знаках и др. На основе этих данных управление поездкой можно осуществлять в автоматическом режиме.

Помимо удобства для водителя машины, оснащение сенсорами автомобилей открывает новые возможности для повышения безопасности на дорогах. По сетям 5G автомобили смогут коммуницировать между собой и принимать мгновенные решения, что делать в той или иной ситуации на основе информации, полученной от других транспортных средств на дороге. Например, автомобиль мог бы пересылать сигнал о своем резком торможении, так чтобы машина, с которой из-за этого угрожает столкновение, могла также резко затормозить в автоматическом режиме. В сетях 4G реализовать такой сервис невозможно, поскольку задержка сигнала слишком велика, чтобы управлять автомобилем в режиме реального времени, считает Санджив Атали из Qualcomm.

В июне 2016 года ABI Research опубликовала прогноз, согласно которому к 2025 году около 67 млн автомобилей будут использовать сервисы 5G ^[1].

Три миллиона из них – самоуправляемые автомобили. Технология 5G, благодаря более быстрому отклику, станет предпочтительной для широкополосного потокового мультимедиа, отправки диагностической информации сервисному центру, использования в системах V2X (Vehicle-to-Everything — система обмена данными между автомобилем и другими объектами дорожной инфраструктуры, например, с автомобилями, дорожными знаками, разметкой, светофорами; инфраструктура также должна быть подключена к интернету).

Чтобы технология V2X стала реальностью, две области – автомобильная и телекоммуникационная, должны расширить зону охвата 5G-сигнала и обеспечить уверенный приём. ABI Research ожидает, что это станет вполне реальным к 2025 году. 5G позволит мобильным операторам внедрить больше услуг с добавленной стоимостью для автомобильной экосистемы. Аналитики ABI Research ожидают появления новых бизнес-моделей и новых возможностей для автомобильной отрасли благодаря низкой задержке при установке соединения – до 1 мс.

Особенности архитектуры сетей: уже не сотовая связь

По мнению ряда экспертов, которые в 2014 году приводило издание CNews^[2], сети 5G будут «устройство-ориентированными», а не «сота-ориентированными». Иными словами, понятие «сотовой связи» более не будет применимо. Сотовая связь означает, что сеть оператора состоит из сот — базовых станций, обеспечивающих связь в определенном радиусе действия. Находящееся в этом радиусе действия устройство формирует исходящий и нисходящий каналы связи, контролируя как само соединение, так и объем передаваемого трафика, в то время как базовая станция управляет всей сотой, в которой находится множество абонентских устройств.

В сетях 5G устройства будут обмениваться множественными потоками информации одновременно с узлами различных типов, задачей которых в конкретный момент времени будет обслуживание именно этого устройства. «Мы считаем, что архитектура, состоящая из сот, сменится архитектурой, состоящей из устройств», — поясняет инженер Bell Laboratories(исследовательского подразделения Alcatel-Lucent) Федерико Боккарди (Federico Boccardi), один из авторов совместной работы, посвященной новым принципам работы сетей пятого поколения.

В Ericsson считают, что сети 5G будут представлять собой сочетание существующих технологий радиодоступа, в той их форме, которой они будут обладать к 2020 году, с новыми технологиями передачи данных: «Рассуждая о 5G, мы подразумеваем не замену нынешних стандартов, а их дополнение новыми технологиями, удовлетворяющими новые потребности в различных сферах».

Размер макросот, в основном, по словам Потряхаева, определяется используемым диапазоном частот (для низких частот — больше, для высоких — меньше). Для радиосетей стандартов 2G/3G/4G сейчас в России используются частоты от 800 до 2600 МГц. Если для сетей 5G не будут задействованы более высокие частоты, плотность установки базовых станций, формирующих макросоты, не потребуется увеличивать, считает эксперт.

Что касается микросот, их количество (плотность установки) пропорционально требуемой емкости. «Поскольку требования к емкости растут на порядки от поколения к поколению мобильной связи, то можно прогнозировать значительный рост требуемого количества микросот при внедрении 5G», — говорил представитель «ВымпелКома».

По прогнозу Ericsson, в будущем таких устройств во всем мире будет насчитываться от 50 до 500 млрд — в 10–100 раз больше по сравнению с нынешним числом активных абонентских интернет-устройств. Важной задачей разработчиков стандартов будет обеспечить надежным беспроводным соединением каждое из них. Для каждого устройства будет определена своя политика взаимодействия с сетью, учитывающая объем передаваемых данных, величину допустимой задержки и другие параметры.

Кроме того, если сейчас одна базовая станция обслуживает несколько сотен одновременно подключенных устройств, то в ближайшие годы в связи с распространением межмашинных коммуникаций (M2M) число устройств многократно вырастет. И в некоторых случаях базовой станции придется обрабатывать до 10 тыс. устройств одновременно. Это потребует как разработки новых узлов, которые будут способны управлять сетями, так и модернизации опорной инфраструктуры.

Развитие технологий 5G

2016

Nokia ускорилаcь c созданием 5G

В начале октября 2016 года в Nokia сообщили, что компания готова реализовать технологию 5G быстрее, чем планировала раньше. Изначально Nokia рассчитывала вывести первые спецификации в 2018 году, а теперь планирует это сделать к концу 2017 года. Об этом рассказала директор по технологическому развитию Nokia в Восточной Европе Лидия Варукинана презентации продуктов компании.

Первый запуск сетей 5G в России планируется в 2018 году, на стадионах во время спортивных матчей чемпионата мира по футболу. Источник TAdviser, знакомый с подготовкой телеком-инфраструктуры для стадионов к футбольному соревнованию, рассказал, что по состоянию на осень 2016 года идет своеобразная «борьба» между мобильными операторами за право обеспечить спортивные объекты связью 5G. Пока неизвестно, кто из них займется этим.

Nokia готовится к выводу первых предстандартных вариантов оборудования с поддержкой новой технологии. Прототип системы 5G Nokia уже демонстрировала в России вместе с мобильными операторами МТС и «Мегафон». Он работал с использованием нового радиоинтерфейса, возможности которого позволяют добиться скорости до 10 Гбит/с. Важно то, что работа прототипа демонстрировалась на коммерчески доступном оборудовании Nokia – AirFame (сервер) и AirScale (телекомовское «железо»).

«Мы фактически приближаемся к реализации 5G», – отметила Лидия Варукина.

По словам Лидии Варукиной, Nokia может обеспечить те сервисы, которые ставятся в качестве целевых характеристик для 5G – для автоматизации производства, для интернета вещей, для обеспечения безопасности на транспорте, безопасности в городе, то есть везде, где нужна быстрая реакция на изменяющуюся обстановку и практически мгновенная передача информации.

В Nokia отмечают, что в более быстром выводе технологии 5G на рынок заинтересованы в странах, где развиты мобильные сети – Япония, Корея, США. Там трафик генерируется в огромных масштабах, и во многих случаях ресурсов LTE уже не хватает. Новая технология позволяет увеличить производительность сотовых сетей на порядок.

Над запуском 5G работают и другие крупные производители оборудования и операторы. Многие из их готовят тестовые запуски в 2017-2018 годах, а говоря о коммерческой эксплуатации, большинство называют 2020 год. К примеру, Intel вместе с южнокорейской KT Corporation планируют начать развертывание опытных сетей 5G в 2018 году, а производитель микроэлектроники Qualcomm сообщал о разработке микросхем для сетей 5G, которые должны быть готовы к коммерческому запуску 5G в 2020 году.

Fujitsu разрабатывает энергоэффективную технологию для сетей 5G

Основная статья: Fujitsu: Межподрешеточная технология кодирования 5G

Разработчики технологий для 5G на MWC

Разработки и испытания в области 5G в сотрудничестве с партнерами ведут многие крупные производители сетевого оборудования и операторы связи. Свои последние достижения и планы они представили на Мобильном конгрессе в Барселоне (MWC) в феврале 2016 года. В их числе:China Mobile, Deutsche Telecom, Vodafone, Orange, SK Telecom, Nokia, Intel, Huawei, ZTE, Qualcomm, Samsung, Ericsson и другие.

Intel в рамках MWC 2016 анонсировала платформу для испытаний связи пятого поколения, позволяющую, по заявлениям компании, ускорить процесс разработки соответствующих технологий, их развертывание и внедрение. Платформа включает блок обработки сигналов на базе FPGA, радиомодуль с поддержкой диапазона 6 ГГц и двух- и четырехканального режима MIMO (Multiple Input Multiple Output, множественный ввод множественный вывод), а также стек протоколов связи на базе процессора Core i7. В Intel говорят, что их компания проводит испытания этой новой экспериментальной платформы и создает прототипы решений на ее базе в сотрудничестве с крупнейшими в мире операторами мобильной связи.

Intel также сообщила о расширении сотрудничества с партнерами по направлению 5G – разработчиками оборудования и операторами. Ericsson и Intel сотрудничают с операторами мобильной связи над созданием 5G-решений и проводят совместные испытания, с LG Electronics – работают над созданием телематической технологии 5G для автомобилей нового поколения. С Nokia Intel планирует разработать радио-технологии и сетевые решения, которые позволили бы ускорить выпуск как клиентских устройств 5G, так и соответствующей беспроводной инфраструктуры.

Вместе с южнокорейской KT Corporation Intel в 2018 году планирует начать развертывание опытных сетей 5G для проверки на практике новых разработок и согласования спецификаций (стандартизации). В совместном проекте с Nokia планируется разработать решения 5G – клиентские и для операторов – еще до окончательного утверждения стандарта.

Обширный блок сотрудничества в области 5G у Intel ведется вместе с южнокорейским оператором SK Telecom. Последний на MWC продемонстрировал прототип системы 5G, обеспечивающей передачу данных на скорости 20,5 Гб/сек. В ней используется оборудование партнеров – Nokia, Ericsson, Intel и Samsung. Вкладом оператора является разработка программного обеспечения, позволяющего связать все компоненты системы, рассказали TAdviser представители компании.

На выставке Computex в июне 2016 года Intel объявила о начале сотрудничества с Foxconn – компании будут разрабатывать новые технологи для сетевой инфраструктуры, которые помогут трансформировать коммуникационные сети и заложат основу для сетей 5G.

Компании намерены сотрудничать над созданием опытных образцов и реализацией пилотных программ, в которых будут использоваться новые технологии, такие как Mobile Edge Computing, Cloud Radio Access Network (CloudRAN) и Network Functions Virtualization (NFV), которые позволяет создавать более интеллектуальные, эффективные и гибкие сети. Благодаря этим усилиям Intel и Foxconn намерены облегчить для поставщиков коммуникационных сервисов работу по изменению архитектуры своих сетей и подготовке к внедрению технологий 5G.

В рамках работ по направлению 5G SK Telecom осваивает технологию нарезки сетей (network slicing), позволяющую разделять одну физическую сеть на несколько виртуальных сетей. Это связано с тем, что для разных сервисов могут потребоваться разные конфигурации сетей, что проще и дешевле обеспечить за счет виртуальной сети, поясняют в компании.

Демонстрацию работы сети нового поколения, а также смартфонов для нее, на MWC продемонстрировал и оператор Deutsche Telekom совместно с партнерами Samsung, Huawei и Стэндфордским университетом. В ней использовалась технология радиодоступа в частотном диапазоне свыше 6 ГГц от Samsung. На начальном этапе оператор ориентируется, главным образом, на использование 5G с мобильных устройств, полагая, что большое количество свободных частот в спектре свыше 6 ГГц позволит обрабатывать огромный трафик данных, генерируемый и потребляемый смартфонами и носимыми устройствами.

В числе работ в области 5G, которые ведет оператор Orange – разработка «зеленых» адаптивных антенн, потребляющих в 100 раз меньше энергии, чем существующие. Как объяснил TAdviser представитель R&D-подразделения Orange, современные антенны тратят энергию, излучая сигнал во всех направлениях, даже если он нужен какому-то одному устройству. «Зеленые» антенны Orange смогут фокусировать сигнал именно в тех точках, где это нужно в данный момент. Работу прототипа такой антенны с визуализацией оператор продемонстрировал на MWC.

Старший директор Qualcomm по продуктовому менеджменту мобильных технологий Санджив Атали (Sanjeev Athalye) рассказал TAdviser, что по состоянию на начало года его компания разрабатывает прототипы чипсетов для сетей 5G для использования как на стороне базовой станции, так и на стороне принимающего сигнал устройства. Микросхемы должны быть готовы к коммерческому запуску сетей 5G в середине 2020 года, говорит он. Как и коллеги из других компаний, ведущих работы по направлению 5G, в Qualcomm отмечают, что ждут появления стандартов сетей нового поколения. Создав прототипы и проведя их испытания, Qualcomm рассчитывает внести вклад в создание этих стандартов.

Проект архитектуры сетей 5G показала на MWC компания ZTE совместно с оператором China Mobile. Они также продемонстрировали прототип высокочастотной 5G-системы, обеспечивающей скорость соединения свыше 10 Гбит/с. В ней задействована базовая станция ZTE с многоантенной технологией множественного доступа.

Huawei, сотрудничающая по развитию сетей нового поколения более чем с 20 партнерами, продемонстрировала новейшие 5G-технологии радиодоступа в рамках эксплуатационного испытания вместе с NTT Docomo, радиотехнологии 5G – вместе с China Mobile, мобильную архитектуру 5G для связи с малой задержкой — с Vodafone.

Nokia в рамках конгресса продемонстрировала комплект коммуникационных технологий 5G, позволяющий создать опорную сеть для поддержки устройств, взаимодействующих с интернетом и друг с другом.

2014: Запуск сетей ожидают в 2020 году

В 2014 году игроки мирового рынка ожидают появления стандарта сетей 5G в 2018 году, а их развертывания для коммерческого использования – в 2020 году. Пока стандарт не разработан, 5G остается концепцией, в которой сети нового поколения отличаются от предшествующих технологий значительно более высокой пропускной способностью – как минимум в 10 раз выше, чем LTE и способностью передавать большие объемы данных с намного меньшей задержкой. Задержка передачи информации в 5G – менее 1 миллисекунды, в то время как в сетях LTE – 10–20 миллисекунд. Кроме того, сети 5G будут обладать большей гибкостью и способностью «подстраиваться» под абонентское устройство.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!