Технологии 5g. Переход в сантиметровый и миллиметровый диапазоны
О скором запуске мобильных сетей пятого поколения (5G) в Европе.
Давайте вместе разберемся, нужно ли ждать технологию в России, чем она хороша и какие проблемы поможет решить.
Что скрывается за аббревиатурой «5G»
Европейский запуск и тестирование 5G начнется в карликовом государстве Сан-Марино. Эта страна не является локомотивом технологического прогресса, её ученые ничего не изобретали и не придумывали для развития сетей пятого поколения.
Просто на территории этого государства самые лояльные в Европе ограничения на использование радиочастот. Оператор, Telecom Italia Mobile, занимающийся тестовым запуском, практически не будет ограничен в выборе частот вещания и сможет проверить работу стандарта при различных настройках оборудования.
Не факт, что 5G дойдёт до потребителя с полным набором потенциальных возможностейРазумеется, за основу будут браться доступные в Европе и мире частотные диапазоны, но никто не отрицает, что максимальный потенциал 5G раскроет на военных или авиационных частотах.
Это может сильно сказаться на дальнейшем развитии технологии. Она может стать исключительно правительственной для обеспечения нужд внутренних ведомств. Глаз на новую технологию могут положить корпорации, если 5G, например, поможет сильно сократить расходы на эксплуатацию транспорта.
В чем отличия от 4G
На данный момент нет четких рамок и стандартов для развертывания 5G-сетей. Нельзя точно назвать максимальную пропускную способность стандарта, используемые частотные диапазоны и прочие нюансы.
Ожидается, что 5G предоставит большую пропускную способность для широкополосной мобильной связи, обеспечит меньшее время задержки сигнала и позитивно скажется на расходе энергии у передающего и принимающего оборудования.
Для нас в первую очередь важна лишь большая скорость приема/передачи данных, чем в 4G. На существенное сокращение энергопотребления рассчитывать не приходится. Наивно полагать, что условный iPhone 10 с поддержкой 5G будет работать существенно дольше предшественников с LTE модулем.
Потенциально крутая фишка 5G – режим device-to-device . Он позволяет обмениваться пакетами данных в обход базовых станций оператораСпециальный диапазон частот может быть выделен под такой обмен. Устройства в таком режиме будут работать по аналогии с рациями, передавая и принимая кодированный сигнал на определенном расстоянии.
Это удобно, ведь так повышается скорость обмена информацией, а в случае падения связи со стороны оператора или нахождения пользователей вне зоны доступа сети можно будет, например, отправить сообщение или голосовой вызов ближайшим абонентам.
Что реально крутого в 5G
Уже сейчас в некоторых регионах нашей страны мобильный 4G интернет по скорости передачи превосходит предложения от кабельных операторов связи. При этом смартфон пользователя является модемом, который всегда с собой.
Для более комфортного использования можно выбрать специализированные решения, чтобы не разряжать мобильное устройство за несколько часов раздачи сигнала.
С ростом популярности стриминговых сервисов необходимость в загрузке аудио- и видео-контента на устройство через несколько лет практически отпадет.
Так получится, что iPhone, iPad или компьютер со слотом для сим-карты станет главной точкой для выхода в сеть, а из квартир начнут пропадать Wi-Fi роутеры и маршрутизаторы.
Когда ждать 5G
Исследователи и аналитики полагают, что 5G для бизнеса и рядовых потребителей станет доступным не ранее 2020 года. К этому времени сети нового поколения могут появиться лишь в крупных городах.
Следует понимать, что для активного развития технологии нужна не только инициатива операторов и провайдеров. Производители техники тоже должны внедрять новые модули связи для поддержки стандартов связи следующего поколения.
Российские тесты 5G показали скорость до 35 ГБ в секунду при работе на частоте 70 ГГцОтечественные операторы в этом направлении не отстают от иностранных коллег, в этом году компания Мегафон совместно с Huawei провела ряд тестов, демонстрирующих возможности 5G сетей.
Есть и подводные камни
Для повсеместного внедрения 5G понадобится полная замена оборудования на стороне оператора, а пользователи для получения возможности подключения будут вынуждены обновить парк своих устройств. Пока нет общепринятых стандартов 5G, говорить об этом слишком рано.
Сети нового поколения будут использовать высокочастотные диапазоны, при этом вырастет плотность базовых станций, а это дополнительные затраты для операторов.
Для глобальной модернизации представители отечественного рынка должны сначала окупить текущие затраты, связанные с развитием и переходом на 4GПростым пользователям остается ждать новостей о европейских тестах 5G и следить за презентациями новинок техники ведущих компаний. Кто знает, возможно, через год или два в мы увидим поддержку 5G сетей, а может, Samsung станет первым в этом направлении с очередным обновлением линейки Galaxy.
Расходы на пропуск всё возрастающего трафика по сетям операторов связи по состоянию на 2019 год не покрывается доходами от традиционных услуг. Поиск новых услуг, т.н. «killer application» традиционных телеком-платформ обычно не даёт ожидаемых результатов.
Между тем, основной рост трафика и доходов происходит не в секторе устройств людей, а в секторе устройств интернета вещей, который является одной из базовых целей функционала 5G.
Стандартизация
Стандартизация технологий и решений 5G должна завершиться к 2021 году, поэтому термином 5G пока обозначаются лишь фрагментарные решения, которые в будущем войдут в состав полномасштабного решения IMT2020. Такие решения уже разворачиваются в разных странах, однако они пока носят локальный и тестовый характер, и не предоставляют весь планируемый функционал сетей стандарта IMT2020.
Основные стандартизирующие организации 5G
По состоянию на 2019 год:
3GPP (3rd Generation Partnership Project) - альянс из семи организаций, разрабатывающих различные стандарты телекоммуникаций, в которые, в свою очередь входят другие партнёры. Задача 3GPP – формулировка технических требований, оценка предложений, и окончательное принятие стандартов. В середине 2017 года был принята версия общего стандарта Release 15, в настоящее время разрабатывается Release 16, которая будет принята в 2019 г. Кроме разработки общей архитектуры, 3GPP также разрабатывает стандарты радио-технологий 5G New Radio (NR) для новых частотных диапазонов, выделяемых под 5G.
ETSI (European Telecommunication Standard Institute), Европейский институт телекоммуникационных стандартов, который является членом 3GPP, и наиболее активно работает в области разработки стандартов 5G.
Кроме указанных, существуют отраслевые и региональные организации, такие как 5G Americas, Small Cell Forum, которые также вносят большой вклад в разработку и стандартизацию решений 5G.
Большой вклад в разработку стандартов вносят также и крупные операторы связи, такие как AT&T, Verizon и др. Они координируют свою работу с ETSI и ITU , но иногда опережают эти организации. Поэтому решения этих операторов часто ложатся в основу стандартов ETSI и ITU.
Цель создания и назначение сетей 5G
Сети мобильной связи предыдущих поколений имели следующие назначения и функционал:
- 1G: Услуги передачи речи по аналоговой сети
- 2G: Услуги передачи речи по цифровой сети, низкоскоростные услуги передачи данных (GPRS, EDGE)
- 3G: Высокоскоростные услуги передачи данных (HSPA), с возможностью передачи голоса по сети IP, мобильный доступ к интернет MBB (Mobile Broadband).
- : Мобильный широкополосный доступ MBB на базе LTE, LTE-A, передача голоса (VoLTE)
Сети 5G значительно расширяют ограниченный функционал мобильных сетей предыдущих поколений. Основными функциональными особенностями сетей 5G являются следующие:
- Усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB (enhanced MBB)
- Сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой ULLRC (Ultra Low Latency Reliable Communication)
- Массивные межмашинные коммуникации Massive IoT /IIoT , мMTC (massive Machine Type Communication)
На основе этих трёх генерализованных видов функционала строится всё многообразие услуг и возможностей сетей IMT2020 (5G), наиболее характерные из которых показные на рисунке ниже:
Гигабайты в секунду. Сети 5G способны значительно повысить скорость передачи данных через различные технологии радиодоступа (RAT), и при помощи задействования новых спектров радиочастот 5G NR (New Radio). Пользователь получает практически неограниченную полосу пропускания, как для домашнего использования различных сервисов, так и для целей предприятий (Immersive Telepresence, Industrial IoT и пр.)
Умный дом. Целый спектр различных сервисов интернета вещей (IoT) будет доступен для решения «Умный дом» (Smart Home) и «Умное здание» (Smart Building): видеонаблюдение, управление и автоматизация бытовой техники, управление системами безопасности, хранилища контента, климатика и пр.
Новые видеоуслуги 4К/8К : Объёмное видео, экран сверхвысокой чёткости (UHD), возможность эффекта присутствия.
Работа в облаке. Сервис даёт возможность не только хранить данные в облачном хранилище и извлекать их оттуда, но и использовать прикладные программы, которые работают непосредственно из облака. Причем, с возможностью их использования на любом устройстве и из любого местоположения. Кроме того, имеется возможность использования интерфейсов прикладного программирования API , через которые облачные сервис-провайдеры могут предоставлять свои услуги абонентам оператора сети 5G.
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.
Практические преимущества 5G
Платформа сети 5G предоставляет для операторов значительные преимущества, выражающиеся прежде всего, в расширении функциональных возможностях и характеристик сети (performance) и повышении удовлетворённости пользователей (User Experience). На рисунке ниже показаны основные параметры сети IMT2020 (5G), по сравнению с показателями IMT-Advanced (4G), которые позволяют этого достичь.
Пиковая скорость: сеть 5G обеспечивает в 20 раз бòльшую скорость по сравнению с 4G, то есть, около 20 Гбит/с.
Скорость на пользователя (средняя) при этом может достигать 100 Мбит/с и более.
Эффективность использования спектра , количество информации, которую можно передать на единицу частотного диапазона, в сети 5G будет по крайней мере в 3 раза выше, чем в 4G.
Мобильность пользователя , скорость, с которой может перемещаться пользователь с терминалом 5G по площади покрытия сети без потери хендовера между базовыми станциями, в сети 5G достигает 500 км/час, что даёт возможность пользоваться услугами 5G в скоростных поездах.
Задержка в сети 5G снижается до 1 мс и менее, в то время как в сети 4G можно достичь минимум 10-миллисекундной задержки. Это позволяет использовать технологию 5G для критичных коммуникаций и видеонаблюдения , услуг тактильного интернета, AR/VR и пр.
Плотность терминалов в сети 5G повышается на порядок и может достигать нескольких миллионов устройств на 1 кв. км, то есть, на 1 квадратном метре поверхности могут располагаться несколько десятков или даже сотен миниатюрных устройств (например, сенсоров IoT).
Энергоэффективность сети 5G на порядок лучше, чем в сети предыдущего поколения.
Ёмкость трафика на единицу площади, то есть скорость передачи данных квадратный метр площади покрытия сети, в 5G на два порядка выше, чем в сети 4G.
На рисунке ниже показаны соотношения по степени важности для основного функционала 5G (усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB, сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой, массивные межмашинные коммуникации) параметров сети 5G, показанных на предыдущем рисунке.
Частоты
По состоянию на 2019 год 5G предполагается использовать в различных спектрах радиочастот. Однако, в диапазоне до 6 ГГц, в том числе выделенного под Wi-Fi диапазона 5 ГГц, пока существуют серьёзные проблемы с наличием свободных частот. Выделение частот для 5G в спектре до 6 ГГц уже согласовано на Всемирной конференции радиосвязи ВКР (WRC-15, World radiocommunication conference) в 2015 году. Диапазоны более высоких частот будут распределяться на ВКР-19 в 2019 году .
Применение низкочастотных участков спектра для сетей 5G позволяет достичь оптимального покрытия сети без массивных инвестиций в развитие сетевой инфраструктуры.
Низкие частоты обеспечивают хорошее проникновение радиоволн в помещения, что очень важно для IoT. В особенности, важен диапазон 700 МГц, предназначенный для систем связи М2М, «умного города» и «умных домов ». Для особо надёжного подключения таких объектов, как, например, самоуправляемые автомобили, роботы , промышленная автоматизация, могут использоваться диапазоны 3,4-3,8 ГГц. Предполагается, что в эпоху 5G операторам будут выделяться сплошные частотные полосы по 300-400 МГц.
Высокочастотный спектр необходим сетям 5G для достижения скорости передачи данных до 20 Гбит/с, в частности, для предоставления услуг 3D-видео в формате UHD, AR/VR, облачные сервисы для работы и игр, голографическая связь, тактильный интернет и пр. В частности, для этого рассматривается возможность использования диапазонов 24,25-27,5 ГГц и 37-43,5 ГГц.
Выделение новых частот для 5G в России (источник: НИИР, Союз ЛТЕ-операторов)
Технологии 5G New Radio (5G NR)
Для того, чтобы удовлетворить всё возрастающие требования к мобильной связи, для 5G были разработаны технологии, объединённые под общим названием «новое радио 5G», 5G New Radio (5G NR) . По сравнению с радио-интерфейсом в сетях 4G, 5G NR имеет несколько важных преимуществ.
Разработка 5G NR велась практически «с ноля», с учётом требований к сетям 5G и с применением лучших технологий, которые будут доступны к моменту полномасштабного развёртывания сетей 5G. Таким образом, в 5G NR используются новейшие технологии модуляции, образования форм волн (waveforms) и технологий радиодоступа RAT (Radio Access Technology), которые, в т.ч., будут обеспечивать высокую скорость передачи данных и удлинение срока службы батарей пользовательских устройств 5G.
Основные требования стандарта 3GPP. Источник: ITU, Nokia , Qualcomm
Предварительные требования к технологии 5G NR появились в стандарте 3GPP Release 15, утверждённом в декабре 2017, и ожидается, что окончательный вариант будет утверждён в декабре 2019 г.
Основные отличительные особенности радио-технологии 5G NR – следующие:
Добавление новых диапазонов радио-спектра , согласно требованиям к скорости передачи сигналов, числа устройств, роста трафика многочисленных приложений 5G. Новые диапазоны 5G NR лежат в пределах от 2,5 до 40 ГГц. Ведутся обсуждения об использовании спектра до 100 ГГц.
Оптимизированная технология OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Эта технология уже была успешно применена в 4G/LTE-A, а также в последних версиях Wi-Fi .
Формирование лучей (Beamforming) . Это технология, которая лишь в последние годы перешла от концепции к реализации, и которая способна реализовать многие преимущества 5G. Beamforming даёт возможность направлять луч радиоволн от базовой станции на определённые устройства, как движущиеся, так и неподвижные, без влияния на другие лучи, направленные на те же устройства.
MIMO (Multiple Input Multiple Output) . MIMO – Метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, который уже применялся в Wi-Fi и 4G, в 5G был значительно усовершенствован, в частности, в многопользовательском режиме MU-MIMO (Multi-User- MIMO) в базовых станциях 5G gNnodeB (gNB), антенны которых состоят из матрицы излучающих элементов. Это даёт возможность усиливать уровень сигнала для конкретного пользователя, в то же время минимизируя влияние данного сигнала на других пользователей.
Технологии совместного использования спектра (Spectrum sharing) . Многие спектры радиочастот, соответствующим образом распределённые, часто не используются эффективно. Для решения этой задачи были разработаны технологии Spectrum sharing.
Унифицированное межчастотное взаимодействие (Unified design across frequencies) . Поскольку в 5G NR добавлено множество новых частотных диапазонов, важно обеспечить интерфейс взаимодействия при переходе канала с одной частоты на другую при хендовере между базовыми станциями.
Маленькие соты (Small cells) . Уплотнение сетевого покрытия ведёт к тому, что число базовых станций должно увеличиваться. Поэтому было предложено решение Small Cells – решение недорогих, простых в установке и обслуживании базовых станций небольшой мощности. Их можно развешивать на мачтах уличного освещения, на стенах домов и других объектах. Сеть 5G способна эффективно координировать их работу, перераспределяя нагрузку между антеннами.
Распределённые антенные системы DAS и единая базовая станция, обслуживающая здание целиком
Единую инфраструктуру базовых станций и DAS могут использовать несколько операторов связи одновременно.
Архитектура опорной сети (Core Network) 5G
Особенность архитектуры сети 5G состоит в том, что традиционное понятие «архитектура сети», основанной на аппаратных решениях, в сети 5G теряет актуальность.
Поэтому 5G чаще называют не сетью, а системой, или «платформой», под которой имеется в виду платформа программная, а не аппаратная. Если сети 1/2/3/4G строились на базе аппаратных решений (оборудования), то платформа 5G строится на базе программных решений, в частности, программно-конфигурируемых сетей SDN (Software Defined Network) , а также виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization).
Функции 5G реализуются в виртуальных программных функциях VNF (Virtual Network Function), которые работают в инфраструктуре NFV. Различие между этими похожими по звучанию понятиями состоит в том, что VNF – это функция, а NFV – это технология. В свою очередь, NFV реализуется в физической инфраструктуре дата-центров (data center, DC, центр обработки данных, ЦОД), на базе стандартного коммерческого оборудования COTS (Commercial Off The Shelf). Оборудование COTS включает лишь три вида стандартных, относительно недорогих устройств – сервер (вычислительное устройство), коммутатор (сетевое устройство) и система хранения данных (устройство хранения).
Доброго времени суток, хабровчане!
В этой публикации расскажу о сотовых сетях будущего: как они будут выглядеть, что стоит ожидать.
Итак, начнем.
Что вообще такое 5G? Это будущий стандарт мобильных сетей, который выведет их на принципиально другой уровень. Умные дяди из серьезных компаний говорят, что сети пятого поколения появятся примерно в 2020 году. Почему именно в 2020? Сейчас разберемся.
На рисунке представлено время появления сетей уже существующих поколений. Можно заметить, что между каждыми двумя поколениями разница примерно в 10 лет. Легко сделать вывод, что сети 5G, таким образом, можно ожидать примерно в 2020.
Какие принципиальные отличия между сетями пятого и предыдущих поколений? Первое, и самое очевидное, это увеличение скорости (как минимум на порядок), снижение задержек, значительное увеличение емкости сети, что необходимо для удовлетворения постоянно растущего спроса на Интернет. Тенденция такова, что в будущем к сети будет подключаться все, что угодно: от разнообразных датчиков до автомобилей.
Вторым пунктом стоит выделить переход к модели сети, где главным является абонент, а не базовая станция. В существующих сетях абоненту приходится самому подстраиваться под сеть: сигнал слишком слабый – передвинься. В сетях пятого поколения будут применяться умные антенны, способные менять диаграмму направленности в зависимости от потребностей абонентов в конкретных условиях. К примеру, если в соте в данный момент времени обслуживается один абонент, данные для него будут идти по узконаправленному каналу, что повысит отношение сигнал\шум и позволит повысить скорость передачи данных.
Третий пункт это переход в область миллиметровых волн. Спектральный ресурс ограничен и найти необходимые частоты в традиционных для мобильной связи диапазонах крайне трудно. Естественно, что для значительного увеличения скорости передачи данных потребуются гораздо бОльшие диапазоны частот. Логичным выходом из данной ситуации является переход в область десятков ГГц. Многие знают, что с увеличением рабочей частоты стремительно уменьшается дальность связи, то есть размер соты. Поэтому из третьего пункта можно сделать вывод: сети пятого поколения будут использоваться в местах, где есть спрос на скоростную передачу данных. Полного покрытия ожидать не стоит.
Следующим пунктом стоит выделить такую технологию, как MIMO. Суть ее заключается в использовании нескольких антенн на передающей и принимающей сторонах. Эта технология появилась еще в спецификациях, относящихся к третьему поколению. В большинстве сетей LTE MIMO работает в режиме 2x2, то есть две антенны на передачу, две на прием. Какие плюсы от этой технологии? В режиме 2х2 данные передаются сразу по двум независимым каналам, что позволяет увеличить скорость передачи почти в два раза. На данный момент существуют смартфоны, поддерживающие режим 4х4. К сожалению, увеличивать число антенн до бесконечности невозможно в силу небольших габаритов смартфонов. Еще одной проблемой является необходимость передачи служебных сигналов от каждой антенны, что снижает эффективность технологии.
Пятым пунктом необходимо отменить возможную реализацию технологии device-to-device. Нередки случаи, когда абоненты общаются находясь в десятках метров друг от друга. Благодаря применению этой технологии через сеть оператора будет проходить только сигнальный трафик, позволяющий тарифицировать такие вызовы, а сами данные будут проходить напрямую между устройствами. В этом и заключается суть технологии.
Как же будет выглядеть сеть будущего? 5G сети будут использоваться в местах, где есть спрос на высокоскоростной Интернет, в городах. Для общего покрытия будут использоваться сети предыдущих поколений. Если представить схематично, это будет выглядеть так:
Над сетями пятого поколения идет работа по всему миру, однако локомотивом является Европа. Средства, выделяемые ЕС на разработку несравнимы с теми, что выделяются в остальных частях планеты. По планам разработчиков к концу 2015 года должны сформироваться требования к стандарту пятого поколения. До этого момента все разговоры о скоростях и других параметрах сетей являются лишь домыслами.
Предугадывая комментарии «а зачем нужны такие скорости, мне 3G хватает» отмечу, что в будущем ожидаются глобальные изменения в мобильных сетях. Число подключаемых устройств к сети в режиме «always online» будет стремительно расти. Вполне возможен сценарий, когда телевидение перейдет на мобильные сети. Будет своего рода бум, который произошел с появлением передачи данных в сотовых сетях.
Сегодня телекоммуникационные компании по всему миру активно строят сети третьего (3G) и четвёртого поколения (4G). В то же время производители смартфонов уже внимательно изучают стандарт мобильной связи следующего поколения – 5G – начало внедрения которого планируется с 2020. Сегодня мы всё чаще слышим информацию, в той или иной мере относящейся к технологии пятого поколения. Давайте разберёмся, что же представляет собой это популярное «5G».
Что такое 5G?
5G – это пятое поколение беспроводных технологий. В сравнении с 3G и 4G, данный стандарт обеспечивает большее число одновременных подключений, поддерживаемых мобильной сетью. Помимо возросшей ёмкости, пользователи 5G получат увеличение скоростей сетей и уменьшение времени задержки – в сравнении со стандартом 4G.
В чём разница между мобильными сетями различных поколений?
Мобильные сети первого поколения – 1G – позволяли пользователям делать звонки со своих беспроводных телефонов.
Затем появились сети 2G, которые позволили отправлять с мобильных телефонов текстовые сообщения, а на смену им пришли сети 3G, обеспечившие работу мобильного интернета.
С появлением технологии 4G пользователи получили существенное повышение скорости передачи данных, что позволило им загружать файлы большого объёма, а также передавать и получать потоковое видео с минимальными задержками и в высоком качестве.
В чём преимущества стандарта 5G?
Данная технология выходит далеко за рамки мобильных интернет-подключений. Широкие пропускные возможности, предлагаемые сетями 5G, позволят производить до миллиона подключений на каждый квадратный километр покрываемой площади. А это значит, что данные мобильные сети смогут без проблем обеспечивать подключение смарт-городов и устройств, работающих с «Интернетом Вещей».
В отличие от абонентов 3G или 4G услуг, пользователи 5G не будут испытывать трудностей с подключением к сети мобильного провайдера, находясь в местах массового скопления людей – в частности, на переполненных концертных площадках под открытым небом.
Скорость передачи данных в сети 5G, по мнению экспертов, должна в 20 раз превышать скорость передачи данных в существующих сетях 4G. Расчеты показывают, что пользователи 5G смогут загружать полнометражный фильм, записанный в стандарте высокой чёткости, всего за одну секунду. Помимо этого, ожидается, что время задержки в сети 5G также будет сверхмалым – менее 1 миллисекунды. Время задержки в существующих сетях 4G составляет 10 миллисекунд. Под временем задержки подразумевают время, необходимое для передачи пакета данных из одной точки в другую.
Сверхмалое время задержки означает также то, что современные приложения – такие как самоходные транспортные средства – смогут работать с сетями 5G чётко и без проблем. Низкие показатели времени задержки также помогут обеспечить стремительный рост проникновения приложений виртуальной и дополненной реальности, поскольку пользователи не будут видеть отставания при передаче потокового видео в высоком разрешении или при запуске в сети программ виртуальной и дополненной реальности.
Кто устанавливает стандарты для 5G?
За определение стандартов для технологии 5G отвечает Международный союз электросвязи (МСЭ или ITU), являющийся специализированным агентством при Организации Объединённых Наций (ООН). Стандартизация технологии проходит по той же схеме, по которой формировались стандарты для технологий 3G и 4G.
Помощь ITU в проведении исследований, связанных с установкой стандартов для 5G, оказывают такие индустриальные органы, как консорциум Проект партнёрства третьего поколения (3GPP) и отраслевое объединение Ассоциация GSM (GSMA).
Консорциум 3GPP отвечает за сотрудничество между группами телекоммуникационных ассоциаций из стран Азии, Европы и Северной Америки. Он выпускает отчёты, исследования и техническую документацию по трём направлениям: сети радиодоступа, вопросы по услугам и системам, а также ключевые сети и терминалы.
Объединение GSMA представляет интересы 800 операторов мобильных сетей и 300 компаний, составляющих мобильную экосистему, в частности – производителей мобильных устройств, компаний-разработчиков программного обеспечения и поставщиков телекоммуникационного оборудования.
Когда начнётся коммерческое использование 5G?
Начало предоставления услуг сетей 5G коммерческим пользователям намечено на 2020 год. Однако в Южной Корее намерены запустить коммерческую 5G сеть уже в преддверии Игр зимней олимпиады, которые пройдут в 2018 году в городе Пхёнчхан.
Какие страны лидируют в разработке и внедрении 5G?
Китай, Япония и Южная Корея уже занимают ведущие в мире позиции в сфере тестирования и разработки мобильных технологий, имеющих отношение к 5G. Данные страны уже имеют высокий уровень принятия 4G, а правительственные программы поддержки разработки 5G дают им возможность опережать Северную Америку и Европу.
В Китае государственные компании China Mobile, China Unicom и China Telecom уже начали тестирование 5G-совместимого оборудования. Huawei Technologies и ZTE – две крупнейшие в стране компании, производящие телекоммуникационное оборудование, являются отраслевыми лидерами в вопросах построения инфраструктуры, необходимой для 5G.
Страны Европы и Северной Америки отстают от стран Азии в вопросах развития 5G в силу экономической неопределённости и более медленного развития сетей 4G на своих рынках. Однако это не мешает им проводить полевые испытания в закрытых тестовых лабораториях.
Сотовая совершенствуется рывками. Переход от одной технологии к другой свидетельствует о вводе нового поколения. Именно поэтому, если упрощать, стандарты называются 1G, 2G, 3G и так далее - буква «g» в данном случае происходит от слова «generation». Давайте же постараемся понять, как развивалась мобильная связь. Заодно мы выясним, почему операторы не отказываются от поддержки старых стандартов.
Сейчас самое первое поколение сотовой связи принято называть 1G . Но в годы действия этих сетей никто о таком понятии не подозревал, тогда многие люди не думали о том, что в ближайшем будущем сотовая связь станет совсем другой. Итак, что же представляло собой первое поколение?
Фактически это была аналоговая связь. Её запуск был осуществлён компанией AT&T , а первый звонок состоялся 3 апреля 1973 года - его совершил Мартин Купер, являвшийся главой мобильного подразделения Motorola . Как и в случае со стационарной аналоговой связью, теоретически сотовый телефон можно было задействовать в качестве модема. Но решиться на это мог только какой-нибудь миллионер, ведь минута разговора в те времена стоила огромных денег.
Как и в случае с последующими поколениями, 1G - это лишь название, объединяющее под собой несколько разных стандартов. В Канаде, США, Австралии, а также Южной и Центральной Америке применялся стандарт AMPS . В странах Скандинавии и некоторых государствах получил распространение стандарт NMT и его разновидности. Ну а в Италии, Испании, Англии, Австрии, Ирландии и Японии применялось сотовое оборудование стандарта TACS . И это только три самых популярных варианта реализации сетей! Все эти стандарты были совершенно несовместимы друг с другом. Поэтому британец, приехавший в Америку, не мог разговаривать по своему собственному телефону. Друг от друга разные стандарты отличались не только диапазоном частот, но и радиусом соты, мощностью передатчика, временем переключения на границе соты и соотношением сигнала к шуму. Подробнее со всеми спецификациями вы можете ознакомиться в прилагающейся табличке.
Обычным людям сотовая связь первого поколения стала доступной далеко не сразу. Первое десятилетие некоторые компании занимались только экспериментами. Коммерческая реализация произошла только в 1984 году. Достаточно быстро стало ясно, что аналоговая сотовая связь имеет ряд недостатков. Во-первых, каждая сота имела малую ёмкость - при подключении к ней большого количества абонентов начинались серьезные проблемы. Во-вторых, качество сигнала было далеко от идеала, особенно если абонент находился не на улице, а в здании. Первыми об этих проблемах задумались европейцы. Они начали разрабатывать цифровую связь.
Второе поколение сотовой связи
В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств начала разрабатывать стандарт GSM . Вскоре его начали называть 2G-связью. Изначально GSM предназначался для стран-членов Европейского института стандартов в телекоммуникации. Но позже разработкой заинтересовались Средний Восток, Африка, Азия и Восточная Европа. Коммерческий релиз сетей стандарта GSM состоялся в 1991 году. Цифровой метод передачи данных позволял абонентам обмениваться SMS-сообщениями. А чуть позже им стал доступен выход в Интернет через протокол WAP .
Этот стандарт покорил не всех. Некоторые государства пошли по своему пути. Например, в США многие 2G-сети использовали стандарт D-AMPS . Лишь спустя какое-то время американцы перешли на GSM1900 . А в некоторых странах надолго завоевал популярность стандарт CDMA . Он не был совместим с GSM, поэтому под него разрабатывались отдельные мобильные телефоны.
Постепенно на прилавках магазинов стало появляться всё большее количество портативных устройств, умеющих выходить в глобальную паутину. В связи с этим сотовым операторам нужно было что-то делать, так как в 2G остро не хватало скорости передачи данных. Поэтому вскоре появилось промежуточное поколение сотовой связи, которое принято называть 2, . В этот стандарт внедрили поддержку технологии GPRS , а затем и EDGE . Отныне мобильным телефоном осуществлялась пакетная передача данных - абонент платил за конкретный объем трафика, а не за время соединения с сервером. Это не только сэкономило людям деньги, но и увеличило скорость передачи и приема данных. В 2G-сетях этот параметр равнялся 9,6 Кбит/с, тогда как поддержка телефоном поколения 2,5G позволяла выходить в интернет на скорости до 170 Кбит/с (GPRS) или даже 384 Кбит/с (EDGE). В некоторых странах эти две технологии называли совершенно по-разному, но суть от этого не менялась.
Выше вы видите табличку, в которой указаны конкретные отличия всех стандартов, принадлежащих к поколениям 2G и 2,5G.
Третье поколение сотовой связи
В IMT-2000 (так принято называть 3G в профессиональной среде) входят пять стандартов: CDMA2000 , W-CDMA , TD-CDMA/TD-SCDMA и DECT . Последний не является стандартом сотовой связи, так как он используется в домашней и офисной беспроводной телефонии. Остальные стандарты применяются для обеспечения связью владельцев мобильных телефонов. Все они имеют похожие спецификации. Интересно, что метод работы таких сетей был изобретён в СССР ещё в 1935 году. Однако долгое время данной технологией пользовались лишь военные. В гражданский сегмент она вышла только в середине 1980-ых годов, в силу необходимости развивать мобильную связь.
От 2G третье поколение в первую очередь отличалось повысившейся скоростью передачи данных. Если абонент стоит на месте, то он может скачивать данные на скорости около 2 Мбит/с. При неспешном шаге трафик загружается со скоростью примерно 384 Кбит/с. В транспортном средстве скорость падала ещё сильнее - до 144 Кбит/с.
С появлением смартфонов стало мало и вышеуказанных скоростей. Поэтому достаточно быстро стал популярным стандарт HSPA . Он ознаменовал собой приход поколения 3,5G. Наделенные его поддержкой сотовые телефоны научились передавать данные со скоростью 14,4 Мбит/с. И это было только начало! В дальнейшем стандарт совершенствовался, в результате чего теоретически оказалась достижима скорость 84 Мбит/с. В основе HSPA заложена многокодовая передача данных при сопоставимых размерах сот.
Четвертое поколение сотовой связи
В конце 2000-ых годов на свет стали появляться «айфоны» и «андроиды». Эти смартфоны отличались от предшественников крупным ЖК-дисплеем. Теперь уже никому не хотелось просматривать скромные WAP-странички. Отныне встроенных комплектующих вполне хватало для того, чтобы браузер без каких-либо проблем отображал полноценную страницу, насколько бы тяжелой она не было. Но для её быстрой загрузки требуется высокая скорость. Обеспечить её мог только совершенно новый стандарт. Активная популяризация 4G, или IMT-Advanced , началась в марте 2008 года.
Результатом работы ученых стали два стандарта: WiMAX и LTE . Сейчас вы сами знаете о том, какой из них получил наибольшее распространение. Внедрение LTE позволило существенно увеличить емкость каждой соты, хотя ареал её действия при этом уменьшился. Теперь минимальная скорость передачи данных составляла 100 Мбит/с, чего хватает большинству среднестатистических владельцев смартфон. В дальнейшем этот параметр вырос ещё сильнее. Случилось это за счет реализации технологии LTE-Advanced . В зависимости от категории поддерживаемой аппаратом технологии, может достигаться скорость 400 Мбит/с или даже 1 Гбит/с!
В отличие от предыдущих поколений, стандарт LTE изначально предназначался только для пакетной передачи данных. Но со временем стала доступной и цифровая передача голоса - за это ответственна технология VoLTE . Качество звука при этом гораздо выше, нежели при разговоре посредством сетей 2G или 3G. Однако до сих пор эту технологию поддерживают далеко не все смартфоны.
Пятое поколение сотовой связи
Сейчас идет активная разработка 5G. Возможностей LTE в плане передачи данных вполне хватает. Поэтому при разработке нового стандарта наибольший упор делается на ёмкость сот. Ведь количество абонентов растёт всё сильнее. Больше всего 5G облегчит жизнь создателям носимых устройств и девайсов, объединяющихся в систему «Умный дом». Ожидается, что только на площади в 1 км 2 будет возможно подключение к сети одного миллиона гаджетов! По состоянию на начало 2017 года новое поколение только тестируется. Когда нас ждет полноценная его эксплуатация - не ясно.
Поддержка старых стандартов
Как известно, сотовым операторам приходится размещать на своих вышках гору оборудования. В теории можно было бы заменить 2G-передатчики на 3G-передатчики. Но сделать это - значит лишить связи владельцев мобильных телефонов, работающих только в стандарте GSM. Это привело бы к огромным убыткам, так как даже сейчас подобными аппаратами пользуется огромное число людей - все они тут же перешли бы к другому оператору. Вот и получается, что оборудование приходится дополнять, а не менять.
В обозримом будущем отказа от устаревших стандартов не случится. Объясняется это двумя причинами:
- Кнопочные телефоны до сих пор производятся, а они зачастую не поддерживают даже 3G, не говоря уже о сетях четвертого поколения;
- 2G-оборудование покрывает сетью более обширную территорию, нежели 3G- или 4G-передатчики аналогичной мощности - это позволяет избавить определенную территорию от «белых пятен».
Теперь вы знаете об основных отличиях разных стандартов. Если вкратце, то в первую очередь изменению подвергались ёмкость сот, ширина покрытия (каждый раз в меньшую сторону, так как таковы законы более высокочастотных сигналов) и скорость передачи данных.