Швеция первой запустила 4G в декабре 2009 года. В 2017 году 4G стал стандартом мобильной связи во всех развитых странах мира. Украина с горем пополам запустила 3G в 2015 году. Украинцам только предстоит узнать, что такое жизнь с 4G. Это в десятки раз большие скорости передачи данных, мгновенный отклик сайтов, лучшее покрытие страны радиосигналом.

В 2018 году мобильные операторы Украины запустят мобильную связь четвертого поколения - 4G. Для этого они на двух государственных тендерах купят лицензии на радиочастоты в диапазоне 2 600 МГц и 1 800 МГц. Первый тендер состоится в январе 2018 года, второй, по данным источников ЭП, - в феврале 2018 года.

Нужно ли Украине 4G, вырастет ли стоимость мобильной связи после его запуска, кто сможет пользоваться этой услугой? Ответы на эти и другие вопросы "Экономическая правда" получила у стратегического директора направления сетевых решений шведской компании Ericsson Йонаса Нэслунда.

- Вырастет ли стоимость мобильной связи после запуска 4G?

В первую очередь, это зависит от планов мобильных операторов. В странах, где был запущен LTE (Long-Term Evolution - долговременное развитие, официальное название 4G. - ЭП), стоимость тарифных планов не изменилась.

Операторы начали увеличивать лимиты на передачу данных в действующих тарифных планах. В США после запуска LTE оператор T-Mobile вывел на рынок безлимитные пакеты. С технологией 3G у них не было такой возможности. Дело в том, что эффективность инвестиций в 4G более высокая, чем в 3G.

Себестоимость услуг для оператора на оборудовании будет самая низкая именно на технологии 4G. Стоимость каждого гигабайта для оператора будет ниже, чем на технологии 3G. Это потому, что операторы смогут передавать абонентам больше данных и смогут покрыть большую территорию.

- Чем с технической точки зрения 4G отличается от 3G?

3G использует для работы полосу радиочастот шириной 5 МГц. Для увеличения пропускной способности можно добавить еще одну полосу 5 МГц и еще 5 МГц. Однако эти полосы должны идти последовательно друг за другом.

Как известно, в феврале 2015 года "большая тройка" мобильных операторов купила лицензии на полосы радиочастот для 3G. Ширина этих полос составила 15 МГц в диапазоне до 2 000 МГц и 15 МГц - в диапазоне 2 100 МГц.

Источник: "КИЕВСТАР"

Одно из главных отличий и преимуществ технологии LTE в том, что она позволяет объединять очень узкие - от 1,4 МГц - полосы радиочастот из разных диапазонов: 700, 800, 900, 1 800, 2 100, 2 300, 2 600, 3 500 МГц. Технология позволяет набрать полосу шириной до 40 МГц. Это важно по двум причинам.

Во-первых, в ближайшее время для 4G будут отведены частоты в двух "далеких" друг от друга диапазонах - 1 800 МГц и 2 600 МГц. Эти полосы операторам нужно будет объединить для максимально эффективного использования.

Во-вторых, диапазон 1 800 МГц очень фрагментирован - неравномерно распределен среди трех мобильных операторов. Если не реорганизовать спектр, операторам придется объединять собственные узкие полосы радиочастот.

Все эти преимущества 4G служат одной цели: максимально увеличить ширину полосы радиочастот. Чем шире полоса, тем лучше будет работать технология 4G.

Еще очень важно, что 4G-смартфоны сами совмещают разные полосы частот. То есть агрегация частот происходит на самом устройстве. В технологии 3G агрегация происходит на уровне сети мобильного оператора.

В Украине смартфонами пользуются 60% абонентов мобильной связи. Из этих 60% только 15-20% смартфонов поддерживают 4G. Достаточно ли в стране потенциальных пользователей, чтобы запускать такой проект?

По данным Ericsson, в Украине проникновение смартфонов составляет 66%, а терминалов 4G - 25-30%. Даже если таких терминалов 15%, их хватит для запуска 4G. Это самые активные и наиболее платежеспособные потребители.

Предположим, эти 15% пользователей могут потреблять 50% всего мобильного трафика в сети оператора. Эти пользователи сразу начнут использовать 4G. Они снизят нагрузку на частоты для 3G. Как я уже говорил, 3G работает на частотах 2 100 МГц, а 4G будет работать на частотах 1 800 МГц и 2 600 МГц.

Таким образом, LTE сделает жизнь лучше для тех, кто перейдет на 4G, и для тех, кто продолжит использовать 3G.

Люди жалуются на плохое покрытие 3G и низкое качество связи третьего поколения. Надо ли запускать 4G, если мы еще толком не запустили 3G?

Нет необходимости достигать стопроцентного покрытия 3G, чтобы запускать следующую технологию. У 4G априори будет лучше покрытие и выше скорость, чем у 3G. Все равно в некоторых местах мы будем "откатываться" до технологии EDGE, но это не должно останавливать операторов.

В идеальном варианте запуск технологии 4G на частотах 1 800 МГц необходимо комбинировать с 4G на более низком спектре частот. 1 800 МГц - это основной спектр частот для технологии четвертого поколения, но на частотах 600-700 МГц можно обеспечить очень обширное покрытие. На этих частотах во многих странах раньше работало аналоговое телевидение. Сейчас они освобождаются для 4G.

С переходом стран на 4G наблюдается расцвет ОТТ-сервисов - Viber, Skype, WhatsApp, Messenger, Telegram. Перейдут ли мир и Украина на модель, когда операторы будут продавать лишь интернет-трафик?

Я так не думаю, но теоретически это возможно. Я не думаю, что голосовые услуги полностью исчезнут, потому что мобильный номер - это уникальный идентификатор человека. Есть очень много разных приложений, но все равно до сих пор единым глобальным идентификатором остается номер телефона.

Мобильные операторы хотят сохранять определенную стоимость голосовых звонков, поэтому они будут предлагать более высокое качество голосовой связи. Операторы будут запускать технологию VoLTE (передача голоса по сети 4G. - ЭП). Она позволит звонить с встроенного приложения по мобильной сети без использования ОТТ-сервиса. Звонить можно будет из сети 4G и сети Wi-Fi.

Мобильные операторы будут отдавать приоритет VoLTE-трафику. Качество голосового звонка будет намного лучше, чем в сети 3G.

Приоритет VoLTE очень важен для качества связи. Например, Viber обеспечивает приемлемое качество голосовой связи, когда рядом нет других абонентов. Как только другие абоненты начинают смотреть видео или использовать данные, объем трафика растет и качество связи падает. Все потому, что мобильная сеть воспринимает трафик Viber как любой другой поток данных.

- Где 4G появится в самом начале?

В городах. Там выше потребность, потому что нужно разгрузить существующую 3G-сеть. В некоторых странах развитие 4G начиналось с сельских местностей, но это было исключительно требование государства.

- Сколько времени нужно для покрытия связью 4G ключевых городов?

Технологически это можно сделать быстро. Оборудование, на котором в Украине строили сеть 3G, уже готово к 4G. Оно может быть просто обновлено программным методом. Поэтому объем инвестиций в развертывание сети 4G в некоторых городах будет ниже, чем в тех регионах, где вообще нет оборудования.

- Как перед покупкой смартфона определить, поддерживает ли он 4G?

Сегодня большинство телефонов поддерживают три основные частотные диапазона: 900, 1 800 и 2 100 МГц. С точки зрения производителя телефонов нет смысла исключать какой-то частотный диапазон. Сейчас в мире существует 5,5 тыс моделей смартфонов, которые поддерживают 4G.

- Говорят, радиус действия базовой станции для связи 5G - всего 10-50 м.

Давайте сначала разберемся с частотами. Сейчас 5G собираются запускать на частоте 3 900 МГц или 2 600 МГц. Конечно, чем выше частота, тем меньше площадь покрытия сигналом. В сети 5G на частоте 3 900 МГц мы хотим достигнуть скорости до 1 000 гигабит в секунду.

Площадь покрытия 10-50 м - немного заниженный показатель, хотя она действительно будет ограниченной. 5G будет запускаться для достижения очень высоких скоростей передачи данных. Впрочем, 5G будет работать и на более низких частотах, таких, которые использует 4G. Технология 5G будет работать в комбинации очень высоких и очень низких частот.

- Нужно ли Украине уже сейчас думать о запуске 5G?

Инвестируя в 4G, мы думаем о 5G. 4G будет развиваться и станет тем, что называется LTE Advanced Pro. Возможности такой сети будут близки к тем, что мы ожидаем от 5G. 5G - это не только покрытие, но и дополнительные технологии.

Это нарезка сети под каждое приложение, это выделение гарантированной полосы, это распределенная облачная технология, это сверхнизкая задержка.

Специалисты по вопросам мобильных технологий отмечают, что в отрасли накопилось много технологических наработок, касающихся архитектуры и принципов функционирования сетей следующего поколения . Однако на данный момент 5G официально не специфицирован и не стандартизирован. Это затрудняет систематизацию новых решений, их официальное принятие и отбор наиболее перспективных.

Предпосылки появления 5G

Исследователи отмечают, что это не предел: увеличение объема потребляемого трафика и количества пользователей ШПД продолжается. Данная тенденция в свою очередь требует расширения сетей связи, оптимизации использования частотного спектра и появления новых технологий.

Помимо этого, стимулирует развитие 5G и облачные технологии , а также потребность рынка в сетях с улучшенными характеристиками: предельными скоростями, маленькими задержками, бесперебойной работой, малым энергопотреблением и низкими издержками.

Стандартизация 5G консорциумом 3GPP

Основным отличием и преимуществом сетей 5G является скорость передачи данных, которая возрастет в 10-100 раз по сравнению со скоростяим , а также время отклика сети при передаче сигнала, которое сократится приблизительно в 5 раз по сравнению с 10-100 мс в сетях четвертого поколения.

Эти характеристики должны задать направление работы над стандартами 5G, которая уже началась. Первое заседание 3GPP по данному вопросу состоялось в конце 2015 года. Оно определило двухэтапную стратегию развития стандарта. Первый этап продлится до 2018 года, но первичные положения учтут не все требования. Дополненную версию стандартов и спецификаций 5G можно ожидать не ранее 2019 года.

Массовое коммерческое развертывание высокоскоростного покрытия сетей пятого поколения можно ожидать не ранее 2020 года.

Проблемы развития 5G

Параллельно профильные структуры разных стран решают проблему с нехваткой частотного ресурса. Один из очевидных инструментов – это высвобождение частот от предыдущих поколений связи.

Таблица - Распределение абонентов по поколениям мобильной связи в мире, 2016 г., млрд. (*)

Еще один способ расширения радиочастот – это освоение нелицензионного спектра. С этой целью предлагаются технологии LAA (Licensed-Assisted-Access) и LWA (LTE & WLAN Aggregation). Первая агрегирует частотный спектр Wi-Fi в диапазоне 5 ГГц, объединяя его с LTE . Вторая – интегрирует радиодоступ LTE и Wi-Fi. Аналогична данным решениям технология MuLTEfire, которая предназначена для оптимизации LTE в рамках нелицензионного спектра. Однако в отличие от LAA и LWA она не привязывает абонентское оборудование к лицензируемым частотам, что расширяет зону покр ытия.

Второй серьезной проблемой скорого развертывания 5G является совершенно новая инфраструктура высокоскоростных сетей. От пятого поколения ожидают глобального сетевого покрытия и высоконадежной бесперебойной работы. Это влечет за собой необходимость увеличения количества операторского оборудования, сложность его обслуживании и высокие затраты. Революционным решением в сетях мобильной связи может стать виртуализация архитектуры 5G, что позволит оптимизировать использование ресурсов и повысит производительность сетей.

Запуск 5G в России и в мире: когда и кто первый?

Лидеры рынка мобильных технологий выявляют возможности 5G, ищут перспективные решения и инновационные способы передачи радиосигнала в тестовом формате, не дожидаясь официальных стандартов. В свою очередь, производители и рынок ожидают стандартизацию сетей пятого поколения, чтобы направить свою работу к достижению специфицированных показателей. Как правило, крупные компании заключают партнерские соглашения, чтобы ускорить процесс развития сетей мобильной связи пятого поколения и первыми достигнуть лидерских позиций в эпохе 5G.

Так, американская Verizon заявила, что уже в следующем году представит коммерческий вариант 5G. Оператор обещает скорость в 30-50 раз выше, чем у существующего LTE в США. Также на 2017 год намечено тестирование сетей SK Telecom, объявившей о своем намерении стать первым оператором 5G. В 2020 году сетью пятого поколения планирует обеспечить пользователей австралийская Telstra.

Испытания в прототипах сетей 5G презентовали Huawei и Vodafone, Nokia и Sonera. Эти и другие представители телекоммуникационного рынка, например, Ericsson и Qualcomm, предлагают различные инновационные решения для 5G. Недавно компании Optus и Huawei обновили рекорд скорости передачи данных в сетях Pre-5G, разогнав их до 35 Гбит/с. Испытания проводились на частоте 73 ГГц. Партнерские проекты по тестированию сетей 5G в России рассмотрены в статье Первые испытания сети 5G в России . Однако стоит отметить, что правильнее относить эти прототипы сетей именно к Pre-5G, а не полноценным 5G, поскольку спецификаций сетей 5G пока еще нет.

Следует также отметить, что Европейский союз определил, что до 2025 года мобильным соединением пятого поколения будет обеспечена вся городская инфраструктура и транспортные магистрали. Ожидается, что данный результат будет достигнут в несколько этапов: 2017 – тестовый запуск, 2018 - предкоммерческое использование, 2020 год – коммерческая эксплуатация. Первой мировой площадкой запуска 5G могут стать Игры Содружества 2018 года.

С техническими особенностями функционирования сетей мобильной связи существующих и новых поколений можно ознакомиться в книге " Мобильная связь на пути к 6G ".

* Ежедневный онлайн-журнал Content Review// Huawei поможет операторам отказаться от 2G: [Электронный ресурс]. URL: http://www.content-review.com/articles/37955/

В последний день осени 2017 года появилась любопытная новость: два крупных российских мобильных оператора «Мегафон» и «Ростелеком» рассчитывают создать кооперацию ради более быстрого развёртывания 5G-сетей. В пресс-релизе компании уточнили, что сотрудничество позволит им минимизировать технические расходы – например, на установку новых вышек.

Новость удивила многих россиян. Удивительным оказался не факт кооперации – большинство отечественных пользователей и вовсе не знало, что ведутся какие-то работы над 5G. На самом деле за рубежом обустройство 5G-сетей – одна из самых обсуждаемых и актуальных тем, имеющих отношение к мобильной связи. Пора восполнить информационный пробел – в этой статье мы расскажем, чем отличается 5G и когда его стоит ждать в России.

5G – это 5-ое поколение мобильной связи. Мы подробно рассказывали обо всех стандартах от 1G до 4G – новый стандарт будут куда более быстрым, чем существующие. Скорость у 5G-соединения, по предварительным данным, будет в 20 раз выше, чем у актуального на сегодня LTE. Какие возможности это даёт пользователю, станет понятно из следующей схемы:

Впечатляющая скорость интернета – лишь одно из достоинств 5G. Отмечается, что соединение будет характеризоваться минимальной задержкой сигнала (латентностью) – всего в 1 миллисекунду. Уточним, что на 4G задержка составляет 10 миллисекунд, а на 3G – и вовсе 100 миллисекунд. Низкая латентность 5G-сети позволит более эффективно использовать технологии дополненной реальности и даже, как поговаривают, поможет сделать большой шаг в разработке массового беспилотного автомобиля.

Есть мнение, что 5G-смартфоны смогут похвастать лучшей автономностью за счёт того, что режим «сна» на них (в котором гаджет не подключается к интернету) окажется усовершенствованным. Однако эксперты к этому предположению относятся крайне скептически – экономия заряда в данном случае наверняка будет компенсирована тем, что пользователь станет выполнять на 5G-смартфоне больше энергозатратных операций (вроде просмотра видео с высоким разрешением).

Для чего нужен 5G-интернет?

Стандарт 5G предоставит пользователям огромное количество дополнительных возможностей:

• Режим Device-to-Device – позволит производить обмен данными в обход станций мобильного оператора. Это значит, что смартфоны смогут работать аналогично рациям – то есть передавать кодированные сигналы на определённое расстояние. Для пользователя не окажется проблемой отправить SMS, даже если он находится вне зоны покрытия мобильной связи.
• Стабильная работа интернета при движении на высокой скорости. Сейчас проблемы со стабильностью подключения испытывают те юзеры, которые, например, едут на авто по загородной трассе со скоростью выше 100 км/ч – телефон в данном случае вынужден то и дело переключаться между разными «башнями» оператора. 5G будет работать отменно, даже если пользователь с гаджетом движется на скорости в 500 км/ч – очевидно, что при разработке 5G принималось в расчёт распространение высокоскоростных поездов в будущем.
• Интернет вещей. 5G призван объединить все беспроводные объекты в одну сеть. Сейчас это невозможно, потому что носимые девайсы управляются через Блютуз, домашние устройства — через Вай-Фай, прочие гаджеты – сразу через несколько протоколов. 5-Джи приведёт технику к «общему знаменателю» и позволит пользователю дистанционно управлять любыми своими девайсами – со смартфона.

С появлением 5G существенно расширятся и возможности в сфере виртуальной реальности. Новый стандарт станет настоящим подарком, скажем, для геймеров – им окажутся доступны многопользовательские VR-игры.

Кто-то уже занимается разработкой 5G?

5G разрабатывают достаточно давно, с 2008 года – и в этом нет ничего странного, ведь на создание каждого из поколений мобильной связи уходило примерно по десятилетию. Работы по 3G, например, начались ещё в 1990 году – в ту пору, когда вообще о мобильных телефонах знали единицы.

На конец 2017 года над 5G работают:

• Исследовательские лаборатории. В немецком городе Дрезден, например, есть лаборатория, которая занимается исключительно технологией 5G.
• Крупные мобильные операторы из разных стран – в их числе и всемирно известные Verizon и AT&T, и Vodafone. Российские провайдеры тоже «держат руку на пульсе» – о чем и говорилось в начале статьи.
• Производители мобильной электроники и оборудования телеком – Huawei , Nokia , Ericsson. Без участия телеком-компаний промежуточное тестирование наработок было бы невозможным. Наибольшее рвение проявляет Nokia, которая уже вступила в сотрудничество со многими операторами – в том числе с российскими МТС, Теле2, Мегафон.

IT-гиганты, не имеющие прямого отношения к мобильной электронике, также вносят посильную лепту. Скажем, Google тестирует 5-Джи на дронах.

Когда сеть 5G появится в мире и в России?

5G в Японии и Южной Корее появится в 2019 году – об этом уже заявили операторы этих восточных стран. Чуть позже об аналогичной инициативе сообщил и Гонконг. На материковом Китае, как и в Европе, 5G рассчитывают запустить в 2020 году. Любопытно то, что первым европейским государством, где появится новый стандарт, станет крошечная страна Сан-Марино. Дело здесь вовсе не в том, что у карликового государства есть выдающиеся умы или какие-то уникальные ресурсы – просто у Сан-Марино наиболее лояльное законодательство, ограничений на использование радиочастот здесь нет.

Тестировать 5G в ближайшие годы будут и на крупных спортивных мероприятиях – на зимних Олимпийских Играх 2018 года (в Корее), на летних Олимпийских Играх 2020 года (в столице Японии Токио) и на футбольном Чемпионате Мира 2018 года в России.

Полноценный 5G-интернет в России, увы, появится нескоро – точной даты выхода, разумеется, никто не называет, но эксперты говорят о 2022 годе. В РФ и LTE покрывает-то всего 30% территории – логично, что операторам сначала нужно здорово поработать над стандартом 4-го поколения.

Почему бы не запустить 5G прямо сейчас?

Минкомсвязи России даёт более оптимистичный прогноз – представитель министерства в мае сообщил порталу «Газета.Ру», что в 2020 году 5G будет присутствовать в 8 российских городах-«миллионниках». Однако пока такой прогноз выглядит несбыточным – и вот почему:

• Не определена частота . Для 5G придётся задействовать более высокие радиочастоты, нежели те, которые используются операторами связи сейчас. Говорят, что 5G захватит 28, 37 и 39 ГГц – в то время как 4G занимает диапазон от 700 до 2100 МГц.
• Не построены вышки . Существующим оборудованием обойтись не удастся – придётся строить новые «башни». Эксперты рынка отмечают, что на 5G операторы будут вынуждены потратить не меньше, чем на 4G – и это при том, что российские провайдеры расходы на LTE до сих пор не окупили. Есть предположение, что покрытие 5G не будет повсеместным (по крайней мере в России) – станции поставят возле дорог и крупных торговых центров.
• Нет подходящих смартфонов . Пользователи, которые жаждут скорого появления 5G, почему-то упускают из виду серьёзный момент: девайсов, способных работать с этим стандартом, нет . ZTE в начале 2017 года, конечно, показала Gigabit Phone, окрестив его первым 5G-смартфоном, но этот девайс пока не вышел в массовую продажу.

Итоги

5G станет действительно прорывной технологией, которая даст пользователям массу новых возможностей – например, позволит централизованно управлять всевозможными беспроводными девайсами и загружать 4K-фильмы за несколько минут. Однако ожидать скорого появления 5G в России наивно – уж слишком много препятствий стоит перед мобильными операторами. Главный вопрос, разумеется, финансовый: провайдеры не успели окупить 4G, а тут уже новые расходы. Рядовым пользователям остаётся надеяться, что решаться этот вопрос будет не за счёт их кошельков – то бишь не путём повышения цен на услуги связи.

Тестирование IT-систем

• 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.