Подробности: Родительская категория: Технологии мобильной связи; Категория: 5G

5G для людей или для устройств? В поисках killer application

Автор: Антон Степутин

Дата публикации: 31.03.2019

Мы должны властвовать над технологиями,

а не становиться их рабами.

Далай-лама

Каждые 10 лет мобильные технологии делают революционный шаг в будущее, открывая перед людьми новые услуги и возможности. И вот очередные 10 лет истекают. На очереди сети мобильной связи пятого поколения (5G). Что они дадут пользователям и операторам связи?

За свою историю сети мобильной связи претерпели существенные изменения, и они продолжаются по сей день. Меняются и модернизируются технологии передачи, перечень услуг, предоставляемых абонентам и др. Для того чтобы зафиксировать самые важные преобразования, было введено понятие «поколение» («G» – Generation).

Согласно правилу «десяти лет» каждое новое поколение мобильной связи появляется через 10 лет. Т.е. происходит своеобразная «мобильная революция». Визуально переход от 1G к 5G можно изобразить в виде схемы на рис. 1.

Дорожная карта стандартов мобильной связи

Рис. 1. Дорожная карта стандартов мобильной связи

5G (5th Generation – пятое поколение) – официальное название стандарта мобильной связи, следующего за стандартами предыдущих поколений. Это новый этап развития технологий, который призван расширить возможности доступа в Интернет через сети радиодоступа.

Актуальность запуска сетей 5G

Перечислим ключевые тенденции мобильной индустрии на сегодняшний день:

мобильный доступ в Интернет стал важнее и востребованнее, чем фиксированный;
прогноз роста «мобильного трафика» – в 5 раз за 6 лет (рис. 2);
существующие возможности увеличивать емкость сетей в разы и поддерживать высокий уровень качества обслуживания практически исчерпаны.

Сети 5G будут представлять совокупность новых и существующих радиоинтерфейсов и ознаменуют собой создание единой беспроводной инфраструктуры, предоставляющей самый широкий набор услуг. Внедрение новых и использование существующих услуг послужит драйвером значительного роста трафика в сетях мобильной связи.

К основным факторам увеличения трафика следует отнести:

рост объема потребления видеоуслуг и увеличение разрешающей способности видеоизображения: к 2024 году видео будет составлять 74% мобильного трафика (рис. 2);
увеличение количества устройств (начиная со смартфонов и планшетов, заканчивая многочисленными датчиками класса Интернета вещей (Internet of Things, IoT);
увеличение темпа использования приложений;
увеличение популярности облачных технологий – модели online хранилищ данных абонента на многочисленных распределенных в сети Интернет серверах;
online игры и их обновления.

Рис. 2. Доля видео в мобильном трафике

* 1 Эксабайт – это 250 миллионов DVD дисков.

Рыночные ожидания от 5G

Более четверти пользователей (26%) ожидают от сетей 5G более высоких скоростей, по сравнению с сетями предыдущих поколений (рис. 3). Далее с 13% идут ожидания, что сети 5G будут:

иметь улучшенное покрытие сети внутри и снаружи зданий;
быстрее Wi-Fi;
дешевле.

Рыночные ожидания от 5G

Рис. 3. Рыночные ожидания от 5G

Требования к сетям 5G

Основные технические требования к сетям 5G представлены в таблице 1.

Табл. 1. Основные технические требования к сетям 5G

Параметр	Определение	Значение
Пиковая скорость передачи данных	Максимальная достижимая скорость передачи данных в идеальных условиях на один абонентский терминал (в Гбит/с)	20 Гбит/с (к абоненту); 100 Мбит/с – 1 Гбит/с (от абонента)
Практическая скорость на абонента	Достижимая скорость передачи данных, которая по всей зоне покрытия доступна абоненту/устройству (в Мбит/с или Гбит/с)	100 Мбит/с – 1 Гбит/с
Спектральная эффективность	Средняя пропускная способность данных на единицу ресурса спектра и на соту (бит/с/Гц)	2-5x (увеличение в 2-5 раз по сравнению с LTE-Advanced)
Энергоэффективность	Определяется двумя аспектами: 1) на стороне сети – количеством информационных битов, передаваемых абонентом/получаемых от абонента, на единицу потребления энергии в сети радиодоступа (в бит/Дж); 2) на стороне абонентского терминала энергоэффективность определяется количеством информационных битов на единицу потребления энергии модулем связи (в бит/Дж)	100x (увеличение в 100 раз по сравнению с LTE-Advanced)
Временная задержка в радиоинтерфейсе	Вклад радиосети в интервал времени от момента посылки пакета данных источником до момента его приема получателем (в мс)	До 0,5 мс (для URLLC) и до 4 мс (для mMTC)
Мобильность абонента	Максимальная скорость (в км/ч), которая может быть достигнута при заданном качестве обслуживания (QoS) и непрерывности передачи управления между радиоузлами, которые могут принадлежать к разным уровням и/или технологиям радиодоступа	До 500 км/ч
Плотность распределения трафика	Общая скорость трафика, обслуживаемого на единице географической площади (в Мбит/с/кв. м)	≥ 10 Мбит/с/кв.м
Количество активных абонентских терминалов	Общее число подключенных или доступных абонентских терминалов на единицу площади (на кв. км)	≥1 млн./кв.км

Для наглядности на рис. 4 приведены ключевые возможности сетей 5G в сравнении с возможностями LTE-Advanced.

Расширение ключевых показателей от LTE-Advanced до 5G

Рис. 4. Расширение ключевых показателей от LTE-Advanced до 5G

Ключевые услуги в сетях 5G

Сети мобильной связи пятого поколения должны обеспечить поддержку разнообразных услуг, которые можно объединить в три основных базовых сервиса:

сверхширокополосная мобильная связь (Extreme Mobile Broadband, eМВВ);
массовая межмашинная связь (Massive Machine-Type Communications, mMTC);
ультранадежная межмашинная связь со сверхнизкими задержками (Ultra Reliable Low Latency Communications, URLLC).

Последние два особенно важны в контексте концепции «Интернета вещей» (Internet of Things, IoT).

Важность ключевых возможностей сетей 5G

Степень важности каждой из ключевых возможностей 5G для сценариев использования eMBB, URLLC и mMTC приведена на рис.5. Степень важности оценивается тремя приблизительными показателями: «высокая», «средняя» и «низкая».

Для услуг класса eMBB основное значение имеют:

практическая пользовательская скорость передачи данных;
трафик на единицу площади;
пиковая скорость передачи данных;
мобильность;
энергоэффективность;
эффективность использования спектра.

Для услуг URLLC характерны:

низкая задержка для обеспечения работы критически важных служб безопасности;
высокий уровень мобильности (в сфере услуг безопасности перевозок).

Для услуг mMTC высокое значение имеют:

высокая плотность соединений;
необходимость поддержания корректного функционирования большого количества устройств в сети.

Для реализации данного класса услуг важны низкая стоимость устройства и его энергоэффективность.

Важность ключевых возможностей сетей 5G при различных сценариях использования

Рис. 5. Важность ключевых возможностей сетей 5G при различных сценариях использования

Графически услуги в 5G можно представить в виде рис. 6.

Примеры услуг в 5G

Рис. 6. Примеры услуг в 5G

Услуги в сетях 5G можно также классифицировать по предоставляемому контенту для абонентов:

мультимедийные услуги: видео в разрешении 4K, 8K, 3D-видео, online игры, услуги на основе голограмм и мультимедиа с полным эффектом присутствия;
облачные услуги: файловые хранилища, бизнес-приложения;
услуги виртуальной реальности (Virtual Reality, VR);
услуги дополненной реальности (Augmented Reality, AR): здравоохранение, военная промышленность, образование, развлечения;
интеллектуальные услуги на основе Big Data с целью повышения эффективности бизнеса (business intelligence, BI), а также эксплуатации и управления сетью (network intelligence, NI);
услуги Интернета вещей (IoT) на основе массового подключения устройств: энергетика, транспорт, здравоохранение, торговля, общественная безопасность, промышленность, ЖКХ;
услуги со сверхнизкой задержкой: управление роботизированными механизмами, телемедицина, беспилотный автотранспорт, 3D-игры.

Требования к задержкам и пропускной способности сетей 5G в зависимости от типа услуги проиллюстрированы на рис. 7.

Требования к задержкам и пропускной способности сетей 5G в зависимости от типа услуги

Рис. 7. Требования к задержкам и пропускной способности сетей 5G в зависимости от типа услуги

Сколько стоит 5G?

Оценки по необходимым инвестициям в развитие 5G в России разнятся (табл. 2). По самым оптимистичным расчетам в случае конкуренции операторов между собой каждому из них потребуется инвестировать более 40 млрд рублей капитальных затрат для запуска сетей нового поколения. Для сравнения это сопоставимо с пятилетним бюджетом города Тверь.

Таблица 2. Требуемые инвестиции для развития 5G в России

	Научно-исследовательский институт радио	Высшая школа экономики	PricewaterhouseCoopers	Союз LTE
При конкуренции операторов друг с другом	Капитальные расходы: 163 млрд руб., операционные расходы – 39 млрд руб.	360–480 млрд руб. за 5 лет на отрасль	550–610 млрд руб. за 8 лет	Капитальные расходы: 550 млрд руб. – 610 млрд руб. Операционные расходы – 27,3 млрд руб.
При создании единого оператора инфраструктуры 5G	Капитальные затраты: 73 млрд руб., операционные затраты – 17 млрд руб.	199–266 млрд руб. за 5 лет на отрасль	330–365 млрд к 2024 году на отрасль за 8 лет	Капитальные расходы: 470 млрд руб. – 514 млрд руб., операционные расходы – 39,7 млрд руб.

Под единым инфраструктурным оператором понимается строительство одной национальной сети 5G, чьи ресурсы будут использовать остальные операторы мобильной связи для оказания услуг.

В поисках killer application…

Одним из важнейших факторов запуска сетей 5G является коммерческая привлекательность реализации услуг на базе сетей нового поколения. Killer application - это приложение, которое станет настолько желательным или необходимым для потребителей, что послужит главным драйвером развития сетей 5G, что, в свою очередь, позволит операторам сократить сроки возврата инвестиций в развитие сетевой инфраструктуры.

В табл. 3 показана взаимосвязь инновационных технологий со сферами их применения. Приведенный анализ демонстрирует, какие из технологий наиболее привлекательны с точки зрения их востребованности для запуска разного рода услуг.

Табл. 3. Взаимосвязь технологий и сфер их применения

Взаимосвязь технологий и сфер их применения в 5G

Исходя из того, что доход от каждой из услуг в 5G будет различным, перед операторами стоит задача обеспечения экономической эффективности инвестиций в каждую из них. В данных условиях ключевое значение имеют скорость запуска сервисов и гибкость настроек услуг, что является одним из основных преимуществ сетей 5G над предыдущими поколениями мобильной связи.

Подробнее читайте в книге "Мобильная связь на пути к 6G".