Подробности: Категория: Новости

Частоты для 5G. Преимущества и недостатки использования частот ниже 6ГГц и выше 6ГГц

Одно из приоритетных условий возможности развития пятого поколения сотовой связи (5G) – это наличие свободного частотного ресурса. Такие наблюдаемые в настоящее время тенденции как лавинообразный рост потребляемого трафика и развитие Интернета вещей (Internet of Things, IoT) накладывают на сети операторов серьезные требования в части высокоскоростной передачи данных, низких задержек, а также способности подключения большого количества устройств.

Частотные ресурсы для сетей 5G

Экосистема 5G предполагает использование различных участков частотного ресурса, как низких, так и высоких диапазонов. Особенно остро стоит проблема с наличием свободных частот в диапазоне до 6 ГГц, в том числе выделенного под Wi-Fi диапазона 5 ГГц. Поэтому специалисты не исключают отведение для технологий 5G гигагерцных частот. Поскольку высокие диапазоны не являются классическим участком для функционирования сетей мобильной связи, их освоение будет сопровождаться разработкой качественно новых сетевых и архитектурных решений. Сценарий развития 5G предполагает использование именно новых частот, т.к. существующие стандарты будут продолжать свою работу параллельно с сетями нового поколения. 5G не сможет быстро вытеснить 3G и/или 4G.

Преимущества и области применения низких частот в сетях 5G

Низкочастотный спектр до 6 ГГц уже согласован под нужды 5G на завершившейся Всемирной конференции радиосвязи (ВКР) 2015 года. Участь высоких частот определят на ВКР-19 в 2019 году.

Основным преимуществом низкочастотных участков спектра для сетей пятого поколения является в первую очередь обеспечение оптимального покрытия без дополнительных инвестиций в развитие сетевой инфраструктуры.

Предоставляемое низкими частотами покрытие обеспечит хорошее проникновение беспроводной связи в помещения, что очень важно для работы IoT-объектов. В первую очередь эта возможность проецируется на диапазон 700 МГц, предназначенный для систем связи М2М, «умного» города и «умных» домов.

Низкие диапазоны в рамках концепции 5G также актуальны для подключения различных, нуждающихся в надежной сети устройств, как, например, самоуправляемые автомобили. В этих целях предполагается использоваться как 700 МГц, так и 3,4-3,8 ГГц. На этих диапазонах можно автоматизировать промышленность, а также реализовывать чувствительные к задержкам сервисы.

Частотный ресурс ниже 1 ГГц отличается хорошим покрытием при одновременно небольших затратах на строительство сетевых объектов. Это является оптимальным решением для приложений, которые не требовательны к высокой скорости передачи данных. В сегменте Интернета вещей подобные сервисы присутствуют: умные счетчики, датчики и т.п.

Предполагается, что в эпоху 5G операторам будут выделяться сплошные частотные полосы по 300-400 МГц.

Преимущества и области применения высоких частот в сетях 5G

Высокие участки частотного спектра необходимы сетям 5G для достижения предельных скоростей до 20 Гбит/с. В частности, для сетей пятого поколения рассматривается возможность использования диапазонов 24,25-27,5 ГГц и 37-43,5 ГГц.

Высокочастотные сети позволят реализовать 3D-видео в формате UHD (Ultra High Definition), дополненную реальность (AR), облачные сервисы для работы и игр, голографическую связь, тактильный интернет и др.

Таблица 1 – Преимущества различных диапазонов для сетей 5G

Ниже 6ГГц

Выше 6ГГц

Преимущества

- обеспечивает хорошее покрытие и проникновение в помещения

- требуется меньшее количество базовых станций для покрытия сопоставимой по размерам территории (т.е. финансово эффективен)

- задействование широких полос частот и, как следствие, обеспечение большей пропускной способности

Примеры применения

- приложения, не требующие высокой скорости передачи данных

- 3D-видео,

- дополненная,

- реальность,

- облачные сервисы,

- голографическая связь,

- тактильный интернет

Распределение частот для 5G в России

Первые аукционы на частоты для 5G пройдут в середине 2019 г
Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) рекомендовала заинтересованным компаниям направить заявки на выделение полос частот в диапазоне 27,1-27,5ГГц для создания сетей 5G
Помимо 24,25-29,5 ГГц, внедрять в РФ технологии 5G целесообразно в диапазонах 694-790МГц, 3,4-3,8 ГГц, 4,8-4,99 ГГц.

Технические требования Международного союза электросвязи (МСЭ) к сетям 5G

Вторым главным требованием к новому поколению беспроводной связи, накладываемыми такими услугами как тактильный интернет, беспилотное вождение и пр., является надежное высокоскоростное интернет-соединение. Требования к нему настолько высоки, что их невозможно реализовать даже на самых современных стандартах сетей 4G. Международный союз электросвязи уже анонсировал предварительные требования к новому поколению связи. В частности, предельная скорость передачи данных установлена на уровне 20 Гбит/с для канала Downlink и 10 Гбит/с для Uplink, количество обслуживаемых устройств на 1 км²должно равняться не менее 1 млн., а задержка не должна превышать 4 мс для услуг высокоскоростной связи eMBB и 0,5 мс для услуг ультранадежной связи URLLC.

Эти характеристики в десятки раз превышают параметры сетей стандарта LTE-Advanced (LTE-А).

Таблица 2 – Сравнительный анализ технических характеристик стандартов 4G LTE-А и 5G

	Пиковая пропускная способность, Гбит/с		Плотность соединения, устр./км²	Задержка сети, мс	Спектральная эффективность, бит/Гц
	Downlink	Uplink	Плотность соединения, устр./км²	Задержка сети, мс	Downlink	Uplink
LTE-А	3	1,5		5	15	6,75
5G	20	10	1 млн.	0,5-4	30	15

Сроки стандартизации и запуска сетей 5G

Учитывая, что, в отличие от предыдущих поколений, 5G – это не просто новый стандарт, а целая экосистема, переход к нему будет осуществляться более длительное время. Годом первых коммерческих запусков пятого стандарта называют 2020. Однако можно говорить лишь о локальном масштабе. Консорциум 3GPP только в 2017 году утвердил название и логотип для 5G, а разработку спецификаций, согласно определенному в 2016 году плану, проведет в два этапа. Первая фаза завершилась в 2018 году и предполагает, что в Release 15 войдут технические рекомендации, а в 2019 году требования будут оформлены окончательно. Также осенью 2019 года ожидается согласование частотного ресурса для 5G в рамках Всемирной конференции радиосвязи (ВКР-19). Полноправное существование стандарта обозначит положительное заключение Международного союза электросвязи (МСЭ) в 2020 году.

Помимо работы по оформлению пятого поколения мобильной связи со стороны законотворческих структур, адаптировать свои бизнес-модели к 5G необходимо вендорам и телекоммуникационным оператором, что требует временных и финансовых затрат, отодвигая запуск высокоскоростного стандарта на начало третьего десятилетия.

Подробнее о технологических аспектах функционирования сетей мобильной связи LTE/LTE-A/LTE-A Pro/5G, а также перспективах развития сетей мобильной связи читайте в книге "Мобильная связь на пути к 6G".