Подробности

Категория: Новости

Какими будут сети мобильной связи 5G? Технические инновации: виртуализация, радиоинтерфейс, Massive MIMO, Spectrum sharing, New Full Duplex и другие

Мобильные технологии прочно вошли в нашу жизнь и продолжают укреплять свои позиции. Сети мобильной связи – это сети операторов, обеспечивающие голосовую связи и выход в интерне с одной стороны, а с другой стороны - многообразный спектр гаджетов, датчиков и умных устройств: от смарт-трекеров в настоящем до умных кофеварок, автомобилей и целых городов в скором будущем.

Согласно правилу 10 лет, каждое десятилетие сменяется поколение мобильной связи. Но даже один стандарт в рамках 10 лет не стоит на месте. Например, четвертое поколение классифицируют на технологии LTE, LTE-A; WiMAX; 4,5G и другие. Если опираться на правило, для господства 4G есть еще около трех-четырех лет. В то же время, все чаще появляется информация о инновациях для сетей 5G и тестировании pre-5G сетей. От некоторых вендоров и операторов поступают амбициозные заявления развернуть их в течение 2018-2020 гг.

На сегодняшний день официальные стандарты 5G не сформированы. Передовые игроки мирового телекоммуникационного рынка, среди которых Qualcomm, Huawei, Ericsson, Verizon, AT&T, Nokia и другие, предлагают свои концепции будущих сетей, тестируя их прототипы.

Ключевой особенностью каждого поколения, о которой заявляют в первую очередь, является скорость передачи данных. Однако это не единственная характеристика. С учетом развития Интернета вещей и, как следствие, увеличения количества подключенных устройств, а также с постоянно возрастающим объемом потребляемого трафика определены следующие требования к пятому поколению:

1. Пропускная способность сети свыше 10 Гбит/сек.
2. Поддержка одновременного подключения до 100 млн. устройств/км^2.
3. Задержка передачи данных не более 1 мс.
4. Распределение между различными услугами необходимого частотного ресурса.

Виртуализированная архитектура 5G

Эффективной технологией, которая позволит сократить объем операторского оборудования и упростить обслуживание инфраструктуры, может стать программно-конфигурированная сеть SDN (Software-Defined Networks). SDN способствует цифровой трансформации компаний и переводу сервисов на облачные технологии.  Фундаментальный принцип работы Software-Defined Networks – это дистанционное управление сетью и  устройствами передачи данных, т.е. программно.

В свою очередь предполагается, что виртуализация сетевых функций NVF (Network Functions Virtualization) позволит виртуализировать различные функции многих сетевых элементов операторов мобильной связи, а также реализовать «сеть по запросу». Т.е. обрабатываться и хранится данные будут в виртуальной среде ("в облаке"). За классическим оборудованием останется функция передачи пользовательского трафика. Такой подход к организации сетей пятого поколения отвечает прослеживающимся тенденциям беспроводной связи, а именно конвергентности. Конвергентность предполагает интеграцию обособленных объектов сети в единый вычислительный комплекс. Это в том числе важно и для «умных» устройств в целях обмена информацией в режиме онлайн.   

Для организации определенного участка сети операторы применяют уже проработанные решения с набором необходимых параметров и конкретным оборудованием. Виртуализация 5G и сети «по запросу» позволит заранее организовать серверы и DATA-центры для операторов, т.е. предоставит для них «коробочное» решение, значительно сократив временные и финансовые издержки на внедрение новых услуг.

Относительно сетевой архитектуры в пятом поколении выделяют три «облачных» кита, обеспечивающих его работу.

Таблица 1 – Архитектура сетей 5G на основе облачных решений

Улучшенный радиоинтерфейс для сетей 5G

Одним из препятствий для запуска 5G является недостаток частотного спектра. Предполагается, что в будущих сетях ресурс расширится, в том числе за счет миллиметрового диапазона. Проблему покрытия и доступности сети предполагается решить путем ориентирования на абонентов, то есть радиопокрытие сети будет подстраиваться под нужды абонентов в отличие от предшествующих стандартов.

Эффективность радиоинтерфейса пятого поколения будет увеличена в три раза, т.е. станет пропускать до 3-х раз больше данных при той же ширине полосы. Ожидаемый показатель: 6 бит/сек на 1 Гц.   

Например, в качестве претендентов на звание радиоинтерфейса сетей 5G Huawei предлагает следующие технические решения:

1. SCMA (Sparse Code Multiple Access).

Это основанный на разряженных кодах метод разделения абонентов, не требующий подтверждения о доставке. Работает он следующим образом. Перед трансляцией через радиоинтерфейс битовые потоки разных абонентов из одного частотного ресурса преобразуются в кодовое слово при помощи так называемой кодовой книги. Восстановление сигнала на приемной стороне также производится по кодовой книге.

2. F-OFDM (Flexibel OFDM).

F-OFDM предоставит под каждую задачу свой набор параметров за счет гибкого разбиения на поднесущие, применения различной длины символов и изменяющейся величины циклического префикса. F-OFDM является усовершенствованной версией OFDM

3. Polar Code – технология с субквадратичной сложностью кодирования.

Представляет собой линейный корректирующий код, основанный на явлении поляризации канала.

Полярные коды позволят повысить частотный спектр в 3 раза, позволят проводить декодирование линейной сложности и существенно увеличить скорость передачи данных.

Сопутствующие технологии

Создать более совершенную и качественно иную инфраструктуру сетей 5G призван ряд иных технологий. Среди них Massive MIMO, который позволит передавать одному абоненту до 8 потоков данных. Massive MIMO – это комплекс из нескольких антенн, который будет формировать очень острые диаграммы направленности. Технология нескольких лучей улучшит уровень принимаемого сигнала и устранит интерференцию от других абонентов, что положительно повлияет на пропускную способность сети и эффективность использования частотного спектра.

Яркими направленями концепции Интернета вещей являются взаимодействие M2M (межмашинное взаимодействие, англ. Machine-to-Machine, M2M) и D2D (устройство-устройство, англ. Device to Device). Технология M2M необходима для взаимодействия устройств между собой без непосредственного участия человека, т.е. для автоматизации процессов. Сфера применения М2М достаточно широка. Например, в платежных терминалах, системах безопасности, в системах координации транспортных средств. Технология удешевляет процессы, а также минимизируют их зависимость от человеческого фактора, позволяет оперативно реагировать на сбои в работе систем.

Таблица 2 – Эффективные технологии для сетей 5G        

Рис. New Full Duplex

Тестовые результаты сетей 5G

Первые коммерческие экспериментальные запуски сетей пятого поколения планируются в 2018 году в рамках Чемпионата мира по футболу. Участие в их разработке принимают не только федеральные, но и зарубежные операторы сотовой связи и производители телекоммуникационного оборудования.

Одним из лидеров по вопросу развития 5G является Huawei. Компания тестирует прототипы сетей как самостоятельно, так и в партнерстве с другими заинтересованными участниками. Помимо 

Над внедрением стандарта 5G работают Huawei, Sumsung, Qualcomm и другие. В России среди федеральных операторов – МТС и МегаФон. Результаты тестирования некоторых операторов и вендоров в России и зарубежом представлены в таблице 3.   

Таблица 3 – Результаты тестирования сетей pre-5G

И все же ожидать внедрение полноценных сетей 5G в ближайшем времени рано, не смотря на множество испытаний. Операторы исследуют возможности сетей следующего поколения и делают маркетинговые заявления. Но стандартизирующим структурам еще предстоит решение множества формальных вопросов. Первоочередные – это спецификация стандарта со стороны 3GPP и выделение частот под новые сети. Безусловно, экспериментальные достижения операторов ускорят этот процесс и поспособствуют реализации сетей 5G такими, какими их ждут: высокоскоростными, экологичными, надежными, конвергентными и повсеместно доступными.

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

Читайте также:

Перспективы развития технологий мобильной связи. От 4G к 5G и 6G.

5G New Radio как базовая технология для для совместного использования частотного спектра в сетях пятого поколения

Представлена реализация технология NFV для виртуализации архитектуры сетей 5G

Быстрее, шире, доступнее: что даст 5G и когда появятся коммерческие сети?

Прототип сети 5G презентуют широкой публике

Тест 2G, 3G, 4G

{jcomments on}