Когда в России ждать 5G

в 8:53, , рубрики: 4G, 5G, LTE, Блог компании МТС, МТС, передача данных, Разработка систем связи, Тестирование IT-систем

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.

image

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.

image
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 в 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.
image
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.

Автор: info_habr

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля