Несколько дней назад мне довелось побывать в Нижнем Новгороде, на международном бизнес-саммите, на котором Megafon и Nokia продемонстрировали прототип БС и приемника стандарта 5G со скоростью передачи данных почти в 5Гбит/с:



На фотографии справа — прототип базовой станции нового стандарта, слева – прототип абонентского терминала.

Вы не смотрите, что абонентский терминал размером с базовую станцию и обладает антенной размером с корпус компьютера. К 2018 году (а именно тогда ожидается принятие стандарта 5G) абонентская часть усохнет и как обычно вместится в небольшой чип в вашем новом телефоне.

Хотите знать больше? Добро пожаловать под кат: робо-манипуляторы, пара слов о том, как передаются данные, умные базовые станции, PTT с видео и прочее.

Для начала, давайте познакомимся. Очень приятно, базовая станция:



Очень приятно, абонентский терминал:



Между ними — радиоканал на пять гигабит:



Ну, на самом деле чуть меньше:



Пяти гигабит хватает, чтобы перегонять одновременно 8 видеопотоков с разрешением 7680×4320 в реальном времени, плюс 3 видеопотока FullHD и еще останется место под небольшой трафик с минимальными задержками.




Достигается это агрегацией двух сот вместе с MIMO 8x8. Ничего не поняли? Я тоже. Поэтому пришлось найти человека, который в этом понимает, и полчаса пытать его диктофоном.

Агрегация двух сот — это значит, что данные передаются не на одной частоте, а на двух. Сота — это определенная несущая, поддерживаемая базовой станцией. Одна базовая станция может поднимать несколько сот сразу.

Вот тут, например, виден спектр сигнала:



По обе стороны от центрального «провала» как раз и находятся две несущие, каждая шириной в 100МГц. Для примера, в сетях 3G ширина несущей в 5МГц, а в LTE в 20МГц.

MIMO — это такая технология для упихивания в одну и ту же полосу в несколько раз больше данных за счет ортогональных кодов. В данном случае, 8х8 это передача на одной частоте 8 разных сигналов на прием и передачу.

Статьи о OFDM и MIMO есть на хабре, например вот и вот.

MIMO используется как для увеличения скорости(как в случае текущего прототипа 5G), так и для улучшения связи, когда на разных каналах передаются одни и те же данные. Например, в текущих стандартах связи 4G(LTE) есть поддержка MIMO до 4х4, хотя на практике телефоны и модемы не используют больше 2х2.

Диапазон 4.5ГГц обладает меньшей проникающей способностью по сравнению с 2 ГГц у 3G и 2G, поэтому базовые станции придется ставить чаще. Однако, плюсы в этом тоже есть — чем больше станций, тем большую емкость они имеют, и тем большее количество абонентов могут обслужить, так что ситуаций «куча народу в одном месте и ничего не работает» должно быть меньше.



Важно понимать, что текущие характеристики — это вовсе не конечный стандарт связи, а всего лишь попытка инженерами Nokia реализовать 5G сеть согласно собственному пониманию. Окончательный стандарт еще разрабатывается и утверждаться 3GPP, и когда он будет окончательно зафиксирован в 2018 году, он наверняка будет отличаться от текущей реализации довольно сильно. Однако, эти эксперименты тоже не пройдут даром — их будут принимать во внимание при обсуждении и разработке стандарта, так как реальные тесты сложно заменить только расчетами.

Кроме того, в окончательном стандарте будет поддержка интернета вещей — множества малых датчиков и устройств(оставим за скобками вопрос о том, есть ли необходимость подключать все эти датчики к сотовой сети и платить операторам за трафик, вместо создания своей сети).

Итак, каким же образом нам демонстрируют скорость и малые задержки?
Например, вот платформа, на которой свободно катается шарик, поддерживаемая тремя манипуляторами:



Ими управляет компьютер, который получает изображение с камеры, установленной над платформой. Он, видя шарик, формирует команды на движение манипуляторов таким образом, чтобы шарик прикатился точно в центр платформы. Каким образом задача из области машинного зрения относится к 5G-сетям?

А все дело в том, что видео-данные и команды манипуляторам передаются через радиомост “базовая станция — абонентский терминал”. Соответственно, между отправкой данных с камеры и приемом команд манипуляторами существует некая задержка, которая обусловлена обработкой картинки и скоростью передачи данных(точнее, даже не скоростью, а задержкой).

Если мы искусственно вносим задержку около 100мс в этот канал, имитируя связь 4G, то наблюдаем следующую картинку:



Без должной оптимизации на момент получения команд на изменение положения платформы позиция шарика уже неактуальна — он успел укатиться из расчётной траектории, поэтому команда, дошедшая до манипулятора, делает только хуже, заставляя шарик двигаться в неправильном направлении. Таким образом, задержка в 100мс, слабо ощущаемая человеком, уже достаточно влияет даже на такую простую систему, как катающийся по доске шарик.



Но стоит убрать внесенную задержку, переключая параметры канала данных на реальные параметры технологии 5G (5мс при полной загрузке канала, без загрузки в два раза меньше, задержка включает в себя прохождение сигнала туда-обратно), как все волшебным образом приходит в норму: за несколько секунд управляющая программа останавливает шарик в центре платформы.



Виртуальная реальность тоже относится к сетям 5G: передача данных о положении очков и передача картинки обратно на очки также осуществляется через 5G-сеть, что демонстрирует низкие задержки в передаче видео, незаметные человеческому глазу.



Конечно, в реальной жизни никому в голову не придет делать очки виртуальной реальности с передачей видео через сотовую сеть, это только пример, показывающий возможности технологии. Я надевал очки и с удовольствием крутил головой, пролетая мимо Москва-сити. Подтверждаю, задержек не заметно. Пиксели в очках заметны, а задержка нет.

Еще один стенд посвящен так называемым «умным базовым станциям» — технологии Mobile Edge Computing. Это технология, которая позволяет устанавливать в базовые станции сервера, занимающиеся какими-то задачами «не отходя от кассы». Этим обеспечивается низкая задержка (как раз те самые 5мс, потому как все понимают, что в реальном использовании к этим 5мс добавится время прохождения сигнала до сторонних серверов и обратно), и экономия каналов от БС к провайдеру.

Например, тут на одном из этих серверов работает детектор движения на видео:



Заходишь внутрь охраняемого периметра, он начинает пищать:



Я пока что так и не придумал, где такая технология могла бы пригодиться, но пусть будет.

Последняя экспозиция — это защищенные коммуникаторы с оперативной аудио- и видео-связью на решении Missian Critical Push-To-Tallk:



Если кто не знает, PTT — это попытка сделать рацию из сотовых телефонов. Номер набирать не надо, нажал кнопку, и тебя слышат все члены твоей группы (которая уже не ограничена мощностью радиосигнала рации). Кроме аудио, есть еще и видео:


— Петрович, смотри у меня провод оторван. Какие цвета соединять?

Кроме этого, плюсы еще в том, что можно записывать все переговоры и выводить передачи диспетчеру на компьютер.

На этом осматривать интересные экспонаты заканчиваем, едим печеньку:



И отправляемся обратно в Москву, к родному 4G.