Как это устроено: выбор частот для 5G

    5G может совершить реальный переворот в качестве жизни, поэтому интерес к новой технологии намного выше, чем когда-то к 4G. Так, количество компаний, запускающих устройства в первоначальном развертывании, изменилось с четырех для 4G LTE до 20 для 5G. Тестовые запуски и разработка услуг под применение 5G идут по всему миру, в том числе через инкубаторы для привлечения стартапов. Один из них – от МТС – работает и в России.



    Есть распространенное мнение, что скорости в LTE всех и так устраивают, и никакой потребности в ускорении до 10 Гбит/с обычному юзеру не требуется. Это не совсем так. Сценарии применения 5G лежат в плоскости подключения инфраструктуры, создания новых возможностей для применения AR и VR, беспилотников и других, скорее, инфраструктурных и бизнес-решений. Ускорение приема-передачи трафика дает возможность быстрее освободить ресурс сети для потребителя, чтобы не сталкиваться с ситуацией, когда при скоплении пользователей страница открывается очень медленно. Нельзя же затягивать с расширением пропускной способности сетей до тех пор, пока абоненты не столкнутся с ухудшением качества связи из-за перегрузки сетей.

    Скорость развертывания сетей будет зависеть от того, насколько быстро будет определена часть спектра для работы 5G, и какой она будет. 

    Объяснить как это работает проще всего на основе традиционного радио. Вы настраиваете свой радиоприемник на волну, например, 97 FM, где вещает определенная станция на частоте 97 мегагерц. Если же вы хотите включить другую радиостанцию, скажем, 103,5 FM, нужно переключиться на нее. То есть две станции никогда не передают по одному и тому же спектру в одно и то же время в одной и той же зоне, иначе они будут создавать помехи друг другу. При этом в другом регионе на частоте вашей любимой радиостанции может быть расположена другая станция, поскольку беспроводные сигналы передаются только на определенное расстояние.

    Для полноценного запуска 5G необходим определенный диапазон радиоспектра. Количество спектра, выделенного для 5G, определит, насколько быстрыми будут сети, основанные на этой технологии. Спектр должен быть достаточно универсальным для всех различных сценариев использования, что вероятно будет означать использование нескольких различных полос частот. В целом частоты необходимы в трех диапазонах: до 1 ГГц, 1-6 ГГц и выше 6 ГГц. 

    Сигнал в различных частях спектра распространяется на определенное расстояние. Длина волны обратно пропорциональна частоте: то есть высокие частоты имеют меньшую длину волны. Например, 30 Гц (низкая частота) имеет длину волны 10 000 км (более 6000 миль), а 300 ГГц (высокая частота) составляет всего 1 мм. Но когда длина волны действительно мала (например, частоты на верхнем конце спектра), она легко может искажаться. Поэтому действительно высокие частоты не могут распространяться так, как низкие. Также на качество соединения влияет и ширина полосы, которая измеряется разницей между самой высокой и самой низкой частотой сигнала. Когда вы перемещаетесь вверх по радиочастотному спектру, чтобы достичь более высоких диапазонов, ширина полосы частот увеличивается, и, следовательно, увеличивается пропускная способность (то есть вы получаете более высокие скорости загрузки).

    Например, миллиметровые волны (mmWave, технически охватывает частоты в диапазоне 30–300 ГГц, но чаще относится к полосам выше 24 ГГц) находятся в высокочастотном спектре и имеют преимущество за счет возможности передачи большого количества данных. Но они также легче поглощаются газами в воздухе, деревьях и близлежащих зданиях. Поэтому спектр mmWave не может использоваться для передачи данных на большие расстояния. Эти недостатки частично можно преодолеть за счет направленных антенн, реализуемых на основе технологий как Massive MIMO и beamforming (формирование луча), но на большие расстояния сигнал в этих частотах стабильно распространяться не может. Частоты mmWave также будут использоваться в тандеме с более низкими частотными диапазонами для обеспечения покрытия и емкости, которые потребуются 5G.

    Помимо доступных частот mmWave можно очистить уже используемые диапазоны и повторно развернуть их. Этот процесс называется refarming. По сути его можно сравнить с переработкой поля: если поле используется для помидоров, вы не можете посадить туда кукурузу пока не будут убраны все томаты. Этот процесс затрудняет тот факт, что частоты, занятые предыдущими поколениями связи, до сих пор используются. Кроме того, их частотный диапазон ограничен, а чтобы реализовать весь потенциал 5G, воспользоваться преимуществами более высоких скоростей, предлагаемых этой спецификацией, Международная Ассоциация операторов подвижной связи (GSMA) предлагает выделять не менее 100 МГц в средних частотах каждому оператору мобильной связи. Например, China Mobile будет назначено 300 МГц в полосах частот 2,6 ГГц и 4,9 ГГц. 

    Основной диапазон для пятого поколения связи по всему миру — 3,5 ГГц с общей шириной полосы до 400 МГц в диапазоне от 3,4 до 3,8 ГГц. Он более привлекателен из-за более широкой доступности в целом по миру и большого количества спектра. Его выделение уже согласовано, например, в Европе: европейские регуляторы определили полосу 3,4–3,8 ГГц и планируют гармонизировать ее, чтобы сделать пригодной для 5G. В России ситуация другая: ключевые пользователи этого диапазона — Минобороны и «Роскосмос». Поэтому сейчас рассматривается вариант развернуть 5G в диапазоне 4,4–4,99 ГГц. Его используют Япония и Китай. 

    Расхождение в выбранных частотах создает ряд проблем. Есть такое понятие как роуминг данных. С этим мы все могли столкнуться, когда вышла первая модель iPhone с поддержкой 4G, но в России этой услугой было воспользоваться нельзя – чип в телефоне был рассчитан на частоты, которые были выбраны для LTE в США. В России же, как и в Европе, 4G работала в другом диапазоне. Аналогичная ситуация может повториться и с 5G, поскольку основной диапазон для развертывания таких сетей в мире – это 3,5 Ггц и миллиметровые волны. И один из крупнейших разработчиков мобильной экосистемы Qualcomm делает чипсеты и модули, рассчитанные на эти диапазоны. Эти же диапазоны поддерживают уже презентованные флагманы с поддержкой 5G, например, Galaxy S10.

    Главная задача сейчас определиться с выбором универсального спектра необходимой емкости, иначе все “плюшки”, которые может дать нам эта технология – от развития беспилотников до быстрого трафика – будут отсрочены на неопределенный период. 

    Денис Панасенко,
    руководитель 5G Инкубатора МТС.
    МТС
    91,19
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 11

      0
      Надо понимать, что даже если российские военные внезапно расщедрятся и анонсируют переход на новые частоты, то до ввода в эксплуатацию новой системы от старой никто не откажется — то есть, задержка в распространении 5G в России никуда не денется. При этом, раз тот же диапазон что и в России собираются использовать в Китае и Японии, то и техника под этот диапазон будет.

      Кстати, интересно: в Китае и Японии тоже интернете бугурт по поводу выбора частот?
        0

        В Китае и Японии как обычно навыпускают устройств для внутреннего рынка, о которых за пределами и знать не будут, и никаких проблем.

          0

          Для этого диапазона в России должны быть отечественные производители. Требование Правительства РФ. Это значит, что в России 5G еще долго не будет в промышленной реализации.

            0

            Здесь как раз всё в порядке: Поднебесная поможет отечественному производителю с элементной базой, а переклеивать стикеры у нас умеют.

          +2

          | Когда вы перемещаетесь вверх по радиочастотному спектру, чтобы достичь более высоких диапазонов, ширина полосы частот увеличивается.
          А может уменьшаться. Для МТС в диапазоне 3,5 ширина полосы равна нулю, там даунлинк телеметрии метеоспутников.

            +3
            Сорян, но для кого это уточнение «более 6000 миль»? :-)
              –1
              Несмотря на заключение Совета Безопасности: не видать Вам C-Band «как своих ушей».
              Операторы молодцы, борятся.

              Только наброс неправильный: нужно было писать не только о том, что нужно МТС.
              Но в первую очередь о том, что 5G даст избирателю: задержка в 10 раз лучше, полоса в 20 раз, носки наконец-то заговорят русским языком, ну и так далее.
                +5
                Есть распространенное мнение, что скорости в LTE всех и так устраивают, и никакой потребности в ускорении до 10 Гбит/с обычному юзеру не требуется. Это не совсем так. Сценарии применения 5G лежат в плоскости подключения инфраструктуры, создания новых возможностей для применения AR и VR, беспилотников и других, скорее, инфраструктурных и бизнес-решений.

                Как энтузиаст технологий, я однозначно за скорейшее распространение 5G. Однако, в общем, выглядит так, что реальных сценариев нет. Вышепроцитированное выглядит притянутым и неубедительным с точки зрения быстрого внедрения и быстрой окупаемости. Для розничного потребителя ускорение имеет значение, но долго будет сдерживаться чувствительными инвестициями в сеть (читай рост стоимости трафика для абонента, сети ведь не единороги строят) и собственное абонентское оборудование (дорогой новый телефон, потому что 5G не скоро спустится в бюджетный сегмент, как, собственно, в свое время LTE). Каким боком тут окажется B2B и всех спасет, мне непонятно.
                Еще раз, я за 5G, но все радостные PR-вопли на тему того, что вот сейчас появится 5G и сразу прибегут розовые пони, создают стойкое впечатление, что с коммерческой точки зрения 5G как пятая нога для собаки. Операторы не могут не разворачивать 5G, потому что отстанут от конкурентов, но все равно все скатится к почти что точечному покрытию перенаселенных участков городов (никакого B2B, просто розничная продажа трафика физлицам, теперь намного быстрее, чем было с LTE) и медленной и никогда не закончащейся экспансии на чуть менее населенные территории.
                Когда говорят об IoT и умных носках, то спрашивается, чем им не хватает условно-бесплатного вайфая? Зачем для них покупать и оплачивать трафик с пикосот?
                Если я неправ, пожалуйста разубедите меня. Но сейчас мне кажется, что все сценарии, кроме ускорения ютубчиков на телефонах жителей гигаполисов, не жизнеспособны и просто наспех сфантазированы кем-то далеким от темы. Это касается большинства операторов в мире (исключая работающих с высокой плотностью населения на абсолютно небольших территориях), а не какого-то одного.
                  +4
                  Это повод для обновления мобильных устройств у населения. Плюс более дорогие тарифы из-за того, что плотность передающих вышек должна быть больше.
                  –1
                  Как 5G согласуется со стандартами частоты, 3.417 ГГц это половинная рабочая частота для рубидиевого генератора, не зашумят ли они эфир, тем более щас есть перспективное направление по квантовым генераторам частоты, которые размером с микросхему (CSAC) Microsemi, так там сразу это частота является рабочей.
                    0
                    Так ли уж военные сопротивляются, или это лобби хуавэя в РФ?) Они главные выгодоприобретатели.

                    И ещё: сейчас висит вопрос с частотами. На сколько я знаю, ещё не полностью описаны вопросы аутентификации и роуминга 5G в Wi-Fi покрытие. Тогда что УЖЕ продают вендоры и что строят операторы?

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое