У природы нет плохих законов. Generation 5, или что же будет работать после LTE?



    Всем привет! Телекомовское направление является одним из главных для «Техносерва», а потому решили подискутировать сегодня о текущих трендах телекома и его тенденциях.


    Не так давно началась разработка целого семейства технологий и соответствующих стандартов для сетей мобильной связи пятого поколения, известного в научных кругах как IMT-2020, а в более широких – как 5G. Однако за последние четверть века ни одна самостоятельная сотовая сеть с рабочей частотой выше 2,1 ГГц коммерческого успеха не имела и экономически состоятельной не оказалась.


    Так что же происходит в 5G – перспективы, технологии, надежды, обещания, достижения – и что в итоге нас будет ждать после LTE? Со всеми этими вопросами разбираемся ниже.



    Голографические перспективы


    Сегодня развитие обещанных к 2020 г. сетей 5G во многом связывается с работой в радиочастотных диапазонах до 80 ГГц, а именно: 24,25--27,5 ГГц; 31,8--33,4 ГГц; 37--40,5 ГГц; 40,5--42,5 ГГц; 45,5--50,2 ГГц; 50,4--52,6 ГГц; 66--76 ГГц и 81--86 ГГц. 3 апреля 2017 г. может войти в историю как день, когда был совершен первый в мире голографический видеозвонок с использованием сетей 5G, работающих в диапазоне 28 ГГц (т.е. практически на миллиметровых волнах). Осуществили этот видеовызов операторы Verizon и KT Corporation. Как сообщали разные источники, в ходе демонстрации сотрудник KT провел видеовстречу с сотрудником Verizon, который появился в качестве голограммы на мониторе в здании штаб-квартиры KT. По заявлениям в прессе, «это был первый в мире успешный межсетевой обмен данными в сетях 5G». KT разрабатывает технологию голографических онлайн-звонков как один из флагманских мультимедийных сервисов на базе сетей 5G и намеревается также запустить 360-градусные онлайн-трансляции в виртуальную реальность.




    Трудно спорить с тем, что именно с голографическими сервисами связаны сейчас надежды всего прогрессивного человечества, но, помнится, лет этак 20 назад нас уже заманивали «убойными видеозвонками» в сетях 3G. Последние так и не стали чем-то выдающимся, а прославились сети 3G (после длительной модернизации) просто передачей данных. Как заметил однажды Станислав Ежи Лец, в действительности все не так, как на самом деле. Поэтому, если перевести приведенную выше новость на технический язык, то вопреки тому, что могло показаться, на самом деле та самая голограмма, скорее всего, была передана по трансконтинентальному волоконно-оптическому каналу, на обоих концах которого были организованы радиоинтерфейсы диапазона 28 ГГц. Что, в общем-то, ничего особенного не доказывает, если не говорить о расположении этих радиоинтерфейсов, протяженности, наличии в сети других абонентов и пр.


    Все выше и выше


    Вспомним также, что почти 20 лет назад поднималась волна сетей LMDS (26--28 ГГц) и MVDS (40,5--43,5 ГГц), которая разбилась отнюдь не только о неготовность производителей организовать высокоскоростную передачу данных. Ничем выдающимся не закончились также истории с сетями WiMAX, работающими в диапазоне 3,5 ГГц. Был еще ряд неудачных проектов, которыми в основном занимались не «признанные мобильные операторы», а те, кто дерзал их где-то в чем-то обойти. Однако не обошел, и все доходы так и остались у мобильных операторов.


    Так что сейчас происходит с 5G? Поставщики оборудования демонстрируют фейерверки достижений. Вот Ericsson вместе с SoftBank тестируют сеть в 28 ГГц. Telenor и Huawei провели демонстрацию сети пре-5G, работающую в Е-диапазоне (71--76/81--86 ГГц) с пиковой скоростью передачи данных 70 Гбит/с. Федеральная комиссия по связи США (FCC) рассматривает возможность выделения под 5G диапазонов 28, 37, 39 и 64--71 ГГц. Похоже, скоро заживем… Заодно и FCC получит с радиочастотных аукционов свои очередные миллиарды.


    Физика против


    А что нам говорит физика? Она, как обычно, против нас. Дальность действия быстро снижается с ростом несущей частоты, да еще атмосферные потери вносят свою лепту. Озвученная упомянутыми выше компаниями реальная дальность в 200 м для 28 ГГц на еще более высоких частотах превратится в десятки метров и меньше (причем, как показывает практика, в реальных городских условиях все работает существенно хуже, чем в лаборатории). То есть фактически сети 5G будут хороши в большом или малом помещении, где еще нет Wi-Fi/абвгдеё… и нет проводных каналов. Похоже, для создания интернета вещей сами «вещи» придется «вытаскивать» поближе к базовым станциям, причем желательно на прямую видимость, чтобы не устанавливать миллионы базовых станций, соединенных между собой оптическим транспортом на 100 Гбит/с.


    А, быть может, все гораздо проще, и сверхвысокочастотная 5G — это просто последняя надежда на очередные супердоходы поставщиков оборудования мобильной связи? И если вдруг удастся втянуть в игру операторов, то жизнь снова удалась на много лет вперед. И неспроста развертывание инфраструктуры 5G только что было с энтузиазмом подхвачено правительством Москвы. В самом деле, инвестиции на ее создание нужны немалые, да и каждую базовую станцию надо подключить исключительно высокоскоростным каналом (к тому же в городах развернулась серьезная борьба за укладку кабелей в весьма недешевую землю), поэтому желающих поучаствовать в этом процессе за деньги мобильных операторов появится еще немало. Возможно, скоро даже создадут какую-нибудь инновационную тротуарную плитку с встроенной базовой станцией 5G, что позволит с легкостью решать телекоммуникационные проблемы при любой городской застройке.


    Блеск и нищета блестящих демонстраций


    Однако в 5G не запрещено обращаться и к низким радиодиапазонам. Вот только что Nokia объявила об успешном осуществлении вызова в сети LTE, работающей в 600 МГц. Компания употребила радиоканал шириной 20 МГц и коммерчески доступное оборудование, включая LTE eNodeB и тестовый терминал. Была достигнута максимальная пропускная способность в 387 Мбит/с. Указанные испытания, кстати, совпали по времени с завершением аукциона, проводимого FCC для распределения частот в диапазоне 600 МГц для использования операторами мобильной связи. Физика здесь — союзник, и потому ожидается, что диапазон 600 МГц позволит существенно улучшить LTE-покрытие за городом, прежде всего за счет большего размера сот. В то же время этот диапазон можно задействовать для улучшения пользовательского опыта в городских районах — за счет наращивания емкости и реального улучшения качества покрытия в помещениях, не говоря уже о радиотехнологиях для интернета вещей. В общем, это точно работать будет.


    А все блестящие демонстрации последних месяцев в области 5G с гигабитами и десятками гигабит в прямом и обратном каналах, большая часть из которых проводится на несущих частотах 28 ГГц, 38 ГГц, 60 ГГц, по определению означают работу внутри помещений с эффективными радиусами микро/нано/пико/фемтосот порядка десятков-сотен метров и в условиях прямой видимости. Даже использование новейших методов повышения спектральной эффективности вплоть до теоретического предела, типа Polar OFDM или Sparce Codes, а также матриц MIMO класса 8 х 8 не в состоянии компенсировать особенности распространения радиоволн в миллиметровом диапазоне. Кроме того, еще раз напомним, что любая фемтосотовая сетевая инфраструктура требует таки обеспечения каждого хот-спота 5G индивидуальным оптоволоконным каналом связи с очень высокой пропускной способностью.




    Когда же речь заходит о максимально эффективном и экономичном покрытии открытых пространств, дорог, элементов инфраструктуры и внутренности зданий, то приходится обращаться к старому доброму диапазону ниже 6 ГГц. Эмпирическим доказательством этого тезиса служит печальный и общеизвестный, но старательно игнорируемый некоторыми маркетологами рыночный факт — за последние четверть века ни одна самостоятельная сотовая сеть с рабочей частотой выше 2,1 ГГц (это верхняя граница для сетей 3G/WCDMA) коммерческого успеха не имела и экономически состоятельной не оказалась. Напротив, когда сетям LTE разрешили использовать диапазоны 1800 МГц, 900 МГц и ниже, они буквально за несколько лет завоевали мир.


    А, может быть, в этом и заключается та самая «сермяжная правда» про будущее 5G? Люди, будьте бдительны…


    Авторы публикации:
    Александр ГОЛЫШКО, системный аналитик ГК «Техносерв»
    Виталий ШУБ, заместитель генерального директора, бизнес-направление «Телеком», IPG Photonics Russia (НТО «ИРЭ-Полюс»)


    Статья была опубликована в журнале «ИКС».

    Техносерв
    78,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 19

      0
      Ну вот про 384 Kbps вы немного загнули. Это не 3G скорость, а ближе к EDGE.
        0
        Изначально в 3G для низкомобильных абонентов было 2 Мбит/с, для высокомобильных (т.е. с handover) — 384 кбит/с. Позже появились различные усовершенствования вплоть до HSDPA.
          0
          Я не придираюсь, но тогда в 4G надо было рисовать аналогичную скорость. А в машине у меня 100 Mbps не получается, как я ни стараюсь.
            +3
            Есть такая двусмысленность в мобильной связи: с одной стороны операторам хочется написать скорость побольше, и они указывают пиковую скорость на один сектор базовой станции, а то и на всю базовую станцию, но как-то забывают упомянуть, что этот ресурс пропускной способности будет разделен на всех абонентов, находящихся в зоне обслуживания. И тогда реальные цифры будут совсем другие. Увы…
          0
          На рисунке приведены данные, как в стандартах 3GPP.
          EDGE действительно мог выжать 384 кбит/с, но и самый первый релиз 3G также обещал лишь 384 кбит/с.
          Есть подозрение, что со стороны вендоров была определенная осторожность в части обещаний по европейской 3G/WCDMA (американский cdma2000, кстати, на в 3 раза меньшей полосе частот давал большие скорости), а уж потом они развернулись. Видимо, не все получалось.
          0
          Изначально в 3G для низкомобильных абонентов было 2 Мбит/с, для высокомобильных (т.е. с handover) — 384 кбит/с. Позже появились различные усовершенствования вплоть до HSDPA.
            +1
            Если на пальцах. 5G не только про скорость передачи данных в радио-интерфейсе, в 5G существенно меняется архитектура сетей, т.к. текущие версии не могут удовлетворить требованиям. В 2016 году рабочая группа SA1 завершила работу над документом TR 22.891 New Services and Markets Technology Enablers где описано около 70 сценариев.

            Впоследствии требования разделили на 4 большие группы и начали детализировать:
            1) Massive Internet of Things (22.861);
            2) Critical Communications (22.862);
            3) Enhanced Mobile Broadband (22.863). Повышение скорости передачи это только один из пунктов этого документа;
            4) Network Operation (22.864);

            Про каждый пункт можно разговаривать очень долго…

            Скачать документы и более подробно можно почитать по этой ссылке

            Это концептуальные документы и в целом дают лишь обзорную картину. Более подробную информацию можно получить в списке источников документов по ссылке.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                0
                28 ГГц примерно 1,1 см, никак не миллиметровый диапазон, который с натяжкой начинается меньше 1 см.
                Тем временем в диапазоне 71-76 тихонечко на 10 ГБитах работают релейки с дальностью до 10 километров, но это уже другая история.
                  0
                  Верно, миллиметровый диапазон начинается с 30 ГГц, а 28 — «почти».
                  Что касается РРЛ — принципиально важно, что они работают узким лучом на направленные антенны, тогда как мобильная связь вынуждена работать на ненаправленную антенну вашего терминала или базовой станции, которая вынуждена «светить на всех». А это совсем другая энергетика и потому совсем другая история.
                  0

                  Про коммерческий (не)успех выше 2.1ГГц не понял. Чем LTE в B7 и B38 B40 не успешен? По поводу WiMAX 3.5 так он помер потому что WiMAX а не потому что 3.5 как будто в 2.4 он выжил...

                    0
                    LTE, как известно, начался в 2,5-2,7 ГГц, потому что других частот тогда для него не было (и заодно прогнали оттуда ТВ-вещание MMDS). Затраты на инфраструктуру в высоких частотах у операторов были немалые. Потом мобильное сообщество «пробило» рефарминг частот в низких стандартных диапазонах для 3G и 2G (900, 1800, 2100 МГц, потом 700 МГц), и дело пошло очень успешно. Сейчас подбираются уже к диапазону 600 МГц, выгоняя оттуда ТВ-вещание. Все дело в энергетике, преодолевать которую операторам приходится огромными инвестициями в большее количество базовых станций и их подключение к транспорту.
                    Операторы, работавшие в диапазоне 3,5 ГГц с фиксированным WiMAX, столкнулись с крайне плохим проникновением в здания (буквально второе препятствие, и сигнал затух). То есть работать-то можно, но экономический эффект крайне мал. И дело не особо в WiMax.
                    0
                    Пнул бы, очень больно, за использование термина 'голограмма' там где ею не пахнет!

                    Это же очевидно, что чем выше скорость, тем выше частота, тем чаще нужно ставить соты, тем дороже будет этот интернет, тем больше потребуется клиентов, чтобы его окупить, тем больше будет нагрузка на соты,… в итоге, средняя скорость (среднесуточный трафик) будет расти гораздо медленней, чем это пишут в рекламных плакатах!

                    Давайте следующий шаг — инфракрасные приемопередатчики, размещенные везде и всюду, с шагом в десятки метров. Сколько там интель уже заявлял несколько лет назад для помещения с переотражениями? гигабит?
                      +1

                      Вынужден поправить — скорость передачи информации не так уж коррелирована с несущей частотой. Просто в более высоких диапазонах радиочастот есть более широкие свободные полосы, где еще можно поработать. Частота связана с дальностью связи (обратно пропорциональна квадрату расстояния), поэтому чем выше частота — тем больше нужно базовых станций для покрытия той же территории. А это инвестиционно оправдано лишь при очень высокой абонентской плотности. К примеру, для покрытия той же зоны обслуживания сети GSM-900 сетью GSM-1800 требуется в 15 раз больше базовых станций.
                      Инфракрасный же диапазон слишком уязвим для помех.

                        0

                        Точнее — величина затухания сигнала обратно пропорциональна квадрату его частоты.

                        0
                        Скорость передачи зависит от полосы пропускания и шума в канале, но не от частоты несущей, см «предел Шеннона».
                        И если операторы сейчас эксплуатируют до 20 MHz на несущую для LTE (агрегацию несущих не обсуждаем), то для тестов 5G с целью PR используют на порядок больше, а такие полосы, как отметил TS_Telecom выше, есть только выше по спектру. И тут надо искать баланс, если посмотреть на документы 3gpp то там постановка задачи для разных сценариев идет исходя из пропускной способности на определенную площадь. Что в принципе говорит не об одном человеке, а о каком-то разделяемом ресурсе. А PR можно оставить на совести PRщиков :)
                          0
                          Для будущих сетей 5G, где абонентов может быть многие тысячи, приходится поступать именно так.
                          Собственно, и в интернете происходит т.н. статистическое мультиплексирование для множества пользователей, если не расставлены приоритеты обслуживания. Начиная с сетей 4G/LTE, которые были впервые созданы как мобильные сети передачи данных (а не телефонии), сети мобильной связи стоит рассматривать как мобильный интернет.
                        0
                        На картинке в конце статьи довольно инновационная штука — проектор умеющий работать с чёрным светом.
                          –1
                          Это лишний раз демонстрирует компетенции ГК «Техносерв»

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое