Последний недостающий элемент пазла 5G, или как планировать будущее?09.02.2022 09:03

Совет: начинайте развёртывать 5G mmWave уже сегодня.

Упомянутые в данной публикации продукты Qualcomm поставляются Qualcomm Technologies, Inc. и ее дочерними компаниями.

Технологии 5G — это инновационная платформа текущего десятилетия, фундамент для новых приложений, преобразования промышленных отраслей и повышения качества жизни. Qualcomm Technologies видит большие перспективы и потенциал 5G с точки зрения пользы для общества.

Одна из технологий 5G представляет особый интерес — это диапазон миллиметровых волн (mmWave), лежащий в полосе частот выше 24 ГГц. Сегодня уже очевидно его всё более растущее коммерческое развитие. Это и есть недостающий элемент и дополнительный структурный блок высокопроизводительной системы 5G. 5G mmWave позволяет реализовать действительно дифференцированное обслуживание. Именно поэтому мобильным операторам стоит включить эту технологию в свои планы построения сетей 5G. Почему же так важно начать развёртывать сети 5G mmWave уже сейчас?

Каким образом mmWave сегодня дополняет стратегии развёртывания сетей 5G?

Диапазон mmWave позволяет значительно повысить качество обслуживания пользователей и эффективность сети. Дополнительная полоса пропускания существенно увеличивает ёмкость сети и поддерживает гигабитные скорости (в 19 раз выше, чем в диапазоне sub-6 и в 38 раз — чем в диапазоне LTE1). При этом решается проблема ускоренного роста трафика мобильных данных (по прогнозам, к 2026 г. он вырастет в 4,5 раза2) и удовлетворяются требования, предъявляемые к новым приложениям, в том числе и к облачным играм. Исследование Bell Labs Consulting (BLC) показало, что развёртывание 5G mmWave обещает мобильным операторам множество финансовых выгод3, от повышения рентабельности фиксированных и мобильных сервисов широкополосного доступа ШПД до расширения рынков сбыта. Подробности вы можете узнать на записи вебинара.

Преимущества 5G mmWave очевидны, но при этом у операторов есть разные инвестиционные приоритеты в том, что касается построения более функциональных и устойчивых сетей 5G. После анализа ключевых направлений потенциальных инвестиций 5G на краткосрочную и долгосрочную перспективу, можно сделать вывод, что технология mmWave полностью вписывается во многие инициативы. Рассмотрим несколько направлений.

Sub-6 + mmWave = экономически выгодное наращивание ёмкости в районах плотной застройки

Сегодня усилия мобильных операторов направлены на ускоренное расширение 5G-покрытия с использованием частот до 6 ГГц, в частности, нового диапазона 3,5 ГГц. Однако, во многих случаях такое покрытие не дает полосы пропускания, достаточной для обеспечения растущих потребностей 5G-сервисов. Необходимую ёмкость можно экономически выгодно получить, развернув 5G mmWave совместно с sub-6 (используя технологию двойного подключения сегодня и агрегацию несущих — в перспективе). Исследование BLC выявило широкий спектр «горячих точек», требующих первоочередного внимания. Это заполненные людьми центральные районы городов, офисы, площадки для проведения различных мероприятий, торговые центры. При этом исследование GSMA Intelligence показало, что в местах, где необходима высокая ёмкость, совокупная стоимость владения сетью 5G с поддержкой mmWave и sub-6 может быть на 35% меньше, чем в случае сети 5G с одним диапазоном sub-6 ГГц.

ФБД + mmWave = оптоволоконная скорость в радиоинтерфейсе

Другим ключевым направлением применения 5G mmWave является фиксированный беспроводной доступ (ФБД), который обеспечит в жилом и бизнес-секторах скорости, сравнимые с оптикой. Сегодня такие коммерческие услуги оказывают более 60 провайдеров ФБД в 30 странах. Многие из них, предлагая сервисы ФБД в диапазонах sub-6 и mmWave, используют платформы Qualcomm Fixed Wireless Access Platform. При этом ФБД 5G — это не только существенное повышение скорости и качества обслуживания, но ещё и шаг к устранению цифрового неравенства. В упомянутом исследовании GSMA Intelligence говорится, что в сети ФБД с одним диапазоном mmWave возможно сократить стоимость владения на 34% по сравнению с сетью 3,5 ГГц (sub-6), тогда как развёртывание ФБД в двух диапазонах (в среднечастотном для расширения покрытия и в миллиметровом для наращивания ёмкости) может дать дополнительную экономию до 39%. То же исследование показало, что 5G mmWave защищает экономику оператора при наличии приложений, чувствительных к несимметричности восходящего и нисходящего каналов. Всплески трафика в восходящем канале значительно лучше монетизируются, когда 5G mmWave дополняет sub-6. Если трафик в восходящем канале составляет 30% суммарного трафика ФБД, то экономия стоимости владения может достигать 60% по сравнению с использованием только одного диапазона sub-6.

Зачем сейчас вкладывать в 5G mmWave?

В перспективе технологии 5G mmWave продолжат своё развитие. Глава департамента разработок 5G mmWave компании Qualcomm Озге Комен (Ozge Koymen) опубликовал в своём блоге пост с технологической дорожной картой для 5G mmWave, написав о новых возможностях, которые должны обеспечить ещё большую системную производительность и эффективность развёртывания в следующих релизах 3GPP, а также о новых моделях развёртывания и сценариях применения в отдельных отраслях.

5G SA + mmWave = сервисы с низкими задержками

Общим направлением краткосрочных инвестиций для мобильных операторов стал переход к сети 5G с автономным режимом (SA). Сеть 5G SA может предложить ряд новых преимуществ, среди которых — существенное уменьшение задержек в опорной сети, а также поддержка виртуализации и сегментации для бесконфликтного сосуществования разнородных сервисов. Если учесть сверхнизкие задержки в радиоинтерфейсе 5G mmWave (125 мкс на слот против 0,5 — 1 мс для диапазона sub-7 ГГц), то получается существенно более низкая сквозная задержка (от опорной сети до устройства), что позволяет практически без замираний реализовать такие приложения, как облачные игры и расширенная реальность (XR).

Частная сеть 5G + eURLLC + mmWave evolution = расширенная платформа промышленного интернета вещей

Дополняя 5G sub-6, mmWave поддерживает уровни качества обслуживания, необходимые для самых требовательных проектов. Так, технология способна обеспечить ультравысокую надежность до 99,9999% с детерминированной задержкой миллисекундного уровня, а это именно то, что необходимо для многих проектов промышленной IoT-автоматизации. Чтобы убедиться в том, что система 5G mmWave способна удовлетворить эти требования, было проведено комплексное моделирование, объединив различные проекты в рамках умной фабрики, где система поддерживала расширенные сервисы eMBB (смартфоны, ноутбуки, boundless XR), критичные приложения (промышленная автоматизация) и более простые IoT-устройства (камеры наблюдения). Сейчас во многих странах, в том числе в Японии, Германии открывают частоты миллиметрового диапазона для локальных IoT-проектов. Поэтому параллельно были проведены полевые испытания для демонстрации работы 5G mmWave в проблемной производственной и промышленной среде.

Open RAN (O-RAN) + mmWave = более гибкая и производительная сеть 5G

Еще один недавний тренд — построение более распределенных сетей радиодоступа (RAN) на основе виртуализованной открытой архитектуры (O-RAN). Разукрупнение улучшает сквозную производительность и повышает гибкость развёртывания. Стандарты O-RAN включают функции, способствующие применению 5G mmWave. Если развёртывание 5G mmWave в архитектуре O-RAN упрощает весь процесс, то включение 5G mmWave в сеть O-RAN низко- и среднечастотного диапазона может существенно повысить общую производительность.

В том числе, благодаря стандартизованному разукрупнению, архитектура O-RAN повышает масштабируемость проектов mmWave и расширяет круг потенциальных вендоров. На следующем рисунке показано, что интерфейсы midhaul и fronthaul сети O-RAN разделяют ключевые функции RAN. Такой подход, предусматривающий перенос нечувствительных к задержкам функций в граничное облако, помогает разворачивать более компактные мультисекторные сайты mmWave. Кроме того, появляется возможность использовать стандартное коммерческое оборудование vRAN для периферийных вычислений (mobile edge compute, MEC), что ещё больше повышает гибкость и производительность сервисов mmWave с низкими задержками.

5G mmWave откроет путь к задействованию более высоких частот

С переходом к технологии 5G Advanced (3GPP Release 18 и выше) становится доступным наращивание ёмкости и на более высоких частотах (например, в диапазонах mmWave от 71 до ~100 ГГц и даже в субтерагерцовых диапазонах выше 100 ГГц). Недавние практические и академические исследования подтвердили, что потери на пути распространения при передаче на частотах до 150 ГГц практически не меняются с учётом компенсации начальных потерь на первом метре с помощью направленных антенн. Различия в пределах диапазона при типичных атмосферных условиях составляют примерно 1дБ/100 м, что в современном радиусе действия малых сот 5G mmWave является величиной незначительной. Развёртывание 5G mmWave сегодня осуществит подготовку к беспроводным сетям будущего — это необходимый этап для перехода к 5G Advanced и далее.

5G mmWave — это замечательно. Что дальше?

Это лишь несколько примеров в подтверждение того, что mmWave — это недостающий элемент и дополнительный структурный блок высокопроизводительной системы 5G. Добавление поддержки mmWave к любой сети 5G способно защитить инвестиции в технологии 5G. Благодаря практически неограниченной ёмкости и уникальным возможностям, 5G mmWave мгновенно повышает качество обслуживания пользователей, а короткий период окупаемости инвестиций делает решение очевидным: время для развёртывания mmWave уже пришло. Мобильным операторам, которым ещё только предстоит сделать этот неизбежный шаг, особенно стоит присмотреться к проектам 5G mmWave и начинать внедрение.

Дополнительная информация

Получить ответы на вопросы и узнать, что необходимо для запуска 5G mmWave, на каком этапе развития находится технология, какова будет окупаемость инвестиций при развёртывании сетей, какой функционал поддерживает текущий стандарт, что нас ждет в будущем — можно на специализированном сайте Qualcomm, посвящённом технологии 5G mmWave.

1. Результаты приводятся на основе сравнительного анализа данных Ookla® Speedtest Intelligence® по средней скорости загрузки в диапазонах mmWave, sub-6 и LTE, полученных от крупных американских провайдеров во 2-м квартале 2021 г. Торговые знаки Ookla используются по лицензии и воспроизводятся с разрешения компании.
2. Ericsson Mobility Report, November 2020, https://www.ericsson.com/en/mobility-report
3. Bell Labs Consulting, Сентябрь 2021. Анализ для типичного оператора в Соединённом Королевстве

Qualcomm Fixed Wireless Access Platforms — продукт Qualcomm Technologies, Inc. и её дочерних компаний.

Полный текст статьи читайте на CNews