Что мы знаем о 5G-сетях
Эксперты прогнозировали массовое внедрение мобильной связи пятого поколения не раньше 2020 года, но работы идут с опережением. Стандарты 5G могут быть утверждены уже в течение ближайшего года, а тестовый запуск сети для обычных пользователей состоится в 2018 году.
Об ожиданиях по поводу сетей пятого поколения — оправданных и не очень — расскажем под катом.
На сегодняшний день большинству пользователей хватает 4G, поэтому целесообразность инвестиций в 5G у многих вызывает сомнения. Тем временем разработчики утверждают, что для развития «Интернета вещей» (IoT), распространения беспилотных автомобилей и инструментов виртуальной реальности недостаточно существующих стандартов. Качественное взаимодействие элементов IoT между собой и с пользователями потребует высокой скорости и предельно малой задержки. Благодаря этому «умные» автомобили смогут своевременно анализировать дорожную ситуацию, а VR-сервисы — передавать огромные потоки информации от множества датчиков и строить модели в реальном времени.
Фанаты новых технологий ждут появления нового стандарта, как адепты Apple — новый iPhone: все гадают, каким он будет. В сообществе успел сформироваться набор мнений о том, на что будут способны сети пятого поколения. Разбираемся.
Предположение 1: 5G-сети будут только в городах. Спойлер: пока да.
Миллиметровые волны, позволяющие в десятки раз повысить скорость передачи данных, не проникают сквозь монолитные препятствия и быстро затухают в атмосфере. Чем выше частота, тем меньше расстояние, на котором возможна уверенная передача. Обычный Wi-Fi-роутер на частоте 5 ГГц в панельном доме с трудом обеспечивает связь в одной квартире. Но менее высокие частоты (используемые в сетях 3G и 4G) уже заняты.
С одной стороны, технологию можно использовать и в таком виде. Например, для обеспечения связи на открытом стадионе. Однако в реальных городских условиях прототипы 5G сетей показывали неудовлетворительные результаты. Вышки, которые обеспечивали сотовую связь предыдущих поколений, могли передавать сигнал на большое расстояние, а в архитектуре 5G используют small cells, которые ранее применялись в обычной передающей технике для локального усиления сигнала. Максимальное расстояние от антенны до клиентского устройства в этом случае едва ли сможет превысить сотни метров.
Сейчас «малые соты» планируется повсеместно установить в городах: в привязке к крышам и столбам. Вне городов построение сети «малых сот» пока кажется нецелесообразным.
Предположение 2: даже в городах покрытие будет некачественным. Спойлер: нет.
Итак, чем выше частота, тем труднее сигналу добраться до клиентского устройства без искажений. Был предложен подход, комбинирующий возможности современных и будущих сетей. Речь идет об использовании таких технологий передачи данных, как MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output), SCMA (Sparse Code Multiple Access) и F-OFDM (Filtered OFDM).
Технология MU-MIMO обеспечивает одновременную передачу независимых потоков данных разным пользователям. Это повышает эффективность использования частотного спектра, увеличивает скорость передачи данных и количество одновременных подключений. Раньше MIMO служила для оптимизации LTE и Wi-Fi, но только для двух-четырех потоков сигналов. В 5G используют технологию Massive MIMO, позволяющую размещать десятки маленьких антенн в мобильных устройствах и сотни — в передающей станции. Конфигурация станции Massive MIMO включает 128 антенн. Для сравнения обычная станция оснащена 8 антеннами — очевидно, что с увеличением числа антенн технология дает более впечатляющий результат.
Massive MIMO позволяет адаптировать передачу сигнала в условиях высотных зданий. Передача данных производится с применением сложного алгоритма цифровой обработки сигналов, направляющего отдельные потоки данных в области пространства.
Помимо этого различные компании применяют собственные разработки для 5G. Так специалисты Samsung в сети 5G при движении на скорости 110 км/ч достигли передачи данных на скорости 1,2 Гбит/с. Для этого они использовали «Гибридную адаптивную технологию массивов» (Hybrid Adaptive Array Technology). Ericsson в своих испытаниях использует десятки и сотни антенн для передачи множества потоков MIMO.
Huawei делает ставку сразу на несколько технологий: F-OFDM и SCMA.
SCMA — метод кодовой модуляции сигналов при обеспечении многостанционного доступа, основанный на разреженных кодах. Он позволяет соте обслуживать в 2,7 раза больше пользователей по сравнению с 4G и снижает задержку в сети.
F-OFDM — сигнал OFDM с универсальной фильтрацией внеполосных излучений. Метод OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием) — был предложен еще в 1966 году. Мы о нем подробно уже писали. А вот современные версии метода предлагают использование в 5G неортогональных сигналов.
Предположение 3: сети предыдущих поколений станут не нужны. Спойлер: нет.
Следует учитывать, что 5G — это не технологическая панацея, после внедрения которой 4G- и 3G-сети будут ликвидированы. Наоборот, сети предыдущего поколения, особенно Wi-Fi, будут использоваться в тандеме с 5G. При этом будет обеспечено бесшовное переключение между сетями с одним устройством, одной сим-картой и на одном тарифном плане. Например, технология License Assisted Access (LAA) уже сейчас позволяет работать на частотах Wi-Fi, когда те не задействованы основными потребителями.
Более того, для многих задач вполне достаточно и 4G: к примеру, для классического взаимодействия между пользователями и даже для работы IoT-устройств, которые передают небольшие объемы информации и редко. Они не требуют высокоскоростных подключений и могут работать с сетями невысокой пропускной способности.
Предположение 4: это здорово, но пока нереально. Спойлер: нет.
Этим летом в США появился один из главных центров развития 5G. Федеральная комиссия по связи США разрешила установку тестовых базовых станций и вышек без специального согласования. Это сэкономит разработчикам связи пятого поколения время на строительство тестовых сетей.
В июле 2016 года комиссия открыла следующие диапазоны для использования в сетях 5G: 28 ГГц (27,5–28,35 ГГц), 37 ГГц (37–38,6 ГГц), 39 ГГц (38,6–40 ГГц), 64–71 ГГц (оставив возможность в будущем добавить частоты выше 95 ГГц). США стала первой страной, предоставившей операторам связи такую возможность.
Корпорации также ведут интенсивные работы. Nokia выступила с заявлением, что уже подготовила базовые станции AirScale Radio Access, полностью поддерживающие 5G. Большая часть функциональности этих станций реализована программно.
В 2016 году в Канаде Bell совместно с Nokia успешно завершили первые испытания работы беспроводных мобильных сетей пятого поколения. В этом эксперименте использовался диапазон 73 ГГц.
Также в этом году Vodafone и Huawei провели тестирование технологии 5G, разогнав сеть до 20 Гбит/с (для одного устройства). Тесты охватывали однопользовательскую SU-MIMO (Single User Multiple Input Multiple Output) и многопользовательскую MU-MIMO (Multi User Multiple Input Multiple Output) передачу данных в диапазоне частоты 71—76 ГГц, 81—86 ГГц и 92—95 ГГц.
Компания Ericsson в начале года показала первое устройство, поддерживающее 5G. Это 150-килограммовый телефон, нашпигованный экспериментальными компонентами, который питается от огромной батареи. Следующий шаг — миниатюризации аппарата. В Ericsson также заявили, что добились устойчивого приема сигнала на скорости 7 Гбит/с в движущемся автомобиле с помощью MU-MIMO и Beamforming. По планам компании Ericsson услуги 5G-связи в Европе будут доступны в 2018 году, а первые тестовые запуски начнутся уже в 2017 году.
Компания SK Telecom обещает организовать 5G-связь к зимней Олимпиаде 2018 года в Южной Корее, Verizon планирует реализовать пробный проект в США уже в 2016 году. В России тестовые запуски собирается провести «Мегафон» во время чемпионата мира по футболу в 2018 году.
Здоровая конкуренция среди разработчиков, корпораций и государств нарастает день от дня. Сеть 5G уже не кажется фантастическим будущим и обещает стать эффективным инструментом для бизнеса и пользователей.
