Что такое 5G? Пятое поколение сотовой связи

G5_Preview_02Сначала это может показаться странным, но за последними новостями о следующем поколении сотовой (она же мобильная или подвижная) связи лучше всего обратиться к китайским источникам, например к газете «Жэньминь жибао», официальному печатному изданию ЦК КПК (Центрального комитета Коммунистической Партии Китая). В текущем году эта влиятельная газета  (тираж 2,8 млн. экземпляров) посвятила сетям 5G сразу несколько публикаций, доступных также и на русском языке. Поэтому сначала ознакомимся с выдержками из этих публикаций, а затем немного разъясним технические вопросы.

G5_01

В публикации от 09-12-2014 (http://russian.people.com.cn/n/2014/1209/c31518-8820223.html ) сказано:    «Китайский лидер телекоммуникационного оборудования Huawei стремится создать глобальный отраслевой стандарт пятого поколения мобильный технологий (5G). И ожидается, что коммерческий уровень 5G будет пущен в эксплуатацию к 2020 году.

Компания Huawei и ее партнеры в начале ноября открыли 5GIC – первый в мире Испытательный центр при университете Суррея. Это международный центр для телекоммуникационных исследований и инноваций с масштабной экспериментальной установкой 5G и специализированными лабораториями. Первые сообщения уже указывают о достижении скорости в 1000 раз быстрее, чем в существующих сетях 4G. Китай начал свои 5G-исследования в 2013 году со стартовыми инвестициями около 300 млн. юаней. Компания Huawei – один из ключевых участников проекта – начала собственные исследования и разработки в 2009 году.  Huawei уже ранее объявляла о развертывании опытной сети 5G к 2018 году и начале коммерческой эксплуатации к 2020 году.»  В публикации от 14-11-2014 (http://russian.people.com.cn/n/2014/1114/c31518-8808882.html ): «Объявив о проверке сети 5G в Великобритании в 2015 году, китайская компания «Хуавэй» на днях в Пекине впервые заявила о концепции технологии 4.5G. Президент линейки продуктов LTE операционного отдела беспроводной связи «Хуавэй» Ван Цзюнь отметил, что 4.5G по-прежнему является частью LTE, предполагается, что использование этой сети начнется в 2016 году. «Ядро 4.5G – это развитие технологии 4G, новая сеть отнюдь не является революционной, основана на 4G», – сказал Президент линейки продуктов LTE операционного отдела беспроводной связи Ван Цзюнь «Хуавэй». По его словам, говоря о сети 4G, которая широко используется в странах Америки и Европы, Китае и Республике Корея, технология 4.5G сделает лучше полосу пропускания, сетевую мощность, а также сократит временные задержки. Конкретнее, можно будет достичь скорости соединения в 100Mbps в любом месте и в любое время. Что могут делать пользователи в эпоху 4.5G? «Простой пример – смотреть видео с разрешением 4K», – сказал Ван Цзюнь. Кроме того, высокие требования к низкой сетевой задержке предъявляют такие приложения Интернет-вещей, как автомобильный интернет и телемедицина. Например, автомобильный интернет и интеллектуальное управление требует менее 10 микросекунд, а нынешняя сеть 4G с задержкой более 60 микросекунд не в состоянии поддержать развитие Интернет-вещей.

Три крупнейших оператора [связи] Китая ускоряют распространение сети 4G. Вплоть до настоящего времени, 331 оператор в 112 странах запустили сеть четвертого поколения. Хотя поставщики услуг Европы, Японии, Республики Корея и США уже начали изучение технологии 5G совместно с соответствующими структурами, однако до официального запуска этой сети, согласно предположениям, придется ждать до 2020 года. Ван Цзюнь считает, что продвижение 4.5G в ближайшие пять лет сможет защитить инвестиции поставщиков услуг, а также помочь им развить вертикальный рынок и сферу Интернет-вещей.»

Немного напомним о предыдущих поколениях (G, Generation) сотовой связи.

G5_Preview_03

1G. 1984 год на основе аналогового стандарта передачи голосовых вызовов. Отечественная система спецсвязи для силовых структур «Алтай» была запущена в Москве в 1963 году, затем развернута еще в 30 крупных городах СССР. Когда в старых советских детективных кинофильмах оперативники из салона «Волги» докладывают что-то по телефону своему начальнику – это и есть «Алтай» с соответствующими сотовыми вышками приемопередающих станций. Аналогичная система в США была запущена на год позже, но была коммерческой, т.е. открытой для всех.

2G. 1991 год на основе цифрового стандарта передачи голосовых вызовов с поддержкой коротких текстовых сообщений (SMS) и передачей данных до 9,6 кбит/с. Другое название – GSM.

2,5G. 1993 год. То же, что и 2G (GSM), плюс увеличение скорости передачи данных сначала до 115

 

кбит/с, затем до 384 кбит/с благодаря GPRS, затем EDGE (2,75G).

3G. 2002 год. Увеличение скорости передачи до 2 Мбит/с. Полный переход на пакетный способ передачи данных как для голосовых вызовов, так и для доступа в Интернет.

3,5G. 2006-2007 год. Очередное увеличение скорости передачи данных до 3…14 Мбит/с.

4G. 2008-2010 год. Очередное увеличение скорости передачи до сотен мегабит в секунду с целью пересылки мультимедийной информации. Основные технологии: LTE-Advanced, WiMAX 2 (IEEE 802.16m) и WirelessMAN-Advanced.

Во всех случаях (от 1G до 4G) мы имеем систему из смежных сот размером до 30…35 км с башней (вышкой) или мачтой высотой 70 м (стандарт) в центре соты. Система является сетью мобильной (подвижной) связи с базовыми станциями (башнями или мачтами), т.е. при перемещении со скоростью до 120 км/час между сотами телефонный вызов не прерывается, равно как и канал передачи пакетных данных. Связь между абонентским устройством (мобильный телефон) и антенной на башне соты производится в разных частотных диапазонах, которыми обычно являются 900 МГц и 1800 МГц (для GSM в России). Стоимость недорогой башни сотовой связи примерно равна 1,6…2 млн. рублей, оборудование базовой станции – примерно 100 тыс. долларов США, плюс подвод электропитания немерянной мощности и прокладка магистральных линий связи.

Одновременно территория страны быстро покрывается цифровой радиосвязью с беспроводными маршрутизаторами WiFi, т.е. точками доступа AP (Access Point). Размер соты в этом случае до 100 м с высотой антенны примерно 15 сантиметров. Система теоретически допускает формирование единой сети, но каждая точка доступа WiFi, как правило, требует собственных реквизитов входа (имя пользователя и пароль), поэтому мобильная (подвижная) связь в этом случае не поддерживается. Зато в частотных диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц (допустимы для WiFi) обеспечивается скорость передачи до сотен мегабит в секунду (в двухдиапазонном режиме). Стоимость маршрутизатора WiFi вместе с антенной 100…1000 рублей, электропитание в пределах 5…10 Вт.

Простое сравнение 3/4G и WiFi показывает, что хорошо бы сделать систему сотовой связи, в которой были объединены достоинства этих двух технологий. Это и будет следующим поколением 5G. Пока еще речь даже не идет об обсуждении предварительных стандартов и если не пользоваться излишне научными терминами «ширина полосы пропускания», «спектральная эффективность соты» и т.д., то очевидно, что нужно сокращать величину соты, переходить в гигагерцовые частотные диапазоны, снижать энергопотребление, повышать количество обслуживаемых абонентов и т.д. В частности, китайская программа 5G (IMT-2020) предполагает нахождение компромисса для следующих целевых параметров:

  • Трафик на одного пользователя от 0,1 до 1 Гбит/с.
  • Плотность трафика в соте: десятки Тбит/с на кв. км.
  • Плотность соединений: до миллионов на кв. км.
  • Допустимая скорость до 500 км/час.

 

Это так называемые граничные параметры, которые нельзя обеспечить одновременно даже теоретически. Пока предполагается найти некоторый компромисс за счет сокращения некоторых величин, чтобы обеспечить одновременное достижение всех параметров этой группы. Все это будет достигнуто не сразу: на первом этапе предполагается простое увеличение объема трафика в 1000 раз без существенного изменения имеющихся технологий и с сохранением обратной совместимости с уже развернутым оборудованием. Именно поэтому первый этап китайцы стали называть 4,5G. Однако в дальнейшем предполагается коренное, революционное изменение технологий доступа, т.е. связи между абонентским устройством и базовой станцией соты. Кстати, Евросоюз вложил в разработку 5G около 50 млн. евро, а только одна китайская компания (Huawei) – 600 млн. долларов США, именно поэтому за новостями о 5G лучше следить по китайским источникам.

Интересные записи