Технология 5G: новые возможности и новые проблемы

Прогресс не стоит на месте: люди требуют высокие скорости доступа в Интернет, а благодаря IoT всё большее количество оборудования «желает» подключиться к глобальной Сети. Как решить обе проблемы разом? Рассмотрим далее.

Время от времени СМИ по-настоящему радуют новостями о приближающейся эпохе 5G. Клиентов подкупает заявляемая высокая скорость доступа. Альянс мобильных сетей следующего поколения (NGMN – ассоциация мобильных операторов, поставщиков, производителей и научно-исследовательских институтов) определяет следующие требования:

  • Скорость передачи данных – десятки Мбит/с для десятков тысяч пользователей одновременно.
  • Скорость передачи данных 100 Мбит/с в условиях мегаполисов.
  • Скорость передачи данных 1 Гбит/с одновременно для многих пользователей на одном этаже.
  • Одновременное подключение сотен тысяч беспроводных датчиков.
  • Более высокая спектральная эффективность по сравнению с 4G.
  • Улучшение охвата.
  • Повышение эффективности передачи сигнала.
  • Значительное снижение задержки по сравнению с LTE.

Частотный спектр, одобренный FCC 14 июля 2016 года, включает частоты 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц.

Стоит отметить, что 5G существует только в виде пятнадцатого релиза спецификаций и в периодических тестах производительности, например как в Японии.

Япония тестирует 5G

Японский оператор мобильной связи NTT docomo построил 5G-сеть, способную транслировать видео в формате 8K для VR-очков, сообщает интернет-ресурс telecomstechnews.com.

Многие из нас только начинают осваивать 4K-изображение, но технологии продолжают развиваться и разрешение 8K станет следующим для больших экранов. Для справки: экран в разрешении 8K по количеству пикселей равен четырем экранам в разрешении 4K (8192 × 5120, соотношение сторон 16:10, 41.9 Мегапикселей).

Система вещания позволяет транслировать VR-контент с высоким графическим разрешением из любого места, используя 5G-сети. Решение состоит из 8K 3D-камеры с возможностью записи видео на 360 градусов, сферического 3D-микрофона Yamaha с 64 каналами аудиозаписи, нескольких серверов обработки данных и базовой станции 5G. Отметим, что 3D-камера вещает 9 видео в формате 4K одновременно. В качестве клиентского оборудования предлагается использовать Oculus Quest.

Система в сборе выглядит так:

Рисунок 1. Система 5G + VR
Рисунок 1. Система 5G + VR

Для реализации поставленной задачи с учетом требований к обработке видео и аудиопотоков, а также с учетом возможностей полосы пропускания, NTT Docomo использовали новый видеокодер 8K с 60FPS для ограничения нагрузки.

Несколько серверов обработки данных в режиме реального времени преобразуют 9 видеопотоков 4K 3D-камеры в 2 потока с разрешением 8K в формате 3D с панорамой в 360 градусов. Другой сервер преобразует 64 звуковых канала 3D-микрофона в 36 каналов 3D-звука. Затем все это сжимается и синхронизируется для потоковой передачи через 5G.

Технология виртуальной реальности только развивается. Долгое развитие обуславливается не только высокими требованиями к аппаратной части, но и массивностью самих устройств. В таких условиях сложно говорить о мобильности, ведь никто не хочет быть «прикованным» к ПК проводами или постоянно находиться в поисках отличного сигнала Wi-Fi.

Публичное тестирование 5G в Великобритании

Потрясающая новость от компании Vodafone. В аэропорту Манчестера запущено публичное тестирование доступа по технологии 5G. Специально для этих целей оператор связи разместил в терминале аэропорта портативный маршрутизатор Gigacube (рисунок 2), работающий по технологии Massive MIMO. Ее характерной особенностью является использование многоэлементных цифровых антенных решеток. Говоря простым языком, пользовательских терминалов всегда будет много меньше, чем антенн базовой станции.

Рисунок 2. Внешний вид Gigacube
Рисунок 2. Внешний вид Gigacube

Также Vodafone использует 5G Blast Pod. Использование Wi-Fi позволяет посетителям получить представление о 5G с помощью существующих устройств.
Пользователям предоставляется бесплатный допуск к службе NOW TV. В качестве примера предлагается скачать эпизод из недавней серии Tin stars за 45 секунд, а всю серию – примерно за 6 минут. В сети 4G это заняло бы более 26 минут.

Компания Vodafone планирует расширение в другие крупные аэропорты и железнодорожные станции по всей Великобритании.

Перспективы и обещания 5G в США

T-Mobile в своем блоге заявляют о борьбе с Cableopoly (от Cable – кабель и monopoly – монополия) и уверяют, что смогут создать альтернативу классическому ШПД даже в сельской местности.

Реклама на Компьютерре

Мотивацией этому служит отчет FCC, в котором говорится, что 28,9% городских частных домов и 61,1% частных домов в сельской местности подключены только к одному поставщику услуг либо не имеют доступа к Интернет вовсе. Говорить о высокоскоростном доступе вообще не приходится. В деталях отчета говорится, что 45% частных домов в городах и 76% частных домов в сельской местности не имеют высокоскоростного доступа либо услуги предоставляются только одним оператором.

Согласно бизнес-плану, к 2024 году T-Mobile собирается подключить к услугам ШПД средствами 5G более 9,5 млн абонентов.

В ближайшее время компания планирует начать установку беспроводных 4G-маршрутизаторов, работающих в сети LTE T-Mobile. Согласно этому пилотному проекту под названием Home Internet пользователям бесплатно доставляют маршрутизатор T-Mobile In Home. Задача пользователя проста: распаковать оборудование и включить в сеть. В перспективах подразумевается модернизация маршрутизатора до 2,5 ГГц частотного спектра и возможность работы в 5G-сетях.

А что с 5G в России?

В России тоже проходят испытания. По данным информационного портала hi-tech.mail.ru, в апреле 2017 года компания МТС провела ряд тестов на московском стадионе «Открытие Арена». Базовая станция, работающая в диапазоне 14,5–15,3 ГГц, передала сигнал на движущийся прототип смартфона на скорости до 25 Гбит/с. Достигнутая скорость позволяет скачать часовой фильм в HD-качестве менее чем за 3 секунды.

Двумя месяцами позже компания «Мегафон» совместно с Huawei обновили рекорд скорости, достигнув предела в 35 Гбит/с. На своем форумном стенде компании показали в действии базовую станцию 5G с режимом TDD в частотном диапазоне 70 ГГц (E-Band) с шириной полосы 2 ГГц, сообщает портал hi-tech.mail.ru.

Конкуренция

После публикации результатов тестирования полосы пропускания интернет-сообщество начало активное обсуждение конкуренции 5G с «проводными» операторами ШПД и Wi-Fi. Пользователь спросит: «Зачем мне провода, когда беспроводной доступ в несколько раз быстрее?»

Технические специалисты различных организаций в беседах на профильных интернет-форумах приводят контраргументы:

  • Частоты, используемые в радиоэфире, ширина канала, количество клиентов накладывают собственные ограничения на работу беспроводных базовых станций, особенно в режиме TDD.
  • Радиоэфир – общая среда, и она не дает никаких гарантий ни для скорости, ни для работоспособности, в отличие от волоконно-оптического или медного кабеля.
  • Соты операторов связи также требуют создания радиорелейных линий для связи с дата-центрами и между собой.
  • LTE уже сейчас выдает скорость более 100 мегабит/с, и массовый отток не наблюдается.
  • Маршрутизаторов для раздачи LTE не так и много. Настройка связки «модем + беспроводной маршрутизатор» слишком сложна для большинства пользователей.
  • Никакого 5G пока нет и не будет как минимум до 2024 года.

Специалисты в области радиотехники акцентируют внимание, что указанные рекорды скорости были достигнуты на высоких частотах 15 и 70 ГГц, тогда как сотовая сеть работает в диапазонах от 453 до 2690 МГц. Как следствие, современные клиентские мобильные устройства не смогут работать в сетях 5G на заявленных скоростях. А что же у операторов связи?

Замена оборудования

Операторы связи будут вынуждены внести масштабные изменения в структуру своих сетей. Для достижения заявленных скоростей на вышках сотовой связи нужно будет заменить базовые станции и антенны, а также РРС (оборудование радиомостов между вышками). Вполне ожидаемо, что будут установлены дополнительные мачты сотовой связи.

Самые масштабные и дорогостоящие изменения произойдут внутри сети операторов. Привычная инфраструктура оператора сотовой связи, изображенная на рисунке 3, в скором времени устареет, и ей на смену придет новая. Предполагаемый процесс движения от раннего 5G к полному покрытию изображен на рисунке 4.

Рисунок 3. Схема сети сотового оператора
Рисунок 3. Схема сети сотового оператора
Рисунок 4. Процесс перехода к полному 5G
Рисунок 4. Процесс перехода к полному 5G

Подразумевается, что ядро сети потребует обновления таких элементов, как BRAS, DPI, биллинг, CG-NAT, DNS- и DHCP-серверы. Причин несколько:

  • заявленные ранее скорости доступа;
  • внедрение двойного стека IPv4 и IPv6, раз обещали поддержку интернета вещей.

Следует обратить внимание, что ожидается изменение порядка идентификации. Так называемый 5G Subscription Permanent Identifie (согласно концепции) поглотит IMEI и дополнится новыми сетевыми идентификаторами наподобие MAC-адреса. На смену старому IMEI придет PEI (Permanent Equipment Identifier) – постоянный идентификатор оборудования.

Заключение

5G-сети и технологии виртуальной реальности открывают новые возможности в различных видах деятельности, будь то видеоигры, трансляция концертов и спортивных передач, медицинские операции и многое другое. Если для абонента 5G это сплошные преимущества, то для операторов связи – новые проблемы и задачи, которые уже сейчас можно начать решать заменой оборудования и программного обеспечения сетей данных.

Решения российских производителей для операторов связи, такие как СКАТ DPI от компании VAS Experts, готовы к модернизации сетей под любые скорости. Возможность масштабирования производительности обусловлена использованием стандартных x86-серверов, скорость обработки трафика может достигать 3,84 Тбит/с. Стоимость решения не зависит от курса доллара, так как разрабатывается в России, а круглосуточная техническая поддержка может оперативно решить любой вопрос или проблему.