Мережа 5g: огляд, опис і швидкість. Мережа нового покоління 5g
5G, стандарт зв`язку наступного покоління, буде підтримувати Інтернет речей, розумні автомобілі та іншу техніку.
Содержание
Новий стандарт мобільного зв`язку з`явиться не раніше 2020 року, але відповідні специфікації розробляються повним ходом, і стає зрозуміло, що стандарт 5G буде значно відрізнятися від 4G. Йдеться про збільшення швидкості обміну інформацією для мобільних телефонів і планшетів і про безліч інших рішень, у кожного з яких свої власні вимоги.
Пророцтва від Ericsson
Як технологія 5G стане працювати і навіщо вона потрібна, якщо надшвидкий мобільний інтернет існує вже зараз?
На думку компанії Ericsson, майбутнє виглядає так.
Безпілотні і підключені до мережі автомобілі будуть обмінюватися між собою інформацією. У разі аварії автомобіль, що знаходиться найближче до місця події, повідомить про нього всім машинам, які їдуть йому вслід. Це дозволить їм заздалегідь знизити швидкість або, в разі пробки, розрахувати новий маршрут.
Датчики автомобіля будуть більш точно вимірювати погодні умови і відсилати дані через мережу 5G з тим, щоб автомобіль розрахував найкращий маршрут руху.
В області громадського транспорту мережу 5G дозволить в режимі реального часу відслідковувати число очікують пасажирів на зупинках. Водій автобуса пропустить зупинку без пасажирів, а диспетчер направить додатковий транспорт до місць їх скупчення.
В епоху 5G вся домашня електроніка буде взаємозалежна. Якщо раніше при переході з однієї кімнати в іншу доводилося переносити з собою портативний пристрій, щоб продовжувати, наприклад, слухати улюблену радіостанцію, то тепер динаміки в різних кімнатах зв`яжуться між собою і прослуховування продовжиться з перерваного місця. Крім того, можна буде стежити за споживанням енергії кожним пристроєм або дізнатися, скільки електроенергії вироблено сонячними батареями.
Мережа 5G змінить екстрені служби, забезпечивши надійний зв`язок в екстрених ситуаціях і першочерговість повідомлень поліції і екстрених служб. А пожежники в шоломах з камерами будуть транслювати зображення командуванню і отримувати допомогу в складних рятувальних операціях.
5G-технології
У минулому році вдалося упорядкувати їх більшу частину, але підбір технологій, що забезпечують їх практичне застосування, триває.
Серед них:
- надвисокі частоти, досягнення яких раніше здавалося неможливим, забезпечать набагато більшу швидкість;
- що розвиваються системи, пересилаючи дані крихітними частинами, продовжать роботу пристроїв Інтернету речей на багато років;
- зменшення затримок для завдань, які вимагають негайної реакції.
5G-мережу: швидкість
Оцінка збільшення швидкості стандарту 5G в порівнянні з попереднім неоднозначна. Компанії Ericsson вдалося досягти зростання в 50 разів - до 5 Гбіт / с. Samsung вийшов на показник 7,5 Гбіт / с зі стійким сигналом 1,2 Гбіт / с в рухається на високій швидкості автомобілі. Партнерство "Євросоюз - Китай" має намір збільшити швидкість 5G в 100 разів. NTT DoCoMo, японський оператор стільникового зв`язку, спільно з компаніями Alcatel-Lucent, Ericsson, Samsung і Nokia намагається досягти 10 Гбіт / с. А вчені з університету Сюррея припускають швидкість 1 Тбіт / с. Очікується, що за наступні 10 років швидкість мобільних мереж зросте ще в тисячу разів.
Зростання швидкості потребують більш досконалих антен і обладнання, а також розширеного спектру частот. У США процес розподілу даного ресурсу вже почався.
Інтернет речей
Зі зниженням вартості підключення все більше пристроїв має доступ до Wi-Fi. Концепція об`єднання телефонів, кава і пральних машин, навушників, світильників і всього іншого в єдину мережу і називається Інтернетом речей. До 2020 року очікується, що в світі буде налічуватися більш 26 млрд таких пристроїв. А число з`єднань буде ще більше.
Здатність речей «відчувати» за допомогою сенсорів і віддалено виконувати команди знайде застосування в міському плануванні, технологіях «розумного» будинку, системах контролю тепло- і електропостачання, безпеки, моніторингу стану здоров`я, громадському транспорті, рітейлінге.
Інтернету речей потрібна невелика швидкість підключення, але для величезної кількості пристроїв. Вже діють виділені мережі, що використовують вузький діапазон частот, і розробники стандарту 5G хочуть взяти участь в цьому процесі.
Таким чином, телекомунікаційні мережі змушені будуть підтримувати не тільки користувачів мобільного зв`язку, а й «розумні» речі. Управлінню настільки різнорідним трафіком покликаний прийти на допомогу новий стандарт.
затримки
Очевидно, що мережа нового покоління 5G буде підтримувати технології безпілотного транспорту та додатків доповненої реальності. У цьому випадку інформація повинна надходити в реальному часі. Час прийому-передачі в 4G-мережах перевищує 10 мс, що вкрай багато. Майбутній стандарт може повністю змінити мережеву архітектуру з переміщенням місця зберігання даних з дата-центрів в кінцеві вузли, включаючи «розумні» пристрої.
Рухається автомобілю, наприклад, потрібні дані про розташування найближчого транспорту. Існуючі мережі з потоком таких даних вже для трьох автомобілів впоратися не в змозі. Великі затримки при передачі даних вимагають локального розміщення даних.
Передбачається, що чуйність мереж наступного покоління буде максимальною. Затримка в передачі даних не буде перевищувати 1 мс, навіть при швидкості руху терміналу 500 км / ч. Така латентність буде головним рушійним фактором створення нових технологій, таких як управління автотранспортом у міському потоці і хірургічні операції на відстані.
досягти консенсусу
Якщо ситуація з визначенням кола потенційних технологій в 2015 покращився, то самі технології все ще розробляються. Потрібно визначитися з тим, які технології 5G необхідні в першу чергу, а які будуть реалізовуватися після. Навряд чи це станеться в 2016 році.
Незважаючи на відсутність стандарту і впевненості в пріоритеті технологій, компанії-виробники намагаються очолити розробку та втілення в життя технологій 5G, щоб зайняти вигідну позицію в майбутньому.
Компанія Nokia в квітні 2015 р заявила про придбання Alcatel-Lucent за 16,6 млрд доларів США, а американська телекомунікаційна компанія Verizon Wireless заявила, що перша 5G-мережу в США з`явиться вже в 2016 році.
перші ластівки
Уже з`явилися прототипи 5G-мереж. Першу 5G-мережу запустили в Південній Кореї. Компанія SK Telecom представила нову технологію на відкритті дослідницького центру, який займеться її розвитком. А до XXIII зимових Олімпійських ігор 2018 року в Південній Кореї компанія планує побудувати мережу 5G по всій країні.
NTT DoCoMo теж має намір запустити 5G-мережу в Японії до літніх Олімпійських ігор 2020 року в Токіо.
Мережі 5G проти США
Стандарту 5G, як і попередні стандарти, розробляє консорціум 3GPP, а затверджується він ITU, Міжнародним союзом електрозв`язку. Не хочуть залишатися осторонь і виробники. У жовтні 2015 року деякі регіональні групи дійшли згоди збиратися кожні півроку для вироблення спільної позиції щодо стандарту 5G.
Подібна угода була досягнута у вересні 2015 року між Євросоюзом і Китаєм. Ericsson і TeliaSonera дійшли згоди про стратегічне партнерство з метою забезпечити клієнтів стільникового оператора в Таллінні і Стокгольмі доступом до мережі 5G в 2018 р
І зовсім небагато залишилося чекати, коли 5G-мережу запустять в РФ. МТС і Ericsson уклали договір про спільну роботу над технологіями п`ятого покоління, результатом якого буде перша тестова 5G-мережу в Росії на ЧС з футболу в 2018 р, на два роки раніше, ніж 5G-мережу в Японії. Для цього в 2016 р буде реалізований проект LTE-U по використанню LTE на частоті 5 ГГц, використовуваному для підключення точок доступу Wi-Fi. Також буде протестована технологія Ericsson Lean Carrier, яка організовує розподіл трафіку і знижує межсотовие перешкоди, збільшує швидкість передачі і покриття, допомагає в плануванні мережі.
Як видно, країни світу домовляються про співпрацю в цій галузі. Все, за винятком США, які звикли займати лідируючі позиції в усьому.
4,5G готує до майбутнього
Компанія Qualcomm запропонувала технологію 4,5G LTE Advanced Pro, впровадження якої планується протягом наступних чотирьох років. Завдяки цьому компанія зможе підтримувати як більш широкий спектр частот, необхідних для стандарту 5G, так і раніше розгорнуті мережі LTE, що зменшить затримки і збільшить пропускну здатність.
Особливості мережі:
- висока пропускна здатність завдяки об`єднанню спектрів частот;
- підтримка 32 операторів одночасно і збільшення пропускної здатності завдяки об`єднанню частот і розподілу мережевого трафіку між операторами;
- 10-кратне зниження затримки в порівнянні з LTE Advanced при використанні існуючих вишок і частот з 1 мс до 70 мкс;
- використання ресурсу входить лінії зв`язку для потреб виходить;
- збільшення кількості антен на базових станціях для збільшення зони покриття і потужності сигналу;
- підвищення енергозбереження IoT-пристроїв звуженням діапазону до 1,4 МГц і 180 кГц (до 10 років на одній батареї);
- 1 Гбіт / с для обміну інформацією між автомобілями, пішоходами і IoT-пристроїв;
- сканування оточення без включення Wi-Fi або GPS на мобільному пристрої.
технологічні бар`єри
У Фраунгоферовського інституті телекомунікацій в Берліні проводяться досліди з частотами 40-100 ГГц, Samsung використовує в своїх експериментах частоту 28 ГГц, а Nokia - понад 70 ГГц.
Робота пристроїв в міліметровому діапазоні хвиль має таку особливість, як вкрай незадовільний поширення сигналу, потужність якого істотно падає з віддаленням від базової станції. Крім того, інтерференція сигналу може бути викликана навіть тілом людини.
Рішення - MIMO
Вихід полягає в застосуванні технології MIMO (Multiple Input Multiple Output), коли посилають і приймають кілька сигналів одночасно. Зараз вона використовується в LTE і WLAN. Для високих частот застосовується Massive MIMO - технологія оптимізації прийому, коли в мобільних пристроях розміщено десятки невеликих антен і сотні - в передавачі.
Виробник антен SkyCross створив систему MIMO 4x4, яку можна використовувати в терміналі розміром 16x10 см. Це значно більше, ніж у антен для LTE. Наприклад, розміри LG G4 - 15x7,6 см, Samsung Galaxy S6 - 14x7 см, а Apple iPhone 6 Plus - 16х7,8 см. Система MIMO 4x4 не нова - крім терміналів LTE-Advanced, вона застосовується в системах супутникового телебачення, жорстких вимог до її розмірами і енергоспоживанню не висувалося. Таким чином, створення невеликого мобільного пристрою з 4 антенами стане випробуванням для проектувальників.
Розробка портативних терміналів також потребує великих зусиль. За твердженням представника компанія Texas Instrument, що для створення мікросхем, здатних передавати дані на високих частотах, буде потрібно застосування нових технологій.
У 2015 році проект створення 5G-стандарту отримав офіційну назву IMT-2020. Шкода, що в іншому досі не видно кінця процесу.
