Все найважливіше про майбутньому світі 5G: цифри, технології, перші враження

Від безпілотного автомобіля ми відійшли лише на десяток кроків, коли зверху почулося характерне дзижчання і опустився на тротуар дрон. «Хто замовляв латте?» — поцікавився наш гід, обережно виймаючи з контейнера паперовий стаканчик: безпілотник дістався від кафе за пару хвилин, і напій нітрохи не охолов. Так на одному з кампусів компанії Huawei ми доторкнулися до досить близькій вже майбутнього, яке обіцяють нам мережі мобільного зв’язку п’ятого покоління.

Роман Фішман

Перші враження

Зв’язок — це нервова система сучасного суспільства. Але вона розвивається набагато швидше, ніж живі мережі живих нейронів. На наших очах комунікації стали бездротовими, мобільними і змінили вже кілька все більш досконалих поколінь. Кожна така зміна відбивалася і в нашому повсякденному житті. Вже друге покоління систем стільникового зв’язку стало цифровим і загальнодоступним. Системи 3G забезпечили швидкий доступ до Мережі та мобільний інтернет-революцію. З впровадженням технологій 4G ми отримали ще більш швидкісну передачу даних, а з нею — безлімітні тарифи, стрімінг аудіо і відео і звичку постійно залишатися онлайн.

За якісь 20 років з інструментів голосового зв’язку телефони перетворилися в смартфони, термінали доступу в Мережу. Дзвонимо ми тепер куди рідше, ніж спілкуємося онлайн, а якщо і дзвонимо — то вважаємо за краще обходитися IP-зв’язком. За великим рахунком, існуючих швидкостей всім достатньо, тим більше що навіть популярний стандарт LTE реалізує можливості 4G ще не повністю і четвертого покоління є куди рости і розвиватися. Однак за цей же час змінився і навколишній світ. На всіх парах він рухається вперед — і ось вже вуличні знаки у великих містах забороняють польоти дронов, і навіть випробування безпілотних автомобілів викликають мало інтересу у публіки.

Система «Розумне місто» збирає дані багатьох тисяч датчиків, сенсорів і камер. З таким обсягом даних впорається лише 5G.

Китайський Шеньчжень, з деяких пір став Силіконовою долиною світової електроніки, дозволив нам оцінити всі ці перспективи. Купити пачку чіпсів в роботизованому магазині, за товарами і покупцями в якому доглядають відеокамери з алгоритмами машинного зору. Оглянути деталі міської інфраструктури на величезному екрані муніципальної системи управління і моніторингу. Перекусити стравами місцевої кухні, приготованими конвеєром промислових роботів; оцінити якість видеостриминга в режимі реального часу в дозволі Ultra HD і, звичайно, спробувати доставлений дроном латте. Саме ці абоненти з майбутнього — безпілотні автомобілі і дрони, промислові та побутові роботи, системи «розумного» будинку і «розумного» міста — чекають появи наступного, вже п’ятого покоління стільникового зв’язку.

Цікаве в мережі

Чотири технології

Очікується, що мільярди неживих абонентів — дронов, роботизованих автомобілів, вуличних датчиків, «розумної» побутової техніки і т. п. — потребуватимуть підтримки величезної кількості постійно підключених пристроїв і мінімальною (не більш 1 мс) затримки сигналу, недоступною мереж попереднього покоління. «Головне тут — це, звичайно, надвисокі швидкості, відкривають простір і для доповненої реальності, і для віртуальної», — пояснив нам експерт в області мобільного зв’язку Ігор Акулінін. Однак мета ця потребують оновлення всієї інфраструктури зв’язку, починаючи від архітектури базової мережі і до кінцевих терміналів, включаючи смартфони. Ніхто не очікує, що модернізація відбудеться моментально, і в найближчі роки мережі 5G будуть існувати паралельно з 4G, 3G і навіть 2G. Тим не менш нові технології обіцяють поступовий перехід бездротових комунікацій на новий — вже п’ятий — рівень.

Трійка лідерів

Як і над попередніми поколіннями стільникового зв’язку, роботу над 5G веде міжнародний консорціум 3GPP, що об’єднує найбільші телекомунікаційні компанії, технічні організації та асоціації. Сьогодні в рамках 3GPP діють три групи, що виробляють специфікації базових мереж (CT), сервісів (SA) і бездротового зв’язку (RAN). Тим часом провідні виробники вже демонструють обладнання і смартфони і навіть розгортають перші мережі 5G. В 2019-2020 роках цей процес повинен придбати глобальний масштаб.

На кампусах Huawei щосили йде відпрацювання нових рішень та послуг на базі 5G-звязку.

Битва за частоту

Російський «Союз LTE» пропонує виділити для мереж 5G три діапазони: 694-790 МГц, який дозволить забезпечити покриття за межами міст; 3,4−3,8 ГГц — для мегаполісів і 24,25−29,5 ГГц — для точкового покриття в місцях найбільшого скупчення людей. На жаль, сьогодні ці діапазони здебільшого зайняті. У першому працюють системи радіозв’язку і супутникових комунікацій; міліметровий діапазон (24,25−29,5 ГГц) зайнятий межспутниковой зв’язком і службами зондування Землі. Смуга близько 700 МГц використовується аеропортами і телебаченням. Поступове згортання аналогового телемовлення в Росії має частково звільнити потрібний діапазон. Розчистити інше простір пропонується серією хитрих заходів, від переведення частини сервісів на інші частоти і до перенесення деяких станцій космічного зв’язку за межі міст, де мережі 5G не будуть заважати їх роботі.

Види зв’язку, що займають важливі для 5G частоти в РФ

Однак погодити використання смуг 3,4−3,8 ГГц і 24,25−29,5 ГГц не вдається з-за опору ФСТ і Роскосмосу. З їх точки зору, переведення на альтернативні частоти вже використовуються систем зв’язку насамперед супутникової — виглядає майже нездійсненною задачею. Можливо, вирішити проблему дозволить пропозицію Мінкомзв’язку: виділяти потрібні частоти не в масштабах всієї країни, а на 5G-обслуговування конкретних зон, наприклад «Сколково» або “Москва-Сіті”. Поки ж ситуація залишається підвішеною, і використовувати відповідні частоти (у смузі 3,4−3,8 МГц) може лише «Мегафон», тестував свою 5G-мережу під час минулого літа 2018 року чемпіонату світу з футболу.

Massive MIMO

«Множинний вхід, множинний вихід» (Multiple Input Multiple Output, MIMO) вже застосовується для збільшення пропускної здатності мереж LTE і Wi-Fi: прийом і передача виробляються з допомогою системи з двох і більше антен, які дозволяють пересилати дані декількома паралельними потоками. Розвитком технології в мережах 5G стане Massive MIMO, використовує на стороні базової станції сотні антен, організованих у фазированную антенну решітку (ФАР). Контролюючи амплітуду і фазу сигналу кожної антени, можна змусити їх интерферировать один з одним так, щоб хвилі посилювалися точно в області приймача. ФАР дозволяє розбивати масив «фізичних» антен на кілька працюючих окремо «логічних», подібно тому як простір фізичного жорсткого диска комп’ютера можна розділити на потрібне число логічних дисків.

Beamforming

Якщо звичайна антена випромінює в усі боки, немов світиться лампочка, то робота ФАР нагадує скоріше невеликий ліхтарик, вузький промінь якого витрачає енергію набагато економніше. Спрямований сигнал може відбиватися від оточуючих предметів і досягати навіть об’єктів за межами прямої видимості. Таку можливість використовують технологія адаптивного формування діаграми спрямованості (Beamforming): реєструючи сигнали, що приходять на приймач різними шляхами, система автоматично обчислює положення відправника в просторі. Навіть якщо абоненти знаходяться в русі, технологія відстежить їх переміщення і підбере оптимальний шлях для зв’язку з кожним з них, при необхідності відображаючи сигнал від стін та інших перешкод.

Малі соти

Заради збільшення пропускної здатності в мережах 4G можуть використовуватися малі точки доступу, які сягають у розмірах до мікро-, піко – і навіть фемтостільників. На відміну від звичних «повнорозмірних» базових станцій, вони здатні охопити простір радіусом лише сотні, а то й десятки метрів і встановлюються в тунелях метро, всередині приміщень, на вулицях — невисоко на стовпах і будинках. У мережах 5G безліч малих сот доповнять кожну велику базову станцію. Мережі нового покоління будуть використовувати короткі діапазони хвиль, здатні поширюватися не надто далеко; радіус дії базової станції виявляється невеликий, і встановлювати їх доведеться частіше.

Міліметрові хвилі

Сучасного мобільного зв’язку стає тісно в межах виділених частот, і мережі 5G отримують додаткові частоти — тепер у більш короткому, міліметровому діапазоні радіохвиль, від 30 до 300 ГГц. Їх довжина (1-10 мм) на порядок менше, ніж у звичайних для мобільного зв’язку сантиметрових хвиль. Вони дозволяють передавати більше даних, хоча поширюються зовсім не так далеко і легко екрануються. Допомогти в їх передачу повинно розгортання щільної мережі малих сот. В малонаселених місцевостях цей процес може затягнутися, проте інженери вже працюють над технологіями, що дозволяють передавати мікрохвильовий сигнал на більшу відстань, поки що аж до декількох кілометрів.

Huawei (КНР)

Ключовий учасник створення технологій 5G, в 2018 році Huawei сильно постраждав від політизованого відношення до економіки і технологій, від санкцій з боку західних країн і звинувачень у шпигунстві. З «міркувань безпеки» США, Індія і кілька інших країн заборонили Huawei поставку обладнання 5G. Тим не менш китайський гігант може похвалитися масою істотних патентів в цій області і більш ніж 20 контрактами з мобільними операторами на розгортання 5G-мереж по всьому світу. Восени 2018 роки спільно з операторами-партнерами компанія запустила досвідчену зону 5G в «Иннополисе» під Казанню, а в Москві випробувала «голографічний зв’язок» через мережу п’ятого покоління.

Цікаве в мережі

Qualcomm (США)

Патріарх телекомунікацій, Qualcomm залучений у розробку всіх аспектів 5G-технологій, від архітектури базових мереж до дизайну мобільних пристроїв. У 2016 році корпорація представила перший модем нового покоління X50 5G, а в 2018-му — антени для смартфонів і платформу Snapdragon 855 з підтримкою 5G; очікується, що вона буде використовуватися на флагманських моделях Samsung, Xiaomi і LG, які з’являться вже в 2019-м. В партнерстві з Samsung корпорація веде розробку малих сот.

Samsung (Південна Корея)

Глобальний лідер ринку смартфонів створює і надає також обладнання для операторів зв’язку. У 2018 році корпорація уклала відповідні угоди з великими американськими провайдерами Verizon і AT&T буде брати участь у розгортанні їх 5G-сервісів. І, зрозуміло, вона забезпечує «рідну» SK Telecom; у грудні 2018 року SKT і інші найбільші корейські оператори зв’язку запустили мережі 5G в комерційну експлуатацію.

Ігор Акулінін, інженер зв’язку, старший бізнес-консультант Huawei: «5G — це не про далеке майбутнє. Про це зараз: обладнання для мереж вже готове, є чіпсети і термінали, в 2019 році з’являться і смартфони, є і перші комерційні бізнес-кейси. Скоро ми побачимо перші комерційні мережі 5G, а в 2025-му, за прогнозом авторитетної організації GSMA Intelligence, в них буде 1,3 млрд підключених пристроїв, за винятком датчиків «інтернету речей». Підготовка до розгортання 5G активно йде і в Росії. І хоча з-за труднощів у частотному забезпеченні навряд чи ми опинимося в першій хвилі запусків, впевнений, що російські оператори, вже продемонстрували великі успіхи в якості зв’язку та її доступності, і 5G покажуть результати на рівні світових стандартів».

Стаття «Все найважливіше про майбутньому світі 5G: цифри, технології, перші враження» опублікована в журналі «Популярна механіка»
(№3, Березень 2019).
Источник