Особенности систем мобильной связи пятого поколения

Введение
Технологии 5G не просто новый стандарт мобильной связи, внедрение сетей 5-го поколения в долгосрочной перспективе преобразует наше восприятие мира и приведет к социальной трансформации общества. Если сотовые сети первого поколения 1G давно исчезли, то сети 2G, 3G и 4G до сих пор продолжают эксплуатироваться. Более того, некоторое количество унаследованной инфраструктуры сетей 3G и 4G органично войдёт в состав мобильных сетей пятого поколения 5G.
Основная информация
Рассмотрим для начала саму технологию 5G, а именно данная технология действует на основе стандартов телекоммуникаций (5G/IMT-2020), реализованных на существующих стандартов 4G/IMT-Advanced. Являются телекоммуникационным стандартом нового поколения. В июне 2015 года Международный союз электросвязи (МСЭ) разработал план развития технологии и определил её название — «IMT-2020» — Высокоскоростной интернет по технологии 5G. Федеральная комиссия по связи США (FCC) в преддверии выхода на рынок 5G-технологий начала пересмотр действующих 4G-стандартов, утверждённых ITU-T. Так, своим решением 14 июля 2016 года FCC одобрила спектр частот для 5G, включающий частоты 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц
Поскольку базовые станции и мобильные устройства потребуют для 5G-стандартов новых и более быстрых процессоров и программных приложений, ведущие производители носителей информации, такие как Advanced Semiconductor Engineering (ASE) и Amkor Technology, Inc., готовились к производству соответствующей продукции.
По оценкам представителей NGMN, 5G-сети для бизнес-аудитории и рядовых пользователей должны были быть развернуты в 2018 году.
В 2020г компания Nokia достигла рекордной скорости 5g при 800 МГц 4,7 Гбит\сек ~590мб\сек.
В России первые тесты технологии Pre-5G проведены в июне 2016 оператором связи « HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B3%D0%B0%D0%A4%D0%BE%D0%BD" \o "МегаФон" МегаФон» совместно с  HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Huawei" \o "Huawei" Huawei. В сентябре МТС при тестировании на канале связи с частотой 4,65—4,85 ГГц была достигнута скорость передачи данных 4,5 Гбит/с при полосе 200 МГц.
Технологии 5G должны обеспечивать более высокую пропускную способность по сравнению с технологиями 4G, что позволит обеспечить большую доступность широкополосной мобильной связи, а также использование режимов  «устройство к устройству», прямое соединение между абонентами, сверхнадёжные масштабные системы коммуникации между устройствами, а также меньшее время задержки, скорость интернета 1—2 Гбит/с, меньший расход энергии батарей, чем у 4G-оборудования, что благоприятно скажется на развитии Интернета вещей.
Сравнение всех плюсов и минусов технологии с предшествующими
Если сравнивать новые технологии обеспечивающие более высокую пропускную способность и технологии созданные до этого, то с прогрессом реализуется доступность широкополосной мобильной связи и использование режимов прямого соединения между абонентами, масштабные системы коммуникации являются сверхнадежными со скоростью интернета от 1 до 2 Гбит/с, также меньше расход электроэнергии чем у других подобных технологиях, благоприятно скажется на дальнейшем развитии всех технологий связанных с Интернетом. [1]
Для полного понимания плюсов данной технологии произведём сравнение технологий разных поколений.
Таблица 1. Сравнение технологий
3G 4G 5G
Средняя скорость 6 Мбит/с 15Мбит/с 10Гбит/с
Год выпуска 2004-2005 2006-2010 2020
Диапазоны частот в России 450 МГц 720-750 МГц 8-4,99ГГц и 27,1-27,5 ГГц
Задержка (латентность) 100-500 миллисекунд 50 миллисекунд <10 миллисекунд
Источник: анализ автора
Суть технологий пятого поколения заключается в реализации и внедрение сетей в долгосрочной перспективе, которые в свою очередь изменят наше восприятие мира и даст толчок социальному развитию общества. После реализации и внедрения изменится характеристика сетей:
в среднем скорость передачи будет увеличена в 40 раз;
а себестоимость доставки будет уменьшится в 30 раз.
Консорциум 3GPP начал формирование спецификации 5G-NR (NR – New Radio, является технологией радиодоступа для сетей подвижной связи пятого поколения). Стандартами и спецификациями 3GPP созданными участниками рынка и учитывают самые разные бизнес - задачи, у каждой из которых, конечно же, есть свои специфичные требования. Так, рекомендация 3GPP TR 38.913 определила следующие ключевые показатели сетей нового поколения:
Пик скорости передачи на линии вниз (Downlink) 20 Гбит/с (спектральная эффективность 30 бит/с/Гц);
Пик скорости передачи на линии вверх (Uplink) 10 Гбит/с (спектральная эффективность 15 бит/с/Гц);
Минимальная задержка в подсистеме радиодоступа для сервисов URLLC — 0,5 мс, для сервисов eMBB — 4 мс;
Максимальная плотность подключенных к сети в городских условиях устройств из мира IoT – 1'000’000 устройств/кв.км;
Автономная работа устройств из мира IoT без подзарядки аккумулятора в течение 10 лет;
Поддержка мобильности при максимальной скорости передвижения объектов 500 км/ч.
Технологическая гетерогенность является инновационным технологическим принципом в мобильных сетях последних поколений (четвёртое и пятое поколения сетей) построения 5G (HetRAT) состоит в теории одновременного использования сетей радиодоступа на различных радиотехнологиях 5G/4G/WLAN.
мультидиапазонность;
мультитехнологичность;
многоуровневость.
Потенциал технологий пятого поколения
Рассмотрим потенциал пятого поколения, а именно телекоммуникационные компании по всему миру готовятся вложить в сети 5G десятки миллиардов. По прогнозам исследовательской компании IDC, в период до 2022 года провайдеры услуг мобильной связи на развертывание сетей 5G суммарно потратят почти 57 млрд долларов. И хотя ожидаемые выгоды будут подстегивать эти инвестиции, остаются проблемы, которые необходимо будет решить, если компании намерены добиться достаточного возврата на инвестиции. Для того чтобы получить возврат на свои инвестиции в 5G, операторы, как правило, используют три способа. Они идут по пути поиска новых источников дохода, сокращения затрат и улучшения качества обслуживания клиентов:
Поиск новых источников поступления доходов. Способы конкуренций на новых рынках.
Сокращение затрат. Повышение уровня автоматизации процессов планирования и эксплуатации сетей.
Улучшения качества обслуживания клиентов. Увеличения отклика интернета, адаптация особенностей каждой категории клиентов реализуется с помощью «сегментирование сети», которые позволяют операторам выполнять горизонтальную нарезку сетевых ресурсов и обеспечивать различные технические характеристики для разных вариантов применения и разных видов услуг.
После реализации подключения 5G можно выделить некоторые сценарии развертывания сетей и применяемых частотных полос. На данной территории размещена технология Network Slicing реализованной спецификацией 3GPP. Данная спецификация реализует возможности операторов разворачивать изолированные друг от друга сети, которые будут выделяться под разные задачи и тематику.
Таблица 2. Сценарии применения частотных диапазонах
Частоты Ширина полосы Сценарии Характеристики
выше 7 ГГц (FR2) 800 МГц eMBBСверхвысокая скорость, маленькое покрытие и только на улицах
2 ГГц…7 ГГц (FR1) 100 МГц eMBB, URLLC, mMTCВысокая скорость, широкое покрытие на улицах, удовлетворительное покрытие в помещениях
< 2 ГГц (FR1) 20 МГц eMBB, URLLC, mMTCСредняя скорость, вездесущее покрытие на улицах и в помещениях
Источник: Анализ сценариев автором
Все полученные данные будут весьма полезны для разработки и оптимизации многих пользовательских сценариев. В процессе изучения и тестирования нового поколения (которое на данный момент уже запущенно в некоторых странах мира) реализовывается оптимизация и реализация данной технологии. Рассматривается множество факторов влияющих на саму концепцию работы подключения.
Перспектива внедрения и реализации 5G технологий
Выделим, что данное внедрение и реализация сетей организует рост рынка FWA (Fixed Wireless Access). С местами куда не дошло высокоскоростное покрытие пятого поколения по каким либо причинам работают производители CPE (Customer Premises Equipment) обеспечивающие высокоскоростным интернетом жителей данной «отдельной» территории. Обычно в удаленных территориях проводят оптоволоконный интернет. Но 5G FWA создаёт весомую конкуренцию и угрозу этому сектору бизнеса. Ведь с появлением данного подключения само качество широкополосного интернета не будет уступать оптоволоконному интернету, а про стоимость подключения можно и не говорить, ведь цена будет кардинально отличаться, в том случаи исключаются монтажные работы (связанные с проведением кабеля) и дальнейшая настройка у каждого абонента в поочерёдном порядке. Если устанавливать CPE, то можно выделить, что его подключение также легка как и установка роутера и практически не требуется в обслуживании.
После введения распределения сетей рынок проводного интернета кардинально преобразуется и найдём своё дальнейшее применение, но уже не будет таким востребованным как в настоящее время. Как описано в прогнозах экспертов SNS Telecom «К 2030 году через сервис FWA посредством 5G будут»:
реализованы подключения около 345 мл. абонентов;
введены в практическую эксплуатацию устройства CPE в размере свыше 90 мл. единиц.
Учитывая географические особенности России, а именно протяжённость территорий , то услуги предоставляемые сервисом могут быть весьма востребованными на старте развертывания новых сетей. [2]
Рисунок 1. Число подключений FWA с использованием 5G
Источник: «SNS Telecom»
ЗаключениеВ заключении хотелось бы отметить, что реализации пятого поколения сетей даст толчок для развития общества и технологий. Реализация стандартной станции 5G потребует новых и более мощных процессоров и программных обеспечений, а именно ведущие производители носителей информации, такие как «Advanced Semiconductor Engineering» (ASE) и «Amkor Technology». На данный момент выясняется безопасность данной технологии и точного времени всемирного внедрения не определенно, но уже тестируется в некоторых странах для модернизации технологии. Из-за обсуждений по поводу безопасности сетей пятого поколения часть людей опасаются и сторонятся ее. По моему мнению данная технологий даст большой толчок прогрессу.
Новая технология имеет множество плюсов от повышения диапазона охвата, до модернизации технологий на основе данной технологии. В данной работе мы рассмотрели основные критерии технологий 5G.
Список используемых источниковОсновные понятия технологий «пятого поколения» [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/5G (Дата обращения 20.12.2020).
Прогнозы и сценарии [Электронный ресурс] – Режим доступа. –URL: www.snstelecom.com (Дата обращения 20.12.2020).
Статья реализации 5G в коммерческом плане [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.pwc.ru/ru/communications/assets/making-5g-pay-rus.pdf (Дата обращения 20.12.2020).