5G, стандарт связи следующего поколения, будет поддерживать Интернет вещей, умные автомобили и другую технику.
Новый стандарт мобильной связи появится не раньше 2020 г., но соответствующие спецификации разрабатываются полным ходом, и становится понятно, что стандарт 5G будет значительно отличаться от 4G. Речь идёт об увеличении скорости обмена информацией для мобильных телефонов и планшетов и о множестве других решений, у каждого из которых свои собственные требования.
Предсказания от Ericsson
Как технология 5G станет работать и зачем она нужна, если сверхбыстрый мобильный интернет существует уже сейчас?
По мнению компании Ericsson, будущее выглядит так.
Беспилотные и подключённые к сети автомобили будут обмениваться между собой информацией. В случае аварии автомобиль, находящийся ближе всех к месту происшествия, сообщит о нём всем машинам, едущим ему вслед. Это позволит им заранее снизить скорость или, в случае пробки, рассчитать новый маршрут.
Датчики автомобиля будут более точно измерять погодные условия и отсылать данные через сеть 5G с тем, чтобы автомобиль рассчитал наилучший маршрут движения.
В области общественного транспорта сеть 5G позволит в режиме реального времени отслеживать число ожидающих пассажиров на остановках. Водитель автобуса пропустит остановку без пассажиров, а диспетчер направит дополнительный транспорт в места их скопления.
В эпоху 5G вся домашняя электроника будет взаимосвязана. Если раньше при переходе из одной комнаты в другую приходилось переносить с собой портативное устройство, чтобы продолжать, например, слушать любимую радиостанцию, то теперь динамики в разных комнатах свяжутся между собой и прослушивание продолжится с прерванного места. Кроме того, можно будет следить за потреблением энергии каждым устройством или узнать, сколько электроэнергии произведено солнечными батареями.
Сеть 5G изменит экстренные службы, обеспечив надёжную связь в экстренных ситуациях и первоочерёдность сообщений полиции и экстренных служб. А пожарные в шлемах с камерами будут транслировать изображение командованию и получать помощь в сложных спасательных операциях.
5G-технологии
В прошлом году удалось упорядочить их большую часть, но подбор технологий, обеспечивающих их практическое применение, продолжается.
Среди них:
- сверхвысокие частоты, достижение которых ранее казалось невозможным, обеспечат намного большую скорость;
- развивающиеся системы, пересылая данные крошечными частями, продлят работу устройств Интернета вещей на многие годы;
- уменьшение задержек для задач, которые требуют незамедлительной реакции.
5G-сеть: скорость
Оценка увеличения скорости стандарта 5G по сравнению с предыдущим неоднозначна. Компании Ericsson удалось достичь роста в 50 раз - до 5 Гбит/с. Samsung вышел на показатель 7,5 Гбит/с с устойчивым сигналом 1,2 Гбит/с в двигающемся на высокой скорости автомобиле. Партнёрство "Евросоюз – Китай" намерено увеличить скорость 5G в 100 раз. NTT DoCoMo, японский оператор сотовой связи, совместно с компаниями Alcatel-Lucent, Ericsson, Samsung и Nokia пытается достичь 10 Гбит/с. А учёные из университета Сюррея предполагают скорость 1 Тбит/с. Ожидается, что за следующие 10 лет скорость мобильных сетей вырастет ещё в тысячу раз.
Рост скорости потребует более совершенных антенн и оборудования, а также расширенного спектра частот. В США процесс распределения данного ресурса уже начался.
Интернет вещей
Со снижением стоимости подключения всё больше устройств имеет доступ к Wi-Fi. Концепция объединения телефонов, кофе- и стиральных машин, наушников, светильников и всего остального в единую сеть и называется Интернетом вещей. К 2020 году ожидается, что в мире будет насчитываться более 26 млрд таких устройств. А число соединений будет ещё больше.
Способность вещей «чувствовать» с помощью сенсоров и удалённо выполнять команды найдёт применение в городском планировании, технологиях «умного» дома, системах контроля тепло- и электроснабжения, безопасности, мониторинга состояния здоровья, общественном транспорте, ритейлинге.
Интернету вещей требуется небольшая скорость подключения, но для огромного числа устройств. Уже действуют выделенные сети, использующие узкий диапазон частот, и разработчики стандарта 5G хотят принять участие в этом процессе.
Таким образом, телекоммуникационные сети вынуждены будут поддерживать не только пользователей мобильной связи, но и «умные» вещи. Управлению столь разнородным трафиком призван прийти на помощь новый стандарт.
Задержки
Очевидно, что сеть нового поколения 5G будет поддерживать технологии беспилотного транспорта и приложений дополненной реальности. В этом случае информация должна поступать в реальном времени. Время приёма-передачи в 4G-сетях превышает 10 мс, что крайне много. Будущий стандарт может полностью изменить сетевую архитектуру с перемещением места хранения данных из дата-центров в конечные узлы, включая «умные» устройства.
Движущемуся автомобилю, например, требуются данные о расположении ближайшего транспорта. Существующие сети с потоком таких данных уже для трёх автомобилей справиться не в состоянии. Большие задержки при передаче данных требуют локального размещения данных.
Предполагается, что отзывчивость сетей следующего поколения будет максимальной. Задержка в передаче данных не будет превышать 1 мс, даже при скорости движения терминала 500 км/ч. Такая латентность будет главным движущим фактором создания новых технологий, таких как управление автотранспортом в городском потоке и хирургические операции на расстоянии.
Достичь консенсуса
Если положение с определением круга потенциальных технологий в 2015 улучшилось, то сами технологии всё ещё разрабатываются. Требуется определиться с тем, какие технологии 5G необходимы в первую очередь, а какие будут реализовываться после. Вряд ли это произойдёт в 2016 году.
Несмотря на отсутствие стандарта и уверенности в приоритете технологий, компании-производители пытаются возглавить разработку и претворение в жизнь технологий 5G, чтобы занять выгодную позицию в будущем.
Компания Nokia в апреле 2015 г. заявила о приобретении Alcatel-Lucent за 16,6 млрд долларов США, а американская телекоммуникационная компания Verizon Wireless заявила, что первая 5G-сеть в США появится уже в 2016 году.
Первые ласточки
Уже появились прототипы 5G-сетей. Первую 5G-сеть запустили в Южной Корее. Компания SK Telecom представила новую технологию на открытии исследовательского центра, который займётся её развитием. А к XXIII зимним Олимпийским играм 2018 г. в Южной Корее компания планирует построить сеть 5G по всей стране.
NTT DoCoMo тоже намерен запустить 5G-сеть в Японии к летним Олимпийским играм 2020 г. в Токио.
Сети 5G против США
Стандарта 5G, как и предыдущие стандарты, разрабатывает консорциум 3GPP, а утверждается он ITU, Международным союзом электросвязи. Не хотят оставаться в стороне и производители. В октябре 2015 года некоторые региональные группы пришли к соглашению собираться каждые полгода для выработки общей позиции по стандарту 5G.
Подобное соглашение было достигнуто в сентябре 2015 г. между Евросоюзом и Китаем. Ericsson и TeliaSonera пришли к соглашению о стратегическом партнёрстве с целью обеспечить клиентов сотового оператора в Таллинне и Стокгольме доступом к сети 5G в 2018 г.
И совсем немного осталось ждать, когда 5G-сеть запустят в РФ. МТС и Ericsson заключили договор о совместной работе над технологиями пятого поколения, результатом которого будет первая тестовая 5G-сеть в России на ЧМ по футболу в 2018 г., на два года раньше, чем 5G-сеть в Японии. Для этого в 2016 г. будет реализован проект LTE-U по использованию LTE на частоте 5 ГГц, используемом для подключения точек доступа Wi-Fi. Также будет протестирована технология Ericsson Lean Carrier, которая организует распределение трафика и снижает межсотовые помехи, увеличивает скорость передачи и покрытие, помогает в планировании сети.
Как видно, страны мира договариваются о сотрудничестве в данной области. Все, за исключением США, привыкших занимать лидирующие позиции во всём.
4,5G готовит к будущему
Компания Qualcomm предложила технологию 4,5G LTE Advanced Pro, внедрение которой планируется в течение следующих четырёх лет. Благодаря этому компания сможет поддерживать как более широкий спектр частот, необходимых для стандарта 5G, так и ранее развёрнутые сети LTE, что уменьшит задержки и увеличит пропускную способность.
Особенности сети:
- высокая пропускная способность благодаря объединению спектров частот;
- поддержка 32 операторов одновременно и увеличение пропускной способности благодаря объединению частот и распределению сетевого трафика между операторами;
- 10-кратное снижение задержки в сравнении с LTE Advanced при использовании существующих вышек и частот с 1 мс до 70 мкс;
- использование ресурса входящей линии связи для нужд исходящей;
- увеличение количества антенн на базовых станциях для увеличения зоны покрытия и мощности сигнала;
- повышение энергосбережения IoT-устройств сужением диапазона до 1,4 МГц и 180 кГц (до 10 лет на одной батарее);
- 1 Гбит/с для обмена информацией между автомобилями, пешеходами и IoT-устройств;
- сканирование окружения без включения Wi-Fi или GPS на мобильном устройстве.
Технологические барьеры
Во Фраунгоферовском институте телекоммуникаций в Берлине проводятся опыты с частотами 40–100 ГГц, Samsung использует в своих экспериментах частоту 28 ГГц, а Nokia – свыше 70 ГГц.
Работа устройств в миллиметровом диапазоне волн имеет такую особенность, как крайне неудовлетворительное распространение сигнала, мощность которого существенно падает с удалением от базовой станции. Кроме того, интерференция сигнала может быть вызвана даже телом человека.
Решение – MIMO
Выход заключается в применении технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output), когда посылают и принимают несколько сигналов одновременно. Сейчас она используется в LTE и WLAN. Для высоких частот применяется Massive MIMO – технология оптимизации приёма, когда в мобильных устройствах размещено десятки небольших антенн и сотни – в передатчике.
Производитель антенн SkyCross создал систему MIMO 4x4, которую можно использовать в терминале размером 16x10 см. Это значительно больше, чем у антенн для LTE. Например, размеры LG G4 – 15x7,6 см, Samsung Galaxy S6 - 14x7 см, а Apple iPhone 6 Plus – 16х7,8 см. Система MIMO 4x4 не нова – кроме терминалов LTE-Advanced, она применяется в системах спутникового телевидения, жёстких требований к её размерам и энергопотреблению не предъявлялось. Таким образом, создание небольшого мобильного устройства с 4 антеннами станет испытанием для проектировщиков.
Разработка портативных терминалов также потребует больших усилий. По утверждению представителя компания Texas Instrument, что для создания микросхем, способных передавать данные на высоких частотах, потребуется применение новых технологий.
В 2015 году проект создания 5G-стандарта получил официальное название IMT-2020. Жаль, что в остальном до сих пор не видно конца процесса.
