1. Чи буде чергова революція в стільникового св язи? Nokia і KT Corporation повідомили про готовність...
2. Які революційні зміни принесуть мережі 5G?
3. Вимоги до мереж нового покоління
4. Досягнення в галузі будівництва мереж 5G
5. Україні вигідно увійти в еру 5G

Чи буде чергова революція в стільникового св язи?

Nokia і KT Corporation повідомили про готовність запустити першу стільникову мережу 5G в Південній Кореї вже в 2017 г. Виробник чіпів для мобільної індустрії Qualcomm 18 жовтня анонсував перший модем для смартфонів з технологією 5G.

Чим же радикально відрізняються мережі нового покоління від вже існуючих, які ринкові перспективи цих технологій, і чи можливо будівництво таких мереж на території України?

Стільниковий зв'язок - один з видів мобільного зв'язку. Особливість в тому, що абонент знаходиться в порівняно невеликій зоні обслуговування базової станції, ця зона називається сотої. В середньому радіус однієї стільники не перевищує пари кілометрів. Для того щоб побудувати стільникову мережу, необхідно встановити в зоні обслуговування досить велика кількість базових станцій. У великому місті таких станцій тисячі. Абонент може вільно переміщатися між сотами, а обладнання, що управляє мережею, відстежуючи переміщення, непомітно перемикає зону обслуговування.

Провісником стільникового зв'язку прийнято вважати радіотелефони. Першу комерційну радіотелефонну мережу запустили ATT в 1946 р Абоненти щомісяця витрачали 15 дол. В якості абонентської плати і 40 центів за кожен виклик. У перекладі на сьогоднішні ціни це вражаючі 190 і 5 дол. Відповідно.

Чи буде чергова революція в стільникового зв'язку?

Початок розробки мереж першого покоління (1G) довелося на 70-і роки XX століття, а поява перших мереж - на середину 80-х. Ці системи були повністю аналоговими (перетворення мови в цифрову форму не провадилося), характеризувалися частотної модуляцією і доступом з частотним поділом каналів коли кожен розмовний канал мав власну частоту в спектрі. Головною перевагою таких мереж була велика площа покриття - радіусом в десятки кілометрів від однієї базової станції.

Недоліками ж були низькі ємність і низька перешкодозахищеність, повна відсутність захисту від прослуховування. Основними стандартами мереж першого покоління були: AMPS, знайшов найбільше застосування на Американському континенті, NMT-450, стандарт зі Скандинавії, і TACS, активно застосовувався в Європі. В Україні будівництво першої мережі початок в 1993-му Україно-німецько-датсько-голландське підприємство UMC. Офіційний запуск мережі, що працює за стандартом NMT-450, відбувся 1 липня 1993 р першим абонентом став Президент України Леонід Кравчук.

Розробка систем стільникового зв'язку другого покоління (2G) почалася в 80-х, практична реалізація відноситься до початку 90-х. Зміни, якими характеризувалися принципи роботи мереж другого покоління носили революційний характер. Так, мовні сигнали передавалися вже в повністю цифровому вигляді, з'явилася можливість передавати дані в цифровому вигляді, народилися системи обміну SMS і з'явилася можливість підключатися до мережі інтернет. Так само сильними сторонами стали захист інформації і шифрування. Змінилася схема доступу до середовища з частотно-тимчасовим поділом дозволяла використовувати кілька каналів на одній частоті спектра, що в значній мірі сприяло збільшенню ємності таких мереж. Основними стандартами зв'язку другого покоління стали GSM для європейського ринку і D-AMPS - для американського.

Мережі другого покоління в процесі зазнали кілька серйозних еволюційних змін. Першою технологією, яка змінила підхід до передачі даних і виходу в інтернет для користувачів мобільного зв'язку, стала GPRS. Виходячи з назви General Packet Radio Service (пакетна радіозв'язок загального користування), в системі з'явилася можливість передавати повідомлення по радіоканалу у вигляді окремих пакетів, не займаючи на час передачі даних ресурси цілого каналу. Однак технологія GPRS мала і суттєві недоліки - будучи надбудовою над мережею, вона не змінювала структури ядра мережі, в якому не підтримувалася пакетна передача інформації.

Наступною технологією, істотно розширила можливості систем другого покоління, стала EDGE. Вона збільшила не тільки швидкість передачі даних, а й внесла зміни в архітектуру ядра мережі, дозволивши передавати інформацію також в пакетному вигляді. EDGE забезпечує максимально можливу швидкість передачі в районі 0,5 Мбіт / с.

Першу мережу стандарту GSM 900 в Україні запустив оператор UMC у вересні 1997 р Устаткування для мережі поставляла компанія Siemens.

Системи стільникового зв'язку третього покоління (3G) почали розроблятися в 90-х, практичну реалізацію отримали на початку 2000-х. Вони розвивали ідеї, закладені в другому поколінні. Так, мережа стає повністю пакетної, збільшуються швидкості передачі даних, з'являються нові сервіси, такі як відеозв'язок. Основна відмінність - доступ до середовища кодовим поділом, коли всі абоненти працюють в загальній смузі частот, а виділення сигналу окремого абонента відбувається за допомогою накладання певного коду, відповідного даному абоненту. Збільшується перешкодозахищеність і захист від несанкціонованого доступу до інформації. Мережі третього покоління будувалися з урахуванням можливого повернення до 2G, коли немає покриття, або для здійснення голосових дзвінків. Основними стандартами стали UMTS, який має зворотну сумісність з GSM і CDMA-2000, сумісний з IS-95.

Мережі 3G активно застосовуються по всьому світу, останні удосконалення мереж UMTS у вигляді стандарту HSPA +, стандарти високошвидкісної пакетної передачі даних, дозволяють досягти швидкостей передачі до 42,2 Мбіт / с.

В Україні першою мережею 3G, запущеної в комерційну експлуатацію, стала PEOPLEnet від компанії ЗАТ «Телесистеми України». Це сталося в 2007 році, система була побудована за стандартом CDMA 2000.

Актуальними сьогодні мережі покоління 4G. Розробка стандартів таких мереж почалася в 2000-х роках, перші мережі з'явилися в другій половині десятиліття. Основні стандарти, що стосуються цієї поколінню, - LTE і Mobile WiMAX. Мережі 4G розвивають ідеї попередніх поколінь, закладаючи більш високі швидкості, ці системи орієнтовані в першу чергу на передачу мультімедіаінформаціі. Стандарт LTE, на основі якого будується все більшу кількість мереж, служив розвитком UMTS і CDMA-2000, найбільш універсальний і за підтримки телефоном відповідних діапазонів частот може застосовуватися по всьому світу.

В Україні немає готових до комерційної експлуатації 4G мереж.

Які революційні зміни принесуть мережі 5G?

Розробка стандартів стільникового зв'язку п'ятого покоління йде повним ходом. Кожен сильний учасник ринку поспішив не тільки розробити відповідні технології, а й відзвітувати про перші випробувальних запусків мереж.

Розвиток мереж п'ятого покоління повинно радикально змінити майбутнє мобільного зв'язку. У той час як повсюдно зростає попит на широкосмуговий доступ, що зумовлено бажанням користувачів дивитися HD-відео, зростає і бажання людини управляти технологіями навколо себе. Речі, що оточують нас, стають все більш пов'язаними між собою.

Різні об'єкти - від автомобілів, і заводських верстатів до переносної електроніки в годинах і одязі - стають учнями і адаптуються до середовища, нашій поведінці або вимогам бізнес-процесів. З'являться нові сценарії використання різних автоматизованих систем, яких немає зараз навіть в зародковому стані. У зв'язку з цим системи зв'язку повинні забезпечити доступ в мережу для всієї електроніки гнучко в залежності від потреб і одночасно економічно ефективно.

Мережі, отже, повинні розвиватися, щоб стати більш персоналізованими, бути в змозі задовольнити потреби кожного користувача - будь то людина або річ. Майбутні мережі повинні бути пов'язані з програмними платформами - не тільки з голосом і даними, але і з сервісами та додатками.

Іншими словами, одна фізична інфраструктура буде використовуватися одночасно для різних мережевих сценаріїв.

Поточна телекомунікаційна архітектура повинна перетворитися з вертикально інтегрованих дискретних елементів мережі в пов'язану, хмарно-оптимізовану з безшовної експлуатацією. Зрушення в облачно- і програмно-орієнтовану сторону буде залежати від IT-стандартів і відкритих технологій, застосовуваних виробниками обладнання.

Нова мережева архітектура повинна підтримувати просте масштабування, мати вбудовані механізми забезпечення безпеки і приватності, гарантувати енергозберігаючу роботу, пропонувати самі низькі експлуатаційні витрати і гнучко підтримувати надзвичайно широкий спектр застосування.

Вимоги до мереж нового покоління

У найближчі роки технологічний зростання призведе до абсолютно новим вимогам до мереж. У найближчому майбутньому стандартом відтворення відео стане Ultra HD (4K), що помітно збільшить вимоги до пропускної здатності мережі, проте не за горами масове поява пристроїв, що підтримують відтворення контенту в дозволі 8K, мережі 5G повинні забезпечувати навіть такі жорсткі вимоги користувачів.

Крім того, прогнозується, що до 2025 р пристроїв, підключених до мережі, буде від 10 до 100 разів, більше ніж людей.

Багатьом додатків будуть вимагатися надійні канали зв'язку з вкрай низькими затримками і екстремально високою пропускною спроможністю. Багато задач, пов'язані з громадською безпекою, і критично важливі для бізнесу додатки будуть використовувати стільникові мережі, що накладає жорсткі вимоги щодо забезпечення надійності та пропускної здатності. Велика кількість додатків, що працюють в режимі реального часу, вимагатимуть затримок в одиниці мілісекунд з кінця в кінець для кожної одиниці інформації, щоб уникнути спотворень сигналу при перегляді відео, управлінні дронамі або промисловими роботами.

Нова мережева архітектура буде мати важливе значення для задоволення потреб після 2020 р для управління складними багатошаровими і мультітехнологіческімі мережами, а також для досягнення вбудованої гнучкості.

В еру 5G мережу стане програмно і цілісно керованої. Мережі повинні бути зосереджені на якості обслуговування і навколо потреб користувачів. Оцінкою мережі стане персоналізованість.

Розумні мережі будуть використовувати штучний інтелект і аналіз великих даних для вирішення задач комплексної оптимізації в реальному часі і передбачуваним чином. Всі елементи повинні мати «хмарний» характер для використання ресурсів найкращим чином. З великим інтелектом, здатним обробляти великі обсяги даних, що знаходяться значно ближче до користувача, можна значно краще прогнозувати і оптимізувати навантаження. Така мережева архітектура спричинить необхідність використання відкритих технологій, індустрія почне більш тісно співпрацювати з гравцями IT-ринку.

У той же час органи по стандартизації та організації, такі як 3GPP (консорціум, який розробляє специфікації для мобільного зв'язку) і ETSI (Європейський інститут з розробки стандартів зв'язку), будуть як і раніше допомагати визначити найкращий стандарт 5G, забезпечуючи сумісність щодо бездротового інтерфейсу, відповідного програмного забезпечення і архітектури управління мобільністю. Говорячи конкретно, мережа повинна забезпечити всі можливі застосування для реалізації бізнес-моделей, стати по-справжньому гнучкою і масштабованої, готової до застосувань, які сьогодні невідомі.

Що нового привнесе 5G в мережу радіодоступу?

Нові 5G радіо-інтерфейси повинні інтегрувати існуючі та нові технології на додаток до LTE. 5G буде як включати в себе існуючі системи, LTEAdvanced і Wi-Fi, так і поєднувати їх з революційними технологіями, мають Ультраширокий смугу пропускання. Потрібно забезпечити мінімізацію нових інтерфейсів, щоб зберігати сумісність обладнання, і можливість взаємодії з наявними системами. Значне зростання смуги пропускання вимагає сильного збільшення щільності установки базових станцій і розширення спектра частот. Однак економічно невигідно створювати ультраплотние мережі в усьому світі, і вимоги по низькій затримці і високій швидкості передачі необхідно виконувати лише в окремих випадках.

Активне застосування технологій MIMO (використання декількох антен) дозволить повноцінно освоїти нові діапазони як в сантиметровому, так і в міліметровому діапазонах частот. Це нарівні із застосуванням обладнання мережі в якості малих центрів обробки даних і дозволить домогтися скорочення затримок до одиниць мілісекунд. Хоча обчислювальні ресурси будуть переміщені ближче до родючості, моніторинг і управління стануть більш централізованими для забезпечення безшовної інтеграції з глобальною мережею.

Крім того, планується впровадити управління мережею, що дозволяє в режимі реального часу перемикатися між 5G і 4G-мережами.

Швидке реагування на загрози національній безпеці має бути забезпечено архітектурою мережі - багатовимірної і цілісної, що з'єднує безпеку, приватність і події, що відбуваються в мережі. Обмін інформацією про загрози, порушеннях і пов'язаних з ними рішеннях матиме визначальне значення, він повинен відбуватися не тільки з клієнтами і партнерами по екосистемі, але з регулюючими органами і, можливо, з конкурентами.

Ця відкритість необхідна, оскільки всі домени в мережі схильні до кіберзагрозам.

Основними принципами, якими буде забезпечуватися архітектура безпеки і приватності, стануть постійна пильність, підвищення ступеня автоматизації збору даних, аналіз та реагування, оцінка загроз за межами мережі.

Досягнення в галузі будівництва мереж 5G

Nokia спільно з KT Corporation випустили анонс, що повідомляє про можливий запуск 5G в 2017 р

Що кажуть про це в Nokia, з якими проблемами вони зіткнулися і які технологічні рішення знайдені?

Спочатку Nokia, КТ і кілька інших ключових гравців в галузі бездротового зв'язку зібралися разом, щоб випробувати специфіку комерційної експлуатації 5G системи, що працює в діапазоні 28 ГГц.

Система розроблена з урахуванням надання користувачам швидкостей в кілька гігабіт і значного скорочення затримок при передачі даних, що здатне змінити призначений для користувача досвід від бездротових послуг зв'язку.

Однак розгортання 5G в реальному світі набагато більше, ніж створення простих специфікацій системи. Точне і надійне планування мережі може стати вирішальним фактором щодо переходу до сервісів п'ятого покоління. І хоча частотно-територіальне планування звичайної мережі - тривіальна задача, таке планування для високочастотних 5G-систем - це виключно складні виклики для індустрії, як і застосування технології 28 ГГц, розгортання яких є чимось новим для галузі.

Для прикладу, 28 ГГц чутливі до всіх видів перешкод, в тому числі до людського тіла, що може заблокувати радіовидимість між пристроєм і базовою станцією. Крім того, перше розгортання відбуватиметься в районах зі значним рівнем будівництва, що плануються протягом найближчих двох років. Багато з будівель як і раніше є просто проектами, що робить важкоздійснюваним завдання точних польових вимірювань! Nokia Bell Labs за підтримки передового технологічного центру Nokia в Кореї взяла на себе задачу за первісним планування мережі на території розгортання, в Кореї, з використанням 3D-карт і алгоритмів трасування променів, є ноу-хау Nokia Bell Labs від попередніх робіт з моделювання 5G- радіоканалів.

При колосальної ширині каналу в 800 мегагерц і пропускної здатності більш ніж 20 гігабіт / с на базову станцію недолік швидкостей передачі даних не є першочерговим завданням в процесі планування мережі. Однак робота на 28 ГГц створює нові проблеми з точки зору охоплення, враховуючи більш складні характеристики поширення радіосигналу в порівнянні з поточними частотами 4G.

Однією з переваг використання більш високих частот є те, що вони дозволяють розгортати антени з більш високим посиленням (і більш вузькими радиолучами). У районах прямої видимості до найближчої базової станції фахівці Nokia виявили, що високий коефіцієнт посилення антени дійсно допоміг компенсувати великі втрати при розповсюдженні радіосигналу, і покриття від існуючих передавачів і раніше залишалося досить хорошим. Але покриття в зонах непрямий видимості було дуже слабким. Покриття непрямий видимості було відзначено головним чином в районах, які перебували близько до базових станцій і в основному в зоні відображень від прилеглих будівель.

В цілому секторів базових станцій повинно бути приблизно в два рази більше для того, щоб створити достатнє охоплення на відкритій місцевості, у порівнянні з наявними системами, що стало дивно низьким ростом при настільки значному підвищенні частоти.

Дослідження також показало, що традиційне розгортання базової станції на три сектори не ідеально при побудові зони покриття в діапазоні 28 ГГц. Замість цього команда виявила, що чотири (або більше) сектора - варіант для забезпечення гарного охоплення.

Ці результати Nokia вважають в КТ Corporation важливим кроком на шляху до спільної мети - успішного розгортання першої в світі мережі мобільного зв'язку 5G в 2017 р

Представлений перший 5G-чіп.

Виробник чіпів для мобільних пристроїв Qualcomm 18 жовтня анонсував перший модем для смартфонів з підтримкою технологій 5G. Чіп під назвою X50 підтримує роботу в діапазоні частот 28 ГГц і має зворотну сумісність зі стандартами третього і четвертого покоління. Досяжні швидкості передачі даних - 5 Гбіт / с. Перші робочі зразки чіпів з'являться на ринку з другої половини 2017 року, а смартфонів - на початку 2018 го.

Україні вигідно увійти в еру 5G

В Україні індустрія бездротового зв'язку відстає. І хоча більша частина країни має доступ до технологій 3G і широкосмугового доступу в мережу, системи четвертого покоління не запущені в комерційну експлуатацію. Лідери ринку говорять про швидке можливий запуск мереж 4G, проте це відбудеться в 2017-2018 рр. На повномасштабне розгортання LTE в масштабах всієї країни буде потрібно термін приблизно до 2020 р

Є і труднощі навіть у запуску 4G-мереж, про які говорять оператори. Труднощі створюють непрозорі процедури розподілу частот. Так, в операторів є частоти від мереж другого покоління, але щоб забезпечити смуги достатньої ширини, потрібно проводити перерозподіл. НКРЗІ (Національна комісія, що здійснює держрегулювання в сфері зв'язку та інформатизації) заявляє, що частотні спектри розчистити і перерозподілити вийде лише до 2018-го.

З огляду на світову практику будівництва стільникових мереж, час окупності проектів становить в середньому 7-10 років. Якщо починати повномасштабний запуск четвертого покоління зараз, Україна зможе перейти до 5G не раніше 2025 року, а це відставання в галузі на 7-8 років.

Набагато вигідніше ідея пропустити будівництво LTE-мереж і відразу перейти до 5G. Якщо заздалегідь проаналізувати і розчистити відповідні діапазони частот і приступити до будівництва якомога швидше, можна стати локомотивом для галузі. Можливість запуску пілотних зон для обкатки технологій в країні може стати вигідним для лідерів стільникового індустрії, оскільки отриманий досвід можна було б максимально швидко перенести на всю Європу.

В даному випадку все може залежати від рішення регулятора і чиновників, які приймають відповідні рішення. Без їх допомоги уникнути відставання не вийде.

5G змінить наш погляд на використання стільникових мереж.

В цілому концепція побудови мереж п'ятого покоління вкрай цікава. Такі технології дозволять застосовувати бездротові мережі коли завгодно і з використанням тих можливостей, які необхідні. Розвиток ринку інтернету речей IoT важко без впровадження сучасних технологій, так як кількість підключень до мережі в перспективі має зрости в сотні разів. 5G дасть можливість використовувати смартфон як універсальний інструмент для перегляду відео ультрависокої дозволу, управління розумним будинком, розумним автомобілем і безліччю речей навколо себе.

Шановні читачі, PDF-версію статті можна скачати тут ...