Перспективы развития 5G.
Появление технологии 5G вызвано необходимостью преодоления вызовов мобильного рынка. Предшествующие поколения технологии подвижнойсвязи не способны решить следующие проблемы:
-взрывной рост мобильного трафика передачи данных – как абонентского, так и служебного трафика;
-переход от соединений, сосредоточенных на задачах обеспечения связив цепочке «человек- человек» (Н2Н) или «человек- машина (сервер)» (Н2М), ксоединениям, нацеленным на обеспечение связи в цепочке «машина-машина» (М2М);
-необходимость сократить капитальные затраты на развертывание сетейпо сравнению с инвестициями, вкладываемыми в сети предыдущего поколения, и минимизировать операционные затраты для повышения их экономической эффективности.
Кроме того, что новому поколению мобильной связи предстоит сосредоточиться на преодолении фундаментальных технических и рыночных вызовов, решить вопрос о путях дальнейшего развития мобильной связи: революция или эволюция на пути от LTE Advanced к 5G. Должны быть определеныцели будущих инноваций и технологические решения в области 5G, которые соответствовали бы запросам конечного пользователя, а также значения показателей функционирования (end-user KPI) для новых технологических решений [1], [5].
Прежде чем формулировать технические требования к сетям 5G, разработчикам и будущим потребителям услуг следует наметить параметры их технологического облика. Как считают ведущие мировые вендоры, сети 5G должны обеспечивать:
-возможность роста объема передаваемых данных более чем в 1000 раз в каждой области обслуживания за счет повышения спектральной эффективности, использования новых радиочастотных диапазонов и гетерогенных сетей (удельная пропускная способность на единицу площади покрытия ASE=1,5…60 Гбит/с/км2);
-увеличение от 10 до 100 раз количества присоединенных абонентских устройств (до 300 тыс. на узел доступа; в настоящее время технология LTE обеспечивает работу до 200 абонентов в соте со скоростями 100/50 кбит/с в линиях вниз/вверх соответственно);
- увеличение от 10 до 100 раз типовых скоростей передачи данных на стороне пользователя;
- удлинение в 10 раз срока службы батарей для абонентских устройств с низкой мощностью;
- снижение в 10 раз задержки в цепочке "end7to7end" (менее 1 мс против 10 мс в LTE).
По мнению разработчиков альтернативных концепций 5G, потенциальные технологии и принципы эволюционного перехода от 4G к 5G могут быть сгруппированы по четырем направлениям:
Новые радиоинтерфейсы, способы передачи и приема:
- новые методы многочастотной модуляции;
- технологии координации помех на основе перспективных методов приема.
Новая сетевая архитектура:
- создание ультраплотных сетей на основе малых сот по принципу "одна точка 1Tx/Rx на одного абонента";
- централизованная архитектура: облачные сети радиодоступа (RAN) на основе SDR и медленно координируемые центральные контроллеры; облачные базовые сети CN на основе SDN;
- многомерные антенны MIMO и эволюционные технологии MIMO: активные / 3D7антенны MIMO;
- физическое разделение трафика и управления между плоскостями управления и передачи данных.
Новые принципы и условия использования спектра:
- использование новых диапазонов от 6 до 95 ГГц;
- гибкое совместное использование частотных ресурсов.
Умные и адаптивные сети связи:
- использование мобильных приложений с возможностями их оптимизации для снижения стоимости радиодоступа;
- распределение и управление ресурсами гетерогенных сетей;
- межсетевое взаимодействие различных технологий радиодоступа;
- самонастраивающиеся и само- оптимизирующиеся сети.
Потребности в расширении использовании спектра сетями 5G. Реализация приведенных выше технических условий, особенно к повышению скоростей передачи данных, потребует существенного расширениядоступа к РЧС операторов 5G и определения новых полос частот для развития сетей радиодоступа [4].
Программа работ проекта METIS по поиску новых принципов модуляциисигналов и диапазонов частот для 5G синхронизирована с планами исследований Международного союза электросвязи (МСЭ) и Партнерского проекта3GPP (рисунок 1.1). Проект METIS предполагается завершить в рамках исследовательского периода МСЭ к ВКР-15: он позволит наметить планы по расширению спектра в интересах 5G на исследовательский период до ВКР-19.При реализации концепции эволюции задача расширения используемогоспектра может быть решена за счет увеличения ширины полосы и количества агрегируемых частотных каналов технологии LTE без изменения спектральной эффективности, а в случае революционного подхода - путем перехода к использованию новой технологии модуляции, повышающей спектральную эффективность в несколько раз.
Рисунок 1.1 – Координация проекта METIS с планами МСЭ и 3GPP
Согласно взглядам компании
Orange технология 5G должна представлять эволюцию технологии LTE в диапазонах ниже 6 ГГц, дополненную прорывом в более высокие частотные диапазоны от 6 до 60 ГГц.
Samsung в своих взглядах на перспективы использования спектра и частотные назначения для технологии обращает свое внимание на Ка-диапазон, который, как предполагают в компании, может стать центральным дл яразвития 5G. В ходе тестирования элементов мобильной сети на частоте 28 ГГц с использованием 647элементной антенной решетки, в ходе которых была достигнута скорость передачи данных 1,056 Гбит/с и дальность связи 2 км, несмотря на жесткие условия распространения радиоволн в миллиметровом диапазоне [6].
Еще одна кандидатная полоса для внедрения 5G 7 диапазон 11 ГГц, в котором, в рамках работ над 5G, японский мобильный оператор NTT DoCoMo совместно с Токийским технологическим институтом исследовал возможности передачи данных со скоростью 10 Гбит/св полосе шириной 400 МГц.
Расширение ширины полосы частотных каналов, используемых в 5G, и повышение спектральной эффективности технологий позволят на порядок увеличить скорости передачи данных в сети. Как следует из табл. 18.3, сети 5G будут использовать частотные каналы с шириной более 100 МГц, а спектральная эффективность сетей 5G за счет использования нового вида модуляции будет в несколько раз превышать достижимую в сетях 4G.
Литература
- .Шахгильдян В.В. Проектирование устройств генерирования сигналов в системах подвижной радиосвязи.- М.,: СОЛОН-ПРЕСС, 2011.- 400с.
- .Тихвинский В.О. Сети мобильной связи.- М.: Эко-Трендз, 2010.- 284с.
- .Борисов В.И.Помех о защищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты.- М.,:РадиоСофт, 2009.- 512с.
- . Головин О.В. Радиосвязь: 3-е изд., стереотип. - М.: Горячая линия-Телеком, 2012.- 286с.
- .Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи. - М.:Горячая линия-Телеком, 2014.- 334с.
- .Официальный сайт Международного союза электросвязи www.itu.int.