5g nsa что это

Обновлено: 10.01.2025

Базовые станции gNB, о которых пойдет речь в настоящем разделе, формируют сеть радиодоступа мобильной связи 5-го поколения (NR Radio Access). Если вернуться на 20 лет назад, в эпоху бурного строительства сетей 2-го поколения (2G-GSM), то мы увидим, что конструктивно каждая БС представляла собой большой железный шкаф, высотой 1,5-2 метра, установленный в кондиционированном помещении "на земле" (выгородке технического этажа, либо металлическом контейнере). От базовой станции к антеннам, размещенным башнях, столбах и т.д. прокладывались радиочастотные фидеры (сечением 7/8 дюйма или больше – в зависимости от протяженности трассы).

Около 10 лет назад производители начали выпуск так называемых распределенных базовых станций, на основе которых в настоящее время построены сети мобильной связи 2G-GSM, 3G-UMTS и 4G-LTE большинства операторов связи. Такая базовая станция включает в себя базовый блок (или BBU – Baseband Unit), по-прежнему размещаемый "на земле", и несколько радиомодулей (или RRU), размещаемых вблизи антенн сотовой связи. BBU и RRU связаны между собой оптическим кабелем, поверх которого реализуется интерфейс CPRI (Common Public Radio Interface). Радиомодуль осуществляет аналого-цифровое / цифро-аналоговое преобразование, усиление и фильтрацию сигнала, формирование радиочастотного тракта. Весь стек протоколов взаимодействия базовой станции с пользовательским терминалом и базовой станции с ядром сети, а также алгоритмы обработки сигналов реализуются базовым блоком (BBU). BBU по сути представляет собой небольшой сервер, высотой 2-3 юнита, который может быть установлен либо в телекоммуникационной стойке (если существует какое-либо выделенное помещение), либо в климатическом шкафу на крыше здания, либо непосредственно на столбе/радиомачте для BBU внешнего (outdoor) исполнения.

Следующим шагом развития архитектуры построения базовых станций стала концепция облачных BBU или "Cloud BBU", которая заключалась в отказе от локальных BBU, размещаемых непосредственно на объектах БС, и перенос их функциональности на виртуализированные ресурсы мощных серверов, размещаемых в центрах обработки данных (ЦОД). Данная концепция за счет централизации ресурсов и эффекта "масштаба" позволяет повысить надежность и емкость базовых станций, одновременно снизив затраты на их эксплуатацию. Однако она не нашла существенного применения из-за высоких требований к характеристикам CPRI каналов:

допустимая задержка (RTT) – 5мкс;
допустимый уровень битовых ошибок – 10-12;
стабильность частоты – 0.002ppm
пропускная способность для 4G-LTE в полосе 20МГц в зависимости от кол-ва потоков – до 10G (в этом случае требования к пропускной способности CPRI для сетей 5G в полосе 400МГц могут вырасти до 400G).

Архитектура базовых станций gNB сети мобильной связи 5-го поколения, предлагаемая 3GPP, представляет собой дальнейшее развитие идеологии распределенных базовых станций и "Cloud BBU". gNB включает в себя центральный модуль gNB-CU (gNB Central Unit) и один или несколько распределенных модулей gNB-DUs (gNB Distributed Unit). 3GPP (рекомендация TR 38.801 V14.0.0) определяет 8 возможных опций разделения функций между CU и DU – см. Рис. 1. При этом опция 8 соответствует классической (существующей) схеме построения распределенной базовой станции.

Основные функции, реализуемые на тех или иных уровнях, описаны ниже.

Рекомендация 3GPP TS 38.401 V15.0.0 определяет архитектуру построения базовой станции, основанную на 2-ой опции разделения функций. В этом случае RRC и PDCP реализуются в центральном модуле (gNB-CU), а RLC, MAC и физический уровень – в распределенном (gNB-DU). Взаимодействие между gNB-CU и gNB-DU осуществляться по интерфейсу F1.

Предположу, что производители будут проектировать базовые станции, вводя дополнительные плоскости разделения, выделяя радиоблок из распределенного модуля посредством интерфейса F2 (в соответствии с опцией 7), а также разнося PDCP уровня пользовательского трафика и уровня управления – см. Рис. 2.

Ожидается, что интерфейсы F1 и F2 будут стандартизованы 3GPP, что позволит использовать gNB-CU и gNB-DU от разных вендоров.

3GPP определяет следующие интерфейсы gNB:

N2 – интерфейс плоскости управления между gNB и модулем управления доступом и мобильностью ядра сети 5GC (AMF). Является развитием интерфейса S1-C сетей 4G-LTE.
N3 – интерфейс плоскости пользовательского трафика между gNB и модулем передачи пользовательского трафика ядра сети 5GC (UPF). Является развитием интерфейса S1-U сетей 4G-LTE.
Xn – интерфейс между базовыми станциями gNB.
X2 – интерфейс между gNB и eNB сети LTE.

Структуры стека протоколов сети радиодоступа плоскости пользовательского трафика (User Plane) и плоскости управления (Control Plane) показаны на Рис. 3 и Рис. 4 соответственно.

Рис. 3 (user plane)

Рис. 4 (control plane)

Кратко перечислим основные функции, реализуемые на различных уровнях:

1. RRC (Radio Resource Control) – протокол управления радиоресурсами.

Основные функции, реализуемые на уровне RRC:

Ключевые изменения по сравнению с уровнем RRC интерфейса S1 сетей LTE связаны с введением нового RRC состояния (RRC INACTIVE), призванного минимизировать сигнальный обмен для отдельных классов постоянно подключенных к сети устройств, а также с реализацией механизма передачи части системной информации (SIB3..n) не в широковещательных, а в выделенных каналах конкретным устройствам.

2. SDAP (Service Data Adaptation Protocol) – является новым уровнем, впервые введенном в 15-ом релизе 3GPP. Реализуется в рамках интерфейса NG-U сетей, построенных на базе ядра NGCN при взаимодействии с базовыми станциями не только сетей радиодоступа NR (gNb), но и E-UTRAN (ng-eNb).

Обеспечивает реализацию фреймворка архитектуры управления качеством (QoS), включая:

маркировку восходящих и нисходящих пакетов данных соответствующими параметрами QFI (QoS Flow ID);
маппинг между потоками данных с соответствующими параметрами QoS и виртуальными каналами (DRB – data radio bearer).

При этом на стороне пользовательского терминала (UE) в UL канале возможны две схемы маппинга – явная, при которой пакеты маршрутизируются в тот или иной виртуальный канал (DRB) на основании QFI, либо зеркальная, при которой UE осуществляет маппинг UL пакетов по результатам анализа параметров соответствующих пакетов DK канала.

3. PDCP (Packet Data Convergence Protocol)

Основные функции, реализуемые на уровне PDCP:

передача пользовательских данных и данных плоскости управления;
нумерация пакетов данных;
шифрование и контроль целостности данных;
восстановление порядка следования пакетов данных, удаление дубликатов;
дублирование пакетов данных с целью повышения надежности передачи;
маршрутизация пакетов "расщепленных" виртуальных каналов (split bearer) в режиме dual connectivity (только для пакетов пользовательских данных);
сжатие заголовков протоколов верхнего уровня в соответствии с методом ROHC – Robust Header Compression (только для пакетов пользовательских данных);
удаление пакетов данных по истечении таймера discardTimer (только для пакетов пользовательских данных).

Ключевые изменения по сравнению с уровнем PDCP интерфейса S1 сетей LTE заключаются в следующем:

перенос с уровня RLC на уровень PDCP функции восстановления порядка следования пакетов данных, что с одной стороны упрощает реализацию механизма расщепления виртуальных каналов (split bearer) в режиме Dual Connectivity с другой – позволяет на более ранней фазе выполнять операции дешифрования и контроля целостности поступающих из сети пакетов данных с нарушением последовательности, что в отдельных кейсах может уменьшить величину задержки;
реализация возможности дублирования данных на PDCP уровне в рамках концепции двойного подключения (Dual Connectivity).

4. RLC (Radio Link Control)

RLC может функционировать в одном из трех режимов:

прозрачный режим передачи (transparent mode, TM);
передача без подтверждения (unacknowledged mode, UM);
передача с подтверждением (acknoledged mode, AM).

Основные функции, реализуемые на уровне RLC:

передача пакетов, формируемых вышележащим уровнем (PDCP PDU);
независимая от уровня PDCP нумерация пакетов данных;
сегментация и де-сегментация пакетов данных (только в режимах AM и UM);
обнаружение и коррекция ошибок передачи RLC PDU методом автоматического запроса повторной передачи – ARQ (только в режиме AM);
обнаружение дублирующих RLC PDU (только в режиме AM);
удаление пакетов данных по запросу вышележащего PDCP уровня – RLC SDU discard (только в режимах AM и TM).

При этом функцию сегментации / де-сегментации условно относят к подуровню Low-RLC, остальные – к High-RLC.

5. MAC (Medium Access Control)

Основные функции, реализуемые на уровне MAC:

маппинг между логическими и транспортными каналами;
мультиплексирование MAC SDU, принадлежащих одному или нескольким логическим каналам, в транспортные блоки (TB), передаваемые на физический уровень;
демультиплексирование MAC-PDU, полученных в транспортных блоках от физического уровня,
динамическое распределение ресурсов с учетом приоритетов пользовательских терминалов (UE) и логических каналов, а также отчетов об интерференции – функции менеджера расписаний (scheduler);
обнаружение и коррекцию ошибок передачи MAC PDU методом гибридного автоматического запроса повторной передачи – HARQ.

При этом функцию, реализующую метод HARQ, условно относят к подуровню Low-MAC, остальные – к High-MAC.

6. Физический уровень
На физическом уровне выполняются функции, перечисленные в таблице ниже. При этом часть функций (в зависимости от опции разделения) условно относят к подуровню Low-PHY, остальные – к High-PHY.

Наиболее востребованная операторами связи стратегия развертывания 5G будет видимо заключаться в длительном совместном существовании сетей 4-го и 5-го поколений при максимальном переиспользовании инфраструктуры, узлов и сетевых элементов. Это позволит операторам модернизировать свои сети не революционно, а поступательно (эволюционно), с одной стороны сохраняя инвестиции в строительство сетей LTE и широкую зону радиопокрытия сетей LTE, с другой - предоставлять клиентам новые, базирующиеся на 5G услуги в тех зонах, где эти услуги востребованы.

С целью реализации данной стратегии 3GPP предложил несколько возможных сценариев (или опций) внедрения 4G (LTE) и 5G (NR). Все опции разделены на две группы:

Standalone (SA) – предполагающие использование только одной технологии радиодоступа (LTE или NR – New Radio);
Non-Standalone (NSA) – использование и LTE и NR, что упрощает развертывание сетей 5G на начальном этапе.

Для развертывания 5G по сценарию Non-Standalone необходима модернизация базовых станций сети 4G-LTE до уровня eLTE (или enhanced LTE) с целью поддержки расширенного функционала взаимодействия с базовыми станциями 5G (gNb). Стандартизация данного сценария (в рамках релиза 15 3GPP) была завершена в январе 2018г.

Важным аспектом для реализации Non-Standalone опций является концепция двойного подключения (Dual Connectivity), специфицированная 3GPP в релизе 12, и подразумевающая подключение пользовательских терминалов (UE) в состоянии RRC_CONNECTED одновременно к двум базовым станциям (Master eNb и Secondary eNb). Ключевое отличие Dual Connectivity от агрегации частот заключается именно в подключении к двум различным базовым станциям, связанным посредством X2 интерфейса, и находящимся в общем случае на различных сайтах.

При этом возможны две схемы реализации:

split bearer – в этой схеме на PDCP уровне поток пользовательских данных (user plane) виртуального канала расщепляется на два подпотока в направлении Master eNb и Secondary eNb соответственно;
switch bearer – в этой схеме поток пользовательских данных (user plane) может коммутироваться либо в направлении Master eNb, либо в направлении Secondary eNb (без агрегации).

Реализация Non-Standalone накладывает дополнительные требования к сложности пользовательских терминалов (UE), включая обеспечение одновременной работы двух модемов, увеличенный размер буфера приема и дополнительная нагрузка на процессорные ресурсы уровня PDCP для восстановления порядка следования пакетов (в случае режима MCG split bearer). Также нужно отметить, что для опций 3, 4, 7, 8 вносится дополнительная задержка в передачу пакетов пользовательского трафика за счет использования интерфейса Xx.
Кратко рассмотрим все определенные 3GPP опции.

Option 1 – представляет собой реализацию классической выделенной сети LTE на базе ядра EPC и базовых станций eNb (в соответствии с 14-м или более ранними релизами 3GPP). Используется в географических зонах, где 5G сервисы не востребованы.

Option 5 – актуальна при новом строительстве выделенной сети LTE (greenfield) с возможностью последующей модернизации до комбинированной сети 5G/LTE (Option 4/4a). Используется ядро NGCN и модернизированные базовые станции сети радиодоступа E-UTRAN ng-eNb.

Option 2 – представляет собой целевую финальную архитектуру выделенной сети 5G сети на базе ядра сети NGCN и базовых станций gNb. Используется в географических зонах, где сети LTE отсутствуют и их строительство нецелесообразно.

Option 6 – может использоваться при строительстве выделенной сети 5G, но на базе существующего ядра сети LTE (EPC), например, при разворачивании тестовых зон, либо как промежуточный этап на пути к целевой архитектуре 5G в географических зонах, где сети LTE отсутствуют и их строительство нецелесообразно (Option 2).

Option 3/3a – актуальна на ранних этапах строительства 5G (в виде точечного радиопокрытия) в географических зонах, где уже развернуты сети 4G-LTE. Не требует внедрения ядра NGCN (используется ядро сети LTE – EPC). Базируется на технологии двойного подключения. В качестве интерфейса, связывающего сети радиодоступа E-UTRA/NR и EPC, и переносящего пользовательский (User Plane) и сигнальный (Control Plane) трафик используется S1. Якорной точкой для терминации S1-MME являются базовые станции сети радиодоступа E-UTRAN (eNb).

Option 8/8a – может использоваться как промежуточный этап на пути к целевой архитектуре 5G/LTE от Option 3/3a к Option 4/4a. В отличии от Option 3/3a якорной точкой для терминации S1-MME являются базовые станции сети радиодоступа NR (gNb).

Option 4/4a – представляет собой целевую финальную архитектуру комбинированной сети 5G/LTE. Используется технология двойного подключения. Требует внедрение ядра NGCN и модернизации базовых станций сети LTE до ng-eNb. Базируется на технологии двойного подключения. В качестве интерфейса, связывающего сети радиодоступа E-UTRA/NR и NGCN, и переносящего пользовательский (User Plane) и сигнальный (Control Plane) трафик используется NG. Якорной точкой для терминации NG-C являются базовые станции сети радиодоступа NR (gNb).

Option 7/7a – может использоваться как промежуточный этап на пути к целевой архитектуре 5G/LTE Option 4/4a, в отличии от которой якорной точкой для терминации NG-C являются базовые станции сети радиодоступа E-UTRAN (eNb).

Возможные сценарии внедрения сетей 5G показаны на Рис. 5.

Согласно прогнозам, опубликованным в последнем издании доклада «Ericsson Mobility», технология 5G может стать глобальной быстрее, чем прежние поколения сотовой связи, и уже к 2024 году число её пользователей достигнет отметки в полтора миллиарда, а потенциальный охват составит 40% населения планеты. Технология 5G New Radio существует в двух версиях: неавтономной, которая будет лежать в основе всех коммерческих проектов, ожидающих запуска к концу текущего и на протяжении 2019 года, и автономной, которая предусматривает кардинально новую базовую архитектуру.

Либби Аллен из издания RCR Wireless News объясняет в своей публикации основные отличия двух версий технологии. Mediasat публикует перевод данной заметки.

5G является технологией мобильной связи пятого поколения, которая должна прийти на смену 4G LTE. Ключевыми улучшениями технологии 5G является её способность заменить собой наземные линии на протяжении нескольких лет, более совершенная антенная технология и более широкая пропускная способность канала.

Технология 5G была разработана из расчета возможности поддержки трёх основных вариантов использования: улучшенная мобильная широкополосная связь (или же eMBB), более ориентированная на гарнитуры; сверхнадёжная связь с низкой задержкой (либо URLLC), которая позволяет использовать технологию для промышленных IoT приложений и автономных механизмов; а также массовая машинная связь, предусматривающая работу таких устройств, как датчики.

Неавтономный 5G NR (известен также как NSA) является ранней версией Автономного 5G NR и, главным образом, используется для eMBB. NSA, в котором используется LTE RAN и ядро с добавлением несущей компонента 5G, в настоящее время тестируется на многих рынках – от Норвегии до Китая; к началу 2019 года станут доступны 5G-совместимые смартфоны, однако сети 5G будут строиться, главным образом, с опорой на существующую инфраструктуру 4G LTE. Начальная модель NSA 5G NR будет направлена на улучшение качества мобильного широкополосного интернета для повышения объёма и надёжности передачи данных путём использования частот миллиметрового диапазона. Это будет своего рода первый шаг, который позволит операторам начать предлагать коммерческие услуги уже в 2019 году, не ожидая 2020-го. Однако технология 5G в миллиметровом диапазоне будет иметь намного меньший, в сравнении с предыдущими поколениями, охват и будет в большей степени подвержена помехам. Запуск NSA позволит инженерам проанализировать и решить данные проблемы.

Автономный 5G NR появится на рынке примерно в 2020, и, как ожидается, ещё больше повысит эффективность работы сети в сравнении с LTE и неавтономным вариантом. Появление автономной версии технологии 5G NR приведёт к снижению затрат операторов и повышению производительности для пользователей. Автономная версия предусматривает наличие совершенно новой RAN и ядра сети. Подобно NSA, автономная версия будет использовать частоты миллиметрового диапазона, а также частоты низкого и среднего диапазонов, что позволит обеспечить широкое покрытие территорий и связь на скорости в несколько гигабит.

Технология 5G является эволюционным развитием телекоммуникационных сетей, и запуск NSA даёт операторам возможности для тестирования рынка и разработки новых предложений для потребителей. И хотя это лишь пробная версия, приходящая на рынок в преддверии появления автономного 5G, любая технология, отвечающая на запросы бытовых и корпоративных потребителей при снижении операционных расходов, будет иметь широкий успех на рынке.

Благодаря прибытию 5G мы мы находим такие термины, как SA, NSA или Sub 6, среди многих других. Что они имеют в виду и к каким технологиям они применяются? На это мы постараемся ответить ниже, чтобы вы могли ознакомиться с этими словами, которые вы наверняка услышите часто.

5G SA и NSA

Два термина, с которыми мы чаще всего сталкиваемся в этой области, это SA и NSA. Это два термина, которые имеют много отношений и родились из две фазы развертывания 5G по всему миру, Начальная фаза также называется 3GPP версии 15, более известной как 5G NSA; в то время как вторая фаза называется Выпуск 16 или 5G SA завершена. Оба 5G, но разные в то же время, как мы уже говорили.

Не все сети 5G одинаковы: различия между 5G NSA и 5G SA Мы объясним вам, какие различия существуют между двумя типами сетей 5G: 5G NSA (автономный) и 5G SA (5G Stantdalone).

С другой стороны, есть другая группа, что составляет 700 МГц. Это полоса, которая поможет в расширении 5G, но не будет доступна до второй половины 2020 года в Испании. В этот день будет организован аукцион для операторов.

NSA 5G в настоящее время используется во многих странах Европы, как, например, в Испании или Германии. Это позволяет нам уже пользоваться определенными преимуществами. Скорость уже больше, но это не будет до прибытия 5G SA когда минимальная задержка или высокая скорость загрузки доступны. Максимальная скорость не может быть достигнута, пока вторая фаза не завершена.

Sub 6

Мы кратко и легко расскажем вам, что вы должны знать о прибытии 5G в Испанию, совместимых мобильных телефонах, преимуществах и многом другом.

Благодаря DSS, оборудование башни связи может излучать как спектры, 4G и 5G; выгрузка большего количества ресурсов в ту или иную связь в зависимости от подключенных устройств. Это позволяет быстрее внедрять новые технологии и дешевле; поддержание совместимости старых телефонов без новых, совместимых с сетями 5G, теряет быстродействие. Динамическое изменение между спектрами или DSS гарантирует, что сеть может автоматически настраиваться на различные типы нагрузок.

латентность

Когда инициируется соединение между вашим устройством, таким как телефон Android и сервером веб-страницы, запрос отправляется через сеть оператора, а ответ поступает с сервера. Время, необходимое для этого процесса в исполнении это называется латентностью. Задержка зависит от многих переменных.

Задержка обычно измеряется миллисекундами; и время передачи сильно влияет на скорость отклика соединения. Получите как можно меньшую задержку Это одно из лучших улучшений 5G. Следовательно, латентность тесно связана с 5G.

полосы

Группы не являются чем-то эксклюзивным для 5G, потому что мы уже слышали о них в предыдущие поколения, такие как, 3G и 4G, Эти полосы являются конкретными частотами, на которых работают мобильные телефоны; частоты, которые должны соответствовать оператору, который предлагает нам возможность подключения.

Технология 5G может использовать очень широкий диапазон полос: от низких, которые предлагают больший охват и проникновение в здания, до высоких и очень высоких частотных диапазонов, идеально подходящих для высоких скоростей передачи.

Чем отличаются 5G и 4G? Ниже мы объясним основные аспекты, которые отличают один от другого.

В дополнение к термину MIMO, с 5G мы должны привыкнуть к другому имени: Массивные MIMO или mMIMO, Как уже предлагает термин, это технология, которая умножает количество устройств, подключенных к одной и той же башне, чтобы умножить объем обмениваемых данных; поддержание высоких скоростей передачи и минимальной задержки всегда. технология требуется несколько антеннкак в отправителе, так и в получателе. Это одна из причин стоимости мобильных телефонов с 5G: им нужно разместить внутри различные антенны.

диаграммообразующая

Миллиметровая волна

Это еще один из терминов, которые мы чаще всего встречаем, читая о 5G. Спектр миллиметровых волн или миллиметровых волн группирует частоты между 24 ГГц и 100 ГГц. Это частоты, которые допускают скорости выше 1 Гбит / с. Известные как полосы очень высоких частот, они будут распространены в мобильных сетях 5G SA.

5G в очень высокой полосе требует много меньших и меньших сотовых вышек. Это приводит к тому, что стоимость реализации будет выше, но также позволяет увеличить число подключений. в густых городских районах, Проникновение в здания ммволновой спектр это низко; следовательно, технология 5G опирается на Массивная MIMO и диаграммообразующая: Подключенное устройство может быстро переключаться между ближайшими и самыми высокими сигнальными ячейками без потери пакетов данных.

Маленькие клетки

Маленькие клетки или маленькие клетки соответствуют своему названию. Это единицы или станции, которые меньше традиционной башни; что позволяет их размещать на фонарных столбах, знаках или на столбах. Они очень помогают в больших городах, поскольку, как мы видели в спектре mmWave, большее количество ячеек гарантирует более стабильные соединения.

Передатчики 5G используют радиоволны миллиметрового диапазона и антенные системы с множественным входом и множественным выходом (системы Multiple Input - Multiple Output, MIMO). Преимущество таких систем заключается в том, что вместо излучения энергии вокруг антенны, система MIMO может обеспечить множественную передачу и прием сигнала, а совместно с технологией beamforming направленно передавать и принимать энергию с разных направлений. Beamforming позволяет концентрировать энергию на отдельном оборудовании или в небольших географических районах. Таким образом с развитием "Интернета вещей" и "Умных устройств", совместная работа MIMO и Beamforming становится все более актуальной:

Антенны остаются ключевым элементом сетей 5G. Вместе с этим активно идут работы по освоению диапазонов сверхвысоких частот. В декабре 2019 года в официальном релизе возможностей нового стандарта систем пятого поколения, диапазон их работы добрался до отметки 100 ГГц.

На этот спектральный диапазон возлагают большие надежды. Например, GSA (Ассоциация поставщиков GSM) дала рекомендации, которые дополняются GSMA (Ассоциацией глобальной системы мобильной связи) о том, что количество смежных спектров, выделенных для 5G, должно составлять от 20 до 100 МГц на каждую лицензию спектра.

Поэтому, операторы должны будут полагаться на Carrier Aggregation и Massive MIMO для наиболее эффективного использования частотных ресурсов. Многие операторы делают разумные шаги в направлении 5G, используя 5G NSA (non-standalone).

NSA, он же неавтономный стандарт, является своего рода переходной инфраструктурой с использованием нового железа 5G на платформе 4G. Тот же подход применялся и раньше, когда провайдеры переходили c 2G на 3G, и далее на 4G.

По данным ABI Research мобильные сети уже генерируют сотни эксабайт данных в год. И объемы мобильного трафика продолжают расти. Ожидается, что полноценный запуск 5G наберет критическую массу к 2025 году и будет генерировать около 1,7 зеттабайт данных в год. Причины такого роста очевидны. По прогнозам, к 2025 году видео трафик, передаваемый по мобильным сетям будет составлять почти 80 процентов от всего объема передаваемых данных. К тому же большее количество устройств, включая смартфоны, начинают поддерживать 4K-разрешение.

C-B диапазоны

В настоящее время мы наблюдаем удивительную картину, когда почти в каждом мобильном устройстве находится целый спектр радио-технологий (LTE, Wi-Fi, GPS, Bluetooth, NFC и др.). Они могут как дополнять друг друга, так и решать совершенно разные задачи. Кроме того, одни и те же технологии могут работать в разных частотных диапазонах.

Например, на очень низких частотах сигнал может проникать в здания и обеспечивать широкий охват территории, на более высоких частотах - допускается использование большей мощности, но ограничивается дальность связи.

Большая часть используемого спектра в настоящее время работает на частотах до 3 ГГц. При увеличении рабочих частот до 10 ГГц, оборудование нужно располагать так, чтобы оно работало в пределах прямой видимости.

Ожидается, что корейские и японские операторы будут агрессивно использовать диапазон 3,5 ГГц для обеспечения своего национального радиопокрытия. Для этого может потребоваться в 4 раза больше сотовых базовых станций, но такие решения как UL/DL-развязка от компании Huawei, могли бы смягчить эти ограничения. Для достижения тех же целей возможно использовать микро- и пико-соты.

Что касается диапазонов миллиметровых волн, то здесь правила игры во многом определяют компании на североамериканском рынке, такие как AT&T и Verizon. Особенно важное значение будет иметь фиксированный беспроводной доступ, а также возможность охвата жилых районов и малых предприятий в городских и сельских населенных пунктах, обеспечивая пропускную способность, эквивалентную волоконно-оптическому.

Также есть понимание потребности в спектре до 1 ГГц, который может обеспечить очень широкую зону покрытия. В ближайшие несколько лет мы также увидим потенциальный интерес к обновлению спектра 3G и 4G. Однако это, скорее всего, будет происходить в каждой стране в зависимости от установленной базы пользователей 3G и 4G. T-Mobile USA недавно объявили, что они рассматривают свой 600 МГц спектр в качестве дополнения к 5G, чтобы обеспечить повышенную мобильность некоторых IoT устройств.

Что касается диапазона десятков гигагерц, то США сосредоточены в основном на полосах частот 24 ГГц, 28 ГГц, 37 ГГц, 39 ГГц и 48 ГГц.

Диапазон

Отдельное внимание многих стран, принимающих активное участие в разработке 5G систем, уделено частотному диапазону 25-29 ГГц:

Со временем в этом диапазоне будет работать большинство смартфонов и других клиентских устройств. Сценарий применения тот же, что и сейчас в смартфонах Samsung и iPhone с антенными решетками из 4-х активных компонентов. Внимание экспертов уделено анализу эффективности использования данного диапазона и его влияния на человека.

Сделать подобные заключения позволяют презентации флагманского программного обеспечения по разработке в том числе и радиоустройств - ANSYS HFSS, в последнем релизе которого была добавлена библиотека 5G компонентов, а в качестве демонстрационной тестовой задачи рассматривалась антенная решетка, работающая на частоте 28 ГГц:

Вид решетки и формируемая диаграмма приведены на рисунке ниже:

В частности в демонстрационной задаче рассматривается влияние излучения на человека:

Антенные модули, работающие на частотах 26-28 ГГц рассматриваются в качестве основных активных элементов в беспроводных системах следующего поколения:

Развитие антенной части

формирование абонентских сот, в которых антенный луч может быть использован как для равномерного покрытия, так и для узконаправленной передачи данных в сторону приемного оборудования;
векторная секторизация, которая заключается в переходе от стандартной 3-секторной к 6-секторной конфигурации базовой станции. Би-секторные базовые станции можно было реализовывать и ранее на оборудовании 2G-4G, однако именно с переходом на 5G, в более высоко-гигагерцовый диапазон, секторизация становится особенно актуальной;
Переход на антенны MIMO. Многие существующие антенны LTE имеют формат 2×2 MIMO, который обычно является стандартом для многих сетей LTE, но при этом наблюдается переход к формату 4×4. Также проводятся испытания по использования в смартфонах систем 8×2 и даже 8×8 MIMO.

Решение Massive MIMO явно будет и дальше набирать обороты. Например, уже сейчас мы видим и потребность в схемах MIMO 16×16, . 64×64, а в долгосрочнойдолгосройной перспективе и более высокие комбинации. Для смартфонов принципиальными остаются ограничения по форм-фактору. Многие из флагманские продукты (Samsung S8 и S9, iPhone X) могут поддерживать конфигурацию 4×4, что обеспечивает более высокую пропускную способность.

Антенны с малым количеством портов уже никому не интересны. Поэтому нас ожидает увеличение количества антенн до 12-16, проектируемых такими поставщиками, как Kathrein. Кроме того, по мере перехода в 5G, появятся дополнительные возможности для ретрансляторов, которые могут обеспечить покрытие в небоскребах и жилых домах. В связи с новыми форм-факторами и новыми спектральными диапазонами необходимо будет модернизировать объекты связи.

Одним из наиболее интересных моментов является эволюция пассивных и активных компонентов антенн. Активная антенна как правило имеет электронные компоненты, а пассивная - состоит не простых металлических проводников. В категорию активных входят интеллектуальные антенны и системы для автоматического формирования луча (Beamforming). Со временем активные антенны будут играть все более важную роль в беспроводных сетях. Во многом этот рост будет обусловлен конфигурациями MIMO и Massive MIMO. На рисунке ниже возможные варианты исполнения Massive MIMO в привычном форм-факторе:

5G в России

Не так давно компания "Мотив" протестировала оборудование для 5G в Харитоновском парке города Екатеринбурга. Скорость передачи данных достигла 2,07 Гбит/сек. Некоторые страны уже используют 5G, но Россия еще только подключается к этому движению.

В целом ситуация в РФ с 5G такая же как и во всем мире. Сетей не так много, в тестовом режиме они были обкатаны на крупных спортивных событиях. Однако, для России традиционно сложным вопросом остается распределение частот.

С одной стороны бесплатно раздают диапазоны 24,25–24,65 ГГц для создания сетей 5G, в том числе технологических сетей связи. То есть Роскомнадзор самостоятельно решает, кому разрешать устанавливать радиоэлектронные средства связи в данном диапазоне.

С другой стороны, ГКРЧ отклоняет заявки операторов на частоты 3,4-3,8 ГГц для проведения исследований.

"Пока по 3,4-3,8 Ггц мы воздерживаемся от каких-либо выделений и даже присвоений до окончательного решения вопроса о возможности или невозможности использования данного диапазона в интересах 5G. Прежде всего у нас - интересы национальной безопасности, и если есть хоть малейшая угроза этим вопросам есть, ГКРЧ решение в ущерб национальной безопасности не принимает" , - (с) замглавы Минкомсвязи Олег Иванов.

Также в марте 2020 года стало известно о том, что российским сотовым операторам не разрешили использовать уже имеющиеся у них частоты для запуска 5G-сетей.

Все это говорит о том, что внедрение технологии в стране может замедлиться. Но следует отметить, что ведущие производители оборудования 5G всегда шли навстречу и оказывали помощь в недрении своих технологий, как это уже было показано на примере сетей четвертого поколения. Сколько времени продлится война технологий и административного аппарата на этот раз - время покажет.

Читайте также: