Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

2022: cенсационный рост трафика

Количество абонентов мобильной связи составляет 3,2 млрд человек, при этом мобильные коммуникации использует около половины населения планеты. Такие данные опубликованы в новом докладе GSM Association «Мобильная экономика-2022», в котором представлен комплексный обзор современной отрасли мобильной связи, а также определены ключевые возможности и задачи отрасли на ближайшие пять лет.

В докладе отмечается, что по состоянию на конец 2022 года в мире насчитывалось 6,8 млрд мобильных подключений, а к концу 2022 года их количество должно увеличиться до 9,7 млрд. 1,6 млрд из этих подключений приходились в 2022 году на долю широкополосных сетей мобильной связи, число которых вырастет до 2022 года до 5,1 млрд, в том числе 920 млн подключений LTE.

Распространение широкополосной сети мобильной связи обусловило сенсационный рост трафика в 2022 году, по итогам которого мобильные сети ежемесячно передавали 0,9 экзабайт данных. В 2022 году этот показатель увеличится на 66% и будет составлять 11,2 экзабайт в месяц.

Ожидается, что к 2022 году количество абонентов вырастет еще на 700 млн человек и в 2022 году перешагнет отметку в 4 млрд.

Совокупный доход мобильной экосистемы составляет 1,6 трлн долл., что равнозначно 2,2% мирового ВВП. В период до 2022 года отрасль мобильной связи инвестирует 1,1 трлн долл. в капитальные вложения и привнесет 2,6 трлн долл. в глобальную экономику.

2022: cisco прогнозирует семикратный рост мобильной передачи данных за период 2022-2021 гг.

К 2021 г. больше жителей нашей планеты будут пользоваться мобильными телефонами (5,5 млрд), чем банковскими счетами (5,4 млрд), централизованным водоснабжением (5,3 млрд), и проводной связью (2,9 млрд). Такие данные приводятся в очередном выпуске отчета Cisco «Наглядный индекс развития сетевых технологий: глобальный прогноз по мобильному трафику на период 2022-2021 гг.

» (Cisco Visual Networking Index (VNI) Global Mobile Data Traffic Forecast (2022 to 2021)[1]). Такие факторы, как уверенный рост числа пользователей мобильной связи, смартфонов, мобильного видео, подключений Интернета вещей (Internet of Things, IoT), а также рост скоростей передачи данных и потребления мобильного видео в ближайшие пять лет приведут к семикратному увеличению мобильного трафика.

По прогнозам Cisco, к 2021 г. мобильный трафик данных достигнет следующих показателей:

  • доля мобильного трафик данных составит 20% всего IP-трафика (в 2022 г. этот показатель составлял лишь 8%);
  • на душу населения будет приходиться 1,5 мобильных устройства, около 12 млрд устройств, подключенных к мобильным сетям, включая модули межмашинной связи (показатели 2022 г. — 8 млрд устройств и 1,1 устр. на душу населения);
  • скорость мобильных подключений увеличится втрое и к 2021 г. достигнет 20,4 Мбит/с (показатель 2022 г. — 6,8 Мбит/с);
  • M2M-соединения будут представлять 29% (3,3 млрд) всех мобильных подключений (показатель 2022 г. — 5% (780 млн)). С распространением IoT-приложений в потребительском и бизнес-сегментах M2M станет самым быстрорастущим типом мобильного соединения;
  • на долю 4G к 2021 г. будет приходиться 58% всех мобильных соединений (в 2022 г. — 26%) и 79% всего мобильного трафика передачи данных;
  • общее число смартфонов, включая смаршеты, достигнет 6,2 млрд и превысит половину всех устройств и подключений (показатель 2022 г. —3,6 млрд).

Лавинообразный рост мобильных приложений и распространение мобильной связи стимулируют рост технологий 4G, за которыми вскоре последуют и технологии поколения 5G. Cisco и другие представители отрасли считают, что крупномасштабное развертывание инфраструктур 5G можно ожидать к 2020 г.

Новые скорости, низкая задержка и функции динамического конфигурирования, которые ожидаются в сетях 5G, нужны мобильным операторам не только для удовлетворения возросших запросов пользователей, но и для того, чтобы соответствовать новым сервисным трендам в мобильном, жилом и бизнес-секторах.

Ключевые прогнозы и тенденции в сфере мобильного трафика

1. Рост глобального трафика ЦОД

  • К 2021 г. глобальный трафик мобильной передачи данных достигнет 49 эксабайт в месяц, или 587 эксабайт в год.
  • Эквивалент прогнозируемого годового прироста (587 эксабайт в год):
  • это в 122 раза больше, чем весь глобальный мобильный трафик, сгенерированный всего 10 лет назад, в 2022 г.;
  • это 131 трлн изображений (например, MMS).

2. Ускоренный рост мобильных видеотрансляций

  • Мобильная передача видео за период 2022-2021 гг. вырастет в 8,7 раза и достигнет самых высоких темпов роста среди всех мобильных приложений. К 2021 г. на долю мобильного видео придется 78% всего мобильного трафика.
  • Объем мобильных видеотрансляций за указанный период вырастет в 39 раз. К 2021 г. на их долю придется 5% всего мобильного трафика.

3. Рост виртуальной и дополненной реальности

  • Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR) это погружение пользователей в имитируемую среду, дополненная реальность (Augmented Reality, AR) представляет собой технологический оверлей на реальной картине мира.
  • VR-приложения способствуют распространению таких носимых устройств, как, например, шлемы (VR headset). За рассматриваемый период их число вырастет пятикратно, с 18 до почти 100 млн.
  • Глобальный VR-трафик увеличится в 11 раз, с 13,3 петабайт (Пбайт) в месяц в 2022 до 140 Пбайт в месяц в 2021 г.
  • Глобальный AR-трафик увеличится в 7 раз, с 3 Пбайт в месяц в 2022 до 21 Пбайт в месяц в 2021 г.

4. Подключенные носимые устройства стимулируют рост межмашинных соединений

  • По оценкам Cisco, число носимых устройств в мире вырастет почти в три раза и достигнет 929 млн (в 2022 г. — 325 млн).
  • Число носимых устройств с встроенной поддержкой сотовой связи к 2021 г. достигнет 69 млн (2022 г. — 11 млн).

5. Выгрузка мобильного трафика данных в сети Wi-Fi[2]

6. Прогнозы роста мобильного трафика передачи данных по регионам (2022 – 2021 гг.)

  • Ближний Восток и Африка: рост в 12 раз (2022 — 7,3 эксабайт/год, 2021 — 88,4 эксабайт/год).
  • Азиатско-Тихоокеанский регион: рост в 7 раз (2022 — 37,3 эксабайт/год, 2021 — 274,2 эксабайт/год).
  • Латинская Америка: рост в 6 раз (2022 — 5,4 эксабайт/год, 2021 — 34,8 эксабайт/год).
  • Центральная и Восточная Европа: рост в 6 раз (2022 — 11,1 эксабайт/год, 2021 — 63,0 эксабайт/год).
  • Западная Европа: рост в 6 раз (2022 — 8,8 эксабайт/год, 2021 — 50,3 эксабайт/год).
  • Северная Америка: рост в 5 раз (2022 — 16,9 эксабайт/год, 2021 — 76,8 эксабайт/год).

2021: искусственный интеллект займется развитием сетей и научится зарабатывать

17 ноября 2021 года компания «Ростелеком» совместно с Huawei представила исследование «Автономные сети: анализ технологий, эффективности и применений», подготовленное совместно с аналитической компанией J’son & Partners Consulting.

Исследование подтверждает, что в долгосрочной перспективе не существует альтернативы полной автоматизации развития и управления сетями на всех уровнях, которая предполагает тотальную замену ключевых процессов на автономные и интеллектуальные. Определяющую роль в производственных и бизнес-процессах операторов станет играть потребитель, который сам будет управлять параметрами и ценой услуги.

5g для urllc и embb

Формально, сети NB-IoT и eMTC можно отнести к сетям 5го поколения, но в данной статье говоря о 5G мы будем говорить о высокоскоростной технологии. Итак, сценарии URRLC (будет включен в релиз 16 3GPP) и eMBB (уже определен в релизе 15 3GPP) находятся в зоне ответственности 5G.

Казалось бы, скорости и время задержки в существующих LTE сетях удовлетворяют большинству современных пользователей. Зачем потребителю 5G и какая от него польза?

Давайте рассмотрим инфограмму на рисунке 4, она отражает сферы применения услуг в зависимости от требований к пропускной способности и задержкам. В светлой части мы видим современные сферы применения, ставшие для нас повседневностью – такие как: онлайн игры, просмотр и выгрузка видео, удаленная телеметрия, контроль объектов, датчики и проч. Все эти приложения довольствуются каналом до 100 Мбит/сек и задержками выше 10 мсек.

Сферы применения в зависимости от требований к пропускной способности и задержкам в сети мобильной связи
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

А теперь обратим внимание на синюю часть инфограммы – это та область, которая открывается с 5G. Видно, что в целом 5G может как улучшить существующие сферы применения, так и породить новые. Рассмотрим некоторые самые интересные применения отдельно. Они нам помогут понять на сколько важным для нас на самом деле является внедрение сетей 5G. Начнем с простого – потоковое видео.

Massive mimo и beam forming (формирование луча)

Формирование луча при помощи MIMO антенн не является новой концепцией и уже существует на рынке сотовой связи в качестве AAS (Active Antenna System, активная антенная система). AAS MIMO антенна, установленная на вышке, позволяет разбить зону покрытия на статические ячейки, тем самым увеличивает эффективность использования спектра, а значит увеличивает количество каналов.

2D MIMO антенна (слева) и Massive MIMO антенна (справа)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Применение концепции MIMO антенн в миллиметровом диапазоне FR2 становится еще более интересным т.к. миллиметровые радиоволны обладают хорошими показателями направленности за счет увеличения в разы количества антенных элементов на антенну. Массив таких антенных элементов (256 и более) можно соединить в одну т.н.


Таким образом, технология MIMO обретает разные смыслы в диапазонах sub6G и mmWave как показано в таблице ниже:

Nb-iot и emtc для mmtc

mMTC — это сценарий межмашинного взаимодействия, когда участие человека минимально, а все процессы автоматизированы. К устройствам mMTC относятся: счетчики воды, газа, электричества; контроллеры уличного освещения; датчики парковочного места; GPS/ГЛОНАСС-закладки; различные сенсоры дыма/огня; датчики взлома; «умные» мусорные баки и прочие IoT-устройства.

Как видно, здесь совсем не важны высокая скорость и сверхнизкие задержки, но очень важны автономность и огромное число подключений в сети. Речь идет о т.н. LPWA (Low Power Wide Area) устройствах – о массовых, простых и дешевых устройствах с ультранизким потреблением, способных работать от одной батареи до 10 лет.

Стандарты и спецификации для сетей LPWA были заложены в релизах 13 (Cat.NB1 и Cat.M1) и 14 (Cat.NB2 и Cat.M2) 3GPP и в настоящее время сети NB-IoT (они же LTE Cat.NB1/NB2) и eMTC (LTE Cat.M1/M2) уже запущены в коммерческую эксплуатацию. Сети для таких устройств характеризуются низкими скоростями передачи (до 150 кбит/сек в LTE Cat.

NB2 и до 1 Мбит/сек в LTE Cat.M1), широким и «глубоким» покрытием. Надо отметить, что прелесть NB-IoT и eMTC в том, что развертывание сетей со стороны операторов сотовой связи не требует огромных вложений и выделения отдельных частотных полос – эти LPWA сети могут работать в существующих частотных полосах и на существующем сетевом оборудовании, при этом одна базовая станция может обслуживать более обширную территорию по сравнению с существующими сетями 2G, 3G или LTE.

Читайте про операторов:  Тула - Новинки и проблемы связи 4G,3G Wimax

О том, как получить доступ к сетям NB-IoT при помощи модулей сотовой связи SIMCom Wireless Solutions можно прочитать в наших статьях.

Sky office

На ранней стадии коммерческого развертывания 5G, за исключением смартфонов, ожидается, что ключевым 5G продуктом станет именно ноутбук с подключением к Sky Office. Sky Office – это концепция переноса вычислительных мощностей ноутбука в облако, при оснащении ноутбука встроенным 5G модемом.

Так, в облаке могут размещаться не только файлы пользователя (Cloud Drive), но и программное обеспечение, такое как MS Office 365 (Cloud Office) или игровые программные продукты (Cloud Games). В этой концепции ноутбук становится, проще говоря, экраном с клавиатурой и камерой.

Концепция Sky Office
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Если сети сотовой связи обеспечат задержку в единицы миллисекунд и предоставят выделенный надежный канал связи на безлимитной основе (Network Slice), то работа со Sky Office в будущем может стать популярным способом применения ноутбука. При этом потребитель получит ряд интересных потребительских качеств, недостижимых с обычными ноутбуками:

Конечно, воплощение концепции Sky Office в реальность требует выстраивания целой экосистемы при участии игроков сразу нескольких отраслей, таких как: производителей операционных систем и ПО, производителей ноутбуков, операторов сотовой связи, облачных сервис-провайдеров, производителей чипсетов, производителей eSIM и модулей 5G.

Srs (sounding reference signal, излучение опорного сигнала)

Технология, известная еще с 14-го релиза 3GPP, является важным дополнением к Beamforming. Она позволяет базовой станции узнать о качестве канала через специальный пакет, посылаемый от UE. Обычно большинство UE могут поддерживать отправку SRS только через свою основную передающую антенну.

Следовательно, базовая станция может получать информацию канала только для этой антенны. Однако, используя технологию выбора передающей антенны, можно получить полную информацию о каналах всех антенн UE. Следовательно, базовая станция может генерировать луч в направлении UE наиболее лучшим образом.

Бпла (дроны)

Телехирургия выставляет высокие требования к задержкам и надежности связи, но есть еще одна сфера требующая ко всему прочему и массовость подключения – БПЛА (Беспилотные Летательные Аппараты или «дроны»). Сегодня никого не удивишь легкими беспилотными дронами самых разных назначений – от развлекательных до специализированных военных дронов.

В разрезе внедрения 5G, в прогрессивных странах со стороны регулирующих органов к данной теме уже сегодня обращено серьезное внимание, в связи с чем проводятся работы по стандартизации и обеспечению безопасности в этой сфере. К примеру, в Европе существует специальная экспертная группа 5G PPP (5G Infrastructure Public Private Partnership, www.5g-ppp.

eu/5gdrones) на базе Европейcкой Комиссии и представителей индустрии информационно-коммуникационных технологий (операторы, провайдеры, институты, малый и средний бизнес) из Британии, Франции, Швейцарии, Австрии, Финляндии, Греции, Польши и Эстонии.

При наличии стандартов, регулирующих массовый оборот дронов, систем искусственного интеллекта, надежного, постоянного и быстрого беспроводного канала связи 5G для целого улья дронов, можно раскрыть новые рынки и сервисы в самых разных сферах. Представьте: дрон-курьеры, разносящие еду из магазинов или важные медикаменты в труднодоступные места; дроны-спасатели, ищущие потерявшихся в лесу или море людей и днем, и ночью; дроны-пожарные, тушащие очаги возгорания еще на начальной стадии; агрокоптеры, опрыскивающие зерновые культуры – и все в глобальном масштабе, а не в частных случаях.

Швейцарский почтовый дрон Swiss Post от Matternet
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрТранспортировка людей в труднодоступные места на грузовом дроне
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрАгрокоптер проводит обработку сельско-хозяйственных угодий
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрПожарный дрон Predator-100 (Китай) тушит пожар
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрСпасательно-поисковый дрон швейцарской авиационно-спасательной организации Rega, самостоятельно ищущая людей
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрДрон DJI Matrice 600 Pro доставляет почки умершего человека (США)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

В: 5g доступен в россии?

О:

В России технология 5G на начало 2021 года не вышла за пределы тестовых зон, где она с большой долей вероятности останется в ближайшую пару лет.

Наиболее масштабная программа тестирования 5G операторами «большой четверки» реализуется в Москве. В начале сентября 2022 года во время демонстрации работы опытной зоны в салоне Tele2 на Тверской улице заместитель руководителя столичного департамента информационных технологий (ДИТ)

Александр Горбатько сообщил, что все операторы запустят свои тестовые участки по договоренности с ДИТ. В частности, «Билайн» намерен изучать работу технологии в Сколково, МТС — на ВДНХ и в парке Горького, «МегаФон» — в деловом центре «Москва Сити» и возле МГУ, а Tele2 обеспечила покрытие Тверской улицы от Кремля до Садового кольца. Представитель ДИТ уточнил, что «большая четверка» во всех случаях задействует полосу 28 ГГц.

В: где используется 5g?

О:

5G используется в трех основных типах подключенных сервисов:

1) Мобильная технология 5G может открыть новые возможности, такие как VR и AR, с более быстрой и равномерной скоростью передачи данных, меньшей задержкой и низкой стоимостью за бит.

2) 5G может создать условия для развертывания новых сервисов, которые могут преобразовать отрасли, с помощью сверхнадежных, доступных каналов с малой задержкой, таких как дистанционное управление критически важной инфраструктурой, транспортными средствами и медицинскими процедурами.

3) 5G предназначен для бесперебойного подключения огромного количества встроенных датчиков практически куда угодно, благодаря возможности уменьшения скорости передачи данных, мощности и мобильности, обеспечивая чрезвычайно экономичные и недорогие решения для подключения.

В: как работает 5g?

О:

Подобно 4G LTE, 5G также основана на OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) и будет работать на основе тех же принципов мобильной сети. Тем не менее, новый радиоинтерфейс 5G NR (New Radio) радикально улучшает OFDM, что позволяет обеспечить гораздо более высокую степень гибкости и масштабируемости.

5G будет не только предоставлять более быстрые и качественные услуги мобильной широкополосной связи в сравнении с 4G LTE, но и расширит обслуживание в новых областях, таких как критически важная связь и подключение сверхмассивных IoT. Это обеспечивается за счет новых технологий проектирования радиоинтерфейса 5G NR.

В: каковы различия между предыдущими поколениями мобильных сетей и 5g?

О:

Предыдущие поколения мобильных сетей: 1G, 2G, 3G и 4G.

Первое поколение — 1G

1980-е: передача аналогового голоса.

Второе поколение — 2G

Третье поколение — 3G

Начало 2000-х: стандарт передачи мобильных данных (например, CDMA2000). Это позволило почти неограниченный доступ к сети со скоростью первоначально 14 Мбит / с, а после многих обновлений даже до 28 Мбит / с. Первая сеть 3G была запущена в 2001 году в Японии.

Наряду с развитием сети 3G, рынок заполнили смартфоны, который сочетали традиционные функции телефона и мультимедийного устройства, что давало почти неограниченный доступ к Интернету.Сегодня сеть 3G широко используется. Однако, по мнению многих экспертов занимающихся телекоммуникационным рынком, сеть 3G была не совсем успешной.

Четвертое поколение — 4G LTE

Мобильная сеть 4-го поколения (4G) была впервые использована в 2009 году в Скандинавии. Это давало возможность передавать данные на недостижимых для стационарных интернет соединений скоростях — теоретически до 300 Мбит / с. Практически скорость составляет от 10 до 100 мегабит в секунду. Тем не менее на сегодня сеть 4G обеспечивает самое быстрое и лучшее качество передачи данных.

Часто, в контексте сетей 4G, также упоминается аббревиатура LTE. Это название стандарта передачи данных используемого сетями 4G. Это аббревиатура от английского «Long-Term Evolution» что значит «долгосрочная эволюция». Стоит подчеркнуть, что 4G LTE — это технология которая все еще внедряется.

Ключевые показатели стандарта 5g и технологии

5G (от англ. fifth generation — пятое поколение) — поколение мобильной связи, работающее в соответствии со стандартами телекоммуникаций, следующих за существующей технологией LTE (4G).

Консорциум 3GPP начал формирование спецификации 5G-NR (NR – New Radio, технология радиодоступа для сетей подвижной связи 5-го поколения) в 2022 году. Тогда были озвучены планы по подготовке спецификаций. В соответствии с этими планами 1-ая фаза спецификаций должна была завершиться до второй половины 2022 года (в рамках релиза 15 3GPP)

Кто придет на смену?

Ближайшими сменщиками смартфонов сейчас кажутся умные очки или гарнитуры виртуальной и дополненной реальности. По оценке исследовательской фирмы TrendForce, к 2023 году рынок гарнитур VR/AR приблизится к 19 миллионам единиц. Уже в 2021 году глобальные поставки подобных устройств достигли почти 10 миллионов штук.

Специалисты считают, что на развитие сегмента будет влиять интерес потребителей к метавселенным. В настоящий момент на рынке присутствуют несколько моделей гарнитур, среди которых лидируют Microsoft HoloLens 2 и Oculus Quest 2 от Meta (признана экстремистской организацией и запрещена в России).

Ничего нового

Впрочем, массовый отказ от смартфонов или вживление всем людям на планете имплантов к 2030 году все еще кажется очень амбициозной перспективой. Несмотря на развитие сегмента носимых устройств, искусственного интеллекта, систем голосового ввода многим аналитикам кажется, что в ближайшее десятилетие смартфон не уйдет в историю, а будет служить дополнением к новым девайсам.

Максимальная интеграция человека в метавселенную также требует максимальной открытости — вряд ли многие, зная о незащищенности сетей и гаджетов, позволят установить себе в мозг чип или полностью открыться перед неизведанной машиной. Как достичь более осознанного пользования гаджетами, если устройство для обмена данными будет встроено в человеческое тело?

Многие футурологи считают, что через десять лет человечество может рассчитывать максимум на массовое распространение умных очков и складных смартфонов, которые заменят существующие девайсы. Подобные носимые гаджеты окажутся недостающим звеном между классическими средствами связи и интегрированными в организм системами.

Расширяющие сознание устройства виртуальной и дополненной реальности смогут показать, как много повторяющихся действий, вроде набора сообщения, распечатки документа или вызова такси, можно визуализировать, упростить и улучшить с помощью новых технологий.

Потоковое видео

Участниками рынка прогнозируется смещение такого классического приложения как «видеостриминг» вправо, в сторону увеличения скоростей передачи данных без особых требований к задержкам. Главным драйвером для этого станет потребность в высококачественном 8K видео.

Читайте про операторов:  Замена сим карты МТС на нано сим карту с сохранением номера

Сегодня в продаже есть телевизоры с поддержкой 4K видео и некоторые провайдеры предоставляют видеоконтент такого качества. Но надежный доступ к такому контенту, могут получить разве что подключенные к оптоволоконному интернету, доступ к которому есть не во всех населенных пунктах.

Требования к пропускной способности сети различных форматов видео
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Потребление видеоконтента на широкоформатном телевизоре устанавливает требования к пропускной способности на скачивание. Однако 5G открывает более высокие скорости и на выгрузку. Это откроет двери для внедрения городских систем видеонаблюдения с интеллектуальным распознаванием лиц на всех континентах.

Правительство Шанхая (Китай) пользуется такой системой уже с 2022 года. К ней подключено более 170 млн. «умных» видеокамер. Для примера [2], данная система помогла обнаружить преступника, в 50 тысячной толпе на пути с концерта популярного певца. На концерт он пришел вместе с супругой и, по словам задержанного, тот рассчитывал затеряться в толпе.

На практике такие системы приносят городу не только экономию средств на обеспечении безопасности и оперативно-розыскных мероприятиях, но и порождают положительный социально-экономический эффект — граждане и туристы не боятся покупать дорогие вещи, посещают публичные места в любое время дня, а бизнес не опасается за сохранность клиентов и имущество, теперь это задача города.

С появлением 5G данная система лишь стала более эффективной и менее затратной при развертывании и обслуживании, а значит — доступнее.

Работа интеллектуальной системы распознавания лиц по потоковому видео с уличных камер
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Прогноз покрытия сетей 5g и «последняя миля»

Из сценариев развертывания сетей 5G и применяемых частотных полос следует логика распределения частотных полос под разные сценарии, как показано в таблице 3. Этой концепции подчиняется, технология Network Slicing определенная спецификацией 3GPP; она позволит операторам сотовой связи разворачивать изолированные друг от друга сети, каждую из них можно будет выделять под определенные нужды (для Интернета вещей, трансляция потокового видео и проч.).

Учитывая целесообразность указанных сценариев в мегаполисах, малых городах и поселках, можно составить обобщенную схему покрытия сетями как на рисунке 34. Как известно, в мире от сетей 3G либо уже отказались, либо уже заявили о планах на их отключение.

) при сохранении 2G для голосового трафика. Покрытие в пригороде будет отличаться более высокими скоростями и низкими задержками, а мегаполисы, кроме того, смогут похвастаться большим числом подключений и сверхскоростным интернетом в местах покрытия частотного диапазона FR2.

Обобщенная схема покрытия сетями 2G, LTE и 5G до 2025 года
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Отдельно надо сказать, что такое распределение сетей породит резкий рост рынка FWA (Fixed Wireless Access, см.ниже). Производители CPE (Customer Premises Equipment, настенное или внутридомовое телекоммуникационное оборудование, расположенное в помещении абонента) смогут обеспечить высокоскоростным интернетом жителей территорий, куда высокоскоростное и надежное покрытие 5G по каким-то причинам «не дошло».

Обычно в такие места приходят провайдеры проводного и оптоволоконного интернета. Но 5G FWA создаст серьезную угрозу этому сектору бизнеса. Ведь с 5G у FWA качество широкополосного интернета не уступит оптоволоконному интернету, а стоимость подключения и вовсе будет вне конкуренции, поскольку исключаются подведение оптоволокна/кабеля, монтажные работы и настройка у каждого абонента в отдельности. Установка CPE также проста как установка Wi-Fi роутера и почти не требует обслуживания.

FWA и проводные/оптоволоконные подключения на «последней миле»
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрCPE внутри дома (Indoor CPE) и настенный (Outdoor CPE)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Прямо в мозг

Согласно смелым прогнозам, люди будущего смогут поддерживать связь и получать информацию посредством гаджетов, интегрированных непосредственно в тело или одежду. По словам ученого Технологического института Вирджинии (США) Валида Саада, в широком смысле 6G заменит «традиционные рамочные структуры интеллектуальными и адаптивными протоколами».

Автор отчета прогнозирует, что новая технология станет первым протоколом беспроводной связи, который позволит передавать данные не на устройства, а сразу в мозг пользователя. В этом случае сотовые импланты могли бы заменить смартфоны. Протокол 5G Саад считает лишь переходным стандартом, который продемонстрирует потребителям и бизнесу, на какие скорости способны текущие телекоммуникационные сети.

Одним из самых упоминаемых в медиа стартапов в области имплантов считается Neuralink Илона Маска. Основанная в 2022 году нейротехнологическая компания предлагает использовать особые интерфейсы для взаимодействия с окружающим миром. Несмотря на то что сейчас Neuralink ставит своей целью создание инструмента для комфортного существования людей с ограниченными возможностями, в будущем она собирается «усовершенствовать человека».

Описанный инженерами интерфейс мозг-машина базируется на размещенных рядом с нейронами электродах, которые способны фиксировать и декодировать информацию на клеточном уровне. Устройство позволяет взаимодействовать с компьютером, управляя курсором мыши или набирая текст буквально силой мысли.

Если пофантазировать, то можно представить, как в черепной коробке находится прибор, который подключается к беспроводной сети и позволяет загружать информацию прямо в мозг. Необходимость в любых традиционных устройствах отпадает, так как нейроинтерфейс будет проецировать изображение перед глазами пользователя и получать от человека сигналы, с помощью которых он сможет взаимодействовать с другими людьми, решать определенные задачи, управлять девайсами умного дома.

Путь от lte к 5g

Как было сказано, текущие сети 4G не выдерживают требований, выдвигаемых новыми сценариями применения. Кроме плотности подключений, пропускной способности радиочасти и проч., задержки в сетях 4G довольно велики. Задержки складываются из задержек в радиочасти и в инфраструктурной части и сегодня они составляют десятки миллисекунд.

В долгосрочной перспективе, для полноценных 5G сетей, в том числе и для поддержки Network Slicing и URLLC, потребуется как новая сетевая инфраструктура NGCN (Next Generation Converged Network), так и модернизация сети радиодоступа. Ясно, что провернуть такой объем работ разом невозможно.

Задержки в сети 4G
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Консорциум 3GPP изначально учел сложность развертывания новых сетей и принял на вооружение сценарии перехода от стандартной конфигурации LTE сетей (#1) к 5G. Внедрение 5G предлагается сначала проводить поверх существующей инфраструктуры LTE EPC в режиме NSA (Non-Standalone, #3), как это делали операторы сотовой связи весь 2022 год.

В такой конфигурации задержки на радиочасти сократятся, но виду ограничений LTE ядра EPC, общий показатель задержки будет далек от требований URLLC. Главный смысл такой конфигурации в другом — в радиочасти мы получим значительное повышение пропускной способности достаточных для большинства существующих приложений eMBB, а также стабильность соединения при большом количестве подключившихся абонентов на одну базовую станцию.

Сценарии построения сети 5G начального и промежуточного периодов
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Начальная модель NSA (#3) направлена на улучшение качества мобильного широкополосного интернета для повышения надёжности и объёма передаваемых данных путём использования подключения в режиме EN-DC (E-UTRAN New Radio — Dual Connectivity).

Пользовательские терминалы, поддерживающие EN-DC, могут одновременно подключаться к базовым станциям LTE и 5G, при этом базовая станция LTE является якорной (требуется модернизация до ng-eNb, или new generation eNB). Пользовательский терминал (UE) изначально регистрируется в сети через E-UTRAN на низких частотах (<2 ГГц) и начинает транслировать в сеть результаты измерений, выполняемых на сети радиодоступа 5G-NR.

При удовлетворительном «качестве радиосигнала» 5G базовая станция LTE ng-eNb инициирует запрос к базовой станции 5G gNB на выделение UE сетевых ресурсов. По завершении процедуры UE подключается одновременно к базовым станциям LTE ng-eNB и 5G gNB. Конечно, зона охвата базовой станции 5G будет значительно уже LTE, т.к. высокочастотный сигнал миллиметрового диапазона имеет больший коэффициент затухания.

Подключение UE к LTE ng-eNB и 5G gNB в режиме EN-DC
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Далее, посредством комбинированных базовых станций LTE 5G-NR можно осуществить расширение зоны покрытия 5G за счет применения технологии DSS (Dynamic Spectrum Sharing, динамическое разделение спектра), когда нижний диапазон частот E-UTRAN (<2 ГГц) делится динамически с 5G-NR. До внедрения операторами ядра 5G сети смогут работать вот таким образом.

Расширение зоны покрытия 5G за счет низких частот LTE (DSS)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Далее от этапа #3, когда операторы сотовой связи интегрируют ядро 5G NGCN, они могут переходить к целевому и финальному режиму SA (опции #2 и #5), когда используется одна технология радиодоступа – либо E-UTRAN, либо 5G-NR. Ниже представлен финальный вид сети 5G, способной предоставлять услуги URLLC.

Финальный вид сети 5G
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Для удовлетворения растущей потребности eMBB можно задействовать средние частоты (2 ГГц-7 ГГц), увеличив таким образом скорости передачи данных, в том числе и за счет агрегации частот. Ниже частота – больше покрытие, но и меньше ширина канала. Однако есть способ увеличить покрытие сохраняя высокую скорость выгрузки при помощи дополнительного канала линии вверх (SUL, Supplementary Uplink).

Как это работает? На рисунке ниже показано, как «парному» (UL/DL) радиоресурсу из средних частот для UE назначается дополнительный непарный канал линии «вверх» (SUL) из низких частот. Тогда в одной соте UE получает 1xDL (средние частоты) и 2xUL (низкие и средние частоты) канала, использование которых будет контролироваться сетью.

В этом случае, на границе соты в DL-канале используется среднечастотный сигнал с повышенной мощностью из «парного» диапазона, а в UL-канале – низкочастотный сигнал в непарном SUL диапазоне. В итоге базовая станция «видит» UE на более дальних расстояниях, а скорость скачивания сохраняется как с применением средних частот.

Расширение зоны покрытия средних частот за счет непарного канала
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Состояние сетей 5g в мире и в россии

Процесс внедрения сетей 5G в коммерческую эксплуатацию начался уже с 2022 года, правда, пока покрытие таких сетей весьма скромное. На начало 2020 года, сети 5G запущены в эксплуатацию у 47 операторов в 22 странах мира, а вместе с теми, кто запланировал запуск или ведет тестирование будет 279 операторов в 109 странах.

Количество базовых станций 5G-NR в коммерческом обращении [3]
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрКоммерческие, запланированные и пилотные сети 5G
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Что касается абонентского оборудования, то в продаже уже имеется множество моделей 5G смартфонов, роутеров и CPE.

Модели 5G-смартфонов
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Первые пользователи уже оценили значительный рост скорости передачи в режиме 5G. Результаты тестов Qualcomm (май 2022) показывают повышение скорости скачивания у 5G устройств по сравнению с LTE устройствами в 3.3 раза. В будущем этот показатель будет выше за счет более плотного покрытия и перехода от LTE EPC ядра к пакетному 5G ядру сети.

Читайте про операторов:  Samsung Galaxy S20 FE LTE Exynos - Технические характеристики

В России «большая четверка» операторов в период с августа по сентябрь 2022 года уже провели первые тесты и запуск пилотных сегментов 5G сетей. По результатам тестов на данном этапе задержки в сети в движении вышли менее 10 мсек, а скорости достигали 2 Гбит/Сек на скачивание.

Тестирование скорости скачивания (1.3 Гбит/сек) на смартфоне Huawei “Mate X” в сети оператора Билайн (Москва)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / ХабрТестовые зоны 5G от МТС (режим NSA, применены LTE FDD 1800 МГц из блока FR1 и mmWave в полосе n257)
Почему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Согласно российской программе «Цифровая экономика», устойчивое покрытие сети 5G должно быть обеспечено к 2024 году во всех крупных городах с населением от 1 миллиона человек. В настоящий момент модель развития российских сетей 5G до конца не определена.

Проблема, как и в прочих странах, заключается в выборе радиочастотных полос. Операторы считают наиболее привлекательным для 5G диапазон 3,4-3,8 ГГц (n78 и n79), однако он занят другими пользователями, в основном, военными и спецслужбами, и требует работы по высвобождению.

Сценарии и примеры оказания услуг мобильной связи в сетях 5g

Если заметили, некоторые из ранее перечисленных показателей, такие как, например, пиковая скорость передачи данных и автономность, просто несовместимыми и даже являются взаимоисключающими. Но все сразу эти показатели и не должны выполняться одним устройством единовременно или в принципе поддерживаться всем списком.

Идея заключается в различии разных видов сценария оказания услуг радиоподвижной связи в зависимости от степени важности (высокая, средняя, низкая) того или иного показателя. В концепции Network Slicing, физическая архитектура 5G будет разделена на множество виртуальных сетей или слоёв, каждый из которых предназначен для своего сценария использования.

Спецификация определяет всего три сценария:

  1. eMBB (enhanced Mobile Broadband), сверхширокополосная мобильная связь;
  2. URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication), сверхнадежная связь с низкими задержками;
  3. mMTC (Massive Machine-Type Communications), массовая межмашинная связь.

Три сценария оказания услуг мобильной связиПочему и как 5G изменит все: технологии, поэтапное внедрение и элементная база для абонентского оборудования / Хабр

Третий квартал: индия и китай – драйверы новых подключений

На октябрь 2022 года глобальное проникновение мобильной связи составляет 82%, а общее число абонентов – около 5,8 млрд. Около 75% всех абонентов, или 4,4 млрд, приходится на стандарт GSM и лишь 14% составляют пользователи сетей третьего поколения WCDM]/HSPA. Рост в годовом исчислении составил около 13%.

На Индию и Китай пришлось до 40% чистого прироста. Примерно из 135 млн новых подключений в третьем квартале 2022 года (оценочно) эти две страны обеспечили около 20 и 30 млн соответственно. Для Индии это снижение по сравнению с предыдущими кварталами.

Далее по показателю чистого прироста следуют Индонезия, Бразилия и Бангладеш. Существует устойчивая тенденция к росту популярности смартфонов во всех регионах, и мы ожидаем, что примерно 30% от общего количества проданных телефонов в третьем квартале будет приходиться на смартфоны (по сравнению с 20% за 2022 г.).

Дифференцированное ценообразование для мобильного широкополосного доступа стало реальностью, так как многие операторы переросли модель, предполагающую безлимитный доступ по фиксированному тарифу и ввели сегментированные тарифные планы, например, по объему, времени или скорости доступа.

Объёмы и характер трафика сильно варьируют между сетями и странами; объём потребления трафика превышает средний уровень, например, в Северной Америке. В Северной Америке объем голосового трафика на одного пользователя значительно выше, чем в других регионах, что обусловлено различием тарифов.

В среднем пользователь персонального компьютера загружает 1-2 Гб в месяц, и этот показатель за последнее время значительно вырос. В сети мобильного оператора пользователь смартфона потребляет до 10 раз больше данных, чем пользователь обычного мобильного телефона.

Аналогичный показатель для пользователя ПК с мобильным модемом в 100 раз выше, чем для пользователя обычного мобильного телефона. Таким образом, рост популярности планшетов будет способствовать дальнейшему росту трафика. Согласно данным компании, браузеры и видео-приложения генерируют наибольший трафик во всех устройствах. Объем данных, передаваемых по WiFi, меняется в зависимости от типа устройства.

На октябрь 2022 года сети стандарта GSM охватывают более 85% населения Земли; более 40% имеют возможность доступа к сетям WCDMA/HSPA. Обе технологии продолжат расширять своё присутствие на рынке, и через пять лет WCDMA/HSPA выйдет на тот же уровень проникновения, на котором сегодня находится GSM.

Последующий рост проникновения HSPA-сетей будет связан с распространением недорогих смартфонов, а также появлением огромного количества новых устройств и приложений для мобильного широкополосного доступа и увеличением скоростей. Несколько крупных операторов начали внедрять сети стандарта LTE, однако в том, что касается охвата населения, доступом к LTE сегодня обладают лишь несколько процентов.

Через пять лет LTE выйдет примерно на тот же уровень охвата, на котором сегодня находится WCDMA/HSPA. С точки зрения операторских инвестиций в глобальном масштабе, WCDMA/HSPA будет оставаться лидирующей технологией мобильного доступа ещё многие годы.

Совокупные годовые инвестиции в сети радиодоступа WCDMA/HSPA превысили инвестиции в GSM-сети в 2009 году – через восемь лет после старта внедрения 3G в Западной Европе. Задача обеспечить сосуществование GSM, WCDMA/HSPA, CDMA2000 и 4G/LTE, а также всё увеличивающееся количество доступных частотных каналов формируют основу для инвестиций в многостандартные решения и дальнейшую модернизацию сетей.

В дополнение к инвестициям в радиодоступ, высокие темпы роста мобильного и фиксированного широкополосного доступа приводят к необходимости наращивания мощностей в таких областях как пропуск трафика, агрегация, транспорт и маршрутизации на основе IP-и Ethernet-технологий.

Когда операторы делают акцент на повышении качества и эффективности сетей, ключевым фактором успеха становится способность обрабатывать большой объем данных, сохраняя при этом высокий уровень сервиса. Эта необходимость заставляет операторов формировать дифференцированные предложения конечным пользователям и обеспечивать максимально высокое качество услуг.

Признавая, что качество услуг становится все более важным, некоторые операторы сегодня проводят их дифференциацию, развертывая высокотехнологичные сети, в которых первостепенное внимание уделяется интересам и запросам пользователей. Такие тенденции стимулируют спрос на консалтинговые услуги по оптимизации бизнес-процессов операторов, включая оптимизацию сетей, системную интеграцию и услуги по управлению сетью.

Уже не тот

В эпоху развития 5G-сетей смартфон остается наиболее удобным гаджетом для доступа к информации. Большая часть телефонов, выходящая на рынок в 2022 году, имеет поддержку работы в сетях нового поколения. Однако в Nokia считают, что эра 5G закончится одновременно с эрой смартфонов.

Пекка Лундмарк предсказывает, что переход к новым способам коммуникации состоится в ближайшем десятилетии, не позднее 2030 года, что связывают с появлением 6G. «К тому времени смартфон, каким мы его знаем сегодня, не будет самым распространенным интерфейсом», — отметил топ-менеджер корпорации.

По мнению спикера, многие из новых устройств будут интегрированы непосредственно в тело пользователя. Идею Лундмарка поддерживают в Google, где считают, что люди выберут более удобное и быстрое средство для общения — высокотехнологичные гаджеты, базирующиеся на технологии дополненной реальности.

Частота и ширина полос

Спецификация 3GPP TS 38.211 V1.2.0 (2022-11) определила новые полосы радиочастот для 5G (см.табл.1) и разделила их на два блока частот: FR1 (частоты до 6ГГц или sub6G) и FR2 (частоты выше 6ГГц или mmWave). Работа на более высокочастотных диапазонах позволяет устранить различные помехи в сети, которые искажают передачу данных.

Кроме того, выше частота – выше ширина полосы, а от нее напрямую зависит пропускная способность канала. Так, для блока FR1, в зависимости от используемого SCS (Sub-Carrier Spacing, вариант разноса радиочастот поднесущих) допускается ширина одного радиоканала до 100 МГц, для блока FR2 – от 50 до 400 МГц!

Четвертый квартал: число пользователей мобильного шпд взлетело на 60%

Согласно обновленному отчету Ericsson о развитии рынка связи и росте трафика, глобальный охват мобильной связи к четвертому кварталу 2022 года составил 85%. Сегодня в мире около 6 миллиардов абонентов сотовой связи.

Несмотря на то, что формальное число пользователей мобильной связи в мире около 6 млрд, их фактическое число – около 4,1 млрд, поскольку многие из них являются абонентами нескольких операторов. Таким образом, 60% населения Земли являются абонентами сотовой связи.

35% из 180 миллионов новых пользователей мобильной связи, зарегистрированных в четвертом квартале 2022 года, приходятся на Индию и Китай. Далее по числу новых абонентов следуют Бразилия, Индонезия и Бангладеш.

Согласно статистике минувших лет, в среднем число пользователей сотовой связи за год вырастает на 13% и примерно на 3% за один квартал. Около 75% абонентов используют GSM, для 15% пользователей в мире доступна связь стандарта 3G/HSPA.

За год число пользователей мобильного ШПД выросло примерно на 60%, сейчас их число приблизилось к 1 млрд. Во всех регионах растет популярность смартофонов. Около 30% всех телефонных трубок, проданных в 2022 году, были смартофонами, тогда как в 2022 году доля смартфонов в продажах составила лишь 20%.

Согласно данным компании Ericsson, продолжается активный рост мобильного трафика данных. За период с третьего квартала 2022 по третий квартал 2022 года объем передачи данных увеличился в два раза. Рост между вторым и третьим кварталами минувшего года составил 18%.

Мобильный голосовой трафик за последние четыре года удвоился и продолжает расти устойчивыми темпами. Эти показатели особенно актуальны в тех регионах, где наблюдается значительный рост числа новых абонентов, например, в развивающихся странах Азии.

Объем трафика данных пользователей мобильных ПК сильно варьируется в зависимости от предпочтений абонентов и стран. По данным Ericsson, один такой пользователей в среднем скачивает в месяц около 2 Гб данных.

Как вывод

Говорить, что сети 5G приобрели свой зрелый, финальный вид, еще рано. Нам предстоит дождаться 16го релиза, который по замыслу консорциума закроет 2ю фазу спецификаций и определит начало массового внедрения опорных сетей 5го поколения. Однако это не мешает уже сегодня начинать работы по изучению новой технологии, что заложит фундамент для будущих проектов, ведь сети радиодоступа 5G-NR в общем доступе уже имеются, хоть и в ограниченном виде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector