Стандарты сотовых сетей: от 1G до 5G

Что такое 5g и когда в россии появится мобильный интернет со скоростью 20 гбит/с | samsung россия

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). Антенна AAS MIMO, установленная на вышке, позволяет разбить зону покрытия на статические ячейки, тем самым увеличивая эффективность использования спектра и количество каналов (рис. 2).

Применение концепции MIMO-антенн в миллиметровом диапазоне FR2 оказывается еще более интересным, поскольку 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.

• мощный сигнал на выходе в направлении к UE;
• сильный уровень сигнал/шум в направлении от UE;
• отсутствие межсотовой интерференции;
• значительное увеличение количества каналов связи на одну соту.

Таким образом, технология MIMO предоставляет разные возможности в диапазонах sub6G и mmWave, как показано в таблице 2.

Sky office

Ожидается, что на ранней стадии коммерческого развертывания 5G ключевым 5G-продуктом, помимо смартфонов, станет именно ноутбук с подключением к Sky Office (рис. 7). Sky Office — это концепция переноса вычислительных мощностей ноутбука в облако при оснащении компьютера встроенным 5G-модемом.

Так, в облаке могут размещаться не только файлы пользователя (Cloud Drive), но и программное обеспечение (ПО), 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.

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 качеств, недостижимых с обычными ноутбуками:

• низкое потребление на уровне планшетов со временем автономной работы 14 ч и более;
• ноутбук не тратит время на загрузку ПО, оно уже работает — в облаке;
• потеря ноутбука больше не означает потерю данных и лицензий;
• тонкий и легкий корпус (состав и структура ноутбука упрощаются, а это способствует уменьшению размеров и веса);
• пассивное охлаждение (ноутбук больше не производит энергозатратных вычислений и слабо греется);
• связь безопаснее, чем Wi-Fi, поскольку 5G практически невозможно взломать, канал связи защищен новейшими алгоритмами шифрования.

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.

Бпла (дроны)

Телехирургия выставляет высокие требования к задержкам и надежности связи, но есть еще одна сфера, требующая ко всему прочему и массовость подключения, — беспилотные летательные аппараты (БПЛА), или «дроны». Сегодня уже никого не удивишь легкими дронами самых разных назначений — от развлекательных до специализированных военных.

В связи с внедрением 5G в прогрессивных странах к данной теме уже сегодня обращено серьезное внимание со стороны регулирующих органов, 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)

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. Государственно-частное партнерство 5G PPP будет предлагать решения, архитектуры, технологии и стандарты для БПЛА.

При наличии стандартов, регулирующих массовый оборот дронов, систем искусственного интеллекта, надежного, постоянного и быстрого беспроводного канала связи 5G для целого улья дронов можно открыть новые рынки и сервисы в самых разных сферах (рис. 14–19).

Дроны-курьеры, разносящие еду из магазинов или важные медикаменты в труднодоступные места; дроны-спасатели, ищущие потерявшихся в лесу или в 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.

Второе поколение сотовой связи

В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств начала разрабатывать стандарт GSM. Вскоре его начали называть 2G-связью. Изначально GSM предназначался для стран-членов Европейского института стандартов в телекоммуникации.

Но позже разработкой заинтересовались Средний Восток, Африка, Азия и Восточная Европа. Коммерческий релиз сетей стандарта GSM состоялся в 1991 году. Цифровой метод передачи данных позволял абонентам обмениваться SMS-сообщениями. А чуть позже им стал доступен выход в Интернет через протокол WAP.

Этот стандарт покорил не всех. Некоторые государства пошли по своему пути. Например, в США многие 2G-сети использовали стандарт D-AMPS. Лишь спустя какое-то время американцы перешли на GSM1900. А в некоторых странах надолго завоевал популярность стандарт CDMA. Он не был совместим с GSM, поэтому под него разрабатывались отдельные мобильные телефоны.

Постепенно на прилавках магазинов стало появляться всё большее количество портативных устройств, умеющих выходить в глобальную паутину. В связи с этим сотовым операторам нужно было что-то делать, так как в 2G остро не хватало скорости передачи данных.

Поэтому вскоре появилось промежуточное поколение сотовой связи, которое принято называть 2,5G. В этот стандарт внедрили поддержку технологии GPRS, а затем и EDGE. Отныне мобильным телефоном осуществлялась пакетная передача данных — абонент платил за конкретный объем трафика, а не за время соединения с сервером.

Это не только сэкономило людям деньги, но и увеличило скорость передачи и приема данных. В 2G-сетях этот параметр равнялся 9,6 Кбит/с, тогда как поддержка телефоном поколения 2,5G позволяла выходить в интернет на скорости до 170 Кбит/с (GPRS) или даже 384 Кбит/с (EDGE). В некоторых странах эти две технологии называли совершенно по-разному, но суть от этого не менялась.

Выше вы видите табличку, в которой указаны конкретные отличия всех стандартов, принадлежащих к поколениям 2G и 2,5G.

Инфраструктура c-v2x

От БПЛА перейдем к беспилотным транспортным средствам. Многие видели видеопрезентацию Tesla, в которой электромобиль под управлением искусственного интеллекта (рис. 20) движется по городу с минимальным участием водителя. Или другой пример — сервис Waymo, который позволяет при помощи мобильного приложения вызвать такси и доехать на нем до выбранной точки без водителя (рис. 21).

Оба автомобиля построены на разных принципах работы мощного искусственного интеллекта. Автомобиль принимает ситуативное решение на основе визуальной информации и данных с лидара (Waymo). «Умный» автомобиль находится в окружении «неумных», непредсказуемых автомобилей под управлением человека.

Доступен инфраструктурный подход к беспилотному вождению, закрепленный в 14-м релизе 3GPP — C-V2X. C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) — это концепция передачи информации от транспортного средства любому объекту, который может повлиять на транспортное средство, и наоборот.

Данный подход позволяет транспортному средству «общаться» с другими авто (V2V), инфраструктурой (V2I), сетью LTE (V2N), электросетью (V2G), пешеходами (V2P) и даже домами (V2H). 15-й релиз 3GPP также внес возможность общения автомобиля с сетью 5G, и C-V2X стал более привлекательным благодаря сервису URLLC.

Таким образом, транспортные средства, подключенные к системе C-V2X, смогут «видеть» всю картину дорожной обстановки, «знать» о взаимном положении, препятствиях, опасных участках, а искусственный интеллект, расположенный в сети, не просто сформирует для них траекторию движения, а сделает это с учетом взаимного влияния на транспортную систему.

Международная консалтинговая компания PricewaterhouseCoopers (PwC) прогнозирует, что первые машины без водителей появятся на дорогах общего пользования уже в 2021 году, а к 2040 году весь транспорт мегаполисов по всему миру станет беспилотным. Однако первое время такой транспорт будет требовать внимания со стороны водителя при определенных ситуациях по ходу движения.

В России данный сервис уже находится на стадии НИР и прототипирования. В 2022 году российский оператор «Мегафон» в партнерстве с «КАМАЗом» провел моделирование сервиса V2X в пилотной зоне на базе беспилотного электробуса «ШАТЛ» (рис. 22).

Теперь, перечислив множество примеров, где 5G будет как нельзя кстати, рассмотрим, в каком состоянии находятся сети 5G сегодня и какие барьеры нужно преодолеть на пути к фантастическому будущему.

Когда ждать 5g в россии?

технологий уже

. Еще в прошлом году, летом, компания «Мегафон» запустила в центре Москвы пилотную зону сети 5G. Конечно, протестировать новую связь обычные пользователи не могли, поскольку ни у кого еще нет смартфонов или других девайсов, которые поддерживают 5G. Демонстрация заключалась в проведении прямой трансляции футбольного матча с использованием 5G.

Но на этом положительные новости заканчиваются. Дело в том, что правительство отложило массовое внедрение стандарта до 2022 года. Концепцию создания и развития сетей 5G должны утвердить уже в этом квартале. К концу следующего года правительство определит диапазоны частот, плюс будут реализованы первые проекты по внедрению 5G в пяти ключевых отраслях и на территории одного из городов-миллионников.

Как уже упоминалось выше, реализовывать проект по развитию 5G в России будут все федеральные операторы, причем вместе, а не по отдельности. Компании подтвердили готовность поддержать проект совместного использования частот 3,4-3,8 ГГц для сетей 5G.

По мнению авторов исследования «Мобильная экономика: Россия и СНГ 2022», к 2025 году 5G станут использовать около 80% жителей России. «Результаты нашего исследования показывают, что Россия станет лидером среди стран СНГ по темпам распространения 5G-сетей, так как мобильные операторы активно инвестируют средства в их развитие», — говорится в исследовании.

К слову, пользовательские устройства появятся еще не скоро. По словам разработчиков, 5G «экспоненциально» усложняет разработку смартфонов. Плюс ко всему, такие телефоны на $200-300 будут дороже обычных. Их размер будет больше, чем у современных устройств, а работать они будут меньше по времени, поскольку 5G-чипы более прожорливы в плане энергии.

Итак, даже по самым оптимистичным прогнозам 5G-сети и устройства в России для массового потребителя станут доступными не ранее, чем через 3 года. При этом многие эксперты придерживаются пессимистичного сценария, согласно которому распространение 5G в РФ — вопрос 5-7 лет.

Опасность технологии 5g: новый виток развития или инструмент контроля?

Как показывает исторический опыт, внедрение каких-то глобальных нововведений крайне редко преследует интересы простых людей, а чаще всего — выполняет какие-то задачи, необходимые для сильных мира сего. К тому же, как правило, в погоне за одним-двумя плюсами игнорируются десятки минусов того или иного нововведения.

В ходе проведённых опытов было установлено, что новые технологии мобильной связи способны разрушить внутреннюю систему координации животных в пространстве. Чем это грозит?

Попробуйте себе представить, что будет со всеми мигрирующими животными, которые мгновенно потеряют данную им природой способность ориентироваться в пространстве? Это то же самое, что подложить магнит под компас корабля, — гибель экипажа неминуема. Также было установлено, что электромагнитное излучение нарушает обмен веществ в растениях, а это значит, что весь растительный мир будет под угрозой.

Первые жертвы сети 5-G уже появились в Голландии: после запуска вышки там в радиусе 400 метров вымерли несколько сотен скворцов. Также странный эффект запуск вышек произвёл на коров: в районе, где проводилось тестовое использование вышек, коровы на фермах начинали впадать в сильное беспокойство, и вышки пришлось отключить.

Швейцарская организация ProNature установила, что излучение 5-G-вышек повышает температуру тела насекомых. Стоит отметить, что частота, которая соответствует диапазону связи 4-G, уже сейчас используется для защиты зерна от вредителей, проще говоря, убивает их. А частота 5-G является ещё более губительной.

Частота связи 5-G оказывает влияние на потовые протоки и железы человека, принцип действия которых во многом повторяет действие антенн. Физик Пол Бен-Ишай поясняет, что потовые протоки человека работают по принципу спиральных антенн. И когда вместо обычного электромагнитного излучения в тело проникают неестественно короткие электромагнитные импульсы, заряды сами становятся излучателями электромагнитных волн и направляют их глубже в тело.

Частота связи 5-G может влиять на ДНК и ускорять процесс старения организма. К такому выводу пришёл доктор Мартин Полл, которые специализируется в области биохимии и медицины. Также в ходе своих исследований он установил, что электромагнитное поле разрушает мозг и нарушает работу сердца. По его словам импульсное электромагнитное поле, которое свойственно именно 5-G, более опасно, чем непрерывное.

Также Мартин Полл говорит о том, что электромагнитные волны глубоко проникают в тело человека, поражая и разрушая его ткани. В этом вопросе он ссылается на профессора Хессинга, исследования которого показывают, что у телят тех коров, которые пасутся непосредственно рядом с вышками-излучателями, уже с первых дней жизни формируется катаракта.

Действие вышек 5-G очень похоже по своему принципу на действие так называемых СВЧ-пушек, которые применяют для разгона демонстраций. В обоих случаях целенаправленное излучение способно разогревать тело человека (и любого живого существа в принципе) и негативно влиять на самочувствие.

5-G может вызывать мутации, причём такие, которые будут передаваться потомкам тех, кто подвергся излучению. Онколог Леннарт Харделл исследовал воздействие на человека технологии предыдущих поколений мобильной связи и отметил любопытную статистику, что опухоль мозга развивается преимущественно с той стороны, с которой к уху прикладывается телефон.

Любопытно, что страховые компании отказываются страховать ответственность телекоммуникационных корпораций в случае подачи против них исков о нанесении вреда здоровью по причине использования технологий 5-G. Одна из крупнейших страховых компаний составила отчёт, согласно которому есть риски, что 5-G может нанести человечеству непоправимый вред.

За любым глобальным нововведением стоят интересы транснациональных корпораций. И совершенно очевидно, что в подавляющем большинстве случаев эти интересы противоречат интересам простых людей. Ведь задача транснациональных корпораций — постоянно повышать объёмы потребления за счёт снижения уровня нашей с вами осознанности.

Наша осознанность против их технологий! Это постоянная гонка вооружений, и следует любое нововведение, такое как 5-G, рассматривать объективно, не впадая в восторг и эйфорию, наслушавшись лживой рекламы, но и не стоит видеть во всём теории заговора. Возможно, 5-G действительно просто улучшит качество жизни. Но вопросов, которые пока что остаются без ответов, слишком много.

Первое поколение сотовой связи

Сейчас самое первое поколение сотовой связи принято называть 1G. Но в годы действия этих сетей никто о таком понятии не подозревал, тогда многие люди не думали о том, что в ближайшем будущем сотовая связь станет совсем другой. Итак, что же представляло собой первое поколение?

Фактически это была аналоговая связь. Её запуск был осуществлён компанией AT&T, а первый звонок состоялся 3 апреля 1973 года — его совершил Мартин Купер, являвшийся главой мобильного подразделения Motorola. Как и в случае со стационарной аналоговой связью, теоретически сотовый телефон можно было задействовать в качестве модема. Но решиться на это мог только какой-нибудь миллионер, ведь минута разговора в те времена стоила огромных денег.

Как и в случае с последующими поколениями, 1G — это лишь название, объединяющее под собой несколько разных стандартов. В Канаде, США, Австралии, а также Южной и Центральной Америке применялся стандарт AMPS. В странах Скандинавии и некоторых государствах получил распространение стандарт NMT и его разновидности.

Ну а в Италии, Испании, Англии, Австрии, Ирландии и Японии применялось сотовое оборудование стандарта TACS. И это только три самых популярных варианта реализации сетей! Все эти стандарты были совершенно несовместимы друг с другом. Поэтому британец, приехавший в Америку, не мог разговаривать по своему собственному телефону.

Друг от друга разные стандарты отличались не только диапазоном частот, но и радиусом соты, мощностью передатчика, временем переключения на границе соты и соотношением сигнала к шуму. Подробнее со всеми спецификациями вы можете ознакомиться в прилагающейся табличке.

Обычным людям сотовая связь первого поколения стала доступной далеко не сразу. Первое десятилетие некоторые компании занимались только экспериментами. Коммерческая реализация произошла только в 1984 году. Достаточно быстро стало ясно, что аналоговая сотовая связь имеет ряд недостатков.

Во-первых, каждая сота имела малую ёмкость — при подключении к ней большого количества абонентов начинались серьезные проблемы. Во-вторых, качество сигнала было далеко от идеала, особенно если абонент находился не на улице, а в здании. Первыми об этих проблемах задумались европейцы. Они начали разрабатывать цифровую связь.

Потоковое видео

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

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 пользователи, подключенные к оптоволоконному Интернету, что возможно не во всех населенных пунктах.

Потребление видеоконтента на широкоформатном телевизоре устанавливает требования к пропускной способности на скачивание. Однако 5G предлагает более высокие скорости и на выгрузку. Это откроет возможности для внедрения городских систем видеонаблюдения с интеллектуальным распознаванием лиц (рис. 6) на всех континентах.

В таких системах вся вычислительная часть с искусственным интеллектом находится в сети, от камер видеонаблюдения требуется лишь передать на сервер видео должного разрешения. В мире уже есть примеры внедрения таких систем. Правительство Шанхая (Китай) пользуется такой системой 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, рассчитывал затеряться в толпе.

На практике такие системы не только позволяют городу сэкономить средства на обеспечение безопасности и оперативно-розыскные мероприятия, но и порождают положительный социально-экономический эффект: жители и туристы не боятся покупать дорогие вещи, посещают публичные места в любое время дня, а бизнес не опасается за сохранность клиентов и имущество, поскольку теперь это задача города.

С появлением 5G данная система станет более эффективной и менее затратной при развертывании и обслуживании, а значит — более доступной.

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 которых можно будет выделять под определенные нужды (для «Интернета вещей», трансляции потокового видео и др.).

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

Поэтому на рисунке 3G изображен прерывистой линией. По планам европейских операторов, вместо медленного 3G в поселки придет быстрый LTE (сценарий #5 на рис. 29) при сохранении 2G для голосового трафика. Покрытие в пригороде будет отличаться более высокими скоростями и низкими задержками, а мегаполисы смогут похвастаться большим числом подключений и сверхскоростным Интернетом в местах покрытия частотного диапазона FR2.

Отдельно стоит сказать, что такое распределение сетей породит резкий рост рынка FWA (Fixed Wireless Access, рис. 35). Производители CPE (Customer Premises Equipment — настенное или внутридомовое телекоммуникационное оборудование, расположенное в помещении абонента, рис. 36) 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, а стоимость подключения и вовсе будет вне конкуренции, поскольку исключаются подведение оптоволокна/кабеля, монтажные работы и настройка у каждого абонента в отдельности. Установка CPE так же проста, как установка Wi-Fi роутера, и почти не требует обслуживания.

Возможно, в итоге рынок оптоволоконного/проводного Интернета сильно преобразится, найдет свое специфическое применение, но уже никогда не будет таким массовым, как сегодня. И напротив, по прогнозу экспертов SNS Telecom, к 2030 году через сервис FWA посредством 5G будет подключено 345 млн абонентов (рис. 37), а абонентских устройств CPE будет продано свыше 90 млн.

Путь от lte к 5g

Как уже было сказано, сети 4G не дотягивают до требований, выдвигаемых новыми сценариями применения. Помимо плотности подключений, пропускной способности радиочасти и др., задержки в сетях 4G довольно велики. Задержки складываются из задержек в радиочасти и в инфраструктурной части (рис. 28), и сегодня они составляют десятки миллисекунд.

В долгосрочной перспективе для полноценных 5G-сетей, в том числе 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.

Консорциум 3GPP изначально учел сложность развертывания новых сетей и принял на вооружение сценарии перехода от стандартной конфигурации LTE-сетей (#1 на рис. 29) к 5G. Внедрение 5G предлагается сначала проводить поверх существующей инфраструктуры LTE EPC в режиме NSA (Non-Standalone, #3 на рис. 29), как это делали операторы сотовой связи весь 2022 год.

В такой конфигурации задержки на радиочасти сократятся, но ввиду 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, достаточное для большинства существующих приложений eMBB, а также стабильность соединения при большом количестве подключившихся абонентов на одну базовую станцию.

Начальная модель NSA (#3 на рис. 29) направлена на улучшение качества мобильного широкополосного Интернета для повышения надежности и объема передаваемых данных за счет 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 (рис. 30), при этом базовая станция LTE является якорной (требуется модернизация до ng-eNb или new generation eNB).

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, поскольку высокочастотный сигнал миллиметрового диапазона имеет больший коэффициент затухания.

Впоследствии 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 (рис. 31). До внедрения операторами ядра 5G-сети смогут работать таким образом.

От этапа #3 (рис. 29), когда операторы сотовой связи интегрируют ядро 5G NGCN, они могут переходить к целевому и финальному режиму SA (опции #2 и #5 на рис. 29), когда используется одна технология радиодоступа — либо E-UTRAN, либо 5G-NR. На рис. 32 представлен финальный вид сети 5G, способной предоставлять услуги URLLC.

Для удовлетворения растущей потребности eMBB можно задействовать средние частоты (2–7 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). На рис.

33 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 1×DL (средние частоты) и 2×UL (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 та же, как при использовании средних частот.

Стандарты и частоты 5g-сетей: fr1 (sub-6 ghz) и fr2 (mmwave)

Компания Qualcomm уже представила сотовые модули
c одновременной поддержкой 5G sub-6 GHz и 5G mmWave

В отличие от предыдущих поколений сотовой связи, стандарты 5G разбиты на две большие группы: Frequency Range 1 (FR1) и Frequency Range 2 (FR2). Сотовые сети FR1 и FR2 очень сильно различаются как по используемым частотным диапазонам, так и по назначению:

• Стандарты FR1 предназначены для построения привычных сотовых сетей (макросетей) и используют частоты до 6 ГГц. В связи с этим группу бэндов FR1 также часто называют 5G sub-6 GHz. Стандарт предусматривает как повторное использование частотных диапазонов, ранее занятых сотовыми сетями 4G, так и использование совершенно новых диапазонов. По своему назначению сети FR1 аналогичны сотовым сетям предшествующих поколений;
• Стандарты FR2 используют очень высокие частоты (миллиметровые волны), ранее никогда не применявшиеся в системах сотовой связи: от 24 ГГц и выше. В связи с этим стандарты FR2 принято называть 5G mmWave. В отличие от сетей FR1, сети FR2 не предназначены для создания сплошных зон покрытия. Вместо этого их планируется использовать в качестве малых сот для точечного сверхскоростного (несколько гигабит в секунду!) покрытия на отдельно взятых объектах, а также для обмена данными между беспилотными автомобилями. По своему назначению сети 5G mmWave близки к фемтосотам и публичным точкам доступа WiFi. В городской среде базовые станции 5G mmWave могут быть размещены в местах наибольшего скопления людей (на стенах домов, остановках общественного транспорта, фонарных столбах и т. п.).

На сегодняшний день консорциум 3GPP определил 45 бэндов в группе FR1 и 4 бэнда в группе FR2. Чтобы отличить бэнды 5G от сетей предшествующих поколений, перед их номерным обозначением ставится буква «n»: n1, n2, n3 и так далее. Как и раньше, бэнд определяет тип дуплекса (FDD или TDD), используемые частотные диапазоны, допустимую ширину канала и ряд других параметров.

Бэнды, которые используют частоты, уже применявшиеся в сетях 4G, сохраняют свой порядковый номер. Например, 5G-сети на частоте 2600 МГц с частотным разделением (FDD) относятся к бэнду n7 (по аналогии с Band 7 для сетей 4G). То же самое справедливо и для всех других совпадающих бэндов.

Сотовые антенны 5G mmWave не требуют отдельных вышек
и могут размещаться на столбах или стенах зданий

Тактильный интернет

В продолжение разговора о XR и искусственном интеллекте стоит сказать отдельно о таком производном направлении, как тактильный Интернет (ТИ). Это передача тактильных ощущений, прикосновений на любые расстояния с минимальной, практически неощутимой задержкой.

Сейчас ученые работают над созданием искусственного прикосновения путем внедрения датчиков в мягкие роботизированные структуры и наиболее чувствительных сенсорных датчиков. Такие датчики уже умеют воспроизводить силу и характер касания, различают разные материалы: металл, дерево, текстиль и т. д.

ТИ выдвигает требования, которые будут под силу сетям 5G:

• задержки менее 1 мс;
• надежность — для выполнения критических задач (например, удаленная операция) недопустимы потери в сети, отказ оборудования и т. д.;
• высокая скорость передачи данных — более 10 Гбит/с;
• высокая плотность сети — поддержка подключения более 100 устройств на 1 кв. км.

Для воспроизведения ощущений предполагается наличие каких-либо устройств, находящихся в контакте с получателем, например одежды (футболки, джемпера, брюки), аксессуаров (перчатки), обуви, головных уборов, экзоскелетов или специальных устройств, представлящих собой тактильные дисплеи с крошечными приводами, благодаря которым работают по­движные элементы (иглы, штырьки).

С помощью ТИ можно учить рисовать, играть на музыкальных инструментах, делать удаленные хирургические операции, то есть делать все, что требует навыков «мелкой моторики». В электронной торговле данную технологию можно применить для того, чтобы потрогать или примерить товар до его покупки.

Первые практические примеры применения ТИ в хирургии уже есть. В США проходят тесты для внедрения т. н. «телехирургии», когда хирург проводит хирургическую операцию удаленно, через сеть 5G. Телехирургия сильно отличается от классической телемедицины: речь идет не о простой видеотрансляции в режиме конференции, а о «присутствии» хирурга во время операции.