Борьба за частоты. Когда в России появится 5G

Воздействие на человека

Научные исследования достоверно подтвердили единственное последствие воздействия радиочастот высокой мощности на человека — значительное повышение температуры тела. Однако пока не проводилось надёжных исследований влияния на человека электромагнитного излучения вообще и сетей стандарта 5G в частности. Отсутствие достоверных исследований стало причиной попытки в апреле 2019 года введения моратория на использование стандарта 5G в швейцарском кантоне Женева; позже стало известно, что у представителей кантона нет полномочий введения моратория.

История

В июне 2015 года МСЭ разработал план развития технологии и определил её название — «IMT-2020». Высокоскоростной интернет по технологии 5G.

Тестирование

  • В июне 2014 года ZTE был первым поставщиком, предложившим концепцию Pre5G, и в марте 2015 года компания запустила базовую станцию Pre5G, объединяющую BBU и RRU на MWC в Барселоне.
  • В России первые тесты технологии Pre-5G проведены в июне 2016 оператором связи «МегаФон» совместно с Huawei. В сентябре МТС при тестировании на канале связи с частотой 4,65—4,85 ГГц была достигнута скорость передачи данных 4,5 Гбит/с при полосе 200 МГц.
  • 22 сентября 2016 года «МегаФон» совместно c Nokia на бизнес-саммите в Нижнем Новгороде запустили мобильный Pre-5G-интернет. В ходе испытаний была достигнута скорость передачи данных 4,94 Гбит/с. Через построенную сеть передавался панорамный ролик в разрешении 8К Ultra HD (7680×4320 точек).
  • 1 июня 2017 года «МегаФон» совместно с Huawei показали возможность передачи данных в сетях Pre-5G со скоростью 35 Гбит/с на частоте 70 ГГц.
  • «Telecom Italia Mobile» планирует в 2018 году запустить мобильную сеть пятого поколения в Сан-Марино, обновив собственную 4,5G-инфраструктуру. Отдельные элементы сети 5G испытываются в Турине и Милане, но в Сан-Марино у оператора больше возможностей пользования эфиром из-за меньшей зарегулированности.
  • В августе 2017 года «МТС» совместно с Nokia подготовили технологическую платформу (МГТС ) для подключения базовых станций 5G в Москве.
  • «Национальный исследовательский институт технологий и связи» (НИИТС) проводит испытания и тестирования сетей 5G на российском оборудовании, занимаясь анализом радиочастотного спектра для стандарта 5G.
  • 28 ноября 2017 года узбекистанский мобильный оператор «Uzmobile» совместно с ZTE на базе лаборатории Центра развития телекоммуникаций и персонала завершил лабораторный тест 5G в Ташкенте.
  • Первые пилотные зоны сети связи 5G появятся в России в конце 2019 года. Тестовую зону 5G‐интернета планируется протестировать в 2019 году в Москве; площадкой выбрана территория Морозовской детской городской клинической больницы.

Внедрение

1 октября 2018 года компания Verizon запустила сеть 5G в США.
5 апреля 2019 года Южная Корея стала первой страной, которая запустила коммерческие услуги пятого поколения 5G. Стандарт сначала появился в крупнейших городах, в частности, в Сеуле, и за 2019 год будет расширен до 85 % городов.
С 17 апреля 2019 года связь 5G работает в 54 местах Женевы, Лозанны, Берна, Цюриха и др. городов Швейцарии. До конца 2019 г

компания Swisscom намерена охватить услугами 5G 90 % населения страны.
23 апреля 2019 года было объявлено, что компания China Unicom запустила тестовую сеть связи 5G в семи городах Китая.
Для реализации системы важно располагать на улице передатчики на высоте выше двухэтажных автобусов. На практике это означает размещение аппаратуры на осветительных столбах, что привело даже к массовым судебным спорам (о цене и праве) в Великобритании.

В России

В конце апреля 2019 года заместитель председателя правительства РФ Максим Акимов сообщил, что основная часть работ по расчистке частотного спектра под сети связи 5G будет завершена через 2 — 2,5 года, добавив, что в этот же период в некоторых городах также может начаться внедрение этого формата связи. Максим Акимов оценил создание сетей 5G в 650 млрд рублей.

5 июня 2019 года МТС и Huawei подписали соглашение о развитии 5G в России. Торжественная церемония подписания прошла в присутствии Владимира Путина и Си Цзиньпина.

В августе 2019 года Президент РФ Владимир Путин наложил резолюцию «Согласен» на письмо Совета безопасности с отрицательной позицией по выделению частот 3,4–3,8 ГГц для развития 5G в России.

Требования к стандарту

  • Качество связи
  • Высокая средняя скорость передачи данных — от 1 Гб/с
  • Среднее количество одновременных подключений — 1 млн на км²
  • Задержка — до 1 мс
  • Высокая энергетическая эффективность
  • Безопасность для здоровья человека

По оценкам представителей NGMN, 5G-сети для бизнес-аудитории и рядовых пользователей должны были быть развернуты в 2018 году. Так что, наряду с перечисленными качественными характеристиками, 5G-сети создают новые возможности для пользователей, такие как Интернет вещей, а также широкополосные медиасервисы и связь в реальном времени в районах природных катастроф. Поскольку базовые станции и мобильные устройства потребуют для 5G-стандартов новых и более быстрых процессоров и программных приложений, ведущие производители носителей информации, чипмейкеры, такие как Advanced Semiconductor Engineering (ASE) и Amkor Technology, Inc., готовят производство соответствующей продукции.

Федеральная комиссия по связи США (FCC) в преддверии выхода на рынок 5G-технологий начала пересмотр действующих 4G-стандартов, утверждённых ITU-T. Так, своим решением 14 июля 2016 года FCC одобрила спектр частот для 5G, включающий частоты 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц.

В опытных сетях скорость передачи данных доходит до 25 Гбит/с (5G), рекордная скорость передачи данных, которая составила 35 Гбит/с, была достигнута в России во время тестирования технологии 5G.

Вопрос конкурентоспособности

Развитые страны считают переход на пятое поколение мобильной связи своим приоритетом. Коммерческое использование 5G в 85 городах Южной Кореи начнется уже в апреле 2019 года, а Япония к Олимпиаде-2020 по всей стране развернет полноценную сеть станций 5G. Она будет обслуживать не только абонентов, но и миллионы сенсоров в «умных домах». Благодаря этому скорость вырастет в 10-100 раз по сравнению с существующими сетями: скорость передачи данных к абоненту составит до 10 Гбит/с, от абонента к базовой станции — до 5 Гбит/с.

В «Национальной киберстратегии» США, представленной в сентябре 2018 года, инвестиции в инфраструктурные проекты (в частности, развитие технологий сети 5G и искусственного интеллекта) — одно из ключевых положений.

Россия также заинтересована во внедрении технологии. Ранее правительство предлагало создать консорциум из операторов, на который возложат задачу по внедрению 5G. Однако на пути операторов встало оборонное ведомство: министерство предложило использовать для 5G частоты в диапазонах 4,8-4,99 ГГц и 27,1-27,5 ГГц, ранее одобренные Госкомиссией по радиочастотам. Однако под первый диапазон в России попросту нет коммерческого оборудования, а второй подходит лишь для локального покрытия. Диапазон 3,4-3,8 ГГц, который в наибольшей степени подходит для 5G, занят средствами спутниковой связи Минобороны и других силовых ведомств.

Теперь серьезно буксуют работы по 5G: согласно дорожной карте программы «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной в июле 2017 году, определить радиочастоты для 5G должны были еще в четвертом квартале 2018 года, а в третьем квартале 2019-го необходимо реализовать пилотный проект в двух городах. При этом к 2024 году сеть 5G должна появиться во всех городах с численностью населения более 1 млн человек.

Ведомственные трения грозят стремительным технологическим отставанием страны. Согласно отчету Gartner, к 2020 году в мире будет более 26 млрд устройств, подключенных к интернету, а по оценкам ABI Research — более 40 млрд. При этом технология интернета вещей (IoT) проникнет в 95% всех электронных устройств, используемых дома или в офисе.

Проблема в том, что устройства интернета вещей, от датчиков пожара в квартире до автопилотируемых автомобилей, для корректной работы требуют возможностей сети 5G. В случае срыва внедрения 5G коммерческие и государственные проекты в сфере беспилотного транспорта и интернета вещей застопорятся, что напрямую скажется на их конкурентоспособности на международном рынке.

Наиболее опасной выглядит ситуация в промышленном интернете вещей (IIoT). Один из главных трендов в промышленности — цифровизация производства. Благодаря внедрению и использованию контроллеров, датчиков, аналитических инструменты интерпретации данных, средств передачи собираемых данных и их визуализации удается добиться снижения издержек, уменьшения износа оборудования и общего повышения эффективности предприятий, в том числе в топливно-энергетических и добывающих отраслях.

Для эффективной работы промышленные объекты планируют объединить в единую систему на основе 5G. Если в России этого не произойдет, то и традиционные секторы экономики — добывающий и перерабатывающий — проиграют конкуренцию азиатским, европейским и американским корпорациям, не скупящимся на внедрение IoT.

редакция рекомендует

Гендиректор GSMA: «В создании сетей 5G не столь важно быть первым»

Что будет после внедрения 5G

Многие ждут внедрения сетей пятого поколения ради моментального увеличения скорости передачи данных. В реальности это вряд ли будет так быстро. Во-первых, какое-то время уйдет на тестирование и перераспределения нагрузок. Это было и при появлении 4G-сетей. На настройку и обкатку оборудования уйдет не один месяц.

Во-вторых, первое время покрытие будет использоваться только в крупных городах. И только спустя 1-2 года технология начнет распространятся по другим населенным пунктам нашей необъятной родины. Но у их жителей будут свои преимущества. К тому времени, как сотовые операторы начнут тянуть сети в малые города и веси, технология уже будет отточена. А значит ждать времени, пока все настроится и устаканется будет не нужно.

Война с военными

От широты частотного диапазона зависит скорость и качество передаваемого радиосигнала. Чем больше частот отдается под сигнал, тем шире воронка, через которую может «выливаться» радиоволна. Хотя аналогия неполна и потенциально на одной частоте можно использовать разные типы связи, но они будут мешать друг другу достичь максимальной скорости. Поэтому каждый диапазон частот используется для конкретной задачи или сферы. Так, диапазон 5003-5005 кГц (и несколько других) отдан под службу стандартных частот и сигналов времени и службу космических исследований; другие используются для передачи данных с космической станции на земную станцию («космос — Земля»), для радиосвязи (передача звука и телевидения), под любительские нужды (для лиц, «занимающихся радиотехникой исключительно из личного интереса и без извлечения материальной выгоды») и т. д.

В России исторически значительная часть спектра не предназначалась для гражданского использования. Дефицит частот существенно тормозил развитие рынка связи в нулевые и 2010-е годы. Каждый раз при развертывании нового поколения связи операторы натыкаются на трудности. Например, частоты 2,1 ГГц для сети третьего поколения (3G) в Москве «большая тройка» мобильных операторов получила лишь после вмешательства Дмитрия Медведева (на тот момент — президента), но с серьезными ограничениями по высоте расположения базовых станций (они принимают и передают сигнал), по их мощности и даже направлению антенн (антенны не должны «сигналить» на юго-запад, чтобы не создавать помех расположенной под Серпуховом станции спутниковой системы раннего обнаружения ракетного нападения).

При разворачивании четвертого поколения связи (LTE) ситуация повторилась. Хотя в 2011 году правительство утвердило план мероприятий по сокращению избыточного госрегулирования в области связи, Минобороны вновь попыталось получить до 90% этих полос.

Выделение частот операторам не означает, что каждый раз военные остаются без возможности выполнять свои задачи. Улучшение радиоэлектроники позволяет обходиться гораздо меньшими частотными диапазонами, чем раньше. На освободившееся место пускают частные компании, с которых государство получает существенные деньги за доступ к новым частотам. Теперь приходится учитывать интересы военных в частотах, подходящих под стандарт 5G.

Недостатки 5G-сетей

Главным недостатком такого типа связи станет абонентская плата. Операторы, вкладывающие свои деньги в разработку технологии и монтаж оборудования для ее реализации, постараются быстро окупить свои вложения. Так было с LTE, так будет и с 5G.

Для работы в сетях пятого поколения придется раскошелиться не только на оплату Интернета, но и на покупку устройства с модулем связи, поддерживающего эту технологию. И если сравнить разницу в цене между идентичными по характеристикам смартфонов с поддержкой 3G и LTE, то можно предположить какой будет цена поддержки устройством новой технологии.

Если подводить тоги всего, что известно о новом формате мобильного интернета, то характеристики 5G конечно радуют. Но мы их можем видеть пока то только на бумаге. Что будет в действительности пока неизвестно. Но в любом случае, технология должны предоставить более лучшие условия для пользователей. Конечно, первое время рассчитывать на это не стоит. Но со временем операторам удастся наладить оборудование и сделать так, чтобы «интернет летал».

Россия одна из немногих стран мира, где можно гордиться качеством и скоростью мобильного Интернета. И пусть на благо наших граждан трудятся сотрудники иностранных фирм, результат на лицо. К примеру, в Берлине или Париже скорость и качеством мобильного Интернета оставляет желать лучшего. Также есть слух, что одной из первых стран, кто запустит у себя эту технологию 5G станет России. И ее приурочат к Чемпионату мира по футболу. Успеют ли специалисты справится с этим? Поживем увидим.

Сети пятого поколения не смогут стать революцией в передачи данных по воздуху, но существенно облегчат нашу жизнь. Уже сегодня, когда «облачные» технологии позволяют полностью отказаться от внутренней памяти устройств и одновременно работать с разных девайсов, 4G-сети позволяют слушать музыку со стриминговых сервисов без потери качеств или обрывов. Технологии пятого поколения передачи данных смогут еще больше внедрить в нашу жизнь такие решения.

Технологии 5G

Одной из ключевых технологий для реализации сетей сотовой связи 5G является использование в составе базовых станций многоэлементных цифровых антенных решеток с количеством антенных элементов 128, 256 и более. Соответствующие системы получили наименование .

Для повышения спектральной эффективности, наряду с пространственным мультиплексированием, в 5G могут использоваться разновидности технологий неортогонального множественного доступа (NOMA) и N-OFDM-сигналов.

Достоинства технологии 5G по сравнению с 4G

* скорость более 1 Гб/с (увеличение в 20 раз по сравнению с 4G)[источник?]

* уменьшение задержки с 40 мс до 1 мс[источник?]

* снижение энергопотребления чипов 5G[источник?]

* на 1 км2 можно одновременно установить 1 млн соединений т.е. примерно 10 000 устройств к 1 базовой станции 5G[источник?]

Недостатки технологии 5G

* типичный размер соты сетей 5G 100-150 м , т.е. расстояние между 2-мя базовыми станциями д.б. не более ~250 м (радиус может быть увеличен при использовании аппаратурой 5G более низких частот для стандарта 4G однако при этом скорость также опустится до скорости 4G)[источник?]

* для высоких скоростей будет требоваться как правило прямая видимость[источник?]

* плохая работа в зданиях[источник?]

Проект сети 5G

До сих пор университеты и исследовательские подразделения Ericsson, Nokia, Samsung, Huawei и других производителей оборудования для сетей связи разрабатывали отдельные концепты, тем или иным образом подходящие под определение 5G. В начале этого года под эгидой альянса Next Generation Mobile Network (Мобильные сети следующего поколения) эти изыскания были унифицированы в едином проекте. В NGMN Alliance, помимо производителей, принимают участие также операторы сотовой связи, например, Telekom, Telefonica и Vodafone.

Проект предусматривает разработку единого стандарта для технологии 5G к 2020 году. Масштабы уже определены:

Многие поставщики оборудования и провайдеры стали участниками альянса Next Generation Mobile Networks, представившего план по развитию 5G. Его практическая реализация начнется в 2020 году.

5G сможет объединить в единую гибкую сеть сотни тысяч абонентов на один квадратный километр — от владельца смартфона, просматривающего фильм в разрешении HD, до энергосберегающих датчиков, передающих всего несколько бит. Для этого устройства должны использоваться различные технологии беспроводного соединения. Так, смартфон сможет плавно переключаться с Bluetooth на мобильную сеть, а затем на WLAN, причем без участия в этом процессе владельца.

Идея перспективная, но до сих пор открытой остается еще масса вопросов, среди которых один принципиальный: на каких частотах будет работать сеть 5G? На низких частотах нынче тесно.

5G передает данные на гигабитных скоростях, для чего необходим свободный диапазон, который сейчас есть только на высоких частотах. На низких сегодня уже тесно.

Лидер по производству чипов для мобильных устройств Qualcomm одним из первых начал вести работы над проектом под названием LTE-U, то есть нелицензируемым LTE (U — unlicensed), которым предполагается использование частот в диапазоне 5 ГГц.

Кроме каналов, выделенных военным, часть спектра в районе 5 ГГц не подлежит регулированию и поэтому не требует получения международного разрешения. Лидер рынка Ericsson планирует в 2015 году построить первые базовые станции LTE-U несмотря на то, что современный WLAN тоже работает на частоте 5 ГГц — только так новый стандарт 802.11ac достигает достаточной для передачи данных на высоких скоростях пропускной способности.

В сетях 5G становится возможным использование тактильного Интернета. Последний предполагает возможность дистанционного управления устройствами в режиме реального времени.

В итоге сетям 5G должны быть выделены частоты в диапазоне свыше 5 ГГц, поскольку только на них можно будет передавать данные на гигабитных скоростях. Однако чем выше частота, тем труднее сигналу добраться до клиентского устройства без искажений. Например, в случае с технологией LTE, которая задействует частоту 800 МГц, радиоантенная мачта может находиться за пару километров. А для частот свыше 5 ГГц максимальное расстояние от антенны до клиентского устройства едва ли сможет превысить сотни метров.

Между тем Nokia уже проводит эксперименты по передаче данных на частотах свыше 70 ГГц. А технология, использующая подобным образом высокие частоты, уже существует и регламентируется стандартом IEEE 802.11ad. Им предусматривается передача информации со скоростью в несколько гигабит в секунду, правда, на расстоянии до десяти метров, поскольку задействуется диапазон 60 ГГц. Кроме того, сигнал не способен проникать сквозь стены и крыши зданий.

Для 5G все это означает, что

Посредством сети 5G не только передаются разговоры, но и происходит взаимодействие друг с другом беспилотных автомобилей.

Идентификаторы пользователей

В настоящее время 3GPP определяет только один возможный формат PEI — это IMEI (International Mobile Station Equipment Identity). IMEI представляет собой уникальную цифровую последовательность, и должен назначаться всем пользовательским терминалам (UE), поддерживающим 3GPP технологию радиодоступа, при их производстве.

При этом нужно различать две формы представления — собственно IMEI, состоящий из 15-ти десятичных цифр и IMEISV (16 цифр). IMEI включает в себя следующие поля:

  • TAC (Type Allocation Code) — 8 десятичных цифр;
  • SNR (Serial Number) — 6 десятичных цифр;
  • CD (Check Digit) / SD (Spare Digit) — одна десятичная цифра.

В состав IMEISV входят:

  • TAC (Type Allocation Code) — 8 десятичных цифр;
  • SNR (Serial Number) — 6 десятичных цифр;
  • SVN (Software Version Number) — две десятичные цифры.

TAC назначается ассоциацией GSMA в соответствии с рекомендацией GSMA TS.06 и определяет код конкретной модели пользовательского терминала.
SNR назначается производителем и определяет серийный номер устройства.
CD представляет собой контрольную сумму, рассчитанную по алгоритму Луна.
SD — заполнитель, используемый в ответе пользовательского терминала (UE) при запросе идентификатора IMEI со стороны сети (устанавливается в значение 0).
SVN — номер программной версии UE.

В большинстве моделей мобильных телефонов вывести идентификатор IMEI на экран можно посредством комбинации *#06#, набранной на клавиатуре устройства.

Скрытый идентификатор пользователя – SUCI (Subscription Concealed Identifier)

Представляет собой зашифрованную копию международного постоянного идентификатора подписки абонента на услуги (5G SUPI) и позволяет избежать передачу 5G SUPI по сети в открытом виде, даже при первичной регистрации пользовательского терминала в сети (Initial attach).

Для защиты SUPI используется криптографическая схема, основанная на эллиптических кривых (Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme – ECIES). Публичный ключ, применяемый для шифрования SUPI, должен храниться в защищенной памяти USIM карты; закрытый ключ – в функциональном элементе извлечения идентификатора пользователя (SIDF). При этом часть SUPI, содержащая мобильный код страны (MCC) и мобильный код сети (MNC) и задействованная для маршрутизации сигнального трафика не шифруется. 3GPP допускает возможность шифрования SUPI в пользовательском терминале (вариант по умолчанию) и USIM модуле. Сеть оператора связи и пользовательский терминал также должны поддерживать так называемую нулевую схему (null-scheme) при которой защита публичного идентификатора пользователя не осуществляется.

Ссылка на основную публикацию