Будущее 5G

Участники круглого стола

1. Валерий Тихвинский, заместитель генерального директора АО «Национальный исследовательский институт технологий и связи» по инновационным технологиям, доктор экономических наук, профессор
2. Светлана Скворцова, директор по стратегическому планированию Tele2
3. Андрей Чазов, директор по маркетингу АО «ЭР-Телеком Холдинг» (ТМ «Дом.ru»)
4. Алексей Шалагинов, независимый эксперт

Поколения мобильной связи меняются примерно раз в пять лет. Следующее поколение ожидается в 2020 г., т. е. остается всего три года. Уже сейчас можно представить очертания будущих технологий, которые станут на поток в 2020 г., – именно эту тему мы и решили обсудить с экспертами мобильной отрасли.

1. Какими отличительными характеристиками будут обладать сети пятого поколения, если рассматривать не количественные аспекты (увеличение скорости, объема данных и пр.), а качественные параметры?

Валерий Тихвинский

Качество услуг сети мобильной связи является комплексным показателем, основной вклад в который вносят параметр задержки в сети и приоритеты передачи данных пользователя, определяющие гарантию запрашиваемой скорости передачи. Приоритет передачи данных пользователя в сетях 5G будет обусловливать его запрос на вид предоставляемой услуги. Задержка в сетях 5G при передаче данных в сети радиодоступа 5G определяется применяемой технологией и не будет превышать 1 мс, а общая задержка в сети 5G не будет превосходить 1–5 мс, что позволяет реализовать такие бизнес-сценарии и услуги, как голографический звонок, тактильный Интернет, беспилотный транспорт, использование медицинских роботов в бизнес-модели электронного здоровья. Производными от них станут бизнес-модели – «умные города», «умные предприятия», «умные дома» и «умные энергетические сети».

Светлана Скворцова

Переход к новому поколению в сетях мобильной связи происходит нечасто, примерно раз в 10 лет. Актуальный и наиболее современный из существующих стандарт 4G был впервые внедрен в 2011 году. Мы ожидаем, что развитие технологии 5G продолжит этот тренд и она будет доработана и запущена в коммерческую эксплуатацию к 2021 году.

Разработки в области технологий 5G позволят обеспечить беспрецедентную емкость сетей и постоянное подключение к ним миллиардов людей, устройств и объектов. Создание гибкой, экономически и энергоэффективной среды, в основе которой лежат современные технологии мобильной связи, расширяет возможности потребителей и компаний.

5G с использованием существующих и новых радио интерфейсов станет максимально эффективной технологией с точки зрения эффективности использования частотного спектра для безотказной передачи больших объемов данных. Прежде всего, 5G станет основой для масштабного развития интернета вещей (IoT, Internet of Things), который открывает новые возможности в таких сферах как автомобилестроение, транспорт, «умный город» и «умный дом», здравоохранение, и пр.

5G будет не одной, а набором технологий радиодоступа, включая усовершенствованные существующие (в том числе и WiFi) и революционные новые. Среди других отличительных характеристик стандарта 5G можно выделить следующие:

∙          использование наложенной сети из малых сот, которые пользователи смогут самостоятельно устанавливать внутри помещений для увеличения емкости;

∙          необходимость подключения миллиардов «вещей» и требование собирать и передавать с них и на них информацию в реальном времени;

∙          объединение спектров между операторами;

∙          виртуализация радиосети – перенос управления радиосетью в логические узлы, что позволит операторам совместно использовать активную сетевую инфраструктуру;

∙          экономичное потребление электроэнергии, например, для увеличения срока взаимодействия M2M-устройств.

Алексей Шалагинов

Количество, как мы знаем, на определенном этапе превращается в качество. 5G тому наглядный пример: возросшая плотность подключений на соту приводит к тому, что 5G из сети (network) превращается в «ткань» (fabric). Это, в свою очередь, обусловливает необходимость обработки данных  ближе к месту их генерации и использования, что порождает инфраструктуру MEC (Mobile Edge Computing – «граничные вычисления», устоявшегося русского термина пока нет), которая предусматривает размещение ИT-ресурсов виртуализации сети на периферии (edge) операторской сети.

Архитектура сети будет основана не на аппаратной, а на программной реализации сетевых функций (NFV). Точно так же, как 4G/LTE, по сути, стала реализацией концепции IMS для мобильной сети, 5G реализует SDN/NFV.

Основное качественное отличие 5G в том, что если предыдущие поколения мобильной сети соединяли в основном людей, 5G будут соединять всё. Но для этого нужно проделать большой путь.

1. Теоретически пиковая скорость передачи данных в сетях 5G может достигать значения 20 Гбит/c, но все мы знаем, насколько практика отличается от теории. Каковы могут быть реальные скорости передачи данных в сетях пятого поколения? Смогут ли беспроводные мобильные сети, как это задумывается их создателями, стать конкурентами кабельных Ethernet-сетей?

Валерий Тихвинский

Несмотря на определенный скепсис относительно заявленных скоростей в каналах сетей 5G, эти характеристики уже продемонстрированы мировыми вендорами или будут продемонстрированы в конце февраля 2017 г. на выставке и конгрессе MWC-17 в Барселоне. Так, компанией Huawei при тестировании предкоммерческого решения совместно с сингапурским оператором M1 Limited (M1)  была достигнута скорость передачи данных 35 Гбит/с в диапазоне 73 ГГц. Последнее тестирование предкоммерческой версии оборудования «Эрикссон» в диапазоне 15 ГГц показало возможность передачи потока данных в линии вниз со скоростью 24,7 Гбит/с.

Основная задача разработчиков 5G при обеспечении скорости передачи для каждого пользователя сети 5G заключается в преодолении проблемы падения скорости на границах сот, которая наблюдалась в сетях 4G, и в обеспечении доступа абонентов со скоростью 1 Гбит/с в любой точке покрытия сети 5G.

Естественно, беспроводные мобильные сети 5G всегда будут стремиться «догнать» кабельные сети по характеристикам скорости передачи, однако основное конкурентное преимущество сетей 5G – обеспечение мобильности.

Относительно бизнес-сценария массового применения абонентских устройств Интернета вещей и межмашинных коммуникаций М2М (хМТС) можно сказать, что скорости в каналах сети 5G не будут превышать 100 кБит/с. Главным требованием к этим сетям станет надежность соединения и минимизация задержки в плоскости передачи данных пользователя.

Андрей Чазов

Мобильные технологии активно развиваются, но основным способом выхода в Интернет дома и в офисе остается фиксированный ШПД. Проводной Интернет используется для подключения ПК и ноутбуков, беспроводной (Wi-Fi) – для смартфонов, планшетов и Smart TV. Исключение составляет частный сектор, где из-за отсутствия проводных операторов ключевой становится технология LTE. Тенденцию отказа от ШПД в пользу мобильного Интернета мы не наблюдаем.

Вне дома наиболее надежным способом подключения к Интернету остается Wi-Fi. Сети мобильной связи перегружены и не могут обеспечить обработку все возрастающих объемов трафика, что приводит к снижению качества связи. В условиях высокой плотности интернет-пользователей на единицу площади и низких затрат на организацию хот-спотов именно технология Wi-Fi обладает, пожалуй, лучшей способностью передавать «тяжелый» контент и является более дешевым способом передачи информации.

Мы рассматриваем Wi-Fi как альтернативу мобильному Интернету и планируем и дальше развивать собственную сеть беспроводного доступа. В 2016 г. наша компания организовала Wi-Fi доступ в 1,5 тыс. новых точек. В настоящее время сеть насчитывает более 9 тыс. точек, которые работают в заведениях и на открытых площадках и, по нашим оценкам, является крупнейшей в российских регионах. В 2016 г. в сети DOM.RU Wi-Fi зарегистрировано 66 млн подключений и свыше 25,5 млн уникальных пользователей.

Алексей Шалагинов

Скорость передачи зависит от удаления от вышки, наличия препятствий (стен, зданий, деревьев…). Однако технология 5G позволяет значительно сгладить эти различия, и покрытие сети в 5G становится гораздо более равномерным. Но сама по себе скорость передачи в 5G – не главное,  она важна только для предоставления видеоуслуг UHD, 4K/8K… Скорость передачи в 5G может быть и единицы бит в секунду или даже в час, например, в случае услуг NB-IoT.

Критичной является гораздо более низкая задержка – вместо нескольких десятков и сотен миллисекунд в сетях 3G/4G в 5G она составит единицы миллисекунд и будет зависеть главным образом от расстояния между сторонами сессии. Здесь закладывается основа для «тактильного Интернета» как возможности передавать по сети не только сигналы, но и ощущения, прикосновения, движения, т. е.  «мелкой моторики». Появляются возможности таких фантастических услуг, как проведение удаленных хирургических операций через исполнительных роботов-манипуляторов.

1. Насколько будут улучшены такие показатели сетей пятого поколения, как плотность подключений, плотность трафика, энергоэффективность? Какие выгоды от этого получат мобильные операторы связи?

Валерий Тихвинский

Относительно плотности подключения абонентских устройств следует отметить, что разработчиками сетей 5G предусмотрен сценарий создания ультрамассовых сетей «машина – машина» (xMTC), которые обслуживают до 1 млн устройств на 1 кв. км, или 300 тыс. абонентских устройств на соту сети 5G. Увеличение количества подключаемых абонентских устройств в соте связано с будущим массовым использованием устройств Интернета вещей и М2М.

Снижение капитальных и эксплуатационных расходов у операторов 5G, а также энергопотребления сетей 5G до 10% текущего потребления сетей 4G должны повысить привлекательность для будущих инвесторов сетей 5G. Десятикратное увеличение времени автономной работы абонентских устройств с небольшим энергопотреблением тоже обусловлено использованием абонентских устройств в сетях доступа таких сетей, как Интернет вещей и М2М.

Светлана Скворцова

В 2016 году Tele2 заключила с Nokia соглашение о сотрудничестве, направленное на ускорение развития сетей мобильной связи в стандарте 5G в России. Компании работают над оптимизацией передачи видео высокой четкости и автоматизацией сетей.

В рамках соглашения Tele2 и Nokia делают фокус на высокоскоростных сверхширокополосных системах связи, которые повысят эффективность использования частотного спектра для успешной и безотказной передачи больших объемов данных. Также компании исследуют различные сферы применения интернета вещей (IoT, Internet of Things): автомобилестроение, коммунальные услуги, «умный город», здравоохранение, системы для дома и пр.

Взаимодействие сторон также нацелено на разработку решений LTE-Advanced и 5G, которые позволят Tele2 усовершенствовать свою сеть и подготовиться к коммерческому запуску нового стандарта. Сотрудничество предусматривает тестирование высокоскоростных сверхширокополосных сетей связи с использованием таких технологий, как:

— многоантенные системы (MIMO) высокого порядка и многокомпонентная агрегация несущих частот для оптимизации существующих радиоинтерфейсов 4G и запуска нового радиоинтерфейса 5G для повышения эффективности использования спектра;

— сервис вещания и групповой передачи видеоинформации (eMBMS), локальная обработка и распределение видеопотоков (Edge Video Orchestration) для сетей 4G и 5G, позволяющие обеспечить одновременную доставку видео высокой четкости в реальном времени еще большему количеству людей и устройств;

— динамическое управление пользовательским опытом (Dynamic Experience Management, DEM), сочетающее функции оптимизации трафика в сети радиодоступа со встроенными средствами аналитики в реальном времени, с целью предоставления абонентам отличного уровня обслуживания с учетом их сетевых профилей.

Алексей Шалагинов

Плотность подключений в 5G, по сравнению с 3G/4G, увеличена на один-два порядка. Плотность трафика и энергоэффективность сети возрастают примерно в 100 раз. Выгоды для пользователей от таких скоростей – прежде всего в более высоком качестве видеоуслуг, а для операторов – в доходах от них. Вообще, видео становится основой операторского бизнеса, вместо голоса и СМС. Строго говоря, даже не само видео, а его трафик. Дело в том, что спектр услуг в 5G становится столь разнообразным, что операторам нет смысла заниматься развитием собственных платформ услуг 5G (разве что через дочерние компании). Это бизнес для мириад новых стартапов, которые гораздо более «проворны» (agile). Бизнес же операторов – это коннективность и полоса, причем экономика 5G при соответствующей бизнес-модели взаимодействия с провайдерами и пользователями позволит обеспечить здесь высокую доходность.

1. За счет каких конкретно инноваций будут достигаться улучшенные характеристики сетей пятого поколения? Будут ли использоваться трехмерные MIMO-антенны, GFDM, BFDM, Fast-OFDM, Ultra-reliable MTC (uMTC), Massive MTC (mMTC)?

Валерий Тихвинский

На характеристики скорости передачи данных сетей 5G будут влиять прежде всего два параметра: доступная ширина канала, которая в отличие от ширины агрегированного сигнала сетей 4G равной 100 МГц будет достигать 500–1000 МГц и более, а также спектральная эффективность излучаемого сигнала 5G, т. е. показатель, характеризующий передачу количества бит в секунду на 1 Гц полосы. Это показатель у сигналов 5G должен быть повышен по сравнению с OFDM и SC-FDMА – сигналами сетей 4G – и достигать 30 Бит/с/Гц в линии вниз, 15 Бит/с/Гц в линии вверх. Для этого предлагается отойти от использования ортогональных сигналов и методов многостанционного доступа, основанных на ортогональном разделении сигналов, и применять технологию NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access).

Специальный индустриальный проект 5GNOW (5th Generation Non-Orthogonal Waveforms for Asynchronous Signalling), финансируемый в рамках программ ЕС «Горизонт-2020», рассматривает в качестве перспективных неортогональных сигналов для сетей 5G:

• UFMC (Universal Filtered Multicarrier) – универсальный фильтруемый многочастотный сигнал;
• GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) – мультиплексированный сигнал на основе обобщенного частотного разделения;
• FBMC (Filter Bank Multicarrier) – гребенчатый фильтрованный многочастотный сигнал.

Партнерский проект 3GPP в Релизе 14 на первом этапе развития 5G будет рассматривать два вида многостанционного доступа для разделения ортогональных сигналов в сети:

• CP-OFDM (Cyclic Prefix – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) –ортогональное частотное мультиплексирование с использованием циклического префикса;
• DFT-S-OFDM (Discrete Fourier Transform – Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – ортогональное частотное мультиплексирование с предобработкой на базе дискретного преобразования Фурье.

Окончательного решения международных органов стандартизации по выбору вида сигналов и многостанционного доступа для 5G пока нет. Этот вопрос будет решен специальной комиссией МСЭ-Р при поддержке рабочей группы WP 5D. Текущая задача разработчиков – обеспечить для каждого сигнала спектральную эффективность не ниже 30 Бит/с/Гц за счет введения разумного уровня неортогональности.

Пространственно-временная обработка, реализуемая за счет применения массивных MIMO-антенн (3D MIMO) с размерностью 64/128/256 элементов, позволит обеспечить эффективное формирование парциальных (индивидуальных) лучей антенн базовых станций, а также режим Beamforming, который подразумевает индивидуальное пространственно-временное сопровождение каждого абонентского устройства 5G в зоне покрытия базовой станции.

Для исследования эффективности и полезности приведенных выше инноваций НИИТС использует специальный информационный продукт «Инновационный радар 5G», который позволяет оценить важность и экономическую эффективность каждого инновационного решения. Результаты в области исследования инноваций 5G НИИТС получены впервые и востребованы как вендорами, так и регуляторами на национальном и отраслевом уровнях управления инновациями.

Алексей Шалагинов

5G предусматривает три вида основных сервисов: xMBB (extreme Mobile BroadBand); сверхширокополосный доступ (именно здесь используются MIMO-антенны и продвинутые технологии ортогональной модуляции OFDM); высоконадежные и массивные подключения машинного типа – ultra-reliable MTC (uMTC) и massive MTC (mMTC), Machine-Type Communication.

xMBB обеспечивает не только высокие скорости передачи данных, но и более высокое воспринимаемое качество QoE на умеренных скоростях. Высокие скорости необъодимы только на некоторых критичных приложениях, например, дополненной реальности AR или удаленного присутствия.

mMTC обеспечивает коннективность для многочисленных недорогих и малоэнергоемких устройств IoT. В большинстве приложений IoT востребованы не высокие скорости, а огромное количество одновременных подключений.

uMTC предназначена для сверхнадежных сервисов, критичных ко времени, например, для инфраструктуры V2X (Vehicle-to-Vehicle/Infrastructure), подключений между транспортными средствами и инфраструктурой, к примеру, в автономных автомобилях. V2X требует очень быстрого обнаружения объекта и установления соединения. Здесь акцент делается на надежность соединения, в то время как количество устройств и скорость обмена данными относительно низкие.

1. Если говорить о России, то не станут ли камнем преткновения для быстрого развития сетей пятого поколения сложности с выделением частот, как это было с частотами LTE в Москве и области, которые пересекались с диапазоном, используемым Минобороны РФ?

Валерий Тихвинский

Проведенные в рамках проекта 5G Rus исследования НИИТС по загрузке диапазонов частот в полосах выше 27 ГГц показали, что эти полосы частот используются как гражданскими, так и военными радиоэлектронными средствами.

По состоянию на конец 2015 г. в Российской Федерации работали более 1000 гражданских РЭС в диапазоне 27,5–66,0 ГГц на основе индивидуальных разрешений и свыше 12 тыс. радиорелейных станций – в диапазоне 58,2–86 ГГц на нелицензионной основе.

В части шеринга спектра для гражданских средств вопрос может решаться на основе принятых ГКРЧ РФ процедур высвобождения радиочастотного спектра в интересах развития сетей 5G, а вопрос шеринга спектра с военными системами – на основе процедур конверсии радиочастотного спектра, опыт которого в России достаточно большой.

Алексей Шалагинов

Камнем преткновения, наверное, не станет (частотный ресурс для 5G гораздо более гибкий), но сложности с его выделением наверняка возникнут, особенно в Москве и МО.