Если используются два тайм-слота, длительность каждого тайм-слота составляет 0,5 мс. Если используется 4 слота, длительность каждого слота составляет 1/4 длительности субкадра, или 0,25 миллисекунды, и так далее.
Технологии 5G-сетей
В начале быстрого и стремительного развития телекоммуникаций уже трудно представить себе жизнь без систем мобильной связи. Не так давно, на конференции в Женеве в 2012 году, были представлены технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMAX 2 (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m), получившие название технологий четвертого поколения или, чаще, 4G. Ожидается, что эти технологии обеспечат скорость передачи данных более 100 Мбит/с для абонентов мобильной связи и 1 Гбит/с для абонентов фиксированной связи. И пока операторы переводили дух, в 2015 году появились сообщения о строительстве сетей нового поколения 5G. Так что же такое 5G и действительно ли нам нужна эта технология?
В настоящее время не существует четкого стандарта для сетей 5G, но такие телекоммуникационные компании, как Huawei, Ericsson и Nokia, уже предлагают концепцию будущих сетей 5G. Ожидается, что 5G станет новейшим и самым распространенным стандартом беспроводных технологий.
Возвращаясь к обсуждению сетей четвертого поколения (4G), следует сказать, что их главной особенностью для привлечения абонентов была высокая скорость. Но, как показывает практика, скорость не является решающим фактором. Не стоит также забывать о таких параметрах, как пропускная способность сети, задержка передачи пакетов и другие факторы. А поскольку с помощью сетей 5G будет работать большое количество устройств — от кофеварок до холодильников и автомобилей, — необходимо серьезно улучшить важнейшие параметры беспроводных сетей, а именно: повысить скорость передачи данных множеству абонентов, увеличить емкость сети и уменьшить задержки.
Это должно быть достигнуто следующим образом:
- Увеличение пропускной способности сети более чем на 10 Гбит/с,
- Более 10,5 миллионов соединений на квадратный километр, до 100 миллионов устройств на квадратный километр,
- Уменьшите задержку в сети до 1 мс,
- Выделение определенных ресурсных мощностей для каждой услуги.
Виртуализация в 5G-сетях
Одной из важнейших технологий в сетях пятого поколения станет Интернет вещей. Интернет вещей — это не просто множество различных устройств и датчиков, соединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к Интернету; это более тесная интеграция реального и виртуального миров, где происходит общение между людьми и устройствами. Для достижения этой цели используются такие технологии, как беспроводные сенсорные сети и RFID (автоматическая идентификация объектов). Таким образом, внедрение Интернета вещей в сети пятого поколения 5G позволит не только обеспечить взаимодействие целого ряда повседневных устройств (смарт-часы, устройства виртуальной реальности, планшеты и смартфоны) в единой сети, но и охват всех видов деятельности человека (технологии «умный дом» и «умный город»).
Рисунок 1 — Охват технологии 5G в жизни человека
Стоит также отметить, что технология 5G станет по-настоящему конвергентной технологией. Конвергенция означает, что отдельные элементы сети объединяются в единый оптимизированный вычислительный комплекс. Этот комплекс должен быть организован с помощью аппаратной виртуализации. Другими словами, операторы будут использовать ряд серверов и центров обработки данных для организации виртуального оборудования для обработки и хранения данных, в то время как физическое оборудование будет использоваться только для передачи пользовательского трафика. Таким образом, количество устройств для базовой станции уменьшается, а если рассматривать все это как своего рода облако, то оператор имеет доступ к любой точке сети для динамической настройки той или иной ее части.
SDN — сети передачи данных, в которых плоскость управления сетью отделена от устройств передачи данных и реализована с помощью программного обеспечения — и NVF — концепция сетевой архитектуры, предлагающая использование технологий для виртуализации целых классов функций сетевых узлов в качестве строительных блоков, которые могут быть соединены или объединены в цепочки для создания телекоммуникационных услуг — составляют основу для всего этого.
Рисунок 2 — Виртуализация сетей 5G.
С помощью виртуализации сети можно организовать функцию типа «сети по требованию».
Рисунок 3 — Сети по требованию в 5G.
Как известно, существуют готовые решения для организации работы конкретной сети (сеть смартфонов, умный дом и т.д.) с набором параметров и конкретных устройств. Сети 5G, благодаря виртуализации и технологии «по требованию», предоставляют операторам возможность заранее организовать серверы и центры обработки данных с учетом всех требований сети. Это как решение в коробке для оператора.
Архитектура сетей пятого поколения
Проблема покрытия и доступности изменилась в связи с ориентацией на абонента, т.е. радиопокрытие адаптируется к потребностям абонента, в отличие от сетей предыдущего поколения. Планируется использовать автоматические фазированные антенные решетки, которые могут динамически изменять характеристики направленности антенных систем. Кроме того, необходимо использовать всю доступную полосу частот, особенно миллиметровый диапазон на коротких расстояниях.
Что касается вопроса архитектуры сети 5G, то здесь есть три подсистемы (облака), да — облачные технологии, что было бы без них в современном мире:
- Облако доступа — т.е. интеграция распределенных и централизованных технологий и систем доступа. Она также включает обратную совместимость с сетями 4G и 3G,
- Контроль облака — включает управление сеансами, мобильность и качество обслуживания,
- Транспортное облако (Forward) — физическая передача данных по сети с высокой надежностью, скоростью и балансировкой нагрузки.
Рисунок 4 — Архитектура сети 5G.
Как видно из рисунка, за одну секунду мы получаем либо 3 большие волны, либо 24 маленькие волны. И чем выше частота (количество волн в секунду), тем больше информации передается. Это (на первый взгляд) логическое предположение не имеет ничего общего с реальностью.
Новое поколение
Следует отметить, что внедрение новой технологии каждые десять лет не является очень устойчивым. Каждый раз операторам приходится нести затраты на лицензирование новых полос спектра и строительство новой сетевой инфраструктуры, а также затраты на интеграцию новой технологии в существующую инфраструктуру при сохранении всех предыдущих поколений работы сети. Например, британские операторы мобильной связи, готовящиеся к запуску 5G, продолжают поддерживать технологии 2G, 3G и 4G.
Так что же такого особенного в 5G? Возможности пропускной способности и покрытия не будут очевидны сразу, но ожидания высоки. С точки зрения пользователя, главное новшество заключается в скорости, которая, как ожидается, будет почти в 1000 раз выше, чем у 4G.
Конечно, это должно на некоторое время обуздать ненасытный аппетит пользователей к онлайн-контенту, особенно к видео. Однако важно понимать, что 5G не просто преобразует мобильные телефоны — новая технология может стать альтернативным способом доставки широкополосного доступа в Интернет в наши дома через фиксированный беспроводной доступ (FWA), используя мобильные сети вместо фиксированных линий.
Не будем забывать о сетевой задержке — времени между отправкой запроса и фактическим получением пакета с удаленного конца. В случае с 4G этот показатель составляет около 40 миллисекунд. Технология 5G может снизить задержку до 10 миллисекунд для улучшения работы мобильных широкополосных приложений. Для большинства людей это не имеет большого значения, но это может быть очень важно для разработки конкретных приложений, таких как приложения виртуальной реальности, устройства с поддержкой интернета и автономные автомобили, где даже небольшие задержки могут иметь большое значение.
Мобильные операторы
Что касается операторов, то их преимущества очевидны. Высокие частоты и новые технологии MIMO обеспечат лучшее покрытие и большую пропускную способность. Это позволит создать единый пользовательский интерфейс и соответственно повысить спрос даже в малонаселенных районах.
Лучшее покрытие очень важно для Интернета вещей, в котором используется большое количество датчиков, встроенных систем и устройств, требующих беспроводной связи для обмена данными.
Технология 5G позволит операторам предлагать различные типы услуг разным группам пользователей в одной и той же сети. В будущем это поможет создать сеть, ориентированную на услуги, которая будет развиваться, а не заменяться новыми поколениями технологий, снижая необходимость развертывания 6G и обеспечивая постепенный отказ от предыдущих поколений.
Внедрение 5G происходит очень быстро. Коммерческий запуск технологии был первоначально запланирован на 2020 год, поэтому 5G опережает график на целый год. Первые официальные технологические стандарты были приняты в декабре 2017 года, а устройства 5G должны появиться в продаже в первом квартале этого года.
Стоимость
Несмотря на все преимущества, большой проблемой является довольно высокая стоимость устройств (в среднем более 700 долларов), в основном из-за затрат на внедрение технологии. В 2018 году мобильные операторы Великобритании потратили 1,1 млрд фунтов стерлингов на лицензионные платежи за доступ к новому радиочастотному спектру. Кроме того, каждый оператор инвестировал несколько миллиардов в развертывание новой услуги 5G — и все это задолго до того, как отрасль начала приносить прибыль.
Как же можно эффективно использовать новую услугу? В конце концов, большинство мобильных пользователей очень довольны устройствами на базе 4G. Будут ли они готовы покупать новые (и недешевые) устройства, основным видимым преимуществом которых является высокая скорость загрузки?
Успех 5G будет напрямую зависеть от того, насколько операторы и их партнеры откроют новые рынки за пределами традиционных мобильных услуг. Они могут начать с повышения пропускной способности других услуг, например, видеоуслуг, или с увеличения функциональности выделенных сетей, построенных для университетских кампусов или деловых помещений.
