Российский вариант: 5g своими руками

От аналога к цифре

Обо всех рассказать — места не хватит. Чтобы почувствовать разницу между «вчера» и «сегодня», достаточно остановиться на одном показательном средстве связи — радиорелейной станции (антенном модуле) Р-431АМ.

Сначала небольшая предыстория. Вплоть до начала 2010-х годов в полевой системе связи основу составляли аналоговые аппаратные. Проверенные временем и надежные в полевых условиях, но явно устаревшие по сравнению со средствами, которые имели в своем распоряжении связисты ряда иностранных армий. По большому счету это еще советский уровень чуть ли не 1970-х годов, поэтому наконец-то решено было взяться за внедрение цифровизации в войсках связи.

Упрощенно это напоминает недавнюю замену по всей стране аналоговых телеканалов на цифровые, совсем другие технологии и, соответственно, — возросшее качество.

Разработку начала вести в 2009 году в рамках опытно-конструкторской работы компания «Редут-2УС». Конечная цель — добиться значительного повышения пропускной способности станций, снижения количества аппаратных связи с одновременным увеличением количества и качества предоставляемых услуг связи плюс сокращение времени развертывания.

Апробация предлагаемых конструкторами и производственниками новинок шла без раскачки в ходе тактических и оперативно-тактических учений в войсках. Настоящим прорывом в созданном телекоммуникационном комплексе «Редут-2УС» стала цифровая радиорелейная станция (антенный модуль) Р-431АМ.

По сути, это и есть то основное базовое звено, для которого при необходимости предусмотрены четыре модельных дополнения. Это три комплексных аппаратных связи: П-260-О, П-260-У (узловая) и П-260-Т (транзитная), а также аппаратная управления связью П-261.

НПФ Микран

Массовая межмашинная связь

При реализации массовой межмашинной связи (mMTC) усиленный акцент будет делаться на обеспечении высокой плотности соединений (до 1000 раз выше, чем у ныне существующих сетей), снижении потребления электроэнергии оборудованием (в перспективе до 1% от нынешнего энергопотребления) и глубине охвата обслуживаемой местности. В этом варианте использования сети 5G широкая полоса пропускания и малая задержка не столь важны, но поддержка IPv6 необходима. В значительной мере системы mMTC являются расширением сегодняшних сетей 2G/3G IoT. Будет проведена большая работа по проектированию оптимизированных, недорогих и долговечных сенсоров с низким энергопотреблением.

Использование нагрузочного модуля XAir2 компании Ixia, поддерживающего большое число сеансов, станет для операторов первым шагом в реализации различных типов тестирования IoT-решений.

Частота работы радиорелейных станций

Диапазон частот, который может использоваться для развертывания РРЛ, чрезвычайно широк — от 400 Мгц до 94 ГГц. В Украине чаще всего радиорелейные станции работают на 5, 7, 8, 11, 13, 18 ГГц и на высоких частотах (70-80 ГГц).

Так как разбег частот большой, особенности развертывания линков на них и характеристики связи серьезно отличаются. Можно выделить основные закономерности:

Чем выше частота, тем больше затухание сигнала в атмосфере (в децибелах на километр). Правда, зависимость не линейная — на рисунке ниже можно видеть, что в диапазоне 60 ГГц показатель затухания резко зашкаливает, далее снижается и растет постепенно.

Соответственно, чем выше частота — тем меньше дальность связи. Если радиорелейные линии на 5 ГГц, 7 ГГц — это 40-50 и более км, то на 70-80 ГГц — до 10 км, а на 60 ГГц — еще меньше, из-за пикового затухания.

Чем выше частота, тем большее влияние на сигнал оказывают атмосферные осадки. В диапазоне 2-8 ГГц их влияние на мощный радиорелейный канал практически незаметно, а в диапазонах выше 40 ГГц дождь становится серьезной помехой. Смотрим график зависимости:

Чем выше частота, тем большей пропускной способности можно достичь на радиорелейной линии, за счет использования широких частотных каналов внутри диапазона (56 МГц, 112 МГц и более). Сейчас активно осваиваются так называемые диапазоны V-Band и E-Band — 60 ГГц и 70-80 ГГц. Скорость радиорелейной линии здесь может достигать 10 Гбит/сек.

Улучшенный радиоинтерфейс для сетей 5G

Одним из препятствий для запуска 5G является недостаток частотного спектра. Предполагается, что в будущих сетях ресурс расширится, в том числе за счет миллиметрового диапазона. Проблему покрытия и доступности сети предполагается решить путем ориентирования на абонентов, то есть радиопокрытие сети будет подстраиваться под нужды абонентов в отличие от предшествующих стандартов.

Эффективность радиоинтерфейса пятого поколения будет увеличена в три раза, т.е. станет пропускать до 3-х раз больше данных при той же ширине полосы. Ожидаемый показатель: 6 бит/сек на 1 Гц.

Например, в качестве претендентов на звание радиоинтерфейса сетей 5G Huawei предлагает следующие технические решения:

1. SCMA (Sparse Code Multiple Access).

Это основанный на разряженных кодах метод разделения абонентов, не требующий подтверждения о доставке. Работает он следующим образом. Перед трансляцией через радиоинтерфейс битовые потоки разных абонентов из одного частотного ресурса преобразуются в кодовое слово при помощи так называемой кодовой книги. Восстановление сигнала на приемной стороне также производится по кодовой книге.

2. F-OFDM (Flexibel OFDM).

F-OFDM предоставит под каждую задачу свой набор параметров за счет гибкого разбиения на поднесущие, применения различной длины символов и изменяющейся величины циклического префикса. F-OFDM является усовершенствованной версией OFDM

Радиорелейная связь

Когда системы связи стали развиваться, придумали радиорелейные линии (РРЛ), которые используют ВЧ колебания для организации многоканальной связи, причем связь организуется таким образом, что приемники и передатчики находятся в зоне прямой видимости. Грубо говоря антенна передатчика смотрит в антенну приемника, но для этого на трассе организуется сеть приемо-передающих станций на таком расстоянии, чтобы они находились в зоне прямой видимости и такие РРЛ в 50-х в начале 60-х годов стали развиваться.

Для построения РРЛ на трассе организуется набор приемо-передающих станций. Ставится мачта определенной высоты, на этой мачте монтируется передающая антенна, которая смотрит на приемную антенну. Оптимально расстояние между приемо-передающими станциями порядка 50 километров. На картинке ниже нарисована организация РРЛ. По такой структуре можно организовать достаточно широкую сеть.

Приемо-передающие станции ставятся так, чтобы антенны друг друга видели прямым лучом. ОРС — оконечная радиостанция. Есть промежуточная станция (ПРС) — она должна принять сигнал, оттранслировать его дальше. ПРС находятся в тех местах, где нет потребителей услуг связи.В точках, где трафик должен разделяться ставятся узловые радиостанции (УРС). Там где нужно снять информацию и ввести новую.

Структурная схема РРЛ

Ниже будет рассказано о структурной схеме РРЛ, состоящей из нескольких станций.

Оконечная станция 1

Есть N количество потребителей. На первое место ставим телефонный канал или каналы тональной частоты (ТЧ). Например, Вы хотите связаться с товарищем, который находится в Москве. Нужно передать НЧ колебание в диапазоне от 300 Гц до 3,4 кГц. Организуем 1000 каналов, со сдвигом несущих частот, если у нас частотное разделение каналов, то выделяется каждому каналу своя поднесущая и поднесущая сдвигается одна к другой на 4 кГц. Используя однополосную модуляцию расставляем эти каналы.

Сформировали суммарный телефонный сигнал. К суммарному сигналу, на свою поднесущую добавляем телевизионный сигнал и выделяем полосу побольше. Потому что аналоговый телевизионный сигнал 56 МГц + несущая звука 6,5 МГц итого 62,5 МГц. Получается спектр, который нужно передать от 56 МГц до 62,5 МГц это 6,5 МГц. И вся смесь, телефонные каналы, телевизионный сигнал она подается на передатчик у которого для ствола одна несущая частота. В передатчике с помощью группового сигнала формируется тот сигнал, который нужно будет передавать в РРЛ. Передающая антенна, частота первого передатчика несущая f1, она закладывается в аппаратуру.

Система дуплексная слева направо передали, справа налево приняли. Система многочастотная. Есть приемная антенна f3, приемник, на выходе приемника снимается телевизионный сигнал из группового сигнала. В передатчике стоит групповой модулятор, а в приемнике групповой демодулятор. На выходе группового демодулятора, так как у нас частотное разделение каналов, стоит набор полосовых фильтров (ПФ). Первый ПФ выделяет ТВ сигнал и отправляет его дальше.

Узловая станция

Сигнал пришел, узловая станция, как правило крупный центр, в котором есть потребители услуг. Аппаратура уплотнения часть телефонных каналов забирает. Каналы тональной частоты (ТЧ), которые дошли до своего абонента забираются, поднесущие освобождаются. Происходит съем части информации и ее заполнение. На выходе передатчика будет частота несущая, та которая отличается от частоты f1. Это сделано чтобы уменьшить возможные помехи.

Передатчик узловой станции будет работать на несущей частоте f3, которая будет отличаться от частоты f4, чтобы защитить следующий пролет от влияния частоты f4. Поскольку f1 и f2 от f3 и f4 отличаются, то и перекрестные помехи уменьшаются.

Промежуточная станция

Промежуточная станция просто стоит где-то в чистом поле. И никому там не нужно ТВ, телефонные разговоры, людей там нет. Происходит перенос с частоты f2 на частоту f1. Дальше эти частоты будут повторяться. Считается, что когда прошли два пролета, сигнал с частотой f1 воздействовать на следующую приемную антенну уже не может за счет кривизны Земли частота f1 не попадет в ту антенну.

И в обратную сторону тоже все проходит, выполняется одно преобразование. В приемнике принимается сигнал на частоте несущей f2 и выделяем групповой сигнал, происходит демодуляция первой ступени. Выделяем групповой сигнал и переносим его на частоту f1. Промежуточная станция это автоматическое устройство.

Оконечная станция 2

Пришел сигнал f1, стоит приемник, выделили телевизионный сигнал фильтрующей системой, на аппаратуре уплотнения будет разделение, телефонные каналы сняли, свои телефонные каналы сформировали, свой телевизионный сигнал на передатчике f3.

Рассмотрели стандартную структура РРЛ, которая состоит из набора станций. В зависимости, где станции находятся, она либо узловая, промежуточная или оконечная.

Виртуализированная архитектура 5G

Эффективной технологией, которая позволит сократить объем операторского оборудования и упростить обслуживание инфраструктуры, может стать программно-конфигурированная сеть SDN (Software-Defined Networks). SDN способствует цифровой трансформации компаний и переводу сервисов на облачные технологии. Фундаментальный принцип работы Software-Defined Networks – это дистанционное управление сетью и устройствами передачи данных, т.е. программно.

В свою очередь предполагается, что виртуализация сетевых функций NVF (Network Functions Virtualization) позволит виртуализировать различные функции многих сетевых элементов операторов мобильной связи, а также реализовать «сеть по запросу». Т.е. обрабатываться и хранится данные будут в виртуальной среде («в облаке»). За классическим оборудованием останется функция передачи пользовательского трафика. Такой подход к организации сетей пятого поколения отвечает прослеживающимся тенденциям беспроводной связи, а именно конвергентности. Конвергентность предполагает интеграцию обособленных объектов сети в единый вычислительный комплекс

Это в том числе важно и для «умных» устройств в целях обмена информацией в режиме онлайн.

Для организации определенного участка сети операторы применяют уже проработанные решения с набором необходимых параметров и конкретным оборудованием. Виртуализация 5G и сети «по запросу» позволит заранее организовать серверы и DATA-центры для операторов, т.е. предоставит для них «коробочное» решение, значительно сократив временные и финансовые издержки на внедрение новых услуг.

Относительно сетевой архитектуры в пятом поколении выделяют три «облачных» кита, обеспечивающих его работу.

Таблица 1 – Архитектура сетей 5G на основе облачных решений

Access.

Облако доступа

Control.

Облако управления

Forward.

Транспортное облако

— организация работы распределенных и централизованных технологий

— организация работы систем доступа

— совместимость 5G с 3G и 4G

— управление сессиями

— управление мобильностью

— управление качеством услуг

— физическая передача данных

— обеспечение надежности и скорости сети

— балансировка нагрузки

Улучшенный мобильный широкополосный доступ

При этом варианте использования сети 5G пользовательский опыт основан на воспринимаемой скорости передачи данных по восходящему и нисходящему каналам. Это означает, что сеть должна иметь достаточно большую емкость, которая зависит от ширины полосы рабочих частот и энергоэффективности сети. Система тестирования должна масштабироваться для соответствия предполагаемому 100-кратному увеличению емкости сети и эффективной скорости передачи данных, моделировать работу радиотехнических средств в новых полосах частот, например около 6 ГГц. Кроме того, система тестирования должна моделировать макросоты и малые соты, имитировать работу различных приложений, включая передачу видео в формате HD и видео-конференц-связь.

Решение компании Ixia, основанное на ПО IxLoad и нагрузочном модуле XAir2, дает возможность сервис-провайдерам, промышленным предприятиям, производителям сетевого оборудования и наборов микросхем, разрабатывающим продукты и сервисы, тестировать аппаратуру LTE-A Pro и даже эмулировать сети в целом для выполнения требуемых сценариев тестирования. Данное тестирование обеспечит полезный опыт, который поможет разрабатывать системы для испытаний сетей 5G.

Основные возможности технологии LTE-A Pro, поддерживаемые данным тестовым решением Ixia:Агрегация несущих. В технологии LTE-A Pro предусмотрена агрегация до 32 несущих для формирования каналов с повышенной пропускной способностью. Для увеличения числа используемых несущих потребуется задействовать нелицензируемые полосы частот.Антенны. Технология LTE-A Pro поддерживает конфигурации SISO (Single-InputSingle-Output) и MIMO. Конфигурация MIMO используется в сетях LTE и Wi-Fi для повышения их пропускной способности. В технологии 5G эта конфигурация получит развитие в виде massive MIMO (многоэлементных MIMO-антенн).Скорость передачи данных. Ее можно повысить за счет увеличения числа битов, передаваемых в одном символе. В технологии LTE-A Pro предусмотрена модуляция 256-QAM (8 бит на символ), а в технологии 5G — модуляция 1024-QAM (10 бит на символ) и более эффективные способы передачи.Частоты. Технология LTE-A Pro допускает работу сетей в нелицензируемом спектре 5G и на новых частотах около 400 МГц. Опыт тестирования оборудования в широких полосах частот поможет тестировать оборудование миллиметрового диапазона длин волн.

Решение компании Ixia на базе ПО IxLoad обеспечивает функциональное и нагрузочное тестирование (с измерением показателей QoE) как отдельных элементов сети LTE (включая узел eNodeB, шлюз SGW и др.), так и сетевого тракта в целом (от радиоинтерфейса до серверов приложений). При тестировании инфраструктурного устройства сети LTE (например, узла eNodeB) решение Ixia имитирует другие сетевые элементы, с которыми испытуемое устройство взаимодействует в реальной сети (в случае тестирования eNodeB имитируются пользовательские устройства, другие eNodeB, MME и SGW). Для испытаний всего сетевого тракта и элементов ядра сотовой сети могут быть сымитированы подсистема IMS и внешние IP-сервисы. Возможно тестирование не только физических, но и виртуальных компонентов сотовой сети, реализованных по технологии NFV. Также продукция Ixia позволяет испытывать основанные на технологии Wi-Fi решения для разгрузки сотовых сетей (Wi-Fi Offload).

Нагрузочный модуль XAir2, предназначенный для тестирования eNodeB на всех уровнях модели OSI, способен имитировать до 4 тыс. пользовательских устройств LTE с реалистичным трафиком. При подготовке испытаний можно задавать различные типы виртуальных пользователей сотовой сети (например, это может быть геймер, участвующий в многопользовательских играх, или корпоративный абонент, использующий видео-конференц-связь и IPsec VPN) и их действия в сети. Модуль XAir2 передает тестовые сигналы по кабелю (через интерфейс CPRI) и по радио (посредством внешнего блока RadioHead). В составе тестовых решений компании Ixia могут быть аппаратные интерфейсы и распространяемые по подписке экономически эффективные виртуальные тестовые порты.

При использовании в паре с тестовым комплексом Ixia PerfectStorm нагрузочный модуль XAir2 помогает операторам и производителям сетевого оборудования подготовится к внедрению решений 5G, благодаря поддержке многих усовершенствований технологии LTE (pre-5G), включая LTE in unlicensed spectrum (LTE-U), Licensed Assisted Access (LAA), Narrow Band IoT (NB-IoT), агрегацию многочисленных несущих в нисходящих и восходящих каналах, 4×4 MIMO, 256-QAM, LTE Dual Connectivity и др.

Работа на радиорелейной станции Р-419 Л1 в оконечном и ретрансляционном режимах

На станции, подготовленной для работы а аналоговом режиме

Включить станцию и проверить наличие питающего напряжения;
проверить работу обоих полу-комплектов секции “на себя”;
произвести электрические измерения параметров соединительных линий;
войти в связь с корреспондентом двумя полу-комплектами в оконечном режиме, измерить запас ВЧ уровня;
отрегулировать приемные уровни групповых трактов и остаточное затухание каналов ТЧ;
измерить частотную характеристику остаточного затухания двух каналов ТЧ каждого полу-комплекта, уровень шумов в каналах, оценить шумовую насыщенность каналов и сдать их в спецаппаратную для засекречивания или на кросс;
перевести станцию в режим ретрансляции и убедиться в прохождении связи;
производить необходимые записи в аппаратном журнале.

На станции, подготовленной для работы а цифровом режиме

Включить станцию и проверить наличие питающего напряжения;
проверить работу обоих полу-комплектов секции “на себя”;
произвести электрические измерения параметров соединительных линий;
войти в связь с корреспондентом двумя полу-комплектами в оконечном режиме, измерить запас ВЧ уровня;
проконтролировать состояние приемных трактов и качество связи;
сдать цифровые каналы в спецаппаратную для засекречивания или на кросс;
перевести станцию в режим ретрансляции и убедиться в прохождении связи;
производить необходимые записи в аппаратном журнале.

Варианты использования

Архитектура системы тестирования должна эволюционировать вместе с технологией 5G и адаптироваться к ней, эффективно обеспечивая три основных варианта использования сетей 5G, предусмотренных консорциумом Third-Generation Partnership Project (3GPP). Для справки: 3GPP занимается развитием технологий сетей мобильной связи, работая совместно с более широко известной ассоциацией GSM Association (GSMA), представляющей операторов.

Три основных варианта использования сетей 5G (см. также рис. 2):

Улучшенный мобильный широкополосный доступ (enhanced Mobile Broadband, eMBB). Это результат эволюции сегодняшних сетей 4G/LTE. Подобно LTE-доступу, предназначен для трансляции потокового видео, проведения конференций и обеспечения базовой широкополосной связи, но с большим акцентом на емкость восходящего канала (uplink). Скорость передачи в направлении пользователей (downlink) возрастет на порядок — до 10–20 Гбит/с на соту. По мнению аналитиков, в ряде случаев сети 5G будут заменять собою фиксированные широкополосные соединения. Вариант eMBB будет основным для самых первых сетей 5G.
Массовая межмашинная связь (massive Machine Type Communications, mMTC). Это результат эволюции сегодняшних решений типа «Интернет вещей» (IoT). В новых решениях будет на несколько порядков больше оконечных узлов. Эти решения будут ориентированы на обеспечение эффективности энергопотребления и поддержку очень высокой плотности размещения узлов.
Сверхнадежная связь с низкой задержкой (Ultra-Reliable and Low Latency Communications, URLLC). На данном виде связи основан абсолютно новый набор приложений, которые нуждаются в низкой задержке, высокой надежности и (во многих случаях) большой пропускной способности решений для сетей 5G. К этим приложениям относятся приложения с виртуальной и дополненной реальностью, удаленная хирургия в реальном масштабе времени (тактильный Интернет) и программное обеспечение для автономных транспортных средств. Для работы названных приложений должны использоваться надежные высокоскоростные соединения.

Рис. 2. Системные требования IMT-2020, соотнесенные с вариантами использования сетей 5G

Не все эти варианты использования станут возможными в одно и то же время, что позволит по мере развития сетей 5G постепенно совершенствовать архитектуры систем тестирования, поставляемых производителям сетевого оборудования и операторам связи.

Достоинства РРЛ

Как раньше обычные люди связывались например с Москвой? По телефонной линии.

Когда нужно было поговорить с Москвой, например бабушке из Иваново пообщаться с родственниками, она шла на почту и заказывала телефонный разговор. Но заказывала на будущее, за несколько дней наперед. Домашние телефоны были редкостью. Затем приходила телеграмма родственникам о том, что им нужно явиться на почту для переговоров. За час до назначенного времени, приходили на почту, показывали телеграмму и им говорили “ожидайте”. И по громкой связи кричали “Иваново” и идешь говорить. Вот такая была система переговоров по телефонным проводам.

Затем появились РРЛ, провода тянуть не нужно, надо поставить вышки. Например от Омска до Москвы, расстояние 2500 км, через каждые 50 км ставим вышки, понадобится 50 штук. Вот и все основные вложения в инфраструктуру. Раз в несколько лет нужно будет обновлять оборудование, поэтому говорят экономично, но когда вы ее уже построили, а первоначальные вложения должны быть.

Большая пропускная способность.

Поскольку антенны узконаправленные и они друг друга видят, то мощность передатчиков не должна быть большой.

Высокая помехозащищенность.

Помехи это погодные условия. Поскольку это высокие частоты и используются гигагерцы, то погода будет влиять серьезно, но эти задачи решаются увеличением мощности.

Возможность работы с подвижными объектами.

Формула которая позволяет оценить расстояние между станциями в зависимости от высоты антенны. Расстояние между станциями r выбирается из условия:

где h1 и h2 — высота передающей и приемной антенн . Если приподнять высоту антенны в 2 раза, то получим рост не в 2 раза, а в 1,5 раза.

Нормативы по технической подготовке

№ п/п	Наименование норматива	Объем выполняемых работ	Оценка	Время
97а	Подготовка к работе радиорелейной станции Р-419 Л1 в аналоговом режиме	Подготовить станцию к включению. Включить станцию для работы в цифровом режиме. Проверить работу обоих полукомплектов “на себя” в соответствии с инструкцией по эксплуатации.	Отлично	6
Хорошо	8
Удовлетворительно	10
99а	Подготовка к работе радиорелейной станции Р-419 Л1 в цифровом режиме	Подготовить станцию к включению. Включить станцию для работы в цифровом режиме. Проверить работу обоих полукомплектов “на себя” в соответствии с инструкцией по эксплуатации.	Отлично	6
Хорошо	8
Удовлетворительно	10

Network Slicing

Network Slicing подразумевает разделение физической архитектуры 5G на множество виртуальных сетей или слоёв. Каждый сетевой слой включает в себя функции уровня управления, функции уровня пользовательского трафика и сеть радиодоступа (5G-NR, либо non-3GPP). Базируясь на архитектуре NFV/SDN, каждый слой обладает своими характеристиками и нацелен на решение той или иной бизнес-задачи. 3GPP определяет три стандартных сетевых слоя:

сверх-широкополосный доступ (eMBB, Enhanced Mobile Broadband) — пользователи глобальной сети Интернет, камеры видеонаблюдения,…
ультра-надежность и низкие задержки (URLLC, Ultra Reliable Low Latency Communication) — транспорт без водителя, дополненная и виртуальная реальность,…;
интернет вещей (IoT, Internet of Things) — миллионы устройств, передающие малые объёмы данных от случая к случаю.

Каждый оператор может определять дополнительные сетевые слои, например, выделенный сетевой слой для критических коммуникаций, для внутрикорпоративной связи и т.д.

Конкретный пользовательский терминал (UE) может обслуживаться одновременно одним или несколькими сетевыми слоями (максимум — 8-ю). При этом модуль AMF является общим для всех слоев, а вот остальные элементы (в т.ч. SMF, UPF) могут различаться. Также различные слои могут включать в себя различные сети радиодоступа, либо единую сеть, но с отличающимися характеристиками. И, как один из бизнес-кейсов, сетевые слои могут иметь различающиеся параметры безопасности.

При регистрации в сети в рамках процедуры установления RRC соединения (и далее — в сообщении NAS) пользовательский терминал (UE) передает список запрашиваемых сетевых слоев (S-NSSAI — Single Network Slice Selection Assistance Information). На первом шаге, на основании полученных от UE данных, списка сетевых слоев, содержащихся в UDM профиле пользователя и местоположения абонента осуществляется выбор элемента AMF, который может обеспечить необходимый набор услуг. Выбор AMF осуществляется с привлечением модуля выбора сетевого слоя (NSSF) и репозитория сетевых функций (NRF).

На втором шаге назначается модуль управления сессиями (SMF) и далее — шлюз передачи пользовательского трафика (UPF). Назначение SMF/UPF может происходить в соответствии со статическими настройками, либо — динамически (через репозиторий сетевых функций — NRF).

Киберстратегия США

А как там у них? Американское военное командование продолжает внедрять новые варианты связи и коммуникаций. В первую очередь — сетей 5G. Такой формат связи реализован уже на трёх крупных базах. Параллельно реализуется и программа для формата 5G по взаимодействию с Космическим командованием, что сократит «время отклика» при передаче данных между объектами околоземной спутниковой группировки и пунктами управления.

mobile-review.com
Сегодняшние действия Пентагона по внедрению 5G являются продолжением «Национальной киберстратегии США».

Следом стартовал экспериментальный этап продвижения технологий 5G — это создание испытательных лабораторий на объектах американских вооружённых сил и тестирование 5G на всей территории США. По своему формату — это крупнейшее в мире полномасштабное испытание сетей 5G военного и гражданского назначения.

Более того, продвинутая 5G изменит формы и способы ведения боевых действий. Судя по поступающей информации, американские военные также рассматривают технологии 5G в качестве инструмента планирования и контроля боевого применения войск (сил) в реальном масштабе времени. Часть работ в сфере применения 5G сосредоточена на «умном» складировании и перевозке военных грузов между частями и соединениями. И это не прихоть Пентагона, не новомодное увлечение. Шаги американского военного ведомства, направленные на внедрение сетей 5G в военную инфраструктуру, являются продолжением «Национальной киберстратегии США», подписанной напоследок Дональдом Трампом.

При этом о «порочной связи» 5G с коронавирусом в Пентагоне ничего не говорят…

Связь без предрассудков

С технологией 5G связано немало конспирологических суждений самого экзотического толка. Например, в разгар пандемии весьма популярной была версия, будто существует некая связь волн миллиметрового диапазона с коронавирусом. Дескать, для того и строятся в густонаселённых городах многочисленные вышки сотовой связи, чтобы, включив передатчики в час икс, вызвать необычайную активность вируса. По другой версии, внедрённые в человека микрочипы якобы активизируются с помощью волн 5G диапазона, после чего люди становятся биороботами, которыми можно управлять как угодно, а при необходимости даже отдать приказ на самоликвидацию…

flickr.com/doloreshaze90
В 2024 году в России должно быть создано более 20 000 базовых станций в десяти городах-миллионниках.

Однако оставим в покое обывательские версии и поговорим о вещах действительно серьёзных.

Как известно, формировать национального вендора (поставщик товаров и услуг. — Авт.) телекоммуникационных решений для 4G, 5G и технологий следующих поколений связи поручено госкорпорации Ростех, которой, пожалуй, нет равных в столь чувствительной сфере, как высокие технологии. Известна и фирма-исполнитель — это специально созданная компания «Спектр» (100% долей участия принадлежит Ростеху). Именно «Спектр» должен заниматься созданием российских технологий 5G, их развитием и серийным производством необходимого оборудования.

rostec.ru/Виктор Молодцов
Решать проблемы следующих поколений связи поручено госкорпорации Ростех.

Отметим, что соглашение Ростеха с правительством РФ о развитии высокотехнологичной области экономики — «Мобильные сети связи пятого поколения» — было заключено ещё три года назад, тогда же был создан так называемый архитектурный совет по 5G («цифровая» жизнь не стоит на месте, в перспективе уже намечена разработка российских технологий 6G…). Планируется построение сетей связи, основанных на преимущественно отечественных решениях, сетецентричности и инклюзивности, а также создание технико-производственной кооперации российских производителей оборудования для перспективных сетей связи.

А вообще, для строительства сетей планируется использовать три группы частот: в диапазоне ниже 1 ГГц — для покрытия больших территорий, от 1 до 6 ГГц — для покрытия крупных городов, а миллиметровый диапазон 24,25-29,5 ГГц — для точечного покрытия мест массового скопления абонентов.

mobile-review.com
Оптимальным для сетей 5G является диапазон 3,4-3,8 ГГц.

Что могут сети 5G

В рекомендации ITU-R M.2083-0 IMT Vision представлены три основные категории прогнозируемых вариантов использования сетей 5G:

Усовершенствованная подвижная широкополосная связь (eMBB). Данная категория охватывает варианты использования, ориентированные на человека и обеспечивающие доступ к мультимедийным услугам и контенту. Для этих вариантов, включая загрузку мультимедийных потоков, веб-доступ, видеоконференцсвязь и виртуальную реальность, будет обеспечена повышенная скорость передачи данных. Наивысшая скорость передачи будут достигаться в малых сотах при небольшой скорости движения пользователей.
Сверхнадежная передача данных с малой задержкой (URLLC). В данную категорию входят новые варианты использования, которые предъявляют жесткие требования к таким показателям сетей, как пропускная способность, задержка передачи пакетов и коэффициент готовности. Примерами таких вариантов являются беспроводное управление производственными процессами, дистанционная хирургия, автономное вождение и т. д.
Массовая межмашинная связь (mMTC). Относящиеся к данной категории варианты использования характеризуются огромным числом подключенных устройств, как правило, передающих относительно небольшие объемы данных, не столь чувствительных к задержке. Необходимо обеспечить малую стоимость этих устройств и продолжительное время их работы от батареи.

Распределение новых перспективных областей применения мобильной связи 5G по вышеуказанным категориям показано на рисунке ниже.

Сети 5G значительно изменят нашу экономику и саму жизнь. Так, благодаря им, расширятся возможности телемедицины (в частности, появится дистанционная хирургия), ускорится развитие Интернета вещей (IoT), приложений виртуальной и дополненной реальности, автономных транспортных средств, решений по автоматизации процессов в различных отраслях. В перспективе — миллиарды подключенных вещей и людей, использующих передовые возможности сотовой связи 5G.

В документе Report ITU-R M.2410-0 определены высокие требуемые технические характеристики радиоинтерфейсов сетей 5G: максимальная скорость передачи данных — 20 Гбит/с; задержка передачи пакетов — 1…10 мс; плотность соединений — миллион пользовательских устройств (User Equipment, UE) на 1 км2; поддерживаемая мобильность UE — до 500 км/ч. Сети 5G должны обладать повышенной надежностью и эффективными механизмами обеспечения информационной безопасности. Чтобы достичь столь высоких характеристик, предусмотрено использование широких (до 1 ГГц) полос частот в миллиметровом диапазоне длин волн (сети 5G будут работать в миллиметровом и сантиметровом (ниже 6 ГГц) диапазонах), архитектуры Multi-access Edge Computing (MEC), многочисленных малых сот, технологий massive MIMO и формирования лучей. Для инфраструктур сетей 5G будут характерны такие передовые решения, как разделение плоскостей управления и пользователя, основанная на сервисах архитектура, виртуализация сетевых функций (NFV), программно определяемые сети (SDN) и Network Slicing, делающие сети более гибкими и масштабируемыми. Инфраструктура сети 5G может быть реализована на основе группы ЦОДов, обеспечивающих адаптивность сервисов, централизованное управление и обновление программного обеспечения. Перенос плоскости управления сети 5G в облако снижает затраты на развертывание сети.

Консорциум 3GPP разрабатывает стандарт на новый радиоинтерфейс 5G NR (New Radio). Процесс стандартизации должен быть завершен к 2020 году. Помимо 5G NR, существуют фирменные технологии 5G TF и 5G-SIG. В будущем в глобальном масштабе победит стандарт 5G NR.

По состоянию дел на декабрь 2018 года коммерческие сети 5G запущены в эксплуатацию в Катаре, Саудовской Аравии, США, Южной Корее. В ряде стран, включая Россию, тестируются демосети 5G. По данным компании Juniper Research, в мире в области развития сетей 5G лидируют операторы Южной Кореи и Японии — в 2019 году на долю этих двух стран придется 43% от общего числа соединений в сетях 5G во всем мире. В России массовое строительство сетей 5G должно начаться в конце 2021 года. Существующие сети мобильной связи будут длительное время продолжать свою работу одновременно с сетями нового поколения. Сети 5G не смогут быстро вытеснить сети 3G и 4G/LTE.