Полет мечты № 5

Александр ГОЛЫШКО, системный аналитик ГК «Техносерв», к. т. н.

Виталий ШУБ, независимый эксперт, к. ф-м. н.

 

Перестаньте совершать одни и те же ошибки. Будьте креативными! – Совершайте новые!

Из учебника по инновациям

Все мы помним, что конечная цель стандарта 5G – стать обобщенным стандартом для всех уже используемых стандартов мобильной/сотовой связи. Еще совсем недавно считалось, что «настоящие» сети 4G – это технология LTE + облака. Реальная жизнь быстро состарила эту формулу, и уже наличие инфраструктуры 5G позиционируется не менее как критически важный элемент цифровой экономики. Иногда говорят, что, мол, 5G будет чуть ли не последним стандартом мобильной связи, но с учетом динамики развития технологий заявлять такое преждевременно. А что сейчас происходит с 5G?

Пока что на гора выдана первая (упрощенная) версия стандарта NSA 5G NR Release 15 (или Non-Standalone 5G New Radio), представляющая собой «фазу 0» стандарта 5G. Есть подозрение, что финализация стандарта 5G не созрела окончательно в головах его разработчиков и процесс продолжается.

Заявления о повсеместном развертывании крупномасштабных сетей 5G, конечно, звучат, но в стадии 5G NR они способны дать лишь более скоростной Интернет, а не анонсированное улучшение многих отраслей жизни человека благодаря изощренному сервису и возможности относительно просто делить инфраструктуру 5G на фрагменты, создавая под конкретные бизнес-задачи виртуальные частные сети вместе с соответствующими виртуальными операторами.

Первые – не из той оперы

Оператор Verizon, как и обещал, 1 октября запустил первую в мире коммерческую сеть 5G в ряде крупных городов США. Сервис Verizon называется 5G Home и предназначен для фиксированного доступа к Интернету посредством беспроводного роутера. Сеть обеспечивает среднюю скорость до 300 Мбит/с и пиковую (т. е. когда пользователей в ней практически нет) – до 1 Гбит/с.

Однако 5G Home не только не имеет отношения к мобильной связи (к тому же серийных смартфонов 5G на момент запуска сети еще не было), но по большому счету и к международным стандартам. Сервис базируется на проприетарном стандарте 5G TF, разработанном в Verizon (на самом деле это решение Samsung). Почему так? Чтобы быстрее выйти на рынок и застолбить свое первенство в головах потребителей. Чем же ответят на это конкуренты?

А вот чем: не проще ли просто обновить значок 4G на 5G на экранах мобильных телефонов у пользователей и ограничиться этим? Как написали в The Washington Post, именно так поступил другой американский оператор AT&T, по сути разработав план по модернизации сети в своем департаменте маркетинга и выкатив программный апдейт для нескольких моделей смартфонов под Android (Samsung Galaxy S8 Active, LG V30 и LG V40). Говорят, после этого над оператором начали издеваться и конкуренты, и особо продвинутые пользователи. Но ведь все честно: если присмотреться, в уголке экрана зажигается не 5G, а 5G E, что означает 5G Evolution. Данный термин теперь будет применяться к областям сети, где развернуты самые передовые технологии LTE, такие как агрегация несущих, 4×4 MIMO и 256 QAM.

Когда придет время, реальный 5G будет индицироваться как 5G+. Но когда оно придет?

Ближайшие ожидания

Ожидается, что в 2019 г. более 50 стран запустят сети 5G в ожидании всех обещанных разработчиками сервисных благ и будут постепенно их модернизировать по мере развития стандартов 5G (идеальная ситуация для поставщиков оборудования). Для лучшего понимания, зачем это нужно, в Барселоне на MWC’2019 была продемонстрирована работа нескольких инновационных приложений для сетей 5G: звонки с использованием голографических изображений и совершение покупок с элементами дополненной реальности.

Лидерами по части развития сетей 5G сейчас ожидаемо являются Китай, Корея, США и ЕС. Наибольшую заинтересованность в популяризации сетей 5G проявляет Qualcomm, и 2019 г. компания объявила «годом 5G».

Как было заявлено на MWC’2019, компания Huawei инвестирует в технологии 5G уже более десяти лет и считает, что опережает конкурентов минимум на год. Она получила свыше 2570 основных патентных лицензий, подписала около 30 коммерческих контрактов 5G, примерно 40 тыс. базовых станций 5G были отгружены заказчикам по всему миру. В свое время технологиям 3G потребовалось десять лет, чтобы набрать 500 млн пользователей. Сети 4G справились за пять лет. Huawei считает, что в сетях 5G уже через три года количество пользователей превысит 500 млн.

Авторам доводилось писать о том, что война США с китайскими технологическими ИКТ-лидерами приведет к расколу телеком-рынка на «запад» и «восток». Собственно, это уже происходит, и в патентном пуле 5G более 30% патентов Huawei и около 20% Nokia. Ну а запрет на использование оборудования Huawei в США логично приведет к повышению стоимости строительства сетей для американских операторов, замедлению темпов развертывания 5G, а также нанесет ущерб экономике страны и в конечном итоге повлияет на права американцев пользоваться сетями 5G. Но дело тут не только в американских гражданах.

Сети 5G будут предоставлять гигабитные скорости передачи информации для передачи тяжелого трафика, и базовые станции должны соединяться каналами связи с феноменальной пропускной способностью. А Китай, кстати, собирается контролировать большую часть мирового потока онлайн-услуг, участвуя в формировании новых отраслей, основанных на непосредственном общении людей и машин. Китайская инициатива по созданию глобальной транспортной и инвестиционной инфраструктуры «Один пояс, один путь» поддерживает инфраструктурные и инвестиционные проекты почти в 70 странах и будет иметь серьезные последствия для 40% мирового экономического производства. Важно отметить, что каждая из трансевразийских железнодорожных линий, которые являются частью этого гигантского проекта, будет включать в себя параллельную прокладку волоконно-оптической ИКТ-инфраструктуры. Китай при этом планирует охватить оптоволоконной инфраструктурой 80% домов в стране.

Как считают специалисты, Huawei и, возможно, несколько других китайских компаний будут контролировать, какие сервисы с большим объемом данных (к примеру, для логистики, телемедицины, образования, виртуальной реальности, телеприсутствия и пр.) могут выйти через 5G на мировой рынок. Таким образом, Китай благодаря действиям своих 5G-операторов и поставщиков сможет постепенно заместить на этом рынке американские компании, что бы ни говорили и ни делали по этому поводу за океаном. Быть может, здесь и таится истинная причина введения в США ограничений для продукции и работы китайских компаний. Собственно, Китай уже занимается этим внутри своей страны, а упомянутая инициатива «Один пояс, один путь» позволит ему осуществить задуманное на огромных территориях, на которых проживает 65% населения планеты.

Несомненно, в действительности будет совсем не так, как видится сегодня. Мы, к примеру, ничего не знаем о том, какие опасности для здоровья таит в себе планируемое к использованию микроволновое излучение в диапазонах 20+: где-то уже отмечен массовый падеж птиц, кто-то заявил об угнетении у граждан репродуктивных функций, где-то на граждан просто нападают фобии – и суды перегружены. Мы также не до конца понимаем, каким должен быть в 5G оптимальный радиочастотный ресурс, и совсем не уверены, что его удастся получить операторам после всех «упражнений» человечества в области радио.

Что главное в беспроводной связи?

В настоящее время спецификации релиза 15 3GPP содержат около 30 диапазонов частот, из которых в Европе ключевыми являются следующие.

Номер диапазона Частота, МГц Дуплекс / назначение Ширина радиоканала, МГц
n1 1920–1980/2110–2170 Частотный 5, 10, 15, 20
n3 1710–1780/1805–1880 Частотный 5, 10, 15, 20, 25, 30
n7 2500–2570/2620–2690 Частотный 5, 10, 15, 20
n8 880–915/925–960 Частотный 5, 10, 15, 20
n20 832–862/791–821 Частотный 5, 10, 15, 20
n28 703–743/758–803 Частотный 5, 10, 15, 20
n38 2570–2620 Временной 5, 10, 15, 20
n78 3300–3800 Временной 10, 15, 20, 40, 50, 60, 80, 100
n80 1710–1785 Дополнительный – линия вверх 5, 10, 15, 20, 25, 30
n81 880–915 Дополнительный – линия вверх 5, 10, 15, 20
n82 832–862 Дополнительный – линия вверх 5, 10, 15, 20
n83 703–748 Дополнительный – линия вверх 5, 10, 15, 20
n84 1920–1980 Дополнительный – линия вверх 5, 10, 15, 20
n258 24 250–27 500 Временной 50, 100, 200, 400

 

Как видно из таблицы, в 5G присутствуют два радиочастотных диапазона, в которых ширина радиоканала может исчисляться сотнями МГц, а значит, и скорости передачи информации там могут быть рекордными (возможно, до заявленных ранее 10 Гбит/с). Кстати, высокие скорости передачи данных в беспроводных сетях определяются предельной спектральной эффективностью OFDMA (в мобильном варианте – 3–10 бит/с/Гц) и шириной полосы (до 100 МГц и выше в высоких частотах) – именно так получаются значения в несколько Гбит/с и выше. Ну а реально достижимые скорости передачи данных в хорошо нагруженных сетях 5G за неимением таких сетей пока непонятны.

В таблице представлены диапазоны 700 и 800 МГц, где с дальностью и проникновением все будет хорошо, и это неудивительно – сколько ни обещай использовать в 5G радиочастоты вплоть до 80 ГГц, но надо же показать где-то и надежную связь (и, добавим, относительно бюджетную).

Пять европейских стран уже провели аукционы на 5G-частоты: в 2017 г. Ирландия распределила на торгах частоты в диапазоне 3,4–3,8 ГГц, а в 2018 г. Великобритания разыграла 150 МГц спектра в диапазоне 3,4–3,6 ГГц, Италия – частоты в полосах 3,6–3,8 ГГц и 26,5–27,5 ГГц, Испания – 3,6–3,8 ГГц, Финляндия – 3,4–3,8 ГГц, и это не конец. Собственно, реальная расчистка частот за рубежом происходит в диапазоне от 600 МГц (T-Mobile) и вплоть до десятков гигагерц. И конечно, физику не обманешь – в зависимости от своей ценности для мобильной связи частоты четко делятся на «суб» – 1 ГГц, «суб» – 2 ГГц, «суб» – 3 ГГц, «суб» – 6 ГГц и свыше. Чем выше частота, тем ниже ценность из-за снижения дальности и быстро ухудшающегося покрытия внутри и вне зданий.

Что касается использования для 5G миллиметрового диапазона, то практическая выгода здесь довольно сомнительна. Прежде всего, это исключительно технология прямой видимости (Line of Sight, LoS) с довольно малыми расстояниями от базовой станции. Кроме того, в научном сообществе существуют опасения по поводу некоего биологического эффекта. Насколько он опасен, мы поймем после массового использования таких диапазонов в сетях 5G.

Если обратиться к российской действительности, то реальными для 5G там могут быть радиочастоты: 3,4–3,8 ГГц, 4,8–5,0 ГГц и 24–28 ГГц. В конце декабря из Минкомсвязи пришла информация о том, что для тестирования 5G планируется выделить полосы радиочастот 4,8–4,99 ГГц и 27,1–27,5 ГГц. Это довольно узкие полосы и плохие с точки зрения обеспечения покрытия внутри зданий, где во весь рост встанет проблема «второй стены» (оказывающейся фатальной для проникновения радиосигнала), что свидетельствует об ограниченности и вторичности данных диапазонов. Что касается модного во всем мире «цифрового дивиденда», то он неясен из-за не очень понятной стратегии развития ЭЦП ЭЦТВ. Пока можно констатировать лишь то, что прошлые предсказания авторов сбылись: государственно-бесплатное ЭЦТВ блокирует развитие коммерческих сетей 5G в наиболее выгодных для его развития диапазонах. Очевидно, кому-то когда-то придется-таки решать, «кто более матери-истории ценен»: 20 бесплатных ТВ-программ или потенциально любой контент, включая и те самые 20 бесплатных программ. Тем более что, как и ожидалось, инфраструктурные ресурсы РТРС собираются использовать для развертывания сетей LTE-450 и, возможно, 5G.

Помимо понятных вопросов экономичного использования радиочастотного ресурса идея выделения ограниченного пула радиочастот для единого инфраструктурного оператора (консорциума из заинтересованных операторов), как прописано в сформированной Минкомсвязью концепции развития 5G, несет определенные риски надежности единой сети. Хотя, с другой стороны, логично сделать единого инфраструктурного оператора сразу для всех потенциальных виртуальных участников (как мобильной, так и фиксированной связи) с одинаковыми условиями входа. К тому же, как упоминалось, в сетях 5G обеспечить сетевое фрагментирование относительно несложно. В целом же с учетом явно недостаточного для развития 5G выделенного радиоспектра для единого инфраструктурного оператора и его фактического монополизма участникам «большой четверки», возможно, все равно придется заняться параллельным рефармингом под 5G тех частотных полос, которые у них остались под 2/3/4G, сохраняя минимальный уровень конкуренции. Очевидно, подобный рефарминг надо будет разрешить.

На чем?

На каком оборудовании будут строиться сети в России?

Есть ожидаемые кандидаты – Nokia (есть СП с РТК), Ericsson, Huawei (находится под глобальным эмбарго/санкциями), ZTE (почти убит санкциями США), Samsung (статус в инфраструктуре 5G не ясен, но скорее нет), производители второго и третьего эшелонов, локальные производители (пул пока формируется).

Локальные производители – это несколько (три-четыре) альянсов производителей оптических систем передач, пакетного ядра сети, сетей радиодоступа. Общей компетенции и единого производителя полного сетевого решения 5G в России нет – рынок не развивался из-за повсеместного доминирования импорта и аутсорсинга. Попытки Минпромторга запустить программу локальных разработок и производства оборудования 5G были, но, как говорил один персонаж из Ильфа и Петрова, «трамвай построить – это не ешака купить». Дело даже не только в отсутствии такого явления, как отечественная индустрия мобильной связи, но и в неблагоприятном временном факторе (мало иметь – надо быстро делать). В общем, прыгнуть выше головы, да еще так быстро, вряд ли получится. В свою очередь, позиция ИКТ-регулятора понятна: чем дальше, тем более она нейтральна и в плане частот, и в плане локального оборудования, поскольку все теперь зависит отнюдь не от него.

Конечно, важны варианты локализации производства оборудования 5G. Их реально три:

  • Private labeling (по-нашему, «переклеивание шильдиков») – не устраняет технологической зависимости, не переносит технологию и компетенции, может быть подвержена санкционным рискам, но зато это самый быстрый и дешевый путь;
  • кооперация с производителями второго эшелона (производителями отдельных подсистем – ядра сети, транспортного уровня, подсети радиодоступа) – создание единого сетевого решения из разнородных частей с общей системой управления и ПО. Это дольше, дороже и сложнее, чем первый вариант;
  • кооперация с производителями третьего эшелона – модулей, узлов, блоков, компонентов – самый долгий и тяжелый путь, с длительным циклом НИОКР и запуска в серийное производство, но с минимальными санкционными рисками.

В целом же в силу проприетарности систем 5G и отсутствия зрелого решения класса Open RAN перспективы частичного замещения отдельных компонентов или подсистем полного сетевого решения 5G весьма иллюзорны. Полное сетевое решение практически каждого производителя систем 5G первого эшелона представляет собой замкнутую на себя систему, защищенную от инкорпорирования компонентов производства конкурирующих компаний проприетарными протоколами, интерфейсами и ПО. Не стоит упускать из виду и набор потенциальных сервисов, разработкой которых каждый поставщик также озабочен. Именно на этом строится и держится вся современная экосистема производителей телекоммуникационных платформ, в том числе сетей 5G. В результате по каждой отдельной лицензионной территории сотовые операторы строят моновендорные сети, так как поливендорные сетевые решения в сотовой связи практически нереализуемы (за редким исключением).

А что в руках?

Демонстрируемые в настоящее время первые образцы сотовых телефонов 5G типа перспективной модели Samsung Galaxy S10 5G представляют собой промышленные прототипы устройств, оснащенных сотовыми модемами 5G типа Qualcomm X50, с поддержкой даже миллиметрового диапазона радиочастот.

Экстремально высокие в настоящий момент скорости передачи на уровне единиц Гбит/с обеспечиваются как поддержкой режимов MIMO, так и использованием миллиметрового диапазона. В свою очередь, это диктует высокие уровни энергопотребления, определяемые высокой нагрузкой на радиочастотный и процессорный модули.

Кроме того, в силу природы Line of Sight передачи в миллиметровом диапазоне пока не очень понятна возможность обеспечения непрерывного потока данных при изменении положения тела владельца смартфона 5G с трансивером миллиметрового диапазона относительно трансивера (пико-, нано-, микро-) базовой станции. В настоящее время предлагается оснащать помещения с БС миллиметрового диапазоны группами таких БС, разнесенных по углам помещения, для обеспечения максимально непрерывной засветки смартфона, который находится в руках владельца (не самое дешевое решение, не правда ли?).

Некоторые итоги

Раз уж развитие сетей 5G находится в самом начале своего пути (с чем трудно спорить), налицо:

  • проблемы с нехваткой радиочастотного ресурса;
  • технические проблемы, которые только предстоит решить;
  • маркетинговые и коммерческие вызовы, которые достаточно велики, чтобы ожидать линейного на протяжении первых трех-пяти лет роста этих сетей и проникновения в них смартфонов;
  • скромный выбор абонентского оборудования;
  • различные национальные организационные проблемы и т. д.

Тем не менее, поскольку сети 5G являются дальнейшей технической эволюцией уже построенных сетей 4G/LTE, можно ожидать, что возникающие проблемы будут успешно решены к взаимному удовольствию как абонентов этих сетей, так и их топ-менеджеров и акционеров.

Да и оглянитесь вокруг: по меркам современной мобильной индустрии в развитии сетей 5G прошло каких-то пять секунд.

Пока полет нормальный.

Поделиться:
Спецпроект

ИТАПК – впервые в режиме онлайн

Подробнее
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку