5G

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

5G (5-е покоління мобільних мереж або 5-го покоління бездротових систем) — назва, яку використовують в деяких наукових працях і проектах для позначення наступних телекомунікаційних стандартів для мобільних мереж після стандартів 4G/IMT-Advanced[1][2].

Станом на початок 2018 року дана технологія не була повністю визначена у міжнародних стандартах, а лише перебувала у стані розробки. Першим стандартом цієї технології став ухвалений наприкінці 2017 року стандарт англ. New Radio (NR). Передбачено, що розгортання нових технологій відбуватиметься в декілька етапів. Спочатку буде впроваджено 5G NR Non stand-alone, яка використовує наявну мережу 4G LTE eNB[3].

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

Основні показники[ред. | ред. код]

Станом на початок 2017 року офіційного стандарту 5G не було прийнято, роботи над його розробкою тривали в міжнародних організаціях[1].

Передбачено, що 5G забезпечуватиме швидшу передачу даних в порівнянні з 4G, зробить можливим щільніше розташування пристроїв, та надасть можливості для прямої взаємодії між різними пристроями[4].

Також дослідники прагнуть скоротити затримки та зменшити споживання електричної енергії (важливо для мобільних пристроїв та пристроїв типу «інтернет речей») в порівнянні з 4G[5].

Серед іншого, стандарт 5G має забезпечити такі характеристики:[4][6]

  • пікова швидкість завантаження даних на одну базову станцію до 20Гб/с
  • швидкість завантаження даних до 100 Мб/c та вивантаження до 50 Мб/c для одного абонента
  • можливість абонентському пристрою рухатись зі швидкістю до 500 км/год між базовими станціями (наприклад, у швидкісному потязі)
  • можливість пристроям перемикатись між режимом заощадження енергії та повністю робочим за 10 мс
  • затримки (англ. latency) до 4 мс за сприятливих умов, і до 1 мс для спеціалізованих з'єднань
  • поліпшена ефективність використання радіочастотного спектру
  • передача даних зі швидкістю 1 Гб/c водночас для багатьох користувачів на одному поверсі будівлі
  • можливість роботи до 1 млн пристроїв на 1 км²[5].

Деякі інженери припускають, що малі затримки разом із високою швидкістю передачі даних дозволять передати дедалі більшу частину обробки і зберігання даних зі смартфонів на потужніші сервери в хмарах. Але навіть якщо кінцевий споживач і не помітить всіх переваг нових технологій, наявні у ній можливості можуть стати в нагоді пристроям типу «інтернет речей» та іншим вбудованим і «розумним» комп'ютерним системам[7].

Основні технології[ред. | ред. код]

Досягнення поставлених показників роботи мереж п'ятого покоління потребуватиме використання нових технологій. Зокрема, очікується, що в мережах 5G буде використано такі технології:[8]

  • Передавання даних радіохвилями у міліметровому діапазоні (буде обраний сегмент в діапазоні 30-300 ГГц).
  • Малі базові станції повинні розв'язати проблеми із швидким згасанням міліметрових хвиль. Очікується, що ці станції матимуть низьке енергоспоживання, малі габарити, будуть портативними а оператори стільникового зв'язку матимуть можливість встановлювати їх тисячами на відстані 250 м одна від одної.
  • Базові станції матимуть масиви MIMO. Технологія MIMO вже наявна в базових станціях 4G, але в них є лише 8 портів для передачі та 8 для отримання даних. В базових станціях 5G таких портів вже буде порядку кількох сотень, що буде реалізовано на основі багатоелементних цифрових антенних решіток[9][10][11].
  • Потреба у технології BeamForming продиктована проблемами з інтерференцією хвиль через збільшення портів вводу-виведення MIMO.
  • Передавання даних між абонентом та базовою станцією в режимі повного дуплексу.
  • Підвищення спектральної ефективності на основі різних варіантів неортогональних за частотою (N-OFDM) сигналів.

Проектування[ред. | ред. код]

Станом на 2013 рік вже проектуються мобільні мережі п'ятого покоління (5G), що обіцяють пропускну здатність в десятки разів більшу ніж в мережах 4G (наприклад, LTE). Для високошвидкісної передачі даних пропонується використовувати міліметровий діапазон радіохвиль із частотою від 30 до 300 ГГц. Теоретично мобільні мережі п'ятого покоління (5G) дозволять передавати інформацію зі швидкістю до 10 Гбіт/с[12] та часом відповіді («латентністю») менше 1 мілісекунди[13], що задовольнить будь-які сучасні потреби із завантаження контенту.

Перші специфікації Non-Standalone 5G NR (англ. New Radio) були затверджені наприкінці 2017 року на засіданні консорціуму 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Вони описують неавтономні архітектуру мереж 5G і служитимуть орієнтиром на початку для розгортання мереж 5G на основі вже наявних базових станцій LTE. Також триває робота над специфікаціями мереж Standalone 5G, які нарешті й замінять 4G LTE. Специфікації Non-Standalone 5G NR включають підтримку низькочастотного (600 МГц, 700 МГц), середньочастотного (3,5 ГГц) і високочастотного (50 ГГц) спектра[14].

На початку 2018 року дослідники з Шанхайського інституту зв'язку та обробки даних із Шанхайського університету (КНР) розробили фазовану антенну решітку для встановлення у мобільні телефони з металевим корпусом, здатну працювати на частотах в діапазоні 28 ГГц. Імовірно, подібні технології відіграватимуть важливу роль в телефонах 5G, оскільки дозволять реалізувати принципи BeamForming на хвилях міліметрової довжини[15].

Тестування[ред. | ред. код]

Компанія Samsung, у середині 2013 р., в результаті проведених власних експериментів з прототипом електронної системи з обміну даних на частоті 28 ГГц між двома отримувачами, які рухалися зі швидкістю близько 8 км/год, досягнула швидкості передачі 1.056 Гбіт/с[16][17]. Відстань при цьому становила приблизно 2 км прямої видимості.

Натомість, станом на початок 2014 р., відомо, що ключові всесвітні вендори обладнання мереж мобільного зв'язку, такі як Nokia, Ericsson, Huawei, у свою чергу інтенсивно працюють над розробленням, створенням та тестуванням телекомунікаційного обладнання для технології 5G у власних дослідницьких центрах[18][19]. Зокрема, у другому за величиною європейському R&D центрі компанії Nokia Solutions and Networks, розташованому у польському місті Вроцлаві, проводиться серйозна робота з експериментального дослідження ефірного інтерфейсу даної технології й створення відповідного програмного забезпечення для функціонування мобільних мереж на її основі[20]. Його керівник Бартош Цєплюх у вересневому інтерв'ю «Польському радіо» відзначив, що істотний розвиток технології 4G / 5G отримують й завдяки плідній співпраці у центрі сильних ІТ-команд з українців, румунів, іспанців з польськими інженерами[21]. Іншим фактом, що підтверджує серйозність намірів Nokia щодо здобуття першості у розвитку технології 5G та виведені її на ринок телекому, є об'єднання зусиль з потужною високотехнологічною компанією National Instruments задля створення експериментальної концептуальної системи 5G, реалізованої із застосуванням NI LabVIEW та модульних приладів NI PXI, які є на сьогодні найбільш сучасною системою для проведення експериментів і швидкого створення прототипів радіоінтерфейсу 5G[22].

У 2016-му році з'явилися відомості про те що корпорація Google проводить випробування можливості підключення до 5G інтернету за допомогою безпілотних дронів. Проект в рамках якого проходять тестування, носить кодову назву Skybender[23]

Також 22 лютого 2016 американська компанія Verizon заявила про початок тестування мереж 5G[24]. Компанія обіцяє, що технологія дозволить забезпечити «швидкість кілька гігабайт на секунду і мілісекунди затримки»[25].

В кінці вересня 2017 року шведська компанія Ericsson і провідний японський оператор мобільного зв'язку KDDI уклали партнерську угоду про спільне тестуванні можливостей мереж п'ятого покоління на частоті 4,5 ГГц в декількох містах Японії. Під час пілотного проекту партнери перевірятимуть різні сценарії використання 5G в частотних діапазонах 4,5 ГГц і 28 ГГц, а також досліджуватимуть взаємодію між технологіями 5G і LTE. Пілотний проект має завершитись до березня 2018 року, а комерційні 5G послуги для своїх абонентів KDDI планує запустити вже до 2020 року[26].

Розгортання[ред. | ред. код]

Експерти оцінюють, що перші ознаки розгортання комерційних мобільних мереж на основі 5G можуть з'явитися у 2020 р., а більш широкомасштабне впровадження почнеться лише з 2025 р.[27]

Республіка Корея[ред. | ред. код]

Південна Корея планує розгорнути мережу 5G до Зимових Олімпійських Ігор 2018 року які будуть проводитись в цій країні.[13] Японія теж планує мати працюючу мережу 5G до Літніх Олімпійських Ігор 2020 року[13].

В лютому 2017 року на Світовому Конгресі Мобільних технологій в Барселоні представники Samsung заявили що перша комерційна мережа 5G буде запущена на початку 2018 року[28].

Експериментальна мережа 5G була розгорнута перед церемонією відкриття Зимової Олімпіади 9 лютого 2018 року. З її допомогою було організоване управління 1200 LED ліхтарями, які утворили форму голуба. Швидкість передачі даних в мережах 5-го покоління була продемонстрована на прикладах прямої трансляції з кабіни бобслеїв, лижних трас, зображення 360° бігунів на ковзанах та фігурного катання; подорожах у віртуальній реальності на хокейні матчі та спуски на сноубордах[29].

В рекламній кімнаті на станції Гангнеон був встановлений зв'язок з іншою експериментальною мережею 5G в Оулу (Фінляндія) через оптоволоконний кабель завдовжки 14000 км. Відвідувачі мали можливість здійснити віртуальну подорож через Оулу або ж керувати сенсорами глибини снігу чи яскравість полярного сяйва. Відвідувачі в Оулу, натомість, мали можливість здійснити віртуальну подорож станцією Гангнеон[29].

У розгорнутій експериментальній мережі була використана технологія NFV MANO (англ. network functions virtualization management and orchestration) яка дозволяє виконувати маршрутизацію даних програмним забезпеченням, а не спеціально створеним апаратним забезпеченням[29].

Також планується випробувати нову технологію супутникового зв'язку Block Filtered-OFDM[29].

Німеччина[ред. | ред. код]

В травні 2018 року було повідомлено, що після успішного випробування тестової мережі 5G в портовому районі Гамбурга оператор Deutsche Telekom розгорнув тестову мережу в Берліні. В районі Мітте (Лейпцизька вулиця), та районі Шьоненберг (вулиці Вінтерфельдштрасе) було встановлено три базові станції. Ці станції стануть ядром кластера мережі 5G, яку оператор планує до літа розширити до 70 базових станцій в 20 місцевостях. На першому етапі новостворений кластер покриватиме «смугу» 5 км завширшки[30].

Робоча частота мобільного зв'язку дорівнює 3,7 ГГц та використовує обладнання виробництва Huawei із використанням стандартів 5G NR (New Radio). Кожна базова станція охоплюватиме сектор у 120° та матиме 64 антен Massive MIMO[30].

США[ред. | ред. код]

Американський оператор мобільного зв'язку AT&T офіційно оголосив, що запустить власну 5G-мережу в США до кінця 2018 року. Можливість скористатися новою технологією отримають жителі 12 міст (зокрема: Даллас, Техас; Атланта, Джорджія; Уейко, Техас)[31], при цьому оператор особливо підкреслив, що мова йде про останню версію специфікацій Non-Standalone 5G NR, а не про «псевдо-5G» (поліпшений 4G/LTE). Подібна технологія з назвою 5G Evolution вже працює в мережах AT&T в 23 містах США[14].

Таким чином, AT&T стане першим мобільним оператором в США, який почне надавати своїм абонентам 5G-зв'язок. Оператор мобільного зв'язку Sprint збирається почати розгортати свої мережі п'ятого покоління в 2019 році, а T-Mobile — в 2020 році. При цьому Verizon вже активно тестує технологію 5G і також може виступити з аналогічною заявою про швидкий запуск її комерційної версії[14].

Слід зазначити, що може йтись про послуги доступу до Інтернет стаціонарним абонентам (наприклад, через спеціальні модеми в оселях, офісах, тощо). Використання радіозв'язку може мати економічний сенс через менший обсяг необхідних початкових інвестицій в порівнянні з прокладанням оптичних кабелів[32].

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б ITU towards “IMT for 2020 and beyond” - IMT-2020 standards for 5G. International Telecommunications Union (en-US). Процитовано 2017-02-22. 
  2. ТЕХНОЛОГИЯ 5G СТАНЕТ НАЧАЛОМ «ЧЕТВЕРТОЙ ИНДУСТРИАЛЬНОЙ РЕВОЛЮЦИИ»
  3. Sarah Yost (2018-01-25). What Does Every Engineer Need to Know about 5G?. IEEE Spectrum. 
  4. а б Osseiran, A.; Boccardi, F.; Braun, V.; Kusume, K.; Marsch, P.; Maternia, M.; Queseth, O.; Schellmann, M. та ін. (2014-05-01). Scenarios for 5G mobile and wireless communications: the vision of the METIS project. IEEE Communications Magazine 52 (5): 26–35. ISSN 0163-6804. doi:10.1109/MCOM.2014.6815890. 
  5. а б Best, Jo (2013-08-28). The race to 5G: Inside the fight for the future of mobile as we know it. TechRepublic. Процитовано 2016-01-14. 
  6. Sebastian Anthony (Feb 24, 2017). 5G specs announced: 20Gbps download, 1ms latency, 1M devices per square km. Ars Technica. 
  7. Amy Nordrum (2018-01-16). CES 2018: 5G News and Nuggets. IEEE Spectrum. 
  8. Amy Nordrum, Kristen Clark and IEEE Spectrum Staff (2017-01-27). Everything You Need to Know About 5G. IEEE Spectrum. 
  9. Слюсар В. И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 1.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – N1. - 2018. - C. 72 - 77 [1]
  10. Слюсар В. И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 2.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – N2. - 2018. - C. 76 - 80.[2]
  11. Степанец И., Фокин Г. Особенности реализации Massive MIMO в сетях 5G.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – N1. - 2018. - C. 46 - 52.
  12. Гигабитное будущее беспроводной сети: Президент WiGig Alliance Али Садри о перспективах стандарта WiGig, Computerworld Россия (№ 03, 2012)
  13. а б в Wireless: the next generation. The Economist (анлгійська). 20 березня 2016. 
  14. а б в Сергей Кулеш (2018-01-04). До конца 2018 года мобильный оператор AT&T запустит в 12 городах США сеть пятого поколения на основе новейших спецификаций Non-Standalone 5G NR. ITC.ua. 
  15. Dexter Johnson (2018-01-29). A Beam-Steering Antenna for 5G Mobile Phones. IEEE Spectrum. 
  16. Samsung Announces World's First 5G mmWave Mobile Technology, Samsung Tomorrow (13 травня 2013)
  17. Millimeter Waves May Be the Future of 5G Phones, IEEE Spectrum (13 червня 2013)
  18. Wizja telekomunikacji w 2020 roku staje się rzeczywistością (укр. Бачення телекомунікації в 2020 році стає реальністю), Прес-реліз NSN (30 січня 2014)
  19. A Chinese Tech Company Wants To Make Your Smartphone's Internet Connection 1,000 Times Faster, Business Insider (26 листопада 2014)
  20. Bartosz Ciepluch w Radio Wroclaw, Аудіоінтерв'ю на «Radio Wroclaw» (11 лютого 2014)
  21. Bartosz Ciepluch w Polskim Radiu, Аудіоінтерв'ю на «Polskie Radio» (5 вересня 2014)
  22. Компания National Instruments объявляет о сотрудничестве с Nokia для разработки сетей следующего поколения 5G, Прес-реліз NI (15 травня 2014)
  23. Harris, Mark (2016-01-29). Project Skybender: Google's secretive 5G internet drone tests revealed. The Guardian (en-GB). ISSN 0261-3077. Процитовано 2016-02-07. 
  24. Verizon почала тестування мереж 5G. www.hromadske.tv. Процитовано 2016-02-22. 
  25. Verizon почав тестувати технологію 5G. Зеркало недели | Дзеркало тижня | Mirror Weekly. Процитовано 2016-02-22. 
  26. Сергей Кулеш (25.09.2017). В 2018 году в Японии стартует тестирование 5G-сетей в диапазоне 4,5 ГГц, а уже в 2020 году их запустят в коммерческую эксплуатацию. ITC. 
  27. A Chinese Tech Company Wants To Make Your Smartphone's Internet Connection 1,000 Times Faster, Business Insider (26 листопада 2014)
  28. Samsung Press Conference MWC 2017 (англ). 
  29. а б в г Ariel Bleicher (2018-02-21). First Intercontinental 5G Trial Begins at Winter Olympics. IEEE Spectrum. 
  30. а б Ernst Ahlers (2018-05-04). In Berlin und Leipzig: Erste 5G-Mobilfunkbasen mit Gigabit-Geschwindigkeit. Heise Online. 
  31. Сергей Кулеш (2018-02-21). “Даллас, Атланта и Уэйко”: Мобильный оператор AT&T огласил список из первых трех городов США, которые получат 5G-связь до конца текущего года. ITC.ua. 
  32. Stacey Higginbotham (2018-02-27). 5G is in Danger of Being Oversold. IEEE Spectrum. 

Посилання[ред. | ред. код]