Зачем нужен 5g? преимущества сетей нового поколения

Что такое 5G?

Для начала надо сказать о том, что в 4G физические пределы радиоинтерфейса были практически достигнуты и дальнейшее увеличение пропускной способности на радио возможно лишь за счет увеличения ширины полосы и более эффективных техник распределения ресурса между пользователями на уровне протоколов. Это мы и наблюдаем в 5G (или NR). 

Например, в США оператор AT&T запустил под брендом 5G технологию LTE-advanced, которая относится к стандартам четвертого поколения. Это привело к скандалу. 

Но если копнуть чуть глубже, то можно сказать, что в своей рекламе AT&T на самом деле никого не обманули, так как технологии, лежащие в основе LTE и 5G – идентичны. OFDM и Scalable-OFDM соответственно. 

Возникает вопрос, в чем же фишка 5G? Эта технология позволит поддержать массовость сервисов и качественно улучшить пользовательский опыт за счет ряда особенностей, о которых я расскажу чуть ниже. 

Новый частотный ресурс с более широкими полосами частот, который даст пользователям гигабитные скорости и поддержит большое количество подключенных устройств. 

За счет ряда архитектурных отличий – это низкая задержка (до 1 мс), – технология сделает более мобильными те услуги, для которых этот параметр критичен

Например, приложения VR/AR, где требования по пропускной способности дополняются требованиями по задержке, так как при повороте головы в VR важно не просто передать новую картинку, а сделать это вовремя – с задержкой, которая будет адекватна восприятию зрения человека.

Как переход к 5G может повлиять на российскую экономику

— У нас есть возможность делать отечественные решения, и это явно меняет экономику. Появляется возможность выходить на этот рынок небольшим, средним и малым компаниям.

Раньше мобильный телеком-рынок выглядел так: был производитель оборудования, например Huawei (сейчас он выигрывает у Ericsson, Nokia и Samsung), дальше идет оператор, обычно у них с производителем тяжелые многоплановые отношения, и чаще всего вендоры побеждают. У нас это видно, потому что наши операторы тотально зависимы от зарубежных вендоров.

Продавая свое оборудование и даже техническое обслуживание, вендоры «вытравили» из компаний-операторов технических специалистов и по факту сейчас и обслуживают сеть, и поддерживают ее, а зачастую даже разрабатывают и строят. Huawei, например, разворачивает сеть связи для «Билайна». То есть оператор остался такой прослойкой, которая, по факту, рисует тарифы. Это страшный момент. Потому что в такой ситуации инфраструктура колоссально зависит от вендора. А альтернативы Huawei у нас нет.

5G будет представлять из себя единую инфраструктуру связи и сервисов для создания систем управления и контроля компаний, городов и государства. Карантин более чем наглядно показал, что мы очень зависимы от систем связи. Поэтому 5G — основной стратегический ресурс. На мобильных сетях будет держаться почти вся система управления.

Мобильный рынок будущего будет состоять из производителя оборудования и производителя программного обеспечения. То есть постепенно одно отделяется от другого, что значительно расширяет палитру участвующих в этом компаний. Система сети становится программно-определяемой, и основные функции, как было сказано выше, могут запуститься даже на обычном сервере. То есть, по факту, современная базовая станция, если очень грубо говорить, — это радиоюнит, который принимает и передает сигнал, оцифровывает его и в цифровом виде с минимальной обработкой по оптическому каналу связи сбрасывает вниз, где стоит специализированный, но, в общем-то, обычный вычислитель — компьютер, а все специфические радийные функции обрабатываются софтом.

Соответственно, появляется не только вертикальный вендор, но и производители оборудования, программного обеспечения — у бизнеса возникает возможность строить самому под себя сети без оператора и эта тенденция будет только усиливаться. Это огромная ниша, в которую сейчас пойдут интеграторы, и сами компании будут наращивать у себя соответствующие отделы и компетенции. Государство точно будет строить дополнительную инфраструктуру, независимую от оператора, чтобы управлять страной. Ну и операторы тоже останутся.

Доступ к частотам в России — это печальный вопрос. В России начало активного внедрения 5G будет, я считаю, в районе 2023 года. Вертикальные промышленные сети, которые эксплуатируются без оператора, то есть самой компанией, уже доступны с первого квартала 2020 года. Такую возможность, например, рассматривает «Сибур».

Сейчас в цифровой экономике есть несколько инициатив. Например, Сколтех выиграл конкурс и сейчас разрабатывает отечественную базовую станцию 5G (стоимость проекта 452 миллиона рублей). Этот проект с нашими операторами идет очень тяжело. Но тем не менее к концу 2022 года у нас должна появиться первая небольшая серия отечественных станций 5G. Если получится, это будет очень круто — мы наконец-то перестанем быть заложниками Huawei, Nokia и Ericsson.

Фото на обложке: unsplash.com

Внедрение 5G в России

Компания МТС первой среди российских операторов мобильной связи получила лицензию на оказание услуг связи стандарта 5G и готовится развернуть высокочастотные сети в «дальнем» диапазоне 24,25-24,65 ГГц в 83 субъектах. Лицензия будет действовать до 16 июля 2025 года.

Первыми пользователями сети станут бизнес-клиенты и крупные производственные предприятия, но о масштабном покрытии речи нет: частота, прописанная в лицензии, не позволяет привести 5G в каждый дом. По данным «Коммерсанта», Минкомсвязи не может обеспечить приоритет проектам частоты 3,4–3,8 ГГц из-за позиции силовых ведомств.

«Частоты выше 6 ГГц имеют неудовлетворительные характеристики распространения», — говорится в Концепции создания и развития сетей 5G/IMT-2020, которую разработало Минкомсвязи.

Развитие 5G-сетей входит в федеральный проект «Информационная инфраструктура» из национальной программы «Цифровая экономика», но результаты проработки плана оставляют желать лучшего. Концепция внедрения новых стандартов связи не утверждена, операторы не могут надеяться на реализацию проекта из-за бюрократических препятствий, касающихся доступа к жилым домам и рынку электроэнергии.

В итоге Минкомсвязи пока не располагает простыми решениями, которые бы помогли освободить полосу в диапазоне 3,4–3,8 ГГц для гражданского использования сетей нового поколения.

Что дает технология 5G

Если сети 4G способствовали появлению таких компаний, как Uber, Airbnb, TikTok и Netflix, то 5G может оказать влияние совершенно другого уровня. Скорость передачи данных здесь в 20 раз выше, чем у предшественника, и достигает 20 Гбит/с, тогда как 4G дает всего 1 Гбит/с. Эта разница позволяет загружать десятки полнометражных фильмов на устройство за несколько секунд.

Онлайн-игры прекратят виснуть, качество изображения во время видеозвонков станет четким, погружение в виртуальную реальность — полноценным и объемным. C 5G к сети можно будет подсоединять сразу несколько устройств, не опасаясь, что качество сигнала ухудшится.

Иной уровень развития получит интернет вещей: к сети можно будет подключать холодильники, стиральные машины, носимые гаджеты, устройства общения между автомобилями.

В медицине стандарты 5G модернизируют качество услуг. К примеру, импланты для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний смогут отправлять данные врачам автоматически; постоянный доступ в интернет и мгновенная передача сигнала позволят проводить сложнейшие процедуры на расстоянии.

Беспилотный транспорт с помощью 5G перейдет на новый этап развития: автономное управление автомобилями, оснащенными технологиями машинного зрения, станет значительно проще в условиях моментальной передачи данных.

Все эти преимущества могут стать доступны повсеместно уже в ближайшие 20 лет: помимо инженерно-технических вопросов придется решить правовые, то есть разработать единый стандарт 5G, а также политические, то есть урегулировать претензии держав друг к другу по вопросам технологического превосходства. К тому же придется дождаться, когда производители смартфонов подгонят свои устройства под мощности новой сети.

Мир меняется, растут скорости передачи данных

Кто из операторов за единого инфраструктурного оператора, а кто против

Сторонником модели единого инфраструктурного оператора являются «Ростелеком» и «Мегафон». Они создали совместное предприятие для развития сетей 5G — «Диджитал для бизнеса». Кроме того, «Ростелеком» приобрел WiMAX-оператора Freshtel, который владеет частотами в диапазоне 3,4 — 3,8 ГГц — эти частоты «Ростелеком» хотел бы конвертировать под 5G.

Поддерживают данный вариант и в Минкомсвязи. Замминистра Олег Иванов считает, что частот для каждого оператора по отдельности просто не хватит, в связи с чем министерство намерено «кнутом и пряником» убеждать операторов создать консорциум, и даже готов поделиться с будущей организацией частью регуляторных полномочий.

Но в «Вымпелкоме» и МТС против выделения частот одному игроку. Этот вариант чреват концентрацией частот в одних руках, кроме того, строительство единой сети приведет к отсутствию резервирования инфраструктуры и сделает ее менее устойчивой к возможным сбоям.

Вице-премьер Максим Акимов говорил, что вариант с единым инфраструктурным оператором не является приоритетным. «Предпочтение отдается конкурентной модели, — сообщал вице-премьер. — Мы бы хотели развивать этот рынок в том же ключе, в котором развивались другие поколения мобильной связи, когда присутствовали все операторы, которые пожелали».

Что сейчас происходит с 5G в России

Снижение задержки сети

Фактор, почти такой же важный, как пропускная способность сети, – низкая задержка. Это время, за которое устройства, управляемые через сеть, реагируют на действия, и вы получаете от них ответ. Все, кто увлекается мультиплеерными компьютерными играми, сталкивались с этим понятием и хорошо представляют, как нелегко эффективно управлять виртуальным аватаром, когда тот реагирует на команды не сразу, а спустя доли секунды.

В сетях 4G диапазон задержки где-то между 50 и 100 миллисекундами. 5G-сети уменьшат эту задержку до 1–5 миллисекунд

Это важно, поскольку открывает новые возможности для дистанционного управления техникой

Например, до сих пор люди продолжают работать на строительных площадках в кабинах высотных кранов. Почему они должны рисковать и каждый день подниматься на высоту?

Потому, что сверху отлично видно, что происходит на конце стрелы крана. Но с 5G можно без проводов установить камеру в любом месте, хоть на конце стрелы, хоть на поднимаемом грузе, и получить гораздо лучший обзор. Оператор крана при этом будет сидеть не в замкнутом пространстве кабины, а расположится в комфортабельном офисе.

Другой пример касается автомобильной промышленности и сферы грузоперевозок.

Не так давно было обнаружено, что фуры, едущие друг за другом очень близко, подобно поезду, экономят топливо. В BMW этот эффект называют hypermiling. В результате снижения аэродинамического сопротивления у грузовиков, следующих вплотную к ведущему автомобилю, потребление топлива снижается на 15%, что в конечном счете ведет к сокращению выбросов парниковых газов и к громадной выгоде для компании-перевозчика.

Но, чтобы извлекать выгоду из эффекта hypermiling, необходимо постоянно удерживать минимальную дистанцию между машинами. Человеческий мозг реагирует на изменение дорожной ситуации со скоростью 30 миллисекунд и более. Этого недостаточно, чтобы избежать аварий на высокой скорости, если грузовики двигаются вплотную.

Другое дело автопилоты. Необходимо только обеспечить надежный канал связи между грузовиками, и они будут двигаться как единое целое, мгновенно синхронизируя скорости и реагируя на изменение дорожной ситуации. Технология 5G предложит для передачи команд беспроводную сеть с минимальной задержкой.

То же касается медицинских роботов, чьи действия должны быть максимально точны и оперативны вне зависимости от удаленности хирурга от пациента. Для дистанционной хирургии 5G предлагает не только надежную передачу команд без задержек, но и эффект присутствия за счет видеоформата виртуальной реальности, транслируемого без задержек.

Таким образом, внедрение 5G является катализатором для масштабных изменений в целом ряде областей. К тому же сотовая связь пятого поколения послужит основой для развития долгожданной технологической ниши.

Почему в России до сих пор нет 5G-сетей

По состоянию на 10 декабря 2020 г. в России не было ни одной полноценной сети 5G, пользоваться которой могли бы обычные граждане. ГКРЧ разрешила строить такие сети сообщал CNews, еще в марте 2020 г., притом разрешение распространялось как на обычные сети, так и на специализированные – технологические и корпоративные.

Но тут есть нюанс – разрешение Комиссия предоставила на строительство сетей только в диапазоне 24,25–24,5 ГГц, тогда во многих других странах, где строятся 5G-сети, операторам был выделен так называемый «международный» диапазон – 3,4-3,6 ГГц. В России он занят средствами связи отечественных госструктур, которые не очень спешат высвобождать его.

Но сетей 5G в России нет не только из-за занятости нужного диапазона – в стране отсутствует еще и необходимое для них «железо». Поначалу предполагалось, что строить сети можно будет как на отечественном, так и на иностранном оборудовании, но все изменилось в середине июня 2020 г., когда Минцифры России выступило с предложением по кардинальному изменению федерального проекта «Информационная инфраструктура» из состава нацпрограммы «Цифровая экономика», в рамках которого и производится строительство новых сотовых сетей.

Министерство предложило идею отложить строительство сетей 5G в России до 2024 г. и создавать их исключительно на российском оборудовании, которое пока никем не производится. Операторы связи сразу же воспротивились этому – они раскритиковали эту идею, сославшись на то, что четырехлетняя задержка приведет к отставанию России от мировых лидеров во многих отраслях экономики.

Первая российская базовая станция для сетей 5G увидела свет лишь в конце сентября 2020 г. – ее представила госкорпорация «Ростех». На ее производство нужно около 40 млрд руб., и сроки запуска конвейера пока не установлены.

Если власти не выделят операторам «международный» диапазон частот под 5G, то это может вылиться для них в гигантские убытки. По данным РБК, если им придется строить 5G в диапазоне 4,8–4,99 ГГц (идею отдать им этот диапазон высказало Минцифры), то к уже 2030 г. их накопленный убыток достигнет 354,3 млрд руб. и продолжит расти еще десять лет, вплоть до 2040 г. Для сравнения, развитие сетей в «международном» диапазоне позволит операторам, по их собственным подсчетам, получить первую положительную расчетную прибыль в размере 44,2 млрд руб. в 2027 г. и увеличить ее до 290 млрд руб. к 2030 г. Затраты на высвобождение частот нужного диапазона в масштабах всей России операторы оценили в 253 млрд руб.

• Короткая ссылка
• Распечатать

Особенности и принцип работы

Сколько можно заработать на 5G и когда окупятся затраты

Перспективы 5G в России

Переход на новые стандарты связи в масштабах страны – это всегда большие трудозатраты и гигантские финансовые вложения. По данным аналитиков развитие сетей 5G в 2020–2027 гг. обойдется каждому сотовому оператору в России в 130–165 млрд руб. Финальные суммы зависят от того, на какой уровень кооперации пойдут участники процесса.

Другой важный момент – выделение частотного диапазона под новый стандарт. Российские мобильные операторы считают приоритетными для разворачивания 5G частоты 3,4–3,8 ГГц. В этом диапазоне сегодня обмениваются данными силовые структуры. По мнению специалистов, расчистка нужных частот займет 2–2,5 года, этот вопрос контролируется на самом высоком уровне. 

Все вложения в развитие 5G должны окупиться с лихвой. По данным концепции развития 5G, разработанной Министерством цифрового развития, совокупный эффект от внедрения данной технологии в период 2019–2024 гг. составит 2,5 трлн рублей в области информатизации и связи, 644 млрд рублей – в сфере производства, 55 млрд рублей  – в ЖКХ, 311 млрд рублей – в торговле, 195 млрд рублей – в сфере транспортировки и хранения, 79 млрд рублей – в сельском хозяйстве.

Концепция развития 5G в России находится в процессе формирования. Недавно она была дополнена пожеланием Правительства РФ к операторам 5G использовать преимущественно отечественные оборудование и софт. При этом власть готова поддерживать импортозамещение льготами. Сейчас в тройку лидеров по поставкам входят зарубежные компании Cisco, Huawei и Nokia. Но в перспективе картина должна поменяться. Российские компании, в том числе холдинги Ростеха, ведут интенсивные разработки в этом направлении. Часть разработок будет представлена на конференции ЦИПР-2019. Российские операторы подчеркивают, что готовы перейти на отечественные решения, если они будут конкурентоспособны.

5G в России: угроза технологического отставания

Вести отсчет истории 5G в нашей стране можно с 2015 г., когда министерство коммуникаций и связи заказало у НИИ «Радио» проект концепции развития сетей 5G в России. В 2018 г. власти утвердили национальную программу «Цифровая экономика» с бюджетом в 3,5 трлн рублей. В программе есть показатели, который касаются непосредственно развития сетей связи 5G в России, например, прописано количество городов и отраслей, в которые стандарт 5G должен прийти в ближайшие годы.

В правительстве хорошо осведомлены о том, каким потенциалом для развития экономики и общества обладает технология 5G. Так, вице-премьер РФ Максим Акимов в 2019 г. отметил, что сети 5G нужны медицине, транспорту и обороне больше, чем интернет-пользователям.

Однако в практической плоскости Россия отстает во внедрении 5G как в плане достижения целевых показателей национальных проектов, так и в сравнении с другими странами, где количество абонентов 5G уже исчисляется миллионами. Прогнозируется, что к 2025 г. лидерами по проникновению сетей пятого поколения будут Китай, США, Япония и Южная Корея — там высокоскоростной связью будут пользоваться 36-66% абонентов мобильной связи.

В России, если текущая ситуация с внедрением стандарта 5G не изменится, этот показатель будет равен всего 19%. Технология 5G у нас пока недоступна для коммерческих абонентов, сети пятого поколения действуют только в пределах нескольких тестовых зон. Менее амбициозными стали цели, заявленные в программе «Цифровая экономика». Если изначально планировалось, что сети 5G будут развернуты в 10 российских городах-миллионниках к 2022 г., то теперь более вероятным сроком достижения этого показателя называют 2024 г. Отставание в развитии 5G на несколько лет по сравнению с другими развитыми странами, предупреждают эксперты, грозит России отставанием и в темпах цифровизации экономики, и, следовательно, в ее конкурентоспособности.

Высокоскоростная передача данных определит следующий этап технологической революции. Фото: ru.depositphotos.com

Еще одним барьером, затрудняющим коммерческое использование 5G в России, является регуляторный. Сейчас большая часть оборудования в сетях пятого поколения работает на частотах 3,4-3,8 ГГц, которые используются российскими госслужбами, в том числе — военными и Роскосмосом. Операторам связи предлагают разворачивать 5G в диапазоне 4,4-4,99 ГГц, для которого производится меньше оборудования (как базовых станций, так и оконечных устройств). Это может привести к удорожанию запуска сетей 5G и сложностям с международным роумингом.

Тем не менее, как отечественные операторы связи, так и иностранные поставщики, с оптимизмом смотрят на российский рынок и активно готовят почву для внедрения сетей пятого поколения. Например, летом прошлого года МТС подписала соглашение с Huawei, одним из крупнейших разработчиков и производителей телеком-оборудования и обладателем наибольшего числа важных патентов в сфере 5G. Соглашение предусматривает внедрение технологий и решений 5G и интернета вещей на действующей инфраструктуре МТС, запуск тестовых зон и пилотных сетей для различных сценариев использования, в том числе — на сложных инфраструктурных объектах.

Huawei также готов оказать поддержку в развитии кадров для российской индустрии 5G. В 2019 г. стартовала учебная программа в области 5G для заказчиков, партнеров и студентов. Задачей программы является подготовка 10 тыс. специалистов, а инвестиции китайской компании в проект превысят 50 млн рублей. А наличие линейки оборудования для диапазона 4-4,99 ГГц делает Huawei удобным партнером для российских предприятий на случай, если «золотой» диапазон 3,4-3,8 ГГц так и не расчистят для коммерческого использования.

• Короткая ссылка
• Распечатать

Что такое 5G?

ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 5G

Проблемы с частотами: военные не отдают самый «вкусный» диапазон

Окончательное решение по модели развития 5G правительство примет после решения вопроса с расчисткой частот. А в этой части наблюдаются серьезные проблемы. В конце 2018 г. ГКРЧ планировала выделить частоты для тестирования 5G в диапазонах 3,4-4,2 ГГц, 4,4-4,99 ГГц и 25,25-29,5 ГГц (миллиметровый диапазона). Однако в итоге от выделения частот в диапазоне 3,4-4,2 ГГц было решено воздержаться.

Полоса частот во втором из вышеупомянутых диапазонов, доступная для тестирования 5G, была сокращена до 4,8-4,99 ГГц. Сокращен был и доступный спектр в миллиметровом диапазоне — до 27,1-27,5 ГГц.

Ограничения на использование частот связаны с позицией силовых структур. В диапазоне 3,4-4,2 ГГц, помимо сетей WiMAX, также работают сети фиксированной спутниковой связи, в том числе сети Минобороны и ФСО. По данным газеты «Ведомости», военные попросили воздержаться от выделения частот в данном диапазоне.

Другой диапазон — 4,5-5 ГГц — хоть в усеченном виде и был выделен для тестирования 5G, но относительно него существует сомнения в части будущей экосистемы абонентских устройств. Как пояснил CNews глава частотного департамента Международной Ассоциации GSM Бретт Тарнутцер, данной диапазон рассматривается для использования в Китае и Японии, но у него нет такой поддержки, как у диапазона 3,4-3,8 ГГц

«Важно отметить, что оборудование для широкополосного доступа в 5G будет работать в широком рабочем диапазоне частот 3,3-3,8 ГГц, — говорит Тарнутцер. — Это поспособствует развитию экосистемы оборудования для данного диапазона, увеличивая экономию на масштабе для производителей оборудования и создавая благоприятные условия для быстрого вывода доступных устройств на рынок

Россия не сможет воспользоваться данными преимуществами, если не рассмотрит возможность использования хотя бы части этого диапазона для 5G».

Руководитель группы Delliote по рынку телекоммуникаций Антон Шульга соглашается, что эффективное развитие 5G в России вряд ли станет возможным без использования частот в диапазоне 3,4-3,8 ГГц. «Если посмотреть на то, какие частоты выставляются на аукционы в различных странах мира, то можно увидеть, что именно эти частоты выделяются под развертывание сетей в первую очередь, — говорит Шульга. — Причины, конечно же прежде всего экономические — из всех рассматриваемых сейчас вариантов именно эти частоты эффективнее всего использовать для создания «покрытия». Частоты в более высоких диапазонах в силу своих свойств могут дать существенный рост пропускной способности сети, но только в небольшом радиусе вокруг базовой станции. В то же самое время новые сервисы, развитию которых должно способствовать появление 5G (умная городская инфраструктура, автономные автомобили, телемедицина), потребуют именно появление «коврового» покрытия».

Что касается миллиметрового диапазона, то он пригоден только для точечного покрытия в местах массового скопления абонентов (аэропорты, вокзалы, стадионы и т.д.).

Кто управляет стандартом сетей 5G?

Средства ПВО в диапазоне 3,4-3,8 ГГц

К сетям радиолокации относятся, в частности, средства противовоздушной обороны (ПВО), использующие диапазон 3,2 -3,8 ГГц. У Военно-космических сил России (ВКС) есть порядка 1 тыс. РЭС ПВО, из которых 600 являются наземными, а 400 бортовыми.

РЭС ПВО можно разделить на три типа. Первый тип — радиолокационные станции малых высот дежурного режима — обеспечивают обнаружение, измерение координат и сопровождение воздушных объектов в условиях сложной воздушной обстановки.

Второй тип — специальные радиолокационные станции — применяются, как правило, в труднодоступных и горных районах для аналогичных целей.

Третий тип РЭС-радиотехнические средства комплексной системы радиовизирования, опознавания и передачи команд-предназначен для решения задач обмена специальной информацией, опознавания и определения текущего местоположения самолетов, а также для управления полетами авиации.

Средства РЭС ПВО могут размещаться на расстоянии до 10-50 км от крупных городов и до 2-10 км от транспортных магистралей федерального значения. От районов возможного размещения 5G РЭС ПВО могут находиться на расстоянии от 0,5-1 км до 2-2,5 км. Помимо военных систем, в диапазоне 3,4-3,8 ГГц работают РЭС радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи.