Блог

Интервью

5G: мифы и реальность

Интервью с Валерием Тихвинским (НИИТС) о том, чего ждать от стандарта 5G.

17 февраля 2017
0 619
5G  IoT  M2M 
Валерий Тихвинский - зам. генерального директора НИИТС по инновационным технологиям, д.э.н., академик РАЕН

Какие прогнозы появления сетей пятого поколения в России и мире? 2018/2020/2025 годы?

Прогнозы появления сетей пятого поколения в мире, прежде всего, определены планами стандартизации международных организаций связи, таких как МСЭ, 3GPP, ETSI. Российские прогнозы в появлении сетей 5G должны опираться на создание регуляторной базы внедрения этих сетей – решения ГКРЧ по выделению полос частот, а также Постановления Правительства по внесению изменений в порядок лицензирования услуг для выдачи операторам лицензий на оказание услуг 5G.

Согласно планам 3GPP, основного органа стандартизации 5G, первая фаза стандартизации будет завершена в 2018 релизом 15. Из практики внедрения сетей предыдущих поколений, время от завершения разработки технических спецификаций до появления образца на рынке составляет минимум 2 года.

Таким образом, первые коммерческие сети 5G (Релиз 15) следует ожидать на рынке мобильной связи не ранее 2020, в том числе и в России.

Одной из причин, осложняющих разработку, стала полная неопределенность в частотных диапазонах 5G. Провальные после 4-х летнего исследовательского периода итоги Всемирной конференции радиосвязи ВКР-15 в части выделения полосы частот шириной в 500 МГц в диапазонах ниже 6 ГГц для 5G показали отсутствие консенсуса мирового телекоммуникационного сообщества по выделению спектра 5G. Вопросы выделения спектра в полосах ниже и выше 6 ГГц были перенесены с ВКР-15 на ВКР-19, которая намечена на февраль 2019, что создает дополнительную неопределенность в технических спецификациях оборудования 5G.

Известно ли о том, где возникнут первые сети пятого поколения?

Крупнейшие производители оборудования Huawei и Ericsson анонсировали запуски предкоммерческих версий сетей 5G на чемпионате мира по футболу 2018 года в России и на XXIII зимних Олимпийских играх 2018 года в Корее. Компания Huawei также планирует развернуть предкоммерческие версии сетей 5G в 2019 на африканском континенте.

Учитывая нерешенность большого числа вопросов в разработке технологий 5G (частотный спектр, радиотехнологии и др.), к этим проектам следует относиться как к тестовым, вводимым с целью проверки работоспособности тех или иных решений. Мы также знаем о традиционном отставании производителей абонентского оборудования от производителей системно-сетевого оборудования. Вспоминая негативный опыт внедрения сетей 3G, хочется сказать - рынок и текущая экономическая ситуация расставит все по своим местам. 2020 год как точка в дорожной карте появления первых опытно-коммерческих сетей 5G имеет право на существование.

Ведется ли сейчас в России подготовка национального стандарта, есть ли стратегия развития 5G в России?

В России в настоящее время имеется несколько центров компетенции в области будущего развития 5G. Это ФГУП НИИР, который решает вопросы защиты интересов России в МСЭ-Р и СЕРТ в части будущего частотного обеспечения 5G. ФГУП ЦНИИС, который решает вопросы исследования и стандартизации сетевых решений в МСЭ-Т. НИИТС, который в течение 4 лет развивает корпоративный проект 5G Rus, направленный на будущую стандартизацию технологий 5G в России.

Предложения НИИТС, сделанные в 2014 Россстандарту РФ по формированию профильного Технического комитета и разработке национальных стандартов по 5G, к сожалению, опередили время и так и остались проектом. Относительно стратегии развития 5G в России: наши предложения по этому вопросу неоднократно в период 2014 – 2015 докладывались на международных и национальных конференциях по развитию мобильной связи. Мне кажется, пришло время вернуться к этим вопросам на новом уровне и начать процесс национальной стандартизации, иначе разрыв между уровнями международной стандартизации 5G и национальной приведет к потере России роли игрока в секторе создания и производства оборудования 5G.

Карта развития технологий 5G (НИИТС)

Если говорить о США, ЕС, Восточной Азии – какие идеи по стандартизации технологий 5G обсуждаются там?

Если говорить о наших технологических партнерах, то они сосредоточили огромные финансовые средства для развития технологий 5G. Так Европейский союз в рамках программы «Горизонт-2020» планирует в рамках государственно-частного партнерства 5GPPP выделить более 700 млн Евро и привлечь еще 3,5 млрд Евро частных средств на выполнение 19 исследовательских проектов, направленных на стандартизацию технологий 5G.

ЕС ставится задача достижения технологического превосходства прежде всего над азиатской технологической зоной, специалисты которой обеспечили динамичное развитие поколения 4G.

Учитывая, что главным принципом стандартизации технологий мобильной связи является разработка открытых стандартов, то все наработки каждой из технологических зон в конечном итоге станут достоянием всего телекоммуникационного сообщества. В данный момент различия формируемых конкурентных предложений сосредоточены в области используемых сигнально-кодовых конструкций, методах многостанционного доступа и используемых частотных диапазонах.

В конце 2017 года Рабочая группа МСЭ-Р WP 5D планирует провести международный семинар, на котором будут обсуждаться требования к техническим характеристикам 5G (IMT-2020), критерии оценки и методологию отбора кандидатов для утверждения радиоинтерфейса технологии 5G. Процесс отбора технологий-кандидатов планируется завершить к 2020 разработкой Рекомендации МСЭ-Р с подробными спецификациями для новых радиоинтерфейсов, которая будет представлена на утверждение.

Специалисты обещают нам фантастически высокие скорости в новых сетях – до 20 Гбит в секунду. Как при этом должна измениться существующая инфраструктура?

Приход технологии 5G приведет к качественному изменению инфраструктуры мобильных сетей, основанных на программно-центричных инфраструктурных решениях. В центре новой инфраструктуры окажутся программно-определяемые сети радиодоступа SDR и базовые сети SDN, размещаемые на виртуальных машинах (серверах) современных центров обработки данных, также произойдет виртуализация сетевых функций.

В базовой станции нового поколения сохранится только радиомодуль (включающий антенну и приемо-передатчик, переносящий радиосигнал на уровень сетевых протоколов передачи данных), а все остальные процессы обработки сигнала будут перенесены на уровень виртуальной машины. Это сделает базовую станцию 5G существенно отличающейся от базовых станций 4G. Таким образом, инфраструктура сетей 4G останется невостребованной в сетях 5G, что потребует строительства качественно новой программно-центрической инфраструктуры.

Скорости передачи данных до 20 Гбит/с в радиоинтерфейсе 5G потребуют использования не менее скоростных транспортных сетей, соединяющих базовые станции, которые будут обеспечивать скорости передачи данных между ними до 100 Гбит/с.

Многие аналитики видят сети 5G как некую «добавку» к сетям LTE, в том смысле, что они будут развернуты в больших городах и вокруг скоростных трасс, а о развитии 5G, например, в сельской местности, не может быть и речи. Так ли это?

Сети 5G изменят традиционные бизнес-модели, применяемые в мобильных сетях. Технологии 5G предполагают мультидиапазонность, технологическую и структурную гетерогенность, что должно отразиться в новых бизнес моделях. В будущих диапазонах 5G, как ниже 6 ГГц, так и особенно выше 6 ГГц, нельзя будет создать эффективные сети покрытия, которые создаются в сетях 4G.

Сети 4G за счет мультидиапазонности являются самодостаточными и могут оказывать все виды услуг, включая VoLTE, как в низких – 700–900 МГц, так и высоких – до 3,5 ГГц диапазонах частот, т.е. операторы сетей 4G могут существовать, используя только одну радиотехнологию без совмещения с сетями 2G/3G. Сети 5G на первых этапах развития могут использоваться лишь как комплементарные сети, решающие задачу доступа в зонах с высокой плотностью трафика, что подразумевает их работу в составе совмещенных сетей, например 5G/4G,  или 5G/3G/2G, где радиотехнологии поколений 2G/3G/4G будут обеспечивать в сетях 5G сети покрытия.

Операторы в России уже проводят тестовые испытания 5G. Что известно о результатах этих тестов: с какими «узкими местами» приходится сталкиваться, когда речь идет о скоростях 10+ гигабит в секунду?

В настоящее время в России компанией Nokia совместно с ПАО «Мегафон» тестировались два вида оборудования AirFame и AirScale, на частотах 4,65–4,85 ГГц при агрегировании двух радиоканалов шириной по 100 МГц. Агрегация частот осуществлялась в режиме MIMO 8x8 с использованием 8 антенн, как на передающем, так и на приемном оборудовании. Достигнута скорость 4,5 Гбит/с при полосе пропускания 200 МГц. В 2017 году ПАО МТС совместно с компанией Эрикссон также планирует проведение тестов оборудования 5G в диапазоне 15 ГГц, который выделен для радиорелейных систем.

Образец антенны для 5G (справа)

Исходя из опубликованных результатов тестов, что экспериментальные разработки оборудования pre-5G периодически предъявляемые рынку ведущими мировыми производителями, как правило, носят характер частных решений на пути к коммерческой реализации оборудования сетей 5G.

Анализ опубликованных результатов тестов оборудования 5G в мире показывает, что усилия разработчиков в большинстве тестов направлены, во-первых, на освоение миллиметрового диапазона волн для мобильной связи и реализацию двух из трех бизнес-сценариев – на создание экстремально широкополосного (улучшенного) мобильного доступа xMBB со скоростями более 20 Гбит/с на основе новых видов сигнально-кодовых конструкций, и, во-вторых, на сокращение задержек для ультранадежных сетей 5G при межмашинном обмене данными uMTC. Ни один из разработчиков не достиг показателей подключения до 1 млн датчиков на кв.км, что является главным требованием к бизнес-сценарию соединения абонентских устройств М2М/Интернета вещей при их массированном применении xMTC в сети 5G.

Высокие скорости в разы увеличат объемы передаваемых данных. Есть ли понимание того, что делать с этими данными, как их обрабатывать и хранить?

Объемы обрабатываемых данных в сетях 5G, естественно, увеличатся в разы, и эта проблема возникнет. Решение ее будет заключаться в эффективности инновационных решений, предлагаемых разработчиками технологий Big Data.

Основными источниками генерации больших объемов данных в сетях 5G станут не устройства IoT и М2М в различных приложениях, включая беспилотный транспорт, умные города и энергосети, а медиаданные в приложениях 3D с высоким уровнем разрешения для голографического телевидения и услуг виртуальной реальности. Необходимо создать эффективные методы сжатия и сохранения не самих данных, а текущих изменений, что позволит решить эту задачу.

Изменятся ли требования к безопасности сетей связи? И какие разработки ведутся в этой области?

Принципиально требования к безопасности сетей 5G останутся прежними, повысятся требования к безопасности 5G как сетей доступа для межсетевого взаимодействия машин и абонентских устройств Интернета вещей, так как нарушение безопасности в этом случае может вызвать огромные техногенные катастрофы, связанные с нарушение работы или катастрофами беспилотного воздушного, наземного и морского/речного транспорта, нарушением энергетических сетей и объектов. Это не сценарий апокалипсиса, сети 5G все активнее будут использоваться в качестве сетей доступа для новой парадигмы телекоммуникационных услуг – услуг управления машинами или вещами на различных уровнях вертикальных отраслей промышленности, государственного и муниципального управления.

Если говорить о вложениях. Кто должен платить за новую связь? И сколько это все стоит?

За новую связь всегда платит инвестор. В роли инвестора может выступать инфраструктурный оператор, т.к. капитализация компании зависит от нематериальных активов – лицензий и разрешений на частоты для новых технологий, потенциала компании по строительству сети 5G и оказанию инновационных услуг.

В последнее время инфраструктурного оператора ассоциируют с «трубой», по которой оказываются контентные услуги, в большинстве случаев на принципах ОТТ, т.е. без оплаты производителями контента стоимости строительства и содержания инфраструктуры. Это вызывает естественные напряженные отношения между поставщиками контента и владельцами сетевой инфраструктуры. Вариантов оплаты услуг будущих операторов 5G придумано много.

Будущая бизнес-модель оплаты инфраструктуры сетей 5G будет зависеть не только от этих игроков на рынке услуг 5G, но и регулятора.

Учитывая, что намечается переход от инфраструктурно-ориентированной модели к программно-ориентированной модели в сетях 5G, когда оператор является собственником программных подсистем SDR и SDN, то в такой модели могут появиться новые игроки – владельцы ЦОДов, а также контент-провайдеры.

О стоимости таких сетей вести речь пока рано, но исходя из затрат на исследования, вкладываемых производителями оборудования в разработку сетей 5G, можно говорить о десятках или даже о сотнях млрд долларов США на одну сеть в зависимости от масштабов сети.

Какие возможности для реализации новых бизнес-моделей открывает 5G для операторов связи? Им придется значительно вложиться в инфраструктуру, но что они получат на выходе?

Технологически операторы получат возможность оказывать совершенно новые услуги, не доступные в сетях более старших поколений мобильной связи. Прежде всего, хочется сказать о проникновении операторов 5G в сектор услуг интернета вещей и М2М за счет появления нового вида услуг – услуг управления в сетях IoT и М2М нацеленных в 90% случаев на корпоративные услуги (индустриальный интернет).

Бизнес-сценарии операторов 5G в области оказании услуг будут нацелены на: 

  • создание улучшенного мобильного широкополосного доступа (eMBB) на основе новых видов сигнально-кодовых конструкций, повышающих на порядок скорость передачи данных до 20 Гбит/с и спектральную эффективность до 30 Бит/с/Гц.
  • создание ультра-массовых сетей межмашинного обмена данными (mMTC), которые обслуживают до 1 млн устройств интернета вещей и М2М на 1 кв. километр.
  • создание ультранадежных сетей межмашинного обмена данными с низкими задержками (uMTC) или сетей ультранадежной связи с низкими задержками (URLLC) соединяющих абонентские устройства IoT/М2М с задержками менее 1 мс.

Операторы сетей 5G получат дополнительные доходы в виде роста капитализации активов, так как давно уже не зарабатывают на прямых доходах от продажи услуг.

Поменяются ли каким-то образом пользовательские устройства и их функции: телефоны, планшеты и компьютеры? Какие новые компоненты могут появится в конструкции устройств?

Учитывая современные тенденции переноса вычислительных ресурсов мобильных устройств в облачную инфраструктуру, следует ожидать уменьшение компонентов в составе абонентских устройств 5G и переход от эры смартфонов с мощными вычислительными устройствами к эре экранов, когда абонентское устройство будет включать фактически только радиоконтроллер и экран. Эти инновации уменьшат стоимость абонентского оборудования и ожидаемый прирост пользователей на массовом рынке услуг от такой эволюции составит около 1 млрд человек. Изменится и абонентское оборудование для доступа в сети Интернета вещей и М2М, которое уже начало делиться на классы и сегменты в составе рынка ИВ.

В тоже время разработчики технологий 5G хотят решить задачу, когда на основе одних и тех же узловых элементов (абонентских устройств) в сети 5G повляется возможность их использования как базовых станций или ретрансляторов для организации внутренней транспортной сети.

Приведет ли развертывание 5G к постепенному отказу пользователей от проводного ШПД?

Не думаю, что такое событие произойдет в ближайшем будущем. Развитие проводных и беспроводных технологий будет напоминать движение лыжника, сначала одна нога выходит вперед, а затем потягивается и другая, и далее все повторяется. Возможности проводных (волоконных-оптических) технологий растут также, как и возможности мобильных технологий. В настоящее время уже достигнута скорость передачи более 1 Тбит/с по одному каналу волоконно-оптического кабеля на дальность более 7000 км. Думаю, что споры здесь пока преждевременны даже на уровне пользовательского сегмента сетей ШПД при мобильности домохозяйств в будущем.

Сможет ли 5G подогреть интерес пользователей к технологиям виртуальной реальности, о которых пока много говорят, но мало кто ими действительно пользуется?

Безусловно, технология 5G подогреет интерес не только к услугам виртуальной реальности, но и еще большому набору услуг, как для человека, так и совокупности взаимосвязанных машин, устройств, а также вещей в модели Интернета вещей.

Услуги виртуальной реальности начнут проникать в нашу обычную жизнь в случае их дешевизны, простоты пользования и агрессивного маркетинга при условии доступности высоких скоростей передачи данных до 1 Гбит/с на одного пользователя и низкой стоимости шлемов и очков виртуальной реальности, стоимость которых пока достигает 600 – 800 долларов США для качественных моделей, что сравнимо со сматрфонами премиум класса.

Круг пользователей этих услуг пока ограничен специальными задачами – военные и профессиональные тренажеры, в потребительском сегменте – продвинутые пользователи электронных игр. Дальнейшая перспектива этой услуги достаточно широка – виртуальные школы, университеты, библиотеки, кинотеатры, театры и музеи и т.д.

Получайте подборки лучших статей каждую неделю

Подпишись на новости компании и получай самую свежую и актуальную информацию!

Авторизуйтесь, чтобы можно было оставлять комментарии: