ВОЗМОЖНОСТИ И РЕШЕНИЯ СЕТЕЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Причины возникновения 5G

Интернет вещей (IoT – Internet of Things) – сеть, объединяющая физические предметы, оснащённые встроенными технологиями взаимодействия внутри сети как между собой М2М (Machine to Machine), так и с пользователем. Ярким представителем интернета вещей являются всевозможные датчики и сенсоры, имеющиеся в системах «умного» дома (в быту), вычислительной технике, устройствах контроля (промышленность). Автомобили с функцией автопилота также имеют на борту сенсоры, собирающие информацию об окружении автомобиля.

С каждым годом количество «умных» сенсоров увеличивается. По состоянию на 2018 год аналитиками подсчитано, что количество устройств интернета вещей составляет около 22 млрд штук, а по прогнозам к 2025 году это число увеличится до 38,6 млрд устройств.

Правильная работоспособность устройств IoT во многом зависит от конфигураций сети, которая должна обеспечивать стабильность, безопасность и высокую скорость работы с устройствами. В настоящее время использующийся в 4G метод спектрального уплотнения не позволяет достаточно эффективно использовать предоставленное частотное пространство.

Именно по этой причине появилась потребность в разработке новых технологий и новых методов работы сетевых коммуникаций.

Технические возможности и решения сетей нового поколения

С 2008 года 5G – пятое поколение технологии сотовой связи, обширное развертывание которого началось в 2019 году. Пятое поколение является более улучшенной версией четвертого поколения не столько из-за новых аппаратных решений, сколько из-за продвинутого программного обеспечения.

Одним из отличий пятого поколения является использование двух диапазонов частот, классифицируемых консорциумом 3GPP как NR (New Radio): FR1 (Frequency Range 1) (600 – 6000 МГц) – метровые и дециметровые волны, а также FR2 (>24 ГГц) – миллиметровые волны.

Максимальная ширина полосы пропускания в диапазоне FR1 составляет 200 МГц. Ограниченность ширины обусловлена загруженностью данного диапазона, т.к. в нем работает множество устройств связи в том числе Wi-Fi (5 ГГц) и устройства прошлых поколений. Поэтому 5G системы зачастую работают на частотах 3.3 – 4.2 ГГц. Из-за особенностей распространения радиоволн метровой и дециметровой длины (относительно хорошая дальность распространения и проникающая способность) возможно увеличение зоны покрытия без особых материальных вложений, т.к. для установки оборудования возможно будет использовать уже существующие вышки связи. FR1 будет востребован преимущественно среди устройств IoT, включающих беспилотные автомобили, системы «умного» города, «умного» дома.

Больший интерес в плане скорости передачи представляет второй диапазон частот FR2. Использование диапазона миллиметровых волн позволяет увеличить ширину полосы частот, благодаря чему увеличится пиковая скорость передачи данных. Результатом проведенных испытаний стала скорость передачи данных, достигающая 20 Гбит/с. Благодаря ширине спектра и ряду дополнительных мер данный диапазон будет способен поддерживать огромное количество устройств в пределах своей зоны покрытия.

Для уменьшения нагрузки на центральный дата-сервер разработана система Edge Computing (Граничные Вычисления). Суть его заключается в децентрализованной обработке поступающих данных. Сбор и анализ данных сенсоров производится непосредственно в месте генерации тех самых данных, что позволяет значительно сократить время от момента передачи информации от сенсора до момента приема информации сенсором.

Список литературы:

1. ETSI, 3GPP. ETSI TS 138 101-1 V15.9.0. – 2020. – [электронный ресурс] Режим доступа. – URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138100_138199/13810101/15.09.00_60/ts_13810101v150900p.pdf
2. Степанец И., Фокин Г. Особенности реализации Massive MIMO в сетях 5G // Первая миля. Last mile (Приложение к журналу «Электроника: наука, технология, бизнес»). – 2018. – №1. – C. 46.
3. Слюсар В. И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 2.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу «Электроника: наука, технология, бизнес»). – 2018. – №2. – C. 76.