5g в россии: что надо знать?

Кто управляет стандартом сетей 5G?

Системы беспроводной связи являются предметом постоянных исследований и разработок, как коммерческими организациями, так и в академическом мире. И как любой тип связи, они должны быть стандартизированы — им должен быть назначен определенный диапазон характеристик электромагнитных волн, в которых сеть будет функционировать. А также определены все требования и ограничения.

В случае систем радиосвязи наиболее важным международным органом по стандартизации является консорциум 3GPP (Проект партнерства по сетям третьего поколения), который, несмотря на присутствие в аббревиатуре 3G (третье поколение), определяет стандарты и для последующих систем, в настоящее время — пятого поколения (5G). В консорциум 3GPP входят семь национальных и региональных организаций по стандартизации из разных частей мира (например, ETSI — Европейский институт стандартов электросвязи) и основные производители телекоммуникационного оборудования.

Сколько можно заработать на 5G и когда окупятся затраты

НИИР проанализировал и возможные доходы операторов связи от запуска 5G. В 2030 г. все четыре оператора заработают в городах-миллионниках на базовых сервисов передачи данных 209 млрд руб. и еще 105 млрд руб. на сервисах интернета вещей. Соответственно, общий доход 5G-операторов в городах-миллионниках в 2030 г. составит 316 млрд руб.

Расчеты НИИР размера затрат на строительство и обслуживание 5G-сетей и сроков их окупаемости

В случае строительства каждым оператором своей собственной сети чистый дисконтированный доход всех операторов до 2030 г. составит 189 млрд руб. Внутренняя норма доходности при таком подходе составит 21%, срок окупаемости — 8,3 года.

В случае совместного использования инфраструктуры чистый дисконтированный доход всех операторов к 2030 г. составит 309 млрд руб., внутренняя доходность — 33%, срок окупаемости — семь лет.

Наконец, вариант с единым инфраструктурным оператором предполагает чистый дисконтированный доход всех четырех операторов к 2030 г. в размере 451 млрд руб. При этом внутренняя норма доходности составит 61%, срок окупаемости — пять лет.

На основе данных расчетов в НИИР указывают, что наиболее логичным представляется организовать консорциум операторов связи для работы в качестве инфраструктурного оператора 5G. Такой консорциум не должен будет иметь права передать частоты какому-либо другому лицу, включая своему правопреемнику, без решения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ).

Преимуществом консорциума станет возможность сэкономить денежные средства, которые можно будет направить на расчистку радиочастотного спектра, короткие сроки развертывания сети 5G, использование в сети единых требований по информационной безопасности, возможность организации единой ИКТ-платформы на базе существующих операторов связи (транспортная сеть и сеть радиодоступа), недискриминационный доступ к сетевым ресурсам и предотвращение сегментирование радиочастотного спектра.

Что такое связь 5G

Сети 5G (fifth generation) представляют собой эволюционное развитие сотовой связи. В основу технологии положены стандарты, пришедшие на смену четвёртому поколению 4G/IMT-Advanced.

Как заявляют разработчики, новый стандарт гарантирует минимизацию временных задержек при отправке данных, существенно расширив функционал коммуникационных возможностей смартфонов. По их мнению, грядёт эра интернета вещей, получившая даже собственное название – IoT. Действительно, многие бытовые приборы начали оснащать искусственным интеллектом, а термин «умный дом» уже становится привычным и в чём-то обыденным. Интернетизация всего, что только можно, требует повышения пропускной способности сети, и скорости порядка до 2 Гб/секунду будут весьма кстати

Технология обеспечивает также меньший расход энергии по сравнению с 4G-сетями, что тоже немаловажно в эпоху тотального использования возможностей интернет

Разумеется, возможности 5G сетей интернетом не ограничиваются – стандарт обещает стать планетарной платформой для разворачивания самых необычных технологий, о которых сегодня можно только гадать. В любом случае переход на пятую генерацию скоростной мобильной связи позволяет забыть о проблемах с загрузкой тяжёлых интернет-страниц и с просмотром потокового видео высокого разрешения. Достаточно сказать, что подобные сети позволяют поддерживать порядка миллиона одновременных подключений на квадратный километр – просто фантастические цифры!

Да, комплекс технологий 5G на сегодня можно назвать «сырым», некоторые компоненты до конца не разработаны, но в основном заявленные характеристики достижимы уже сегодня, обеспечивая невиданную скорость, надёжность и пропускную способность сети.

Можно не сомневаться, что новый стандарт в обозримом будущем вытеснит предшественников, и 3G/4G станут уделом морально устаревших устройств. Более того, с такими скоростями ставится под сомнение перспективность Wi-Fi, ведь для этого беспроводного стандарта требуется использование роутера, а новый стандарт связи обеспечивает не менее скоростную связь без требования применения дополнительных девайсов, при этом технология позволяет создавать несколько виртуальных сетей в рамках одной физической. Так что вполне вероятно, что 5G начнёт вытеснять Wi-Fi в тех сферах, где последняя технология сегодня безраздельно властвует.

Не подлежит сомнению, что скоростной интернет 5G даст мощный импульс созданию принципиально новых устройств самого разного назначения, домашнего, офисного или промышленного. Ожидается прорыв в медицинской сфере (удалённая медицина), в транспорте и логистике.

Принцип работы 5G предполагает использование более мощных передатчиков и развёртывание более плотной сети вышек на единицу площади. Такой комплекс мер обеспечит передачу сигнала на необходимые расстояния, учитывая небольшую дальность действия коротковолновых (с длиной волны 11-0 мм, посылаемой в частотном диапазоне 30–300 ГГц) передатчиков. Важна и высота их размещения, поскольку дальность действия такого сигнала сильно зависит от наличия природных и искусственных препятствий, а также от метеорологических условий.

Мы описали далеко не все сферы применения, для которых нужен 5G. Чего стоит опасаться от массового применения новой технологии – вопрос не менее важный и на сегодня недостаточно изученный, а спекуляций на эту тему имеется огромное количество.

Во многих странах разворачиваются настоящие движения против 5G, в ходе которых уничтожаются вышки и чинятся всевозможные препятствия продвижению скоростной технологии связи. Это довольно серьёзный сдерживающий фактор, опирающийся на отсутствие долговременных исследований о влиянии высокочастотных волн на окружающую среду.

Мир меняется, растут скорости передачи данных

Эффективная передача информации была очень важна на всех этапах человеческого развития. Дистанционная связь особенно важна, так как она позволяет передавать информацию с безумными скоростями. В 21-м веке, наш мир уже настолько зависит от быстрого соединения в реальном времени, что крах сетей связи будет иметь очень серьезные и неприятные последствия в глобальном масштабе.

Прогресс в этой области просто критически необходим. В настоящее время только очень недалекий и ограниченный человек может сказать: нам достаточно скорости сетей 4G, больше не нужно. Остановки в развитии не произойдет скорее всего никогда. Пока разные страны и их правительства конкурируют за военное, политическое и экономическое влияние, до тех пор они будут пытаться обогнать своих конкурентов во всех отношениях.

Кто-то будет утверждать, что может цель не стоит потраченных сил и средств? Действительно, часто проблемы человечества заключались именно том, что цель достигалась любой ценой. Известны случаи, когда для блага государства использовались меры, которые через некоторое время оказывались неблагоприятными для большинства людей.

Но неужели 5G как раз и есть тот самый случай? В настоящее время все факты указывают на то, что это не так.

Беспроводная технология пятого поколения (5G) дает нам реальные и ощутимые преимущества: более высокую скорость, меньшую задержку и возможность бесплатной связи для многих устройств. Практически все отрасли экономики получат выгоду от использования нового стандарта. Ощутят это и обычные пользователи, так как 5G позволит построить настоящий Интернет вещей.

Подключенные к сети домашние и носимые устройства, быстрый и стабильный Интернет в смартфоне, компьютере и автомобиле, более надежная беспроводная связь с минимальными задержками передачи, которые важны во время связи в реальном времени (например, для автономных автомобилей и не только). Это лишь некоторые из преимуществ, которые получат компании, частные лица, сельское хозяйство, медицина, наука и прочие индустриальные сегменты.

Давайте попробуем разобраться, что из себя представляет новая технология беспроводной мобильной связи 5G. Выясним, какая польза от нее и не опасна ли она для окружающей среды и для нас с вами.

Развитие сетей в России

Формально РФ входит в список стран, где есть 5G, но до полного покрытия 5G в Москве и в других городах миллионниках требуется ещё 2-3 года. Пока развёртывание сети пятого поколения в рамках целого населённого пункта ограничено Кронштадтом, где проект реализован силами МТС.

В скором будущем 5G станет опорной технологией в развитии цифровой экономики. Быстрый мобильный интернет будет применяться для функционирования умного дома, производства и прочих повседневных нужд.

Уже к 2022 году коммерческое использование технологии пятого поколения будет развёрнуто в Москве и ещё в четырёх городах миллионниках, а к 2024 году 5G будут использовать более 20 млн абонентов.

Выдача лицензий на использование частот

Первой компанией, получившей разрешение на 5G в Москве, была Мегафон. Лицензия была выдана как участнику создания инфраструктуры для Чемпионата мира-2018, проводимого в России.

Также в 2017 году лицензию оформили для Ростелекома. Действие распространялось на 8 субъектов Российской Федерации, включая Москву.

Оформили разрешение и для госструктуры НИИТС. Разрешение построить сеть, работающую на радиочастотах 25,25-29,5 ГГц, к концу 2017 года позволили и Вымпелкому.

В конце 2018 года возникла проблема с выделением, продлением действующих лицензий на использование частот. ГКРЧ по настоянию Министерства обороны Российской Федерации и ФСО ограничило допустимые диапазоны передачи сигнала, сузив допустимые диапазоны до 4,8-4,9 ГГц и 27,1-27,5 ГГц, при том, что именно 3,4-3,8 ГГц — наиболее перспективные для 5G-сигнала.

По мнению представителя компании Qualcomm, разрабатывающей чипсеты для большинства мобильных устройств, создать платформу, поддерживающую приём радиосигнала в диапазоне 4,4—4,99 ГГц несложно.

Но учитывая, что в других странах такие частоты используются ограничено, вряд ли выпуск таких смартфонов станет массовым, что отразится на их себестоимости, негативно скажется на общем количестве абонентов, использующих 5G в Москве.

Куда податься 5G-стартапу

Операторы и сетевые компании

• Центр 5G МТС. Бизнес-акселератор для проектов, ориентирующихся на работу с использованием сетей пятого поколения. Принимают российские и иностранные стартапы уровня не ниже MVP. «Чтобы попасть в Центр 5G МТС, надо подать заявку на сайте https://5g.startup.mts.ru/ и пройти отбор наших аналитиков. Аналитики смотрят на то, действительно ли связь нового поколения улучшит продукт стартапа, и на этом основании принимают решение о приглашении в Центр», — Даниил Пленин, менеджер по связям с общественностью MTS Startup Hub.
• Beeline Innovation Lab. Оператор предоставляет отобранным проектам право работать в пилотной зоне 5G в «Сколково», где они смогут тестировать и дорабатывать свои решения. 5G-cтартапы, которые хотят попасть в Beeline Innovation Lab, могут отправить заявку на Процесс отбора проектов индивидуален. «Билайн» ориентируется на три основных критерия: наличие продукта (как минимум на уровне MVP), команды, которая готова заниматься его дальнейшим развитием, и потенциала у решения стартапа стать продуктом «Билайн».
• Лаборатория 5G «Мегафона». «Сейчас 5G Dream Lab в Санкт-Петербурге предоставляет возможность студентам СПбГУ создавать программные продукты с использованием сетей 5G. В планах компании — открыть возможности лаборатории стартапам (не только из СПбГУ), которые хотят тестировать свои решения в сети 5G. Для этого готовится дополнительное оборудование и согласовываются условия и порядок доступа в лабораторию со всеми участниками», — пресс-служба «Мегафона».
• Центр 5G-инноваций Ericsson. Площадка объединяет тестовую лабораторию, Ericsson Academy, а также демо-студию. Это позволяет проводить тесты в максимально короткие сроки и организовывать демонстрации готового к фазе коммерческого предложения продукта. Стартапы, которые хотят попасть в Центр, могут обратиться к Михаилу Филимончику, директору центра 5G-инноваций Ericsson в Москве (). 

Акселераторы

• Акселераторы для технологических проектов: ФРИИ, «Физтех.Старт», Winno, стартап-академия «Сколково», акселератор 500 Startups и «Сбербанка» и так далее. В большинстве случаев подходят для IT-стартапов уровня не ниже MVP, но каждый случай индивидуален. 
• Бизнес-акселераторы при госструктурах и производственных холдингах: «РЖД», «Северсталь», «Ростех», «Газпром» и так далее. У каждого из акселераторов свои требования к стартапам; особенно ценятся проекты для контроля за оборудованием и оптимизации работы. Корпоративные акселерационные программы организуют, в частности, GenerationS и iDealMachine.

Узнать о начале отборов в акселераторы можно в разделе Chance Rusbase

О том, куда идти с идеей стартапа, читайте в лонгриде Rusbase

Как 5G помогает интернету вещей

Одно из преимуществ 5G — поддержка в десять раз большего числа устройств, чем могло обеспечить предыдущее поколение связи

Это важно с точки зрения развития IoT и умных городов, считает Алексей Оксюта

Михаил Воробьев отмечает, что в квартирах сейчас работает большое количество устройств, и все используют разные протоколы. Сегодня производители не могут договориться о стандартах, по которым работают гаджеты внутри одного помещения. По словам эксперта, та компания, которая в скором времени предложит домашним пользователям удобную платформу для стыковки всех радиотехнологий, и сделает прорыв.

Беспилотные автомобили смогут работать гораздо эффективнее, если начнут обмениваться данными между собой. Сейчас есть прототипы автономных устройств, которые могут оценивать ситуацию по данным из Сети и по тому, что видят сами, но обмениваясь данными между собой, они станут еще эффективнее.

Где можно использовать частный 5G

Наибольший интерес к 5G возникает среди крупных промышленных компаний, в которых работают или внедряются системы IIoT (Industrial Internet of Things). Кроме того, частные сети 5G могут быть установлены в удаленных и слаборазвитых сетях, где нет инфраструктуры 5G. Их потенциальными пользователями также могут быть университеты, больницы, военные базы или транспортные узлы (аэропорты, порты, вокзалы).

Стандарты также находятся в стадии разработки, чтобы обеспечить надежное соединение для критически важных приложений MCPTT (Mission-Critical Push To Talk). Эти типы систем предназначены, например, для служб безопасности или операторов железнодорожных сетей

Организация 3GPP уже разработала соответствующий стандарт для сетей LTE и в настоящее время готовит версию для 5G, которая должна быть расширена спецификациями для надежной передачи видео и данных в реальном времени (критически важное видео и критически важные данные)

Первые испытания частных сетей 5G начались в 2018 году в Германии, где правительство начало поддерживать такие инициативы в рамках национальной программы развития Индустрии 4.0.

Nokia недавно объявила о внедрении частных беспроводных решений 5G, в том числе в Deutsche Bahn, Lufthansa Technik и Toyota Production Engineering. Частная беспроводная сеть 5G также развертывается в Sandvik Mining and Rock Technology в Тампере, Финляндия.

Летом 2019 года Mercedes-Benz и Ericsson объявили о запуске первой частной сети 5G в автомобильной промышленности, которая работает на новом заводе компании Factory 56.

Этапы строительства сетей 5G

Сети
5G первое
время будут активно взаимодействовать с существующими сотовыми сетями
четвертого поколения (4G)
стандарта LTE. Это
будет возможным благодаря режимам двойного подключения EN-DC (E-UTRA New Radio Dual Connectivity) и NGEN-DC (NG-RAN E-UTRA new Radio Dual Connectivity),
обеспечивающим одновременную работу абонентского устройства (UE, userequipment) с сетями 4G и 5G.

Разница
между двумя указанными режимами состоит в том, что EN-DC использует опорную сеть LTE, а NGEN-DC — 5G. Базовые станции в сетях
LTE принято
называть eNB, в сетях 5G они
будут называть gNB.

При
использовании режима двойного подключения EN-DCулучшенные базовые станции LTE, способные работать с сетями 5G, будут называться ng-eNB. А при использовании режима NGEN-DC базовые станции
5G, подключенные к
опорной сети LTE, будут
называть en-gNB.

Строительство
сетей 5G предлагается реализовать в три этапа. Начать следует со
строительства улучшенных базовых станций LTE — en-gNB—
и подключения их к существующей опорной сети EPC (Evolved Packet Core,
усовершенствованная опорная пакетная сеть). Затем планируется реализовать режим
двойного подключения EN-DCдля
мультистандартных абонентских устройств. С этой целью будет осуществлено
строительство опорной сети 5G Core.

Далее
будет осуществлена модернизация существующих в LTE-сетях базовых станций eNB до
ng-eNB, подключение модернизированных
базовых станций ng-eNBк
опорной сети 5GCore,
переключение базовых станций gNB
с опорной сети EPC на опорную сеть 5GC и реализация режима двойного подключения NGEN-DC для мультистандартных UE. Параллельно будет идти
второй этап строительства базовых станций gNB.

На
следующем шаге запланирована модернизация оставшейся части существующих базовых
станций eNB до ng-eNB, переключение всех
базовых станций с опорной сети EPCна опорную сеть 5GCore, демонтаж опорной сети EPC. Параллельно будет происходить третий этап строительства
базовых станций gNB.

Заключительный
шаг, предусматривающий демонтаж опорной сети EPC, следует выполнять, когда все абонентские терминалы LTE будут
поддерживать NAS (Non-access stratum, функциональный уровень в сетях LTE между
опорной сетью и абонентскими устройствами), сигнализацию с опорной сетью 5GC и голосовую связь
посредством подсистемы IMS
(мультимедийная система на базе протокола IP).

Под
поддержкой IMS подразумевается наличие IMS/SIP/SDP, клиентское ПО, поддержка
необходимых сетевых процедур управления потоками данных и сигнализацией
согласно QoSFlow,
обеспечение обнаружения на сети элементов подсистемы IMS(например, P-CSCF) и поддержка вызова экстренных
оперативных служб посредством VoNR.

• Короткая ссылка
• Распечатать

Страна пилотных зон

Формально РФ уже включилась в строительство 5G, есть пример покрытия сетью пятого поколения небольшого города (проект МТС в Кронштадте). Однако до покрытия коммерческими сетями городов-миллионников пройдет несколько лет. Пока же, до начала практической конверсии частотного ресурса, необходимого для массового запуска сетей 5G, в России можно говорить лишь о тестировании технологий связи пятого поколения на небольших фрагментах опытных сетей.

С мая 2018 года тестовые сети разворачивает «Ростелеком». Первая из них была запущена в Иннополисе в Татарстане, затем ограниченные участки покрытия появились в Сколково (Москва) и в Эрмитаже (Санкт-Петербург). Опытная зона в Иннополисе, по информации оператора, развернута на оборудовании Huawei с элементами технологии 5G Massive MIMO, а для демонстрации возможностей сети используются трансляция потокового видео в формате 4K и прямые эфиры с камеры с охватом 360 градусов, демонстрируемые в VR-шлемах.

Наиболее масштабная программа тестирования 5G операторами «большой четверки» реализуется в Москве. В начале сентября 2019 года во время демонстрации работы опытной зоны в салоне Tele2 на Тверской улице заместитель руководителя столичного департамента информационных технологий (ДИТ) Александр Горбатько сообщил, что все операторы запустят свои тестовые участки по договоренности с ДИТ. В частности, «Билайн» намерен изучать работу технологии в Сколково, МТС — на ВДНХ и в парке Горького, «МегаФон» — в деловом центре «Москва Сити» и возле МГУ, а Tele2 обеспечила покрытие Тверской улицы от Кремля до Садового кольца. Представитель ДИТ уточнил, что «большая четверка» во всех случаях задействует полосу 28 ГГц.

До начала практической конверсии частотного ресурса, необходимого для массового запуска сетей 5G, в России можно говорить лишь о тестировании технологий связи пятого поколения на небольших фрагментах опытных сетей.

МТС развивает 5G и запускает пилотные проекты совместно с Huawei – соответствующее соглашение было подписано перед Петербургским международным экономическим форумом в 2019 году. Оно предусматривает внедрение решений 5G и IoT, доведение коммерческой сети LTE до уровня 5G-ready, запуск тестовых зон и пилотных сетей на инфраструктурных объектах. Уже после ПМЭФ оператор сообщил о покрытии сетью 5G всей населенной части Кронштадта. В сети была достигнута пиковая скорость 1,2 Гбит/с, причем для тестов использовалось коммерческое оборудование. В сентябре 2019-го МТС сообщила о совместном с Nokia и Qualcomm тестировании смартфонов Samsung Galaxy в Москве, в ходе которого удалось зафиксировать скорость в нисходящем канале до 2,1 Гбит/с.

В феврале текущего года МТС подключила тестовые базовые станции 5G в Москве к транспортной сети XGS-PON на основе ВОЛС, ранее построенной МГТС. Речь идет о пилотной зоне, которая в 2020 году охватит большую часть территории ВДНХ. По данным оператора, подключение базовых станций 5G к сетям XGS-PON делает возможным передачу данных на скорости до 10 Гбит/с и выше. Оператор заявил о готовности подключить к магистральной сети «любое количество базовых станций 5G по всей Москве», обозначив единственное условие — решение вопроса с частотным диапазоном.

Tele2 в развитии 5G заручилась поддержкой компанией Ericsson, с которой в рамках Всемирного мобильного конгресса 2019 года в Барселоне было достигнуто соглашение, предусматривающее установку 50 тыс. базовых станций 5G в 27 регионах России, в том числе в Москве и Санкт-Петербурге. С помощью этих базовых станций к концу лета 2019 года Tele2 обеспечила сплошное outdoor-покрытие пилотной зоны 5G в районе Тверской улицы от Кремля до Садового кольца. В ходе презентации тестовой зоны директор центра 5G-инноваций Ericsson Михаил Филимончик представил два сценария использования 5G

Первый — мониторинг дронами критически важной инфраструктуры (нефте- и газопроводов, линий электропередачи, защищенных объектов). В сетях 5G дроны смогут передавать в режиме реального времени 4К-видео и телеметрию с объектов

Второй сценарий — создание инфраструктуры умных городов с подключением к 5G. Так, сеть умных светофоров с датчиками и камерами позволит контролировать дорожный трафик, передавая информацию даже без миллисекундных задержек в диспетчерский центр.

Формирование диаграммы направленности

Формирование луча – это система сигнализации базовых станций сотовой связи, которая определяет наиболее эффективный маршрут доставки данных конкретному пользователю и снижает помехи для соседних пользователей в этом процессе. В зависимости от ситуации и технологии, для сетей 5G есть несколько способов ее реализации.

Beamforming может помочь massive MIMO более эффективно использовать спектр. Основная задача для massive MIMO – уменьшить помехи, передавая больше информации от многих антенн одновременно. На массивных базовых станциях MIMO алгоритмы обработки сигналов прокладывают оптимальный маршрут передачи по воздуху каждому пользователю. Затем они могут отправлять отдельные пакеты данных во многих различных направлениях, отражая их от зданий и других объектов в точно согласованном порядке. Хореографируя движения пакетов и время прибытия, формирование луча позволяет многим пользователям и антеннам в массиве MIMO обмениваться гораздо большим количеством информации одновременно.

Для миллиметровых волн формирование луча используется для решения другого набора проблем: сотовые сигналы легко блокируются объектами и имеют тенденцию ослабевать на больших расстояниях. В этом случае формирование луча может помочь, фокусируя сигнал в концентрированном луче, который отправляется только в направлении пользователя, а не вещает во многих направлениях одновременно. Такой подход может повысить шансы получения сигнала в целости и уменьшить помехи для всех остальных.

Помимо повышения скорости передачи данных за счет широковещательной передачи на миллиметровых волнах и повышения эффективности использования спектра с помощью мощного MIMO, инженеры беспроводной связи также пытаются добиться высокой пропускной способности и низкой задержки, требуемых для 5G, с помощью технологии, называемой полным дуплексом, которая изменяет способ доставки и приема данных антеннами.