5G может совершить реальный переворот в качестве жизни, поэтому интерес к новой технологии намного выше, чем когда-то к 4G. Так, количество компаний, запускающих устройства в первоначальном развертывании, изменилось с четырех для 4G LTE до 20 для 5G. Тестовые запуски и разработка услуг под применение 5G идут по всему миру, в том числе через инкубаторы для привлечения стартапов. Один из них – от МТС – работает и в России.



Есть распространенное мнение, что скорости в LTE всех и так устраивают, и никакой потребности в ускорении до 10 Гбит/с обычному юзеру не требуется. Это не совсем так. Сценарии применения 5G лежат в плоскости подключения инфраструктуры, создания новых возможностей для применения AR и VR, беспилотников и других, скорее, инфраструктурных и бизнес-решений. Ускорение приема-передачи трафика дает возможность быстрее освободить ресурс сети для потребителя, чтобы не сталкиваться с ситуацией, когда при скоплении пользователей страница открывается очень медленно. Нельзя же затягивать с расширением пропускной способности сетей до тех пор, пока абоненты не столкнутся с ухудшением качества связи из-за перегрузки сетей.

Скорость развертывания сетей будет зависеть от того, насколько быстро будет определена часть спектра для работы 5G, и какой она будет. 

Объяснить как это работает проще всего на основе традиционного радио. Вы настраиваете свой радиоприемник на волну, например, 97 FM, где вещает определенная станция на частоте 97 мегагерц. Если же вы хотите включить другую радиостанцию, скажем, 103,5 FM, нужно переключиться на нее. То есть две станции никогда не передают по одному и тому же спектру в одно и то же время в одной и той же зоне, иначе они будут создавать помехи друг другу. При этом в другом регионе на частоте вашей любимой радиостанции может быть расположена другая станция, поскольку беспроводные сигналы передаются только на определенное расстояние.

Для полноценного запуска 5G необходим определенный диапазон радиоспектра. Количество спектра, выделенного для 5G, определит, насколько быстрыми будут сети, основанные на этой технологии. Спектр должен быть достаточно универсальным для всех различных сценариев использования, что вероятно будет означать использование нескольких различных полос частот. В целом частоты необходимы в трех диапазонах: до 1 ГГц, 1-6 ГГц и выше 6 ГГц. 

Сигнал в различных частях спектра распространяется на определенное расстояние. Длина волны обратно пропорциональна частоте: то есть высокие частоты имеют меньшую длину волны. Например, 30 Гц (низкая частота) имеет длину волны 10 000 км (более 6000 миль), а 300 ГГц (высокая частота) составляет всего 1 мм. Но когда длина волны действительно мала (например, частоты на верхнем конце спектра), она легко может искажаться. Поэтому действительно высокие частоты не могут распространяться так, как низкие. Также на качество соединения влияет и ширина полосы, которая измеряется разницей между самой высокой и самой низкой частотой сигнала. Когда вы перемещаетесь вверх по радиочастотному спектру, чтобы достичь более высоких диапазонов, ширина полосы частот увеличивается, и, следовательно, увеличивается пропускная способность (то есть вы получаете более высокие скорости загрузки).

Например, миллиметровые волны (mmWave, технически охватывает частоты в диапазоне 30–300 ГГц, но чаще относится к полосам выше 24 ГГц) находятся в высокочастотном спектре и имеют преимущество за счет возможности передачи большого количества данных. Но они также легче поглощаются газами в воздухе, деревьях и близлежащих зданиях. Поэтому спектр mmWave не может использоваться для передачи данных на большие расстояния. Эти недостатки частично можно преодолеть за счет направленных антенн, реализуемых на основе технологий как Massive MIMO и beamforming (формирование луча), но на большие расстояния сигнал в этих частотах стабильно распространяться не может. Частоты mmWave также будут использоваться в тандеме с более низкими частотными диапазонами для обеспечения покрытия и емкости, которые потребуются 5G.

Помимо доступных частот mmWave можно очистить уже используемые диапазоны и повторно развернуть их. Этот процесс называется refarming. По сути его можно сравнить с переработкой поля: если поле используется для помидоров, вы не можете посадить туда кукурузу пока не будут убраны все томаты. Этот процесс затрудняет тот факт, что частоты, занятые предыдущими поколениями связи, до сих пор используются. Кроме того, их частотный диапазон ограничен, а чтобы реализовать весь потенциал 5G, воспользоваться преимуществами более высоких скоростей, предлагаемых этой спецификацией, Международная Ассоциация операторов подвижной связи (GSMA) предлагает выделять не менее 100 МГц в средних частотах каждому оператору мобильной связи. Например, China Mobile будет назначено 300 МГц в полосах частот 2,6 ГГц и 4,9 ГГц. 

Основной диапазон для пятого поколения связи по всему миру — 3,5 ГГц с общей шириной полосы до 400 МГц в диапазоне от 3,4 до 3,8 ГГц. Он более привлекателен из-за более широкой доступности в целом по миру и большого количества спектра. Его выделение уже согласовано, например, в Европе: европейские регуляторы определили полосу 3,4–3,8 ГГц и планируют гармонизировать ее, чтобы сделать пригодной для 5G. В России ситуация другая: ключевые пользователи этого диапазона — Минобороны и «Роскосмос». Поэтому сейчас рассматривается вариант развернуть 5G в диапазоне 4,4–4,99 ГГц. Его используют Япония и Китай. 

Расхождение в выбранных частотах создает ряд проблем. Есть такое понятие как роуминг данных. С этим мы все могли столкнуться, когда вышла первая модель iPhone с поддержкой 4G, но в России этой услугой было воспользоваться нельзя – чип в телефоне был рассчитан на частоты, которые были выбраны для LTE в США. В России же, как и в Европе, 4G работала в другом диапазоне. Аналогичная ситуация может повториться и с 5G, поскольку основной диапазон для развертывания таких сетей в мире – это 3,5 Ггц и миллиметровые волны. И один из крупнейших разработчиков мобильной экосистемы Qualcomm делает чипсеты и модули, рассчитанные на эти диапазоны. Эти же диапазоны поддерживают уже презентованные флагманы с поддержкой 5G, например, Galaxy S10.

Главная задача сейчас определиться с выбором универсального спектра необходимой емкости, иначе все “плюшки”, которые может дать нам эта технология – от развития беспилотников до быстрого трафика – будут отсрочены на неопределенный период. 

Денис Панасенко,
руководитель 5G Инкубатора МТС.