Сотовая связь 5G в России и мире: назначение, стандарты, частоты

Общедоступные сотовые сети 5G постепенно превращаются из далекой перспективы в реальность. Первые коммерческие сети пятого поколения уже введены в эксплуатацию во многих европейских и азиатских странах, на рынке в свободной продаже появляются смартфоны и роутеры с поддержкой 5G.

Отечественные операторы тоже не стоят на месте. Практически ежемесячно в прессе появляются новости о проведенных испытаниях и установленных рекордах по скорости передачи данных. Ведется тестирование первых 5G-сетей в Москве и других городах. Уже в течение ближайших лет ожидается появление полноценных коммерческих сетей 5G в России.

В новой серии статей мы рассказываем, чем 5G отличается от предыдущих технологий, какие преимущества получат пользователи и как следует подготовиться к приходу сотовой связи нового поколения.

Для чего нужны сотовые сети 5G?

Приход 4G-сетей в крупных городах обеспечили высокую скорость передачи данных, однако обмен данными в интернете с каждым годом возрастает.

Вот лишь несколько наглядных примеров:

• Видео в ультра-качестве. На смену видеороликам в качестве 720p (HD) и 1080p (FullHD) приходят видеостандарты, имеющие в разы большее разрешение: 4K UHD и 8K UHD. На YouTube появляется все больше видео с пометкой 60fps (60 кадров в секунду), а многие онлайн-кинотеатры предлагают своим подписчикам насладиться фильмам c глубиной цвета 10 бит;
• «Облака». Большие объемы личных и корпоративных данных хранятся на удаленных и «облачных» серверах и требуют круглосуточного бесперебойного доступа;
• AR/VR. Активно развиваются технологии дополненной и виртуальной реальности, которые планируется использовать в образовательном процессе и онлайн-играх;
• Беспилотный транспорт. Последние достижения Tesla показывают, что беспилотные автомобили, которые самостоятельно выбирают маршрут и активно обмениваются между собой информацией, — уже совсем не фантастика, а ближайшее будущее человечества.

Ресурсы 4G-сетей не рассчитаны на передачу столь больших объемов информации. Несмотря на использование различных дополнительных технологий, таких как MIMO и агрегация частот, базовые станции в густонаселенных городских районах часто оказываются перегружены. Новые устройства требуют более быстрого мобильного интернета с меньшей задержкой и повышенной надежностью.

При разработке стандартов 5G NR (от New Radio — «новое радио») были учтены именно те требования, которые новые технологии и отрасли предъявляют к средствам мобильной связи.

Концепция 5G-сетей подразумевает три основных сценария использования:

1. Улучшенный мобильный широкополосный доступ (eMMB) — более быстрый мобильный интернет для передачи больших объемов пользовательских данных;
2. Сверхнадежная связь с малой задержкой (URLLC) — сокращение задержки, что критически важно для развития беспилотного транспорта;
3. Массовые межмашинные коммуникации (mMTC) — повышенная надежность соединения для медицинских приборов, измерительных устройств, датчиков, сенсоров, «умных» устройств и т. п.

В стандарте 5G заложены технологии для всех вышеперечисленных сценариев использования. Сегодня основной интерес операторов и пользователей сосредоточен вокруг первого пункта: более высокой скорости мобильного интернета. Однако в последующие годы мы можем ожидать развития 5G-сетей и в других перечисленных направлениях.

Стандарты и частоты 5G-сетей: FR1 (sub-6 GHz) и FR2 (mmWave)

Компания Qualcomm уже представила сотовые модули
c одновременной поддержкой 5G sub-6 GHz и 5G mmWave

В отличие от предыдущих поколений сотовой связи, стандарты 5G разбиты на две большие группы: Frequency Range 1 (FR1) и Frequency Range 2 (FR2). Сотовые сети FR1 и FR2 очень сильно различаются как по используемым частотным диапазонам, так и по назначению:

• Стандарты FR1 предназначены для построения привычных сотовых сетей (макросетей) и используют частоты до 6 ГГц. В связи с этим группу бэндов FR1 также часто называют 5G sub-6 GHz. Стандарт предусматривает как повторное использование частотных диапазонов, ранее занятых сотовыми сетями 4G, так и использование совершенно новых диапазонов. По своему назначению сети FR1 аналогичны сотовым сетям предшествующих поколений;
• Стандарты FR2 используют очень высокие частоты (миллиметровые волны), ранее никогда не применявшиеся в системах сотовой связи: от 24 ГГц и выше. В связи с этим стандарты FR2 принято называть 5G mmWave. В отличие от сетей FR1, сети FR2 не предназначены для создания сплошных зон покрытия. Вместо этого их планируется использовать в качестве малых сот для точечного сверхскоростного (несколько гигабит в секунду!) покрытия на отдельно взятых объектах, а также для обмена данными между беспилотными автомобилями. По своему назначению сети 5G mmWave близки к фемтосотам и публичным точкам доступа WiFi. В городской среде базовые станции 5G mmWave могут быть размещены в местах наибольшего скопления людей (на стенах домов, остановках общественного транспорта, фонарных столбах и т. п.).

На сегодняшний день консорциум 3GPP определил 45 бэндов в группе FR1 и 4 бэнда в группе FR2. Чтобы отличить бэнды 5G от сетей предшествующих поколений, перед их номерным обозначением ставится буква «n»: n1, n2, n3 и так далее. Как и раньше, бэнд определяет тип дуплекса (FDD или TDD), используемые частотные диапазоны, допустимую ширину канала и ряд других параметров.

Бэнды, которые используют частоты, уже применявшиеся в сетях 4G, сохраняют свой порядковый номер. Например, 5G-сети на частоте 2600 МГц с частотным разделением (FDD) относятся к бэнду n7 (по аналогии с Band 7 для сетей 4G). То же самое справедливо и для всех других совпадающих бэндов.

Сотовые антенны 5G mmWave не требуют отдельных вышек
и могут размещаться на столбах или стенах зданий

Стандарты сотовых сетей 5G NR в России и Европе

Несмотря на то, что сети 5G могут быть развернуты на частотах, уже выделенных для стандартов 3G и 4G, наиболее перспективными являются более высокие частоты, ранее не использовавшиеся в сотовой связи. Основная причина заключается в том, что более высокие частоты позволяют операторам получить широкую полосу частот, а это — один из основных факторов, влияющих на скорость передачи данных.

Таким образом, хотя российские операторы, скорее всего, смогут использовать свои 4G-частоты для построения сетей 5G, основную ставку компании делают на новые бэнды. Наибольший интерес для операторов представляют бэнды n78 и n79:

Во многих европейских странах для сотовых сетей 5G уже выделен частотный диапазон 3,3–3,8 ГГц (n78). Однако в России указанные частоты используют Минобороны, ФСО и ряд других государственных организаций, в связи с чем Совет безопасности отказался передать их операторам. Вместо этого правительство предлагает использовать диапазон частот 4,4–5,0 ГГц (n79), более популярный в азиатских странах. Именно бэнд n79, скорее всего, станет основным в России.

Как отмечают операторы, следствием такого решения может стать существенная задержка в развитии 5G-сетей в России. Основная причина заключается в том, что сегодня на рынке представлено гораздо меньше 5G-устройств с поддержкой n79, чем с поддержкой n78. Многие европейские производители просто не закладывают совместимость с диапазоном частот 4,4–5,0 ГГц в свое оборудование, что накладывает существенные ограничения как на пользователей, так и на операторов. В любом случае, полномасштабного запуска 5G в России не следует ждать ранее 2022–2023 гг.

Однако интерес операторов сосредоточен не только вокруг стандартов FR1, но также вокруг высокоскоростных сетей 5G mmWave. Введение в эксплуатацию таких сетей — вопрос более отдаленного будущего, однако первые испытания проводятся уже сейчас. Для тестирования применяются бэнды n257 и n258:

Следует подчеркнуть, что о практическом использовании сетей 5G mmWave говорить пока слишком рано, и их тестирование в России носит скорее экспериментальный характер.

Перспективы развития: неавтономные и автономные сети 5G

Внедрение стандарта 5G является многоэтапным процессом. Для удобства операторов первые 5G-сети могут создаваться поверх 4G-инфраструктуры в так называемом «неавтономном режиме» (NSA). При таком подходе новые технологии обеспечивают высокую скорость передачи данных, но на более низком уровне для управления соединением используется существующая 4G-сеть.

Переходный период NSA сокращает расходы оператора и позволяет осуществить развертывание 5G-сети в несколько приемов. В то же время 5G-сеть, работающая в неавтономном режиме, ограничена в некоторых своих возможностях. В частности, минимальная задержка в 5G-сетях возможна только при использовании автономного режима (SA).

Переход на новое поколение сотовой связи будет вовсе не одномоментным. Даже когда на вашем новом смартфоне или роутере появится заветный значок «5G», это еще не будет означать, что ваш оператор закончил развертывание новой инфраструктуры и все преимущества 5G уже доступны. Но также это повод при покупке нового 5G-роутера или смартфона обратить внимание на поддержку как сетей 5G NSA, так и 5G SA.

5G-роутер Huawei E6878 с поддержкой сетей n78 и n79

Что можно сделать сейчас?

Мы уже начали продажу роутеров 5G и антенн 5G. Однако пока что оборудование 5G остается дорогостоящим и во многом экспериментальным. Возможно, сейчас целесообразнее купить модемы 4G и роутеры 4G с поддержкой агрегации частот и другими полезными функциями.

Получить квалифицированную помощь в подборе оборудования вы всегда можете у наших специалистов по телефону 8-800-3333-965!