Внедрение сетей 5G в частотных диапазонах ниже 6 ГГц | Взгляд Nokia (часть 3)

Начало перевода (часть 1) - см. здесь.  Вторая часть - здесь.  Сегодня вашему вниманию - третья, завершающая часть текста. 

3. Преимущества запуска 5G в низкочастотных диапазонах

5G делает возможным экстремально широкополосную передачу данных, массовую подключенность устройств IoT (интернета вещей), а также обеспечивает повышенную надежность для приложений критически важной связи. Возможность обеспечить превосходное покрытие - это наиболее важный аспект обеспечения надежной подключенности, особенно для массового IoT и критически важной связи, см. рис. 6.  Таким образом, “низкочастотные” диапазоны очень важны для успеха 5G. 

Рис. 6. IoT и критически важная связь требуют покрытия ультимативного качества

Использование радиоподсистемы 5G может существенно улучшить функционирование сети, а также ее эффективность, как показано на рис. 7.  

Некоторые из этих улучшений можно достичь в рамках технологии 4.9G, которые являются эволюцией существующих сетей LTE. В Nokia ожидают, что сети 5G обеспечат уровень задержки ниже, меньшее потребление энергии устройств IoT, более высокую энергоэффективность и улучшенную спектральную эффективность: 

• Короткое время передачи в системах 5G - 0.125 мс, что обеспечивает полное круговое время распространения сигнала  на уровне 1 мс;
• Среднее потребление энергии устройствами IoT составляет 8 мВт (при условии 1 сеанса передачи в минуту); 
• Энергоэффективность основана на использовании трехсекторной макро базовой станции с полосой 100 МГц в со средней для ЧНН пропускной способностью в 1 Гбит/c, 7% долей ЧНН, средним энергопотреблением базовой станций в 200 Вт и предположения, что 20% базовых станций пропускают 50% трафика. Такие оценки дают среднюю утилицазию (задействованность) сети менее, чем 15%. 

Пятикратный выигрыш в энергоэффективности по-сравнению с LTE достигается за счет технологий сохранения энергии, которые используются при низкой загрузке и при наличии широкой “несущей” до 100 МГц в диапазоне 3.5 ГГц. Технология 5G обладает встроенными компонентами, предназначенными для экономии энергии, по-сравнению с аналогичными LTE-конфигурациями, хотя абсолютное потребление энергии на базовую станцию в 5G может быть выше, чем в LTE из-за использования mMIMO. 

Спектральная эффективность в 10 бит/c / Гц / на соту подразумевает использование множественного MIMO и бимформинга, а также 4 антенных устройств. Если сравнивать типовую эффективность LTE канала в направлении абонентского устройства с показателями 2 бит/c / Гц / на соту в действующей сети, то переход к 4х4 MIMO обеспечивает выигрыш на 30-50%. 

Рис.7. Сумма преимуществ технологии 5G по-сравнению с существующими сетями LTE. 

4. Варианты внедрений в большом городе

Давайте посмотрим на возможности потенциального внедрения и использования частот на ранней фазе внедрения 5G. 

Сценарий внедрения в одном из крупных европейских городов показан на рис.8. Низкочастотный диапазон 700 МГц используется для того, чтобы обеспечить обширное покрытие территории и хорошее качество сигнала внутри помещений. Применение низкочастотного диапазона позволяет применять связь с низкими задержками распространения сигнала для сценариев ультра-надежной связи и подключения IoT-устройств. 

В случае развертывания 5G в городе, это поможет внедрению автоботов (самоуправляемых автомобилей) и систем “умного” энергоснабжения. 

Сети 5G в диапазоне 700 МГц смогут переиспользовать существующие сайты 800/900 МГц. Плотное покрытие в городе и высокие скорости передачи данных обеспечиваются в диапазоне 3.4-3.8 ГГц, причем этот диапазон позволяет добиться более высокой пропускной способности. Существующие базовые станции для диапазона 2 ГГц также могут быть переиспользованы. 

Экстремально высокая емкость хотспота и высокая скорость передачи данных обеспечивается применением диапазона миллиметровых волн 25 ГГц. Покрытие в этом диапазоне хорошо подходит для стадионов, аэропортов и других территорий, для которых характерна высокая плотность пользователей. Кроме того, развертывание таких сетей в исследовательских центрах позволит заинтересованным развивать, внедрять и тестировать новые приложения 5G. 

Диапазон 700 МГц

• Обширное покрытие и качественное покрытие в помещениях; 
• Массовое IoT и сверхнадежная подключенность, низкие задержки
• Возможность переиспользования существующих сайтов 800/900 МГц

Диапазон 3.5 ГГц 

• Применяется в плотной городской застройке
• Поддерживает мобильный ШПД с высокими скоростями передачи
• Позволяет переиспользовать существующие сайты 2 ГГц 

Диапазон 25 ГГц 

• Обеспечение покрытия в зонах типа аэропортов и стадионов
• Поддержка мобильного ШПД со сверхвысокими скоростями передачи (большой пропускной способностью)
• Скорости передачи данных выше 10 Гбит/c.

Рис. 8. Пример внедрений ранней фазы 5G в одном из европейских городов.   

5. Совместно используемый и нелицензируемый спектр

Технологии, разработанные в 3GPP, традиционно внедряются исключительно в лицензируемых диапазонах частот, но в ближайшем будущем ситуация изменится. Технология 5G разработана с тем, чтобы ее можно было реализовывать с использованием лицензируемых, нелицензируемых и совместно используемых частот. Это открывает широкий спектр возможностей для предприятий и отраслей в плане использования преимуществ, которые дает надежное 5G-подключение без необходимости оформления лицензии на использование частот. 

Нелицензируемые частотные диапазоны, которые намеревается задействовать 3GPP перечислены на рис.9. 5G может также внедряться в рамках совместного использования частот, как это происходит с диапазоном 3.5 ГГц в США, где операторы 5G смогут получить доступ к этому частотному ресурсу без ухудшения условий пользования другими услугами (Wi-Fi 5G). 

Рис. 9. Нелицензируемый спектр и системы 5G.

6. Заключение 

Если внедрение 5G в высокочастотных диапазонах, конкретнее - в диапазонах миллиметровых волн, это обеспечивает экстремальную емкость, то запуск сетей 5G в частотных диапазонах ниже 6 ГГц или так называемых “низкочастотных” диапазонах будет характерен для ранней фазы внедрения технологий 5G, обеспечивая увеличение емкости сетей и построение обширного покрытия.

У операторов будет возможность выбора из различных технологий, что поможет им плавно мигрировать к 5G, используя существующие и новые полосы частот, чтобы построить сети с обширным покрытием и высокой пропускной способностью. 

Наиболее вероятно, что первые внедрения 5G будут осуществляться с использованием частот 3.5 ГГц и 4.5 ГГц, а также частот ниже 1 ГГц для обеспечения цифровой подключенности, и частот, освобождаемых за счет рефарминга частот, используемых системами 2G и 3G, а также нелицензируемых частот. Кроме того, мы сможем наблюдать использование частот 25-39 ГГц в миллиметровом диапазоне, которые планируется задействовать для обеспечения работы хотспотов, которые, как ожидается, будут широко применяться для обеспечения плотного покрытия на различных ивентах или на стадионах. 

Гибкость систем 5G, позволяющая использовать различные частотные диапазоны, - это привлекательная особенность для операторов и предприятий, которая отсутствовала во всех предыдущих стандартах мобильного ШПД. 

Дополнительное чтение по теме (буду рад, если кто-то переведет и выложит в ГОЛОС перевод этих текстов):

• Nokia white paper: “5G Master Plan”   
• Nokia white paper: “5G for Mission Critical Communication”  
• Nokia white paper: “Translating 5G use cases into viable business cases”  
• Nokia white paper: “Dynamic end-to-end network slicing for 5G white paper”  
• Nokia white paper: “5G System of Systems white paper” 

Также, если еще не видели, предлагаю вашему вниманию мой обзор телеком-рынка за прошлую неделю.  

+ +