Высокие частоты для 5G

Как поможет миллиметровый диапазон в развитии сетей связи пятого поколения

Эксперты призывают европейских телеком-регуляторов в приоритетном порядке выделить частоты 26 ГГц для ускорения развертывания услуг 5G. Отмечается, что расширение доступности миллиметрового диапазона создаст серьезную базу для экономического развития на ближайшее десятилетие. При небольшой дальности он отличается очень широкой полосой пропускания и низкими задержками. В России диапазон признан перспективным для построения сетей стандарта 5G, но операторы связи признают, что могут использовать его только как дополнительный к полосам в более низких участках спектра.


НЕЗАНЯТЫЕ УЧАСТКИ

Компания Plum Consulting опубликовала отчет с призывом к правительствам и регуляторам Европы уделить первостепенное внимание выделению полосы частот 26 ГГц для ускорения развертывания услуг 5G и полного раскрытия их возможностей. Отчет был выполнен по заказу Qualcomm Technologies Inc. и Nokia. В нем отмечается, что поощрение инноваций и расширение доступности миллиметрового (mmWave, выше 24 ГГц) спектра создаст серьезную базу для экономического развития на ближайшее десятилетие.

Консорциум 3GPP* относит к 26 ГГц полосы 26,5-29,5 ГГц, 24,25-27,5 ГГц, 27,5-28,35 гигагерц

Вопросы использования диапазона 24,25–27,5 ГГц системами 5G рассматривались на Всемирной конференции радиосвязи в 2019 году (ВКР-19). В рамках Резолюции 242 были определены условия эксплуатации этой полосы для того, чтобы не создать помех спутниковым службам исследования Земли и службе космических исследований, работающих в этих же и смежных участках спектра.

Миллиметровый диапазон впервые начал применяться для сотовой связи именно в пятом поколении, отмечает заместитель руководителя Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха Александр Сиволобов. Основных причин две. Во-первых, только недавно технологии микроэлектроники стали настолько развиты, что начался выпуск смартфонов и оборудования для работы в нем с приемлемыми характеристиками и по доступной цене. Во-вторых, только здесь есть достаточно широкие незанятые участки спектра, позволяющие обеспечить сверхвысокие скорости передачи данных. В частности, в mmWave возможно выделение одного гигагерца непрерывной полосы.


ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Только в миллиметровых диапазонах можно получить скорости передачи данных порядка 10 Гбит/с – значения, недостижимые в LTE даже в теории, подчеркивает руководитель по архитектуре новых сетевых решений ПАО «ВымпелКом» Алексей Потряхаев.

Как пояснил RSpectr заместитель директора научно-технического центра НИИ Радио (НИИР) Евгений Девяткин, так как частоты в высоких участках спектра позволяют организовать сверхвысокоскоростные каналы связи со сверхмалыми задержками в 1 мс при передаче сигнала, они оптимально подходят для предоставления инновационных услуг, для которых необходимы эти параметры. Например, для беспроводного управления промышленными и производственными процессами (роботизация), дистанционной хирургии или беспилотного транспорта.

При этом электромагнитная волна этой радиочастоты имеет повышенное затухание при распространении и большие потери мощности при проникновении через стены. Это приводит к резкому сокращению радиуса соты базовых станций (БС) и, следовательно, существенному удорожанию развертывания сети, а также к плохому качеству покрытия внутри помещения со стороны БС, размещенных вне его, отмечает Е.Девяткин.

Еще один существенный недостаток – крайне малый радиус действия БС – позволяет использовать mmWave только как дополнительный к частотам более низких диапазонов, не позволяя обеспечить сплошное покрытие больших территорий, добавляет Е. Девяткин.

Александр Сиволобов, Центр компетенций НТИ на базе Сколтеха:

– Помешать распространению сигнала в миллиметровом диапазоне может практически все, что угодно – листва деревьев, человек, оконное стекло. То есть обычно связь 5G в этих полосах частот доступна только на линии прямой видимости. Как один из выводов – о покрытии внутри жилых помещений речи пока не идет, хотя некоторые виды производственных структур подходят для таких сетей, например, шахты.

«Диапазон mmWave идеально подходит для проектов, где радиус действия сот не превышает 500 м, при этом небольшие габариты сетевого оборудования облегчают проектно-изыскательские и монтажные работы, а также развертывание внутри помещений», – сообщили в пресс-службе Qualcomm.

А.Сиволобов добавляет, что проходящие испытания показывают потенциал миллиметровых диапазонов. Так, в начале июня этого года Nokia, Qualcomm Technologies и американский оператор UScellular объявили о новом рекорде по передаче данных в коммерческой сети mmWave (28 ГГц). Им удалось добиться скорости в 1 Гбит/с на расстоянии около 10 километров.


НЕ ТОЛЬКО ОПЕРАТОРЫ

Сейчас российские телеком-компании тестируют 5G в 25,25–27,5 и 4,9 гигагерц. Однако они неоднократно заявляли, что эти диапазоны могут лишь дополнять основной, используемый во всем мире 3,4–3,8 гигагерц. В РФ даже тестировать в нем 5G не разрешает Госкомиссия по радиочастотам (ГКРЧ), так как он используется для нужд силовых ведомств.

Решением ГКРЧ от 17 марта 2020 года диапазон 24,25-27,5 ГГц признан перспективным для построения сетей связи пятого поколения

Полоса частот 24,25-24,65 ГГц выделена неопределенному кругу лиц для использования РЭС стандарта 5G. На основании этого решения компания МТС получила в июле прошлого года лицензию на оказание услуг связи.

Оператор пообещал, что сеть 5G будет развернута в диапазоне 24,25-24,65 ГГц в 83 субъектах страны. У МТС также есть сети 5G в диапазонах 28 ГГц и 4,9 ГГц в тестовой зоне на ВДНХ в районе павильона «Умный город» Департамента информационных технологий Москвы, а также в Кронштадте.

В июне этого года оператор Tele2 совместно с Nokia запустили в метрополитене Казани тестовую зону 5G, которая стала первой сетью пятого поколения в метро в РФ. Она развернута с использованием оборудования, работающего в миллиметровом диапазоне. Сеть будет действовать до конца 2021 года. Пиковые значения скорости достигают 3,8 Гбит в секунду.

В пресс-службе Tele2 отметили, что миллиметровый диапазон может быть использован в качестве локальной емкости в местах с большим трафиком (в метро, на стадионах, аэропортах), но для покрытия на макросети он не подходит.

Помимо тестовой зоны в Казанском метрополитене, компания использовала миллиметровый диапазон для строительства пилотного участка сети на Тверской улице в Москве.

Tele2, пресс-служба:

– Мы тестировали технические характеристики – покрытие, способность проникающей волны, совместимость инфраструктурного и абонентского оборудования. Tele2 также провела прямой эфир на сети пятого поколения в городской среде с пользовательского смартфона Sony. Онлайн-трансляция показала работу 5G в диапазоне 26 ГГц при передвижении пользователя по многолюдным улицам в условиях плотной городской застройки. Испытания доказали, что миллиметровый диапазон может рассматриваться только как дополнительный к 3,4-3,8 ГГц – главному условию для строительства сетей пятого поколения в России.

В августе прошлого года оператор «Билайн» совместно с компаниями Nokia и Qualcomm запустили пилотную зону 5G в городском пространстве «Севкабель Порт» на Васильевском острове в Санкт-Петербурге. Чтобы продемонстрировать возможности сетей пятого поколения, оператор получил временное разрешение на использование частот в миллиметровом диапазоне (26-28 ГГц).

По словам А. Потряхаева, «Билайн» применяет миллиметровый диапазон и в других своих тестовых зонах 5G. «Из последних наших достижений – была получена скорость 4,1 Гбит/с с использованием базовой станции Ericsson и смартфона Motorola Edge+. Это очень близко к максимально достижимым значениям для телефонов, которые можно приобрести в рознице», – рассказал он.

Эксперт подчеркивает, что эти полосы не являются для компании наиболее приоритетными: «Почти во всех запущенных в мире 5G-сетях миллиметровый спектр если и применяется, то только как дополнение к среднему. Для нас очевидно, что без выделения основного диапазона для 5G (3,5 ГГц – единственный, в котором, по нашему мнению, возможен экономически оправданный масштабный запуск 5G), 26 ГГц будет оставаться для операторов малопригодным ресурсом».

В «МегаФоне» RSpectr сообщили, что компания заинтересована в выделении миллиметрового диапазона для развертывания 5G, также уточнив, что он может дополнить основной диапазон 3,4-3,8 ГГц для запуска локальных сетей пятого поколения.

«МегаФон», пресс-служба:

– Мы уже проводили тестирование 5G в диапазоне 26 ГГц на конкретных пользовательских сценариях: в управление беспилотным транспортом, телемедицине на примере дистанционного ультразвукового исследования, облачном гейминге, промышленности. Кроме того, мы используем миллиметровый спектр в тестовой зоне на Воробьевых горах в Москве. В настоящий момент «МегаФон» в рамках СП 5G участвует в разработке программы по высвобождению полос частот в 26 гигагерц.

Но не только операторы связи применяют миллиметровый диапазон. Ряд промышленных предприятий в РФ разворачивает в нем свои технологические сети. Так, АО «КАМАЗ» объединило различные элементы производственной экосистемы предприятия в закрытый контур, что обеспечивает повышенную безопасность и надежность. Частная сеть КАМАЗа одновременно поддерживает технологии 5G и LTE. На первом этапе на ней развернуты системы видеонаблюдения и групповой связи, защищенный доступ к локальным информационным ресурсам и VR/AR-решение для удаленного персонала.

Пилотные зоны с использованием оборудования 5G в 28 ГГц были развернуты, например, на базе рудника «Скалистый» (ПАО «Норникель») и ООО «Шахта Листвяжная» (АО ХК «СДС-Уголь»).


НА СВОЕМ ОБОРУДОВАНИИ

В этом диапазоне, а также в соседних с ним, работают различные спутниковые системы, указывает А. Потряхаев.

Алексей Потряхаев, «ВымпелКом»:

– Представители госкорпорации «Роскосмос» и других компаний – владельцев инфраструктуры систем спутниковой связи предъявляют высокие требования к защите от помех со стороны конкурирующих служб, включая подвижную связь. А конверсия (освобождение) 26 ГГц сопряжена с очень высокими затратами. Надо отметить, что эта проблема не является специфической для РФ. В странах ЕС диапазон также ограничен для использования под сети 5G именно из-за конкуренции со спутниковыми системами.

Е.Девяткин же напомнил, что решением ГКРЧ от 17 марта 2020 года диапазон 26 ГГц выделен ООО «Новые Цифровые Решения» и ФГУП НИИР для проведения научных, исследовательских, опытных, экспериментальных и конструкторских работ с целью уточнения характеристик и определения условий совместного использования полосы радиочастот 24,25-27,5 ГГц оборудования сетей связи стандарта 5G с РЭС «Роскосмоса» в совпадающих и соседних полосах радиочастот.

Е.Девяткин также указывает на то, что

в настоящий момент далеко не все смартфоны, находящиеся в обороте, поддерживают диапазон радиочастот 26 ГГц и необходимо время, прежде чем пользователи обновят свои устройства

Наконец, обращает внимание А. Сиволобов, существенным ограничением для развертывания 5G в миллиметровом диапазоне является требование об использовании для создания сетей в нем только отечественного оборудования, которого пока нет.


ИНТЕРЕС В МИРЕ РАСТЕТ

Исследование Plum Consulting показало, что развертывание услуг 5G после выделения частот mmWave может быть проведено в кратчайшие сроки.

Отчет рекомендует национальным регуляторам стимулировать рынок и выделить полосу 26 ГГц с теми или иными условиями лицензирования для операторов мобильной связи и для частных сетей.

Интерес к проектам на базе mmWave растет, отмечают эксперты. Так, в Европе ряд коммерческих объектов уже введен в строй. Например, на железнодорожном вокзале в Ренне (Франция) проводятся испытания технологий с использованием диапазона 26 ГГц для повышения эффективности транспортировки пассажиров и технического обслуживания и ремонта подвижного состава. В Великобритании Qualcomm Technologies поставляет модули mmWave для тестирования в сельском хозяйстве подключенной 5G-роботехники. В декабре 2020 года в 50 городах Италии началось коммерческое развертывание 5G в миллиметровом диапазоне для фиксированного беспроводного доступа, к концу 2021 года планируется увеличить их число до 500.

Испытания диапазона 26 ГГц для коммерческих проектов также ведутся на различных объектах в Великобритании, Германии, Румынии, Финляндии, Франции, Швеции и в ряде других стран. Ожидается, что в ближайшие 12 месяцев существенно вырастет количество mmWave-устройств.

В отчете Ассоциации GSM (GSMA, объединяет более 750 мобильных операторов по всему миру) The Mobile Economy 2021 отмечается, что

ведущие рынки 5G будут способствовать развитию экосистемы mmWave

Мировым лидером в использовании миллиметрового диапазона является США: все крупные операторы страны уже предлагают коммерческие услуги 5G на его основе. Это обусловлено тем, что Федеральная комиссия по связи (FCC) сделала mmWave доступным для компаний раньше, чем большинство других государств.

В Японии все игроки (NTT Docomo, KDDI, Rakuten и SoftBank) развернули 5G в миллиметровом диапазоне. Количество БС mmWave в стране утроилось с сентября 2020 по март 2021 года и превысило 8 тысяч.

Китаю еще предстоит предоставить операторам этот спектр для коммерческого применения. Там развертывание запланировано в преддверии зимних Олимпийских игр 2022 года, которые пройду в Пекине. Тем временем China Mobile, China Unicom и China Telecom проводят испытания и строят пилотные сети в диапазоне 26 гигагерц.

В Европе и государствах СНГ применение mmWave еще только набирает обороты, говорится в отчете GSMA. В настоящий момент в ЕС основное внимание уделяется диапазону 3,5 гигагерц.

Яан ван-Тетеринг, старший вице-президент, руководитель европейского подразделения Nokia:

– 5G mmWave открывает перспективы реализации совершенно новых приложений в городских районах с большой плотностью пользователей и новых прибыльных проектов в различных отраслях промышленности. Чтобы не отстать от других регионов, где эта технология уже развертывается, Европа должна действовать очень быстро.

___

* 3GPP (3rd Generation Partnership Project) — консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии.

Изображение: RSpectr, Lori.ru, Freepik.com

ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:

Частотная находка для 5G
«Средний» диапазон спектра от 3,3 до 10,5 гигагерц – возможность для полноценного развертывания технологий связи пятого поколения на ближайшие десятилетия