Перспективы развития сетей 5G: технологии и особенности использования спектра Заместитель Генерального директора ООО «Ай КомИнвест» по инновационным технологиям, член Президиума РАЕН, д.э.н., проф. Тихвинский В.О.

Эволюция скорости передачи данных в радио интерфейсах 3GPP 2

Технические требования к сетям мобильной связи 5G Рост в 10–100 раз в расчёте на абонента до 10 Гбит/с (UL) и до 5 Гбит/с (DL). Рост в раз до 500 Гб на пользователя в месяц. Увеличение количества подключаемых абонентских устройств соте в 10–100 раз (до на узел). Рост М2М устройств с 50 млрд. до 500 млрд. Десятикратное увеличение времени автономной работы абонентских устройств с небольшим энергопотреблением, таких как сенсоры M2M. Сокращение времени задержки в цепочке Е2Е с 5 мс до 1 мс и менее. Снижение стоимости эксплуатации и энергопотребления сетей 5G до 10% от текущего потребления сетей 4G. Скорость передачи данных Потребляемый трафик абонента Количество абонентских уст-в Срок жизни батарей Задержи в сети Энергоэффектив- юность и ОРЕХ

Проект 5G PPP vs 3GPP ЕС продолжает уделять первостепенное значение проекту 5G, рассматривая его как локомотив развития телекоммуникаций в целом. ЕС предложило создать новый глобальный партнерский проект 5G Public Private Partnership (5G PPP). Подписание соглашения по созданию Партнерства 5G состоялось 17 декабря 2013 г. (Председателем 5G PPP избран Вернер Мор, NSN). Бюджет выделяемый только ЕС на развитие проекта 5G-PPP – 125 млн.Евро до 2015 г. Всего на финансирование проекта 5G в рамках Программы «Горизонт 2020» ЕС планирует направить 700 млн.Евро ( ) и суммарно с инвестициями участвующих в проекте вендров около 3 млрд. Евро.

Планы по созданию мобильной связи 5G Основные этапы рыночного развития проекта 5G-PPP, намеченные ЕС: решение вопроса с выделением дополнительного спектра частот шириной 500 МГц в период 2015 – 2018/2019 г. разработка основных технологических решений г. стандартизация основных технологических решений г. вывод на рынок первых сетей 5G – 2020 г. вывод сетей 5G на коммерческую эффективюность – 2025 г. Технология 5G должна составить к 2025 году альтернативу наземным сетям цифрового телевидения DVB-T

Международные проекты создания сетей мобильной связи 5G Характеристики проекта Название проекта METIS5GICISRA Инвестор проекта Еврокомиссия и вендеры Samsung, Huawei, UKRPIF Intel Объём инвестиций 50 млн. Евро 35 млн. фунтов Начальные инвестиции 3 млн. долларов США Участники проекта 29 партнеров (8 рабочих групп) Сотрудники университета и CCSR Verizon, Университеты США, Испании, Австралии, Индии Объем и время работ 80 человек в режиме полного дня в течение 30- ти месяцев 160 сотрудников CCSR, включая 100 PhD, и 70 студентов магистров Более 100 специалистов КоординаторEricssonCCSRIntel Lab

Критерии поиска новых полос частот для сетей 5G Использование полос, имеющих согласно ст. 5 Регламента радиосвязи МСЭ-Р распределение на первичной основе для категорий ПОДВИЖНАЯ/ФИКСИРОВАННАЯ радиослужбаа, или радиослужбаа совместно использующие полосу с ПОДВИЖНОЙ на первичной основе (в том числе полосы, используемых для транспортных сетей в сетях 2G/3G/4G сегодня); Непрерывный спектр для 5G должен быть шириной 500 МГц в полосах ниже 40,5 ГГц и не менее 1 ГГц выше 40,5 ГГц. Это рассматривается как минимальное требование к 5G для выполнения потребностей пользователей; На первом этапе не предполагается оценка возможности агрегации несущих, то есть полоса частот должна быть непрерывной. Однако, если поиск такой полосы не приведет к положительным результатам, то сценарии простой агрегации которые объединяют небольшое количество несмежных участков спектра можно будет оценить на втором этапе проекта METIS. диапазоны, в которых может быть развернута только одна сеть не должны быть исключены из рассмотрения на начальном этапе исследований, т.е. нет никакой высшей необходимости размещения нескольких параллельных сетей предполагается. Рассмотрению подлежат как парные, так и непарные участки спектра (т.е. сети TDD и FDD). Наличие готовой нормативной базы для частотного диапазона 5G рассматривается как дополнительное преимущество.

Освоение новых полос частот для 5G (9,9-40,5 ГГц) - Полосы высокого приоритета (Суммарная ширина 1,6 ГГц) - Полосы среднего приоритета (Суммарная ширина 3,0 ГГц) - Полосы низкого приоритета (Суммарная ширина 3,6 ГГц) - Полосы частот для которых приоритет не определен Диапазон (ГГц) Ширина ( ГГц) Приоритет 9,9-10,60,7Средний/ высокий 17,1-17,30,2Низкий 17,7-19,72,0Низкий 21,2-21,40,2Низкий 27,5-29,52,0Средний 31,0-31,30,3Средний 31,8-33,41,6Высокий 36,0-37,01,0Низкий Полосы частот 9,9 – 40,5 ГГц Источник: METIS Потребности в спектре 5G от 1 ГГц в линии вниз и 500 МГц в линии вверх

Приоритеты в поиске новых полос частот 5G (40,5-100 ГГц) - Полосы высокого приоритета (Суммарная ширина 30,72 ГГц) - Полосы среднего приоритета (Суммарная ширина 4,2 ГГц) - Полосы низкого приоритета (Суммарная ширина 2 ГГц) - Полосы частот для которых приоритет не определен Диапазон (ГГц) Ширина ( ГГц) Приоритет 40,5-42,52,0Средний 42,5-43,51,0Высокий 43,5-45,52,0Низкий 45,5-47,01,5Высокий 47,2-50,22,0Высокий 50,4-52,62,2Средний - низкий 55,78-57,01,22Высокий Высокий Высокий Высокий Высокий Полосы частот 40, ГГц Источник: METIS

Конверсия и высвобождение полос частот для 5G в России Расходы на конверсию, выделяемые Государственным бюджетом РФ В полосах частот 71-76/81-85 ГГц работают более РРЛ, используемых в транспортных сетях мобильных операторов Источник: METIS Загрузка спектра в диапазонах ММВ в РФ

Зона покрытия базовой станции нового поколения мобильной связи 5G будет уменьшаться по мере роста используемой частоты. Особенности зон покрытия мобильной связи 5G для различных диапазонов 28 ГГц 36 ГГц 42 ГГц 55 ГГц Зона мобильной связи – 200 м Зона фиксированной связи при Условиях LOS – до 2 км Миллиметровый диапазон волн

Облачная инфраструктура Использование новых технологий в сетях 5G Целевая направленюность технологических решений 5G – создание ультра – плотных сетей, обусловленная использованием полос частот в диапазонах выше 28 ГГц для обеспечения полос частот с непрерывным спектром шириной более 1000 МГц в канале DL и более 500 МГц в канале UL. Супер MIMO антенны Скоординированная многоточечная оптимизация каналов (СоМР) Применение неортогональных FTN-сигналов Прямой доступ абонентских устройств (D2D) Виртуализация сетевых функций (NFV)

Использование новых сигнально-кодовых конструкций в сетях 5G Одним из условий будущего развития 5G будет повышение спектральной эффективности передаваемых сигналов за счет применения новых сигнально кодовых конструкций не основе неортогональных сигналов и FTN-сигналов отличных от OFDM-сигналов, используемых в сетях 4G. Новые сигнально-кодовые конструкции с повышенной спектральной эффективюностью Неортогональные сигналы Fast-OFDM FTN-сигналы

Использование FTN- сигналов в сетях 5G FTN – сигналы были предложены в 1975 г. Сотрудником Bell Labs. Д.Э. Мазо. Сигнал Мазо использует более высокую скорость модуляции, тем самым вводится межсимвольная интерференция на стороне передатчика. Форма базового сигнала Сокращение длительности символов τ T T Мин. евклидово раст. сохраняется Позволяет более высокую скорость передачи данных на Гц полосы ( Бит/Гц) Более высокая спектральная эффективюность при той же энергии Новая форма сигнала: При использовании FTN – сигналов формируемый сигнал передается с периодом повторения Т секунд и этот период уменьшается до τ*T, где τ˂ 1. Обработка сигнала аналогична OFDM, но поднесущие не являются ортогональными

Использование Fast OFDM- сигналов в сетях 5G Выдача патента на изобретение метода OFDM в ноябре 1966 г. Роберту Чэнгу и последующая журнальная публикации идеи OFDM открыла эру OFDM - сигналов. Fast-OFDM (FOFDM), базирующийся на принципе OFDM и отличающийся использованием частотного разнесения поднесущих, в 2 раза меньшего, чем в случае OFDM. В основе метода Fast-OFDM лежит тот факт, что действительная часть коэффициента корреляции двух комплексных поднесущих равна нулю, если разнос по частоте между поднесущими кратен целому числу 1/2T. При этом существенно, что, несмотря на двукратное уплотнение по частоте, сигналы по-прежнему остаются ортогональными друг другу.

Бизнес модели операторской деятельности 5G с с Построение бизнес моделей сетей 5G Источник: Icominvest Построение бизнес моделей сетей 4G Сети покрытия LTE-800 (-700) Сети доступа LTE-2600 (2300, 3500) Сети покрытия 4G Сети доступа 5G Сети 5G не могут быть использованы для самостоятельной операторской деятельности, а будут комплементарными для сетей 3G и 4G.

Национальные проекты развития мобильной связи 5G Китай (Февраль 2013 г.) – Program 863 Корея (Июль 2013 г.) - Япония (Октябрь 2013 г.) - Japan2020 and Beyond ARIB создал РГ «2020 и будущее» Индия (март 2013) - Global ICT Standardisation Forum for India (GISFI) объявил на 62-й ГА ETSI о начале работ по 5G в рамках Технологической концепции Wireless Innovative System for Dynamically Operating Mega- Communications (WISDOM) Россия - ?

Предложения по созданию национального проекта мобильной связи 5G RUS Первоочередными усилиями дорожной карты 5G RUS должны стать: разработка национальной Концепции и стратегии развития 5G; участие национальных производителей, операторов и НИУ в разработке этой Концепции, в исследованиях Партнерского проекта 3GPP и в проектах развития 5G; высвобождение радиочастотного спектра на основе его конверсии для потребностей 5G; формирование позиций и вкладов Администрации связи России по развитию и внедрению 5G на собраниях СЕРТ и МСЭ, включая позиции для Всемирных конференций радиосвязи 2015 и 2018 годов; модернизация регуляторной базы отрасли связи в целях стимулирования инвестиций операторов и производителей оборудования в создание и развитие сетей 5G.

Цели национального проекта 5G RUS Пессимистический сценарий Цели проекта: 1. Создание регуляторных и технологических условий для ведения операторской деятельности и внедрения сетей мобильной связи поколения 5G в России 2. Подготовка преподавателей ВУЗов и специалистов по технической эксплуатации оборудования 5G иностранного производства Оптимистический сценарий Цели проекта: 1. Создание регуляторных и технологических условий для ведения операторской деятельности и внедрения сетей мобильной связи поколения 5G в России 2. Создание институциональных условий и научно- технологического потенциала (задела) для производства в России оборудования сетей и абонентских терминалов 5G 3. Создание и стимулирование внутреннего спроса на оборудование 5G отечественного производства на мобильном рынке России и стран Таможенного союза

Национальный проект мобильной связи 5G RUS и Стратегия импортозамещения Реализация Стратегии импортозамещения при внедрении сетей 5G в России: Создание национальной технологической и производственной базы для элементов сетей 5G; Создание институциональных условий для формирования внутреннего спроса у российских операторов на оборудование 5G, произведенное в России; Выдача операторам лицензий на оказание услуг 5G только при условии использования российского оборудования или оборудования с уровнем локализации не ниже 50%; Привлечение иностранных производителей для размещения производства оборудования 5G в России (Пример кооперации NSN и ОАО «Микран»); Формирование компетенции в ведущих технических университетах России для подготовки инженеров-конструкторов и инженеров по эксплуатации для создания и развития сетей 5G. «…необходимо снизить зависимость стратегических отраслей экономики от импортных составляющих.» (Правительство РФ)

Ценюность проекта мобильной связи 5G для России (проект 5GRUS) Ценюность проекта по созданию нового поколения мобильной связи 5GRUS состоит в реализации масштабного национального проекта в области ИКТ, имеющего важное народно- хозяйственное и социальное значение, способствующее ускорению экономического развития страны и повышению эффективности электронного государственного управления, науки и образования. 5G5G 5G5G Экономика Обра- зова- ние Наука Инновации

Выгоды национального проекта мобильной связи 5GRUS Формирование производственного потенциала у российских производителей электронных компонентов, микроэлектроники, передающей и антенной техники в интересах развития 5G; Проведение своевременной конверсии и высвобождения радиоспектра для развития 5G в диапазонах 28 – 95 ГГц; Защита интеллектуальных прав России на генерируемые инновации в области технологических, проектных решений и программного обеспечения 5G; Создание новой технологической платформы развития ИКТ в России (в дополнение к существующим технологическим платформам); Формирование институциональной основы частно- государственного партнерства инвесторов 5G; Создание современной нормативно правовой базы регулирования соответствующей вызовам современного рынка ИКТ с учетом внедрения 5G; Расширение российского технологического пространства при создании и развитии 5G в рамках научно-технического партнерства и межгосударственного инновационного пространства с Казахстаном и Белоруссией.

Заключение 1. Технологическое развитие сетей 5G будет направлено на создание ультра-плотных сетей беспроводного доступа на основе новых видов сигнально-кодовых конструкций, повышающих на порядок спектральную эффективюность по сравнению с сетями 4G. 2. Будущее развитие сетей 5G будет связано с использованием облачных технологий, которые потребуют изменения правил регулирования в отрасти и бизнес-моделей, используемых операторами. 3. Лицензирование деятельности операторов 5G как моно-технологических операторов, использующих только эту технологию на основе сот радиусом м для услуг передачи данных на скоростях 10/5 ГБит/с пока нецелесообразно. Бизнес – модели будут строиться в основном на основе предоставления услуг совмещенных сетей 4G/5G.

Thank you for attention Russia, Moscow, , 28, Ostozenka str. Phone +7 (495) Mobile +7(926)