До пандемии коронавируса телекоммуникационные компании так убедительно рекламировали возможности 5G, что некоторые готовы были отказаться от маршрутизаторов Wi-Fi. С тех пор стратегия успела полностью поменяться.
Наверняка в поле вашего зрения сейчас нет ячейки или базовой станции 5G Wireless. Возможно, в отдалении вы сможете увидеть базовую станцию 4G. Возможно, на неё уже поставили передатчики 5G. Сейчас ведётся внедрение спектра 5G в существующие мобильные беспроводные сети. В некоторых регионах этот переход уже завершён.
Вероятно, вы не увидите эти передатчики на уличных фонарях или светофорах. Их точно нет на станции сотовой связи в вашем офисе. Небольшие ячейки, когда они вступают в работу и нагружаются данными, должны быть намного дешевле для провайдеров в плане работы и обслуживания. Также они полезнее для экологии. Именно в них заключается конечная цель и причина того, почему будет происходить переход на 5G.
Множество одновременно случившихся катастроф и непредвиденных обстоятельств замедлили прогресс 5G. Без них итоговая цель в виде создания прибыльной и долгосрочной коммуникационной системы с возможностью работать дольше сроков обслуживания была бы недостижимой.
Перед нами целая культурная вершина, на которую нужно залезть, чтобы добраться до сетей следующего поколения. Так считает главный архитектор сетей 5G в компании Cisco. 5G представляет собой нечто большее, чем простое обновление протоколов и радиочастот. Это обновление культуры провайдеров. Провайдеры в будущем не будут похожи на современных.
Будущее без лицензий
В прошлом году казалось, что 5G Fixed Wireless, подключение базовых станций непосредственно к домам и офисам, предстоит конкурировать с Wi-Fi. Этот стандарт связи также обновляется. В марте прошлого года представитель Cisco в интервью сказал, что пользователи беспроводной сотовой связи должны ждать запуска дополнительных спутников, прежде чем скорость внутри помещений вырастет и сделает 5G конкурентоспособным или хотя бы приемлемым.
С момента начала пандемии спрос на проводной интернет значительно вырос. Быть может, этот спрос уже не упадёт обратно. Если 5G хочет добиться успеха в покрытии мира низкочастотным радиосигналом, нужно предложить нечто ценное.
Возможно, это будет система хабов 5G Wireless, распределённых по сотовым вышкам. Это покрытие будет дополняться при помощи Wi-Fi 6. Вместе два стандарта связи обеспечат скорость и пропускную способность для работы в домашних офисах. В том числе доступ к видеоконференциям с высоким разрешением на частоте 60 кадров/с. Объединение с 5G позволит расширить покрытие Wi-Fi за пределы квартиры и сделает возможной мобильную работу.
Чтобы это работало незаметно, нужно обратить внимание на один из элементов 5G — 5G New Radio Unlicensed (5G NR-U). Он был ратифицирован группой разработчиков 3GPP в качестве официального компонента 5G. В отличие от Wi-Fi, NR-U сможет задействовать неиспользуемые части публично доступных полос частот в ограниченные интервалы времени.
NR-U приносит в 5G нелицензируемый спектр частот, говорит Пратик Дас из Qualcomm. Это не только даёт дополнительные полосы частот, но и открывает новые рынки и новые сценарии применения за счёт незначительных отличий по сравнению с [4G] LTE-LAA.
Например, зарождается концепция частных сетей 5G (NPN). Предприятия смогут сами стать операторами беспроводной связи на ограниченной территории. Слово «частный» не совсем верное, поскольку будут использоваться публичные полосы частот, но в них будут создаваться закрытые каналы.
Концепция частных сетей уходит глубже, чем безопасная телефонная связь для сотрудников предприятий. Для компаний вроде Ford Motor она обеспечит управляемую связь между всеми устройствами, задействованными в производстве электромобилей. 25 июня компания Ford получила публичный грант от правительства Великобритании для создания частной мобильной сети 5G (MPN). Она будет использоваться в производстве электромобилей неподалёку от Лондона. В рамках этой сделки Ford сотрудничает с оператором Vodafone, у которого позаимствует полосы частот 5G.
Как видим, в создании MPN принимают участие телекоммуникационные операторы. В случае с NPN они не нужны. В странах, где полосы частот резервируются для публичного применения, NPN может использовать их для мобильных или наземных устройств. Это напоминает, как Wi-Fi использует открытые каналы для создания сетей по воздуху. В данном случае зона покрытия настолько широкая, насколько это необходимо, превышающая радиус действия маршрутизатора Wi-Fi. Она покрывает зону действия всех сотовых передатчиков частной сети.
В прошлом апреле Федеральная комиссия по связи США проголосовала за открытие полосы частот 6 ГГц (5,925 – 7,125 ГГц) для использования в нелицензируемой коммуникации по всей стране. Тогда было сказано, что это относится к Wi-Fi 6E. E означает расширение частоты, которые впервые будут открыты для Wi-Fi. Ещё существует предложение, которое откроет спектр 7 ГГц в полосе частот 64-71 ГГц для нелицензируемого использования 5G вместе с дополнительными 600 МГц в полосе 37-37,6 ГГц для общего применения коммерческими пользователями.
Тем временем, для исследования есть никому не принадлежащая полоса частот 1,2 ГГц. Она будет разделена на входящий канал 400 МГц и исходящий канал 100 МГц. Теоретически, только этого должно хватить для потребностей предприятий. 3GPP называет этот вариант обособленным NR-U. Если никто не владеет полосой частот 6 ГГц, инженеры Wi-Fi 6E не смогут сказать, что она принадлежит исключительно им. Это недвижимое имущество, которое операторы беспроводной связи называют средними полосами.
Спектр 1200 МГц может использоваться любой технологией, считает Qualcomm, включая Wi-Fi 6E и 5G NR-U. Он может применяться в помещениях и в определённых секциях вроде UNI-5 и UNI-7 с поддержкой системы автоматического контроля частоты (AFC). Также этот спектр может использоваться на открытом воздухе и с более высокой энергией. Это значительное расширение возможностей нелицензируемого домена по сравнению с тем, что предлагали 2,4 ГГц и 5 ГГц.
Здесь речь идёт о традиционных полосах частот Wi-Fi с момента публикации стандартов 802.11b и 802.11a соответственно. С 2018 года новые стандарты беспроводных сетей обозначаются более понятным числом следующего поколения. В данном случае это Wi-Fi 6.
Впрочем, всё равно могут быть источники конфликтов от пользователей полосы частот 6 ГГц. Например, у команд сбора электронных новостей, которые передают сигнал на телевизионные станции в микроволновом диапазоне. Такие конфликты могут быть периодическими и происходить главным образом на открытом воздухе. Что касается работы внутри помещений, это полностью новый спектр и у него большой потенциал.
У организаций есть набор требований, которые удовлетворяют возможностям 5G. Wi-Fi 6 является отличной технологией связи на коротких дистанциях. Эти дистанции нужно увеличивать и здесь на помощь приходит 5G.
Подмога
Использование нелицензионного спектра для усиления пропускной способности сотовой связи является молодой концепцией, хотя не полностью новой. Вариант, когда лицензированные и нелицензированные каналы объединяются, сегодня уже применяется. Обладатели смартфонов с поддержкой 4G у американского оператора AT&T могут быть знакомы с TE-LAA. Эта платформа впервые использовалась в конце 2018 года для расширения пропускной способности связи с противоречивым названием 5G E. В июле 2019 инженеры управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США экспериментировали с системой с применением частот LTE-LAA, каналами 802.11ac (Wi-Fi 5) и NFC. Они хотели определить, будут ли Wi-Fi сигналы на всех частотах внутри больницы деградировать один за другим, чтобы лучше оценивать эффективность нового класса устройств со связыванием двух полос частот.
В отчёте команда FDA сделала вывод, что гармония в данном случае не достигается автоматически. Они нашли значительный риск, по крайней мере поначалу, поскольку пользователи выбирают пересекающиеся друг с другом каналы. Тщательное тестирование для поиска подходящих каналов может позволить беспроводному устройству использовать обе полосы частот без столкновения сигнала.
Это были традиционные полосы частот Wi-Fi 5 и 4G. Метод Qualcomm может решить проблемы пересечения сигналов, возможно полностью. Отдельный NR-U может задействовать часть средней полосы частот, на которой сигнал лучше проходит через толстые стены и полы. Здесь устройства могут работать с вышками и маршрутизаторами. Закреплённый NR-U может добавлять нелицензированную частоту к лицензированной полосе частот 5G операторов связи. Лицензированные каналы будут служить якорями, которые постоянно доступны, а нелицензированные каналы будут вступать в дело по мере необходимости.
Закреплённые NR-U будут усиливать производительность мобильной сети. Поскольку их можно объединить с лицензируемым спектром или общим спектром, это позволяет решить разные проблемы оператора. При объединении с лицензируемым спектром использование двойной связи с сетью 4G или агрегации несущих частот сети 5G снижают ограничения 5G. Такая проблема есть сейчас у многих, в том числе потому, что власти не провели аукцион нового спектра.
Зачем задействовать Wi-Fi?
Не стоит ли организациям выбрать одну беспроводную платформу вместо использования двух?
«Wi-Fi даёт мобильность» — считает Додд-Нобл из Cisco
В сотовой сети 5G мобильность управляется сетью. В Wi-Fi мобильностью управляют устройства. В лицензированном спектре за мобильность отвечает сеть. В результате можно сделать эту мобильность более предсказуемой.
В 2017 году в одной публикации говорилось, что в больнице с 30 000 одновременно работающими компьютерами может быть подключено около 85 000 медицинских устройств. И это не считая смартфонов сотрудников. Wi-Fi как в домах и офисах не может работать в таких больницах. Разработка и внедрение беспроводной сети (WLAN) и промышленного интернета вещей (IIoT) напоминали воссоздание работы мозга.
Проекты Qualcomm нацелены на будущее больниц и любых других организаций с большим количеством устройств. Управление этими устройствами может осуществлять единый провайдер 5G. На смену WLAN могут прийти сервисы, за управление которыми будет отвечать сторонний IT-персонал. Поскольку нелицензированный спектр является ключевой частью этой картины, варианты организаций по выбору беспроводного провайдера не будут ограничены привычными телекоммуникационными провайдерами. Это могут быть стартапы, местные провайдеры, облачные сервисы вроде Amazon и Microsoft и т.д.
Что будет после их появления?
Что даст экономика предприятиям и потребителям при использовании нелицензионного спектра во всех сетях 5G Wireless? Какие будут плюсы с точки зрения бизнеса и культурных ценностей? Есть следующие возможности:
- Гостиницы обычно обеспечивают постояльцам доступ в сеть при помощи сочетания маршрутизаторов Wi-Fi и линий WLAN. В мире оптимизированных сетей 5G все коммуникации будут предоставляться из единого места. Это может быть собственный дата-центр гостиницы или взятая в аренду у облачного провайдера инфраструктура. В любом случае 5G обеспечит сеть передачи данных и голосовую связь из одного места напрямую до нужной точки. Группа гостей от одной организации может получить собственный дата-центр с порталом управления, чтобы гарантировать свою работу при помощи локальных коммуникаций. NR-U обеспечит гостям пропускную способность для проведения конференций, записи сессий и прямой трансляции при помощи локальных вычислительных мощностей и хранилищ.
- Академические организации и сети исследовательских организаций могут преследовать ту же цель. Они могут общаться локально по голосовой связи и через сеть через выбранный ими портал. NR-U даст исследователям возможность делиться работой через голосовые каналы и сеть одновременно, без использования публично доступного интернета.
- Страховые компании, которые реагируют на природные катастрофы, могут использовать портативное оборудование сотовой связи для быстрого развёртывания аварийных сетей и голосовой связи в поле, офисах и экстренных службах. NR-U даст возможность создавать временное убежище, где персонал будет оставаться на связи в реальном времени. Также будут работать дроны с инфракрасными камерами для поиска пострадавших.
Одна из возможностей 5G, которую мы не обсудили, нужна для реализации этих сценариев. Это система, которая разворачивает ключевые сервисы сети данных для удалённых местоположений. Она называется Multi-access Edge Computing (MEC) и входит в состав 5G Release 16.