Сегодня поговорим о вещах, о которых вы безусловно знаете и которые понимаете, но попробуем взглянуть на них немного под иным углом. А также остановимся на роли Qualcomm - технологического лидера в области 5G, на том, чем конкретно мы занимаемся в этом направлении.
Тема 5G сейчас в значительной мере спекулятивна. Различные участники рынка вкладывают в это название несколько разные смыслы. Каждый имеет свое представление о том, как должен выглядеть идеальный мир 5G, какие сервисы кому и в каком режиме должны быть представлены. Есть мнение операторов, как должна осуществляться миграция на новые технологии. Часто встречаются диаметрально противоположные точки зрения.
Между тем, важно прояснить один момент. Вряд ли кто-то будет отрицать очевидный постулат - экономическое развитие любой страны напрямую зависит от уровня ее технологической зрелости, от лидерства в тех или других областях. Известно, что с появлением 3G и 4G появилась новая экономическая модель, сформирован пласт компаний, генерирующих огромные доходы для людей, бизнеса и государства. Не было бы 4G/LTE, не было бы Facebook, облачных хранилищ и тому подобных спутников современной цивилизации. Если бы мобильные технологии не развивались столь высокими темпами, тот же Facebook не занял бы в нашей жизни того значительного места, которое он занимает.
Те, кто первыми войдут в 5G, те и станут создавать новые бизнес-модели. Из их числа будут формироваться новые лидеры в экономической области. Этим объясняется высокий интерес к теме разработчиков оборудования и операторов. В особенности это касается тех, кто в свое время проиграл борьбу за 3G/4G и сейчас надеется на возможность реванша в 5G.
В этом хаосе и борьбе есть одна константа - это Qualcomm. Мы в этой индустрии уже около 30 лет и остаемся в ней, независимо от смены поколений. 5G для Qualcomm - это очередной этап эволюционного развития, возможность подтвердить наше лидерство на рынке. Рынок консолидировался, сокращалось число игроков на нем, поэтому переход к 5G, это уже соревнование титанов между собой.
За появлением практически каждой успешной новой технологии скрыто желание улучшить качество жизни людей. Только такие технологии в конечном итоге оказываются востребованными. Сейчас рост автоматизации впрямую влияет на качество жизни людей. Телекоммуникации 5G необходимы для обеспечения возможности общения мира машин и мира людей, что делает эту технологию все более востребованной, обеспечивая ей потенциал стать успешной.
Первое подмножество применений сетей 5G - это обеспечение услуги мобильного ШПД. Это передача огромных массивов данных со скоростями в десятки гигабит в секунду. Пока мы не представляем всех возможных моделей использования данной услуги, новые модели будут появляться в ближайшие 3, 5, 10 лет. Здесь и дополненная реальность, здесь и вещание в ситуации массовых скоплений людей. Различные ситуации, когда нужно передать большой объем данных и очень быстро.
Совсем иного требует от оператора группа других бизнес-моделей. Это сиутации, когда действует значительное число различных подключенных к сети устройств и нужно уметь получать от них эти данные, а также передавать данные для них. Объем данных в этих моделях, как правило, совсем небольшой, но концентрация устройств на ограниченной площади может быть высокой, что создает сложности в реализации таких решений. Это основные требования IoT, интернета вещей.
Мобильный ШПД и IoT - это два максимально удаленных друг от друга сегмента рынка 5G. Между ними лежит сегмент, характеризующийся комбинацией требований к сети, когда высокая отказоустойчивость и низкие задержки (до 1 мс) должны сопутствовать сравнительно высоким объемам передачи данных, и при этом скорость передачи должна быть высокой. Подобные требования к сети 5G предъявляют такие отрасли, как автомобилестроение (системы беспилотных автомобилей), робототехника и управление летающими беспилотниками, а также, например, здравоохранение.
Какие выводы можно сделать из такого вектора развития рынка? Кому-то могло бы показаться, что проще всего создать несколько отдельных сетей связи, оптимально отвечающих потребностям разных сегментов рынка. Кстати, это не утопия, обсуждения до сих пор вспыхивают, есть даже стартапы, которые пытаются проводить какие-то реализации в этой области. Концепция 5G Qualcomm, которую разделяет и 3GPP, и большинство участников рынка, - технология 5G будет реализована, как единая сеть, технологически настолько зрелая, что она сможет одинаково эффективно соответствовать требованиям всех основных сегментов.
Картинка иллюстрирует ту же идею, но с большей степенью детализации. Мы в Qualcomm предполагаем, что переход к 5G не случится за день или за один год. Это невозможно по целому ряду причин - технологических, экономических, социальных.
Например, важно понимать, что внедрение каждого следующее поколения систем связи требовало от операторов все больших инвестиций. Инвестиции в сети предыдущих поколений "нельзя так просто" взять и выбросить. Переход от LTE к 5G займет немало времени и будет постепенным, исходя из конкретных задач, которые надо будет решать операторам в тот или другой момент времени. Самые разные сервисы (каждый со своими особенными требованиями к инфраструктуре) будут агрегироваться на единой сетевой платформе.
Прежде чем говорить о технологиях, которые могли бы помочь решать в рамках одной сети столь разные с точки зрения требований к сети задачи, давайте пройдемся по нескольким пользовательским сценариям.
Сверхвысокие скорости (несколько Гбит/с для передачи больших объемов информации) в условиях немалой плотности и с соблюдением низкого уровня задержки. Такие требования выдвигает, например, задача реализации видеосвязи 3D/UHD-видео. В ближайшие десятилетия показатель урбанизации вырастет еще более от современных значений, - большинство людей в мире будет жить в городах. Вопрос удобного общения на расстоянии, который был решен еще в сетях 1G в каком-то смысле возвращается снова. Сейчас в ряде стран у молодежи стало де-факто стандартом общение в режиме видеосвязи. Кроме того, многие люди ездят по своей стране или по миру вместе со своей работой. Возникает потребность общения с близкими, семьей в видеорежиме. 5G должно решить задачу поддержки видеосвязи, как для бизнеса, так и для частных пользователей.
Близкая тема - так называемый тактильный интернет, когда можно передавать на расстояния не только видео, но и тактильную информацию - можно ощутить шероховатость поверхности или дотронуться до руки другого человека "через" экран. Это и бизнес, и образование, и медицина. И это требует сверхнизких значений задержки распространения сигналов в сетях сотовой связи. До 1 мс!
Сюда же ложатся сценарии, когда радиосеть сотовой связи обеспечивает доступ в интернет для пользователя, сравнимый с параметрами оптоволоконного подключения по качеству и скорости. Сотни мегабит в секунду, причем не пиковые, а средние значения. 5G это должен обеспечивать.
Обеспечение потоковой передачи видео в режиме UHD, поддержка решений виртуальной и дополненной реальности, причем для массовой аудитории. Представьте себе, что вы приехали к пирамидам в Египте или к развалинам в Риме или Греции, и в очках виртуальной реальности можете наблюдать сценки, которые разыгрывались здесь сотни или тысячи лет тому назад, по крайней мере, как это представляют ученые. Спрос на подобные приложения и будет определять скорость развития и внедрения 5G.
Спрос на технологии будут формировать востребованные приложения, выдуманные ради демонстрации возможностей технологии сценарии здесь не помогут.
Об этих направлениях можно говорить много, сегодня давайте остановимся в основном на беспилотных автомобилях. Почему мы считаем, что это будет одно из направлений 5G, почему здесь уже идут практические разработки известных автопроизводителей? Потому, что это связано с качеством и безопасностью жизни людей. Сценариев реализации и использования беспилотных автомобилей немало. Предусматривается, например, "общение" автомобиля с "соседями" для предупреждения столкновений. Это уже не новая тема, здесь немало сделано практически.
В ближайшие годы к этому будут добавляться, например, общение автомобиля с дорожной инфраструктурой. Например, в условиях плохой видимости, тумана, снега, проливного дождя часто не видны светофоры и иные дорожные знаки. Не менее перспективно направление общения автомобиля с инфраструктурой оператора и провайдеров развлечений. Даже сейчас это актуально для развлечения пассажиров автомобиля в пути. В беспилотном автомобиле в таких пассажиров превратятся все люди, которые будут находиться внутри.
Еще одна модель, появление которой также возможно в ближайшие годы - это взаимодействие автомобиля и пешехода. Для избежания наездов, в частности. А может быть и какое-то рекламное взаимодействие.
Конечно, этим не ограничится, сейчас мы можем не представлять себе, какие еще приложения станут популярными, массово востребованными в перспективе 10-20 лет.
Робототехника - это тоже бесконечно интересная тема применительно к 5G. Например, направление вывода человека из опасных производств. Здесь понадобятся сверхнизкие задержки распространения сигнала (например, для управления роботами-аватарами, либо в ассистивной хирургии).
Еще одно направление - управление летающими беспилотниками через глобальные сети сотовой связи и мобильного ШПД, получение с них видеопотоков данных также через эти сети. Для управления летающим беспилотником имеют значение величины задержек распространения сигналов, как, впрочем, и надежность связи, и ее бесшовная доступность на значительных территориях.
Почему связь для IoT (интернета вещей) выделена в отдельный сегмент? Потому что речь идет о решении принципиально новой задачи относительно того, чем мы занимались ранее. Требуются решения одновременно как можно более дешевые и как можно более надежные. Работать они будут и там, где обычно нелегко обеспечить покрытие - подвалы, технические шкафы и тому подобный "индор". Вряд ли можно рассчитывать на то, что кто-то будет вставлять в каждый прибор и датчик отдельную SIM-карту, скорее всего, в здании станут использовать софтсвичи.
Часто спрашивают - как часто базовая станция будет "пинговать" установленные в радиусе ее действия датчики, чтобы их опросить. Видение Qualcomm - постепенно произойдет уход от модели постоянного пингования к периодическому пингованию, затем к спорадическому. Нужно экономить вычислительный ресурс базовой станции, делая достаточно "умные" оконечные 5G- устройства, которые сами знают, когда и какую информацию сбросить в сеть.
Давайте поговорим о ресурсах, которые будут необходимы для внедрения 5G. Прежде всего, следует должным образом распределить частоты применительно к задачам, о которых мы рассуждали выше, когда говорили о первой картинке.
Частоты до 1 ГГц - идеальное решение для интернета вещей. Такие частоты лучше подходят для обеспечения большей площади охвата, для лучшего покрытия в помещениях.
Диапазон от 1 до 6 ГГц можно задействовать для поддержки приложений, требующих высокой пропускной способности, а также высокой надежности работы.
Частоты свыше 6 ГГц, то есть миллиметровые волны смогут обеспечить сверхвысокую пропускную способность, а также сверхвысокие скорости передачи информации (десятки гигабит/с), но дальность действия таких систем в ближайшие годы не превысит десятков или 1-2 сотен метров.
Пара слов о том, какие частоты скорее всего будут задействованы для 5G в Европе. Не будем забывать, что частотные распределения заметно разнятся в разных географических зонах, в частности, они разные в Северной Америке, Латинской Америке и Европе.
Итак, для низкочастотных применений IoT будет использоваться прежде всего диапазон 700 МГц, а позднее частоты и ниже по спектру. Для обеспечения мобильного ШПД в ход пойдут вероятно частоты 3400-3800 МГц и выше до 4200 МГц.
Для приложений, где важна скорость и пропускная способность, а также низкая задержка распространения, но не так важна "дальнобойность" канала, перспективными в Qualcomm считают диапазоны 24,25-27.5 ГГц и 31.8-33,4 ГГц, а также 40.5-43.5 ГГц.
Переход на каждое новое поколение мобильной связи сопровождался изменением радиотехнологии. В 1G это была модуляция FDMA; в 2G - TDMA; в 3G - CDMA и W-CDMA, а в 4G - ортогональная модуляция OFDMA, идеальная для ограниченных частотных ресурсов. Вероятно, что в 5G изменение не произойдет и мы по-прежнему будем использовать OFDMA - так, во всяком случае, считают в Qualcomm. Что поможет сохранить уже сделанные операторами инвестиции в силу преемственности технологических решений.
Важно отметить, что такое видение поддерживают и в 3GPP - организации, которая занимается разработкой 5G и стандартизацией соответствующих технологий.
У Qualcomm уже есть работающие прототипы устройств 5G, работающие с частотами о которых мы говорили выше. В частности, у нас есть прототип, работающий на частотах порядка 60 ГГц, реализующий стандарт 802.11 ad, этот прототип мы показывали на MWC-2016.
Сложность перехода на миллиметровый частотный диапазон в том, что принципиально меняется модемная часть устройств. Но это как раз основная компетенция Qualcomm! При том, что задача создания прототипа устройства, работающего в диапазоне миллиметровых волн не является тривиальной, мы уже разработали и показали действующий прототип.
Важно понимать, что переход к 5G не случается за пять минут. Стандартизация технологии 5G будет завершена в 2018 году. Эта технология вберет в себя прежде всего все то лучшее, что уже сегодня известно нам как LTE Advanced Pro. Но только к 20-му году мы ожидаем начала количественного перехода в качественный.
Для нас эпоха 5G началась еще в 2014 году, когда мы показали прототип платформы для использования под LTE нелицензированных диапазонов частот на MWC2014. Qualcomm активно работает с 3GPP в области стандартизации и остается флагманом среди лидеров, предоставляющих передовые разработки. Мы показали живое тестирование агрегирования нелицензируемого спектра вместе с операторами в ноябре 2015 года.
Следующая иллюстрация дает представление об основных активностях Qualcomm в разработке 5G и дорожной карте этих разработок.
Это достаточно формализованный график перехода к 5G, принятый всеми основными игроками рынка. Уже с 2016 года мы начали тестирования будущих технологических решений вместе с операторами, включая российскую большую тройку. Часть из этих решений относится к LTE Advanced PRO, часть - к переходным технологиям, например, гигабитному мобильному ШПД.
Совсем недавно, в сентябре 2016 года появилось "живое" решение SOC-модема для частот 60 ГГц с поддержкой 32 антенн для стандарта 802.11ad. Операторы уже могут с ним экспериментировать. Готов прототип системы, способной работать в диапазоне 28 ГГц.
Рисунок доносит важную мысль. Мы считаем, что с появлением 5G исчезнет разрыв в использовании таких известных технологий, как Wi-Fi и мобильная связь. Решена проблема поддержки голоса. Ряд западных операторов уже объявили о планах закрытия сетей 3G в 2022-2025 годах. С приходом 5G, вероятно, проблемы рассогласования сервисов и технологий возможно будут решены. Гаджет 5G, который будет в распоряжении человека, сможет работать в том диапазоне, в котором это будет возможно в данной точке для того, чтобы предоставить данную услугу наилучшим образом.
Целый ряд технологий, ставших стандартом LTE, вышли из наших лабораторий. И теперь это существенно упрощает для нас движение к 5G.
Завершая наше общение хотелось бы подвести итоги:
- сеть 5G - это не разные сервисы, а единая гомогенная инфраструктра, пригодная для оказания самых разнообразных услуг с использованием набора различных технологий.
- остается метод OFDM
- предлагается стандартизировать возможные сочетания различных полос частот
- все разработки ведутся с идеей сохранения ранее сделанных операторами инвестиций
- у Qualcomm уже сейчас есть достаточно эффективные решения для 5G.
- появляются новые крупные игроки рынка, которые ранее не занимались телеком-бизнесом - мы работаем совместно с этими участниками рынка.
+ +
Интересно? Полезно? Можете купить автору чашку кофе.
