Эксперты компании Ericsson поделились своим мнением о том, что нужно для того, чтобы технология 5G полностью раскрыла свой потенциал. В статье рассматриваются варианты использования различных частот и их взаимосвязь с архитектурой 5G.
Что мешает распространению 5G?
Российские операторы активно интересуются возможностями 5G — все они уже протестировали технологии 5G для разных сценариев использования. Операторы закупают оборудование и проводят необходимую модернизацию сетей. Основная проблема, препятствующая запуску 5G, — нерешенность частотного вопроса. Для реализации всех задач и ожиданий от технологии пятого поколения в России необходима комбинация из трех областей частотных диапазонов: ниже 3 ГГц — для широкого покрытия и умеренной емкости, от 3 до 6 ГГц — для высокой емкости, свыше 26 ГГц — для сценариев со сверхвысокой емкостью и для промышленной автоматизации. Отсутствие любого из этих частотных компонентов ведет к существенному увеличению сроков и стоимости внедрения сетей пятого поколения, вплоть до практической невозможности решить эту задачу с экономической целесообразностью.
Ориентируемся на автономную архитектуру
Раскрыть все возможности 5G-технологий в России можно, только освободив средние диапазоны частот и в первую очередь 3,5 ГГц. Для использования всего потенциала 5G (сверхнизкие задержки, гибкое управление качеством обслуживания, слайсинг), необходимо с самого начала ориентироваться на автономную архитектуру 5G и поддерживать все перечисленные диапазоны. Помимо этого, для создания 5G-покрытия, сравнимого с текущими технологиями, требуется обеспечить технологическую нейтральность используемых сегодня диапазонов 2G/3G/4G — тогда на этих же частотах можно будет развернуть технологии 5G. Речь идет о полосах частот в диапазонах 800 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц и 2600 МГц.
Как эволюционировала 5G
Взаимосвязь частотных диапазонов и архитектуры 5G по шагам:
Шаг 1. Введение нового среднего диапазона NR Non Stand Alone — NSA чтобы разгрузить сети LTE. При уверенном NR приеме передача данных по линии вниз (Downlink) и вверх (Uplink) находятся внутри сигнала NR. Как известно, покрытие определяется Uplink. Как только появляются проблемы с передачей данных в NR Uplink, используется механизм Dual Connectivity — DC для установления сигнализации и Uplink Data в низком диапазоне LTE. Таким образом, абонент продолжает получать пользовательский трафик по линии вниз Downlink через NR. На рисунке показана якорная несущая NSA LTE, например, в диапазоне 800. Такой подход позволяет увеличить зону покрытия NR TDD
Шаг 2. Основной шаг для начала внедрения NR. Происходит активация дополнительного спектра для использования в NR. Выделяется одна несущая в LTE FDD спектре с полосой свыше 10МГц и внедряется механизм динамического распределения спектра Ericsson Spectrum Sharing ESS, На примере представленном на рисунке для ESS выбран диапазон 1800. В качестве якоря NSA LTE также выбран диапазон 800. Нельзя запускать якорь и ESS в одном диапазоне из-за ограничения в терминальном оборудовании — необходимо одновременное использование одного MCPA для двух технологий на одной частоте. Если якорь будет в среднем диапазоне (например, 1800 или 2100), то необходимо активировать NR на низкой частоте через ESS. Установление канала Uplink также возможно в низком диапазоне LTE.
Шаг 3. Внедрение NR Stand Alone — SA. На этом этапе уже необходим запуск Dual Mode Core, ядра сети, поддерживающего технологию 5G и LTE в полном объеме. В перспективе ожидается внедрение чистого нового низкого диапазона 700 и происходит полный перенос сигнализации и Uplink пользовательского трафика в диапазон 700. Это критически важно для увеличения покрытия в NR. Если нет диапазона 700, то важно найти тот низкий FDD диапазон, где проникновение 5G терминалов и трафика создадут возможным переход на новую технологию. Агрегация несущих Carrier aggregation — СА между тремя NR диапазонами будет возможна, когда трубки будут это поддерживать, сейчас большинство терминалов поддерживает СА только с одним диапазоном FDD. В случае NSA зa счет DC остается возможность сагрегировать LTE и NR потоки 2+2 несущих. С внедрением SA станут возможны новые сервисы и применения: например, NR Slicing гарантирует выделение ресурса сети с заданным качеством для определенного типа сервиса и многие другие, требующие высокой емкости и низких задержек.
Шаг 4. Внедрение миллиметрового диапазона. В этом диапазоне ожидаются широкие полосы, от 100МГц и, соответственно, высокие скорости. Для увеличения покрытия NR используется также механизм Dual Connectivity с более низким диапазоном LTE.
Шаг 5. Использование полноценного NR SA ожидается, когда проникновение терминалов 5G будет свыше 70%, но какие-то абоненты LTE будут оставаться в сети операторов, и при широком использовании ESS, будет происходить, по сути, закат технологии LTE. Как только терминалы начинают поддерживать максимальное количество несущих, достигаются максимальные скорости в DL даже при загруженной сети — полноценной развитие NR сети во всех диапазонах.
Что показал анализ эффективности спектра?
Но как внедрять 5G если средний диапазон не доступен для NR? Эксперты Ericsson провели анализ эффективности использования существующего спектра. На рисунке приведены результаты моделирования. По оси горизонтали показана доля NR от общего трафика в процентах, а по вертикали емкость в соте или плотность трафика Мбайт в секунду на квадратный километр. Для анализа используются типовые полосы в существующих диапазонах: в диапазоне 700 — 10Мгц, в остальных диапазонах — 20Мгц. Показаны возможные зависимости для различных вариантов реализации, соответствующих шагам внедрения SA. Видно, что при переходе от шага к шагу меняется объем NR трафика — чем больше доступно NR спектра, тем круче кривая.
- Пока трафик не достиг 10%, то эффективным является Шаг 1, когда используются технологии LTE диапазоны и ESS LTE в агрегации с диапазоном NR.
- В интервале от 10 до 70% доли NR — эффективным является шаг 2, когда используются технологии ESS LTE в агрегации с диапазоном NR, свыше 70% — шаг 3, когда в NR переходит большая часть диапазонов.
Таким образом, на основе моделирования показаны оптимальное применение ключевых технологий ESS, NSA, SA, DC и CA для наиболее эффективной реализации 5G. Итак, для внедрения 5G и эффективного развития сетей необходимы средние диапазоны TDD, требуется выработать нормативную базу для масштабного внедрения ESS, необходимо выработать баланс при использовании новых и существующих диапазонов для 5G, целевой должна стать архитектура на основе одновременного использования технологий ESS и SA. Но надежда все-таки есть, что регулятор выдаст новые 3,5ГГц вместе с 700МГц для полноценного развития российских сетей 5G!