5Gへの道

毎秒1ギガビットのワイヤレス接続のしきい値は、商用ネットワークの機器で克服され、「ビッグスリー」の国内事業者にほかなりませんでした。 ITUが4Gのデータ転送速度の要件を発表した当時から、これは業界にとって待望のイベントです。 時間が経つと、オペレーターの広告ポスターには、第4世代ネットワークに言及する魅力的なスローガンが登場し、国際フォーラムで、専門家はLTE = 4Gであり、WiMAXは「同じではない」と主張し、一方、スマートフォンでギガビットを見る加入者はいませんでした。 そして今回、このような壮大なイベントを見逃すことはできませんでしたが、実際に端末だけでなく加入者機器もギガビット速度に加速することができましたか？ 以下でこの問題に対処する必要があります。

ワイヤレスアクセスネットワークの世代別開発

新世代のワイヤレスデータテクノロジーは、10年ごとに進化を遂げています。 この傾向は、80年代にNMT（Nordic Mobile Telephone）に代表されるアナログ通信ネットワークの出現が始まって以来、第1世代1Gネットワ​​ークが無線信号のアナログ変調を使用し、音声トラフィックの送信のみを目的としていたときに観察されています。 以下は、1G加入者端末の簡単な説明です。





1Gテクノロジー

• アナログ信号を使用
  
  
• 2.4 kbpsの速度
  
  
• 周波数150 MHz以上
  
  

短所

• 弱いユーザー端末バッテリー
  
  
• 悪い音質
  
  
• 大きいサイズ
  
  
• データ保護なし
  
  
• 頻繁な接続の切断
  
  

90年代初頭、開発の飛躍が起こり、今日まで存在するGSM標準に直面して、アナログワイヤレスシステムがデジタルシステムに置き換えられました。 信号とデータを処理するためのデジタル方式の使用により、SMSメッセージと暗号化された音声トラフィックの形式でデジタル情報を送信することが可能になりました。 新しい革新的なソリューションは、第2世代の2Gネットワ​​ークと呼ばれていました。 ちなみに、1Gという用語は2Gと同時に登場し、その瞬間から、マネージャーが標準の開発を追い越そうとする競争が始まり、市場に登場する新しいテクノロジーとサービス（たとえばGPRS）を2.5G、2.75Gなどと呼びました



2Gテクノロジー

• SMS / MMSメッセージを送信できます
  
  
• 64 kbpsの速度
  
  
• 1Gを超える優れた音声品質
  
  

短所

• 弱いデジタル信号
  
  
• 低いパフォーマンス、複雑なデータ（ビデオなど）を処理することは不可能です
  
  

2.5Gテクノロジー

• GSM用のGPRSアドインを使用してパケットデータを転送する機能
  
  
• メールを送受信する
  
  
• Webブラウザーで作業する能力
  
  
• 速度64-144 kbps
  
  

2000年代の初めに、国際電気通信連合（ITU）は、第3世代の3G技術を記述した新しいIMT-2000規格を承認しました。 この規格の主な要件は、固定加入者に対して2 Mビットのデータ転送速度でインターネットサービスへのアクセスを提供することでした。 さまざまな通信事業者の広告が多数あるため、実際の3Gを整理するのはそれほど簡単ではないかもしれません。 実際、00年代前半には、多数のIMT標準ファミリが登場しましたが、その中で最も普及しているのは次のとおりです。ブロードバンド多元接続およびW-CDMAコード分割を備えたUMTS。 およびCDMA2000とIMT-MC。 ほとんどの場合、パケットトラフィックの高速伝送を可能にするHSPAアドインを備えたUMTSが3Gネットワ​​ークの標準として採用されています。



3Gテクノロジー

• 144 kbps-2 Mbps
  
  
• インターネットでの無料作業：メールの送信、ビデオトラフィックの表示、サイトのサーフィンなど。
  
  
• ネットワークでの作業時の個人データの高度なセキュリティ
  
  

最近の2010年に、ITUは第4世代ネットワークの要件を公開しました。 4Gは、100 Mbit / sのモバイル加入者と、固定の1 Gbpsで、IPを介したパケットデータ伝送速度を提供することになっています。 規格のこのような厳格な要件は近い将来達成できないように思われますが、通信事業者と通信機器の開発者は、「トレンド」になり競合他社を追い抜くために可能なすべてを行っています。 残念ながら、このような競争が始まると、ユーザーはまず苦しみます。 ITUには次世代ネットワークに対する厳しい要件があるため、これらの要件を満たす商用ネットワークの実装は、多くの場合実現不可能な企業です。



4Gテクノロジー

• 速度100 Mbps-1 Gbps
  
  
• 高速情報処理
  
  
• 低コストのトラフィック
  
  
• 大型バッテリー
  
  
• 高価なWAN展開機器
  
  
• スマートフォンは、他のコンピューターと単一のネットワークで作業する本格的なインターネットユーザーです
  
  

数年間、LTE / LTE-Advancedに代表される4Gネットワ​​ークは、加入者と通信事業者の「耳に聞こえます」が、平均的なユーザーには1ギガビットの速度は表示されません。彼女のサービス。 一方、第5世代5Gネットワ​​ークの標準に関する作業は本格的です。 これまでのところ、開発されたロードマップのみがパブリックドメインにありますが、それからでも物事の本質を理解するための多くの情報を得ることができます。



新世代のネットワークに関するすべての作業は、IMT-2020のフレームワーク内で実行されます。これは、IMT-2000とIMT-Advancedの続きです。 したがって、商用5Gネットワ​​ークの導入に関する作業は2020年に予定されており、すでに赤道を克服しています。 最大データ転送速度も発表されており、第5世代ネットワークの固定加入者の場合は20ギガビット/秒です。 このような帯域幅でネットワークを構築するための基盤は、1平方キロメートルの領域で100万台のIoTデバイスを接続できるセンセーショナルなIoT（モノのインターネット）です。 2018年2月、韓国のオリンピックで最初の5Gネットワ​​ークの可能性のデモンストレーションがすでに計画されています。

1ギガビット/秒のしきい値を超えました

ロシアのテレコムでは、第5世代ネットワークの開発が止まっておらず、2016年6月に商用ネットワークの1 Gbit / sの速度でのモバイルデータ転送のしきい値が克服されました。 これは、オペレータが20ギガビットの速度に到達するための小さなステップですが、そのような速度が実験室の条件でのみ実証された場合はそうではありません。 サンクトペテルブルク国際経済フォーラムMegaFonでは、端末機器の例を使用して、ファーウェイは1.24 Gb / sのピークデータダウンロード速度を実証しました。 プレゼンテーションの様子を以下に示します。表の左側にはHuawei端末デバイスが表示され、右側にはQualcomm LTEモデムが表示されます。







実験を実証するために、Huaweiの改造された基地局と端末機器が使用されました。上の写真では、白と緑の装飾パネルのためにそれらが取り外されています。 ロシア連邦の領土で販売されている機器はまだ登場していないため、正確なモデルを示すことはできません。 これは、Huawei DBS3900 BSの修正版であることが知られていますが、そのボード上には、ギガビットのトラフィック量を処理できるより強力なプロセッサボードがありました。 基地局には、標準の交差偏波+45 ⁰ 、-45 ⁰を使用したリモートアクティブアンテナユニットAAU3961が装備されていました。 また、ギガビット接続を編成できるようにするプロトコル構成も必要でした。 今日、中国企業のファーウェイは第5世代ネットワークへの最大の投資家であり、意欲的なスピードを達成するための技術の研究に大きく貢献しています。



ボックスの内側を覗くことはできませんでしたが、一般に、使用されるベースステーションの視覚的表現は、下の図、それぞれのRRU（左）およびBBU（右）モジュールから取得できます。







アセンブリは次のようになります。







ベースステーションの帯域幅をテストするには、最大10 Gb / sの速度をサポートするサーバーネットワークカードを搭載したPCを使用する必要がありました。 接続は、光ケーブルを介して行われました。

加入者デバイスとして、ギガビット速度のワイヤレス接続をサポートする、変更されたQualcomm Snapdragon X16 LTEモデムが使用されました。







このモデムのプロセッサは、256-QAM変調によるデジタル信号処理を提供でき、64-QAMと比較してデータ転送速度が30％向上します。 そしてもちろん、そのような速度になると、今日ではMIMOとキャリアアグリゲーションなしではできません。 このモデムは、2つのキャリアでMIMO 4x4を実装します。さらに、モデムは20 MHzの幅を持つ4つの周波数チャネルを集約できます。 ところで、今日のロシアには、20 MHzの4つのキャリア周波数を集約できる単一のオペレーターはありません。 この数字に最も近いのはMegaFonで、3つのキャリアを自由に使用できます。 ダウンリンクトラフィックに関連するモデムのリストされた機能。 アップリンクについては、20 MHzで最大2つのキャリアの集約、64-QAM変調、最大75 Mbit / sの2つのストリームのサポートなど、物事はそれほどカラフルではありません。 したがって、モデムは、ダウンリンクで1ギガビット/秒、アップリンクで150メガビット/秒のワイヤレスデータ転送をサポートします。



MIMOテクノロジーの最高のパフォーマンスと4x4モードを確保するために、エレガントなKvalkomovskyモデムを4つの外部オムニアンテナでアップグレードする必要がありました。もちろん、このソリューションはデバイスの基本構成には含まれていません。







しかし、クアルコムの加入者端末は、ギガビットに近い速度を示しましたが、Huawei端末デバイスでは記録に残りませんでした。







端末デバイスは、特定のタスク用に特別に構成され、合計12個のアンテナを使用しました。各帯域に3個です。 これらの大きなものは明らかに1800 MHz帯域で動作します。 Huaweiの端末のテスト中に、最大速度1.245 Gbit / sおよび平均速度1.137 Gbit / sが実証されました。









1 Gbit / sのしきい値を克服する主張された速度を実証するために、3つのキャリアの集約を使用しました。1800MHz帯域から20 MHz（バンド3）、2600 MHz帯域で20 + 20 MHz（バンド7）。 256-QAMおよびMIMO 4x4テクノロジーであるこの機器には、可能な限り変調が使用されました。 ところで、MegaFonは周波数の利点を繰り返し使用しているため、2015年の初めに、同社は3つの周波数チャネルの集約を使用して、LTEネットワークで450 Mbpsの速度を実証しました。







したがって、事業者のインテグレーターは、ワイヤレステクノロジー向けの既存および市販のトップエンドソリューションを正しく構成およびデバッグしました。 最大手のメーカーであるクアルコムとファーウェイとの協力により、このジャンプを実現することができました。 そして今回、無線アクセスの世代の発展の歴史が新たなラウンドを作り、既存の技術的ブレークスルーは4.5Gと位置付けられています。 繰り返しになりますが、マーケティング担当者は、世界的なトレンドの呼びかけに従って、標準を自分の手で管理します。 技術ソリューションの正式名称はLTE-Advanced Proです。

インテグレーターの質問への回答

速度はどのエリアでテストされ、インターネットはどのような品質で大都市になりますか？



テストは実際に理想的な条件下で実施されました。 1人の加入者は、セクター内で良好な無線状態にあり、隣接セルからの干渉は除外されました。 実際の状況でデータ転送速度がどうなるかを言うのは難しいですが、あまりにも多くの異なる要因が影響します。



ネットワークに接続しているサブスクライバーの数と、ネットワーク帯域幅のテスト中にベースステーションからの距離はどれくらいでしたか？



テスト端末とアンテナ間の距離は5 mを超えませんでした。



ユーザーは、メトロポリスでベースステーションから1 Gbpsの距離を取得できますか？



1 Gbit / sのオーダーのデータ転送速度を達成するための重要な条件は、256-QAM変調の使用です。これにより、64-QAM変調と比較してデータ転送速度が約30％増加します。 1 Gb / sのオーダーのピーク速度は、個々のホットスポットでのみ加入者が利用できます。



5Gネットワ​​ークを介してパケットTVトラフィックを転送することを計画していますか？おそらく特別な料金プランがすでに開発されているのでしょうか？



技術的には可能です、関税と内容の記入に関する合意の問題。



以前のように、ベースステーションにインストールされているユニット/モジュールの一部を交換することで5Gネットワ​​ークをスムーズに統合することは可能ですか、それとも機器の完全な交換が必要ですか？



第5世代ネットワークの展開の可能なシナリオは、2018年の標準のパイロットプロジェクトの完了後に明らかになります。追加の周波数範囲を使用する場合、近代化が必要になる可能性があります。



3G / 4Gステーションから第5世代のベースステーションに「変わる」ために、どのベースステーションモジュールを交換する必要がありますか？



現在、この問題についてコメントすることは不可能です。 まず、無線モジュール。



「ネットワークテストは、Huawei端末機器とQualcomm加入者端末プロトタイプを使用して実施された」と以前に述べられていました。 加入者端末の「プロトタイプ」にはどのような寸法がありましたか？ 明らかに、彼はリモートアンテナモジュールを持っていましたか？



Qualcomm加入者端末のプロトタイプは17.5 x 8.5 x 2 cmでした。はい、プロトタイプには4つのリモートアンテナがありました。



それでも、1ギガビットの速度を実現するには、MIMO 4x4テクノロジーを使用して、加入者と基地局の間でいくつかの伝送チャネルを編成する必要があります。 4つのアクティブアンテナを備えた加入者端末の消費電力はどのくらいですか？



クアルコムが提供するプロトタイプには外部電源がありました。 現在のエネルギー値は、市販の端末が表示された後に明らかになります。 4つのアンテナは受信専用に使用されていることに注意してください。 データ送信の場合、端末は1つのアンテナのみを使用します。



MIMOの動作モードを正しく実装するために、トランシーバーアンテナは互いにどのくらい離れている必要がありますか？



基地局のアンテナについて話している場合、標準アンテナの1つのハウジングに配置できます。 たとえば、AAU3961のサイズは1550 x 370 x 230 mmです。



加入者端末のアンテナについて話している場合、すべては端末メーカーが使用するエンジニアリングソリューションに依存します。 プロトタイプのクアルコムリモートアンテナは、互いに約20 cmの距離に配置されていました。



セクターごとに何人の加入者がHuawei社のテスト機器をサポートしていますか？ 満載の機器でどのような実際の速度を得ることができますか？



最大-BSカードあたり10,800人のサブスクライバー。このような2つのカードがテストレイアウトに関与しました。 機器が完全にロードされているときの実際のデータ転送速度は、アクティブな加入者の数とセル内での分布、干渉条件など、多数の要因に依存します。



ピークデータレートを実装する場合、1つのフレームでいくつのOFDMAシンボルが送信されますか？



LTE-Aの進化を実証しました。 通常のCPが使用されました。 したがって、各サブフレームには7つのOFDMシンボルがありました。



第5世代の基地局を使用しているが、加入者の端末が変更されない場合（1つのアンテナと古いソフトウェアがあります）、今日、モバイル加入者に提供できるデータ伝送速度は？



5G標準と前世代との後方互換性はありません。 したがって、古い端末を持つ加入者は、第5世代ネットワークでサービスを受けることができなくなります。

おわりに

明らかに、各加入者に1 Gbit / sの無線チャネルで実際のデータ転送速度を提供するには、第5世代ネットワークテクノロジーの実装には、基地局だけでなく加入者のモバイルデバイスの交換と近代化が必要になるため、さらに時間がかかります。 彼らにとって、以前のように、つまずきのブロックはエネルギー消費とMIMO技術の実装の微妙さ（結局、モバイルデバイスのサイズが限られている）のままであり、さらに、256-QAM変調を解読するために性能が必要であるため、加入者デバイスのプロセッサの計算能力は限られています。



ただし、通信機器の世界的な大手メーカーおよび開発者は、5Gネットワ​​ークに近づけるデバイスを作成するために懸命に取り組んでいます。たとえば、クアルコムはすでに、最大600 Mbpsの速度でスマートフォンにデータをダウンロードできるSnapdragon 820チップセットを大量生産しています。



無線チャネルを介したデータ伝送の詳細には微妙な微妙なニュアンスがあり、数年で通常のモバイル加入者が1 Gbit / s程度のピークデータ転送速度を利用できない場合でも、ワイヤレスインターネットの速度が2〜3倍速くなることが確実に保証されます。 さらに、速度のしきい値は克服され、モノのインターネットはさらに緊密になりました。 すぐに、建物全体の単一のワイヤレスコンピューターネットワークからのすべてのエンジニアリングシステムとガジェットの作業はフィクションでなくなります。 「スマートホーム」の管理から「スマートシティ」の管理まで、すぐに実行できます。 想像してみてください。渋滞のない都市。 各居住者の健康に関する情報が医療センターに即座に送信される都市では、緊急事態が勢いを増す前にローカライズおよび防止されます。 おそらくこれは、第6世代および第7世代のワイヤレスネットワークの外観でしょうか？