Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до 6G
Авторы: Семенов Олег Юрьевич, Давлетов Руслан Русланович, Чаппаров Фарид Хамзаевич, Сафроненко Светлана Анфисовна, Шафикова Альбина Фазировна, Гамидов Фарид Максимович
Рубрика: Электроника, радиотехника и связь
Опубликовано в Техника. Технологии. Инженерия №3 (9) июнь 2018 г.
Дата публикации: 31.05.2018
Статья просмотрена: 585 раз
Библиографическое описание:
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до 6G / О. Ю. Семенов, Р. Р. Давлетов, Ф. Х. Чаппаров [и др.]. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2018. — № 3 (9). — С. 3-6. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/95/3415/ (дата обращения: 26.04.2024).
В работе представлены системы сетей следующего поколения: от 2G до 6G, рассмотрены инженерные решения при разработке оборудования связи технологии 5G, показаны технические характеристики различных стандартов и перспективы использования передачи данных на высоких частотах радиоволнового спектра выше 6 ГГц.
Ключевые слова: NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, интернет вещей, IoT, Messenger, LTE, системы телекоммуникаций, сети следующего поколения.
Современные смартфоны позволяют пользователям иметь мобильный доступ к различным автоматизированным сервисам информационных систем глобальной сети интернет, передавать текстовые и графические сообщения, просматривать изображения и видеофайлы, работать с навигацией, одним касанием оплачивать товары и услуги, следить за состоянием здоровья, получать услуги авто-помощника и осуществлять связь с различной телекоммуникационной инфраструктурой. Это стало доступно благодаря развитию мобильного интернета — сетей передачи данных, развитие которых тесно связано с таким понятием как Next generation networks (NGN) — сетей следующего поколения. Сети NGN объединяют и дополняют другие сети, такие как IP-сети, ТФОП, голосовую речь, а также включают в себя интеграцию набора мультимедийных услуг [1–2].
Сети передачи данных берут своё начало с 1980 года — появления первого аналогового стандарта мобильных коммуникаций, скорость которого достигала всего лишь 5,6 кбит/с. Этой скорости в наше время будет уже недостаточно для многих привычных нам задач. Далее 1991 году появляется стандарт GSM, по другому сети 2G и скорость уже достигала 19,5 кбит/с. Скорость последнего усовершенствования GSM, который получил название стандарт EDGE, достигала 474 кбит/с. Последние стандарты 3G и 4G позволяют передавать данные со скоростью 3,6 Мбит/с и 150 Мбит/с. В 2014 году компании МТС удалось увеличить скорость в сетях третьего поколения до уровня LTE за счёт разделения используемых частот на три канала, что позволило после модернизации базовых станций, увеличить скорость до 63 Мбит/с и при этом средняя скорость передачи данных стала превышать 20 Мбит/с.
В настоящее время также идет активное тестирование сетей пятого поколения (5G), международное внедрение которое планируется завершить к 2020–2022 годам. Первые тесты были проведены и в России в 2016 году, компаниями Мегафон и МТС, где была достигнута рекордная скорость 25 Гбит/с. Такой скорости вполне хватает, чтобы просматривать без задержек видео в формате 8К или загрузить фильм в формате HD менее чем за три секунды. Для этих целей МТС закупил у компании Ericsson аппаратное обеспечение для сетей беспроводной связи, основное оборудование и новые версии решений Mobile Softswitch Solution (MSS) и User Data Consolidation (UDC), обеспечивающих консолидацию всех пользовательских данных в сети. Кроме того, Ericsson поставит программные решения для массового внедрения Интернета вещей (Internet of Things, IoT), обеспечивающие передачу данных от счётчиков и сенсоров с использованием технологий NB-IoT и Cat-M1.
«Решения Ericsson покрывают растущие потребности МТС в пропускной способности и готовят сеть оператора к огромным переменам, которые повлекут за собой внедрение услуг на базе технологий 5G и IoT. Развитие сетей 5G обеспечит быстрый рост цифровизации всех отраслей, создаст и улучшит множество сценариев использования: например, игры с эффектом присутствия, автономный транспорт, удалённая роботизированная хирургия и услуги технической поддержки и ремонта, основанные на технологии дополненной реальности», — прокомментировал заключение соглашения с МТС глава компании Ericsson в Европе и Латинской Америке Арун Банзал [3].
В чем разница 5G и 4G, рассмотрим, как устроена сеть 5G, для начала разберём такие понятия как длина и частота волны. Длина волны обратно пропорционально частоте, то есть чем короче длина волны, тем больше частота. Известно, что высокая скорость передачи получается в результате модуляции волн высокой частоты; чем больше скорость, тем больше частота и тем короче длина волны.
В сетях третьего и четвертого поколения возникали проблемы с помехоустойчивостью. Межсимвольная интерференция является одной из разновидностей помех, она появляется в результате взаимодействия пакетов (символов) передаваемых данных, например, вследствие многолучевого распространения сигнала, вызванного переотражением волн. Решением данной проблемы стала разработка и внедрение OFDM — систем. Так сети LTE устойчиво работали на частотном диапазоне от 2500 до 2700 МГц (Рис.1). Но в сетях пятого поколения диапазон радиочастот составляет от 6 ГГц до 300 ГГц (миллиметровый спектр радиоволн), этот диапазон получил название высокочастотный диапазон миллиметрового спектра радиоволн.
Рис. 1 Радиочастотный диапазон в NGN
Миллиметровый спектр радиоволн передает большой объем данных на высоких скоростях, но он не охватывает низкочастотный диапазон радиоволн, на которых работают сети LTE и плохо проходит через препятствия стен зданий и других сооружений. Как следствие этого зона покрытия базовой станции в сетях 5G будет уменьшаться по мере роста используемой частоты. А это значит, понадобится больше базовых станций, чтобы получить тот же охват что и для сети LTE. К примеру, в Нью–Йорке 1251 базовая станция и для устойчивого покрытия 5G понадобиться ещё 635 639 станций, то есть увеличить более чем в 500 раз [по данным UBS Evidence Lab]. Затраты будут колоссальные, при этом нужно отметить, что обычный пользователь, который пользуется мобильным интернетом и просмотром фильмов особой разницы не заметит.
Инженерные решения при разработке оборудования для 5G были связаны с темой оборудования, которое должно быть внедрено в сети пятого поколения. Нужно отметить, что компания Intel и Qualcomm активно ведут разработки электронных приборов усиливающих сигнал миллиметровых радиоволн. Так, например компания Intel разработала платформу Intel 5G Mobile Trial Platform, предназначенную для обеспечения гибкости и мощности в обработке данных, удовлетворяющих требованиям стандарта 5G.
Данное устройство состоит из трёх подсистем:
‒ Процессор базового сигнала, работающий от Altera Arria 10 FPGA, который позволяет быстро обновлять обрабатывающие слои тестовой платформы 5G и гибко отслеживать разработку технологии 5G-интерфейса;
‒ Расширенный радиочастотный блок, поддерживающий работу в полосах частот 6 ГГц, сантиметровых и миллиметровых волн, а также возможности MIMO с двумя потоками или четырьмя потоками;
‒ Стек протокола связи на базе процессора Intel® Core ™ i7.
Оптимальная архитектура платформ этих подсистем позволяют осуществлять:
‒ Использование в различных конфигурациях и геозондах, включая идентифицированные полосы операций и расширяемую архитектуру для других диапазонов;
‒ Массивную пропускную способность данных в диапазоне от 100 до 800 МГц;
‒ Поддержку формирования луча и фазового массива на частотах сантиметровых и миллиметровых волн;
‒ Поддержку широкополосной многопоточной работы на частотах до 6 ГГц;
‒ Мультигигабитную симметричную скорость загрузки;
‒ Поддержку передачи данных через IEEE 802.11 Wi-Fi и WiGig;
‒ Сетевой дизайн для услуг сверхнизкой задержки и сверхплотная массивная технология MIMO, а также поддержка одноплатформенных и многоплатформенных режимов;
‒ Расширение существующих инвестиций LTE посредством поддержки LTE-5G с двумя подключениями.
Платформа 5G Mobile Trial, не единственная разработка Intel по продвижению 5G. Об успехах в этой области заявили и в компании Qualcomm Technologies, China Mobile и ZTE. Их сотрудникам удалось разработать сквозную систему тестирования на совместимость передачи данных 5G New Radio (NR), основанную на быстро развивающемся стандарте 3GPP R15. Разработанная инженерами система включает в себя систему-прототип Qualcomm 5G ZR sub-6 GHz UE и предсерийный образец базовой станции ZTE 5G NR. Такая конфигурация оборудования позволяет передавать данные на пиковой скорости в несколько гигабит в секунду и при значительно более низких задержках по сравнению с 4G-оборудованием. Таким образом, успешно продемонстрировав рабочую IoDT-систему, компания Qualcomm может теперь сфокусироваться на масштабировании и дальнейшем развитии аппаратной части 5G-систем [4].
Проанализировав успехи данных разработчиков, нужно отметить, что разработки по созданию и внедрению сетей следующего поколения ведутся и результаты есть. Были разработаны и модернизированы технологии передачи данных на высоких частотах радиоволнового спектра, есть перспективы использование частот выше 6 ГГц. Дальнейшее развитие сетей пятого поколения должно быть направленно на информатизацию инфраструктуры и общества. Должны быть привлечены новые участники, которые смогут направить данную технологию на различные сферы общества такие как, медицина, образование, автотранспорт, цифровая экономика, строительство, производство и добыча сырья.
Литература:
- Семенов О. Ю. Взаимодействие систем сигнализации R1.5 и R2 в сетях связи / XXII Международная научно-практическая конференция «Вопросы современных научных исследований». — Вестник современных исследований. — 2018, № 4–2 (19), с 299–304.
- Семенов О. Ю. Подключение абонентов ТфОП к сети IP в рамках концепции NGN / Шафикова А. Ф., Семенов О. Ю. // IV Всероссийской конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века», СурГУ, 29–30 ноября 2017г.
- https://www.ericsson.com/en/about-us/corporate-governance/management/arun-bansal
- https://newsroom.intel.com/tag/intel-5g-mobile-trial-platform/
Ключевые слова
Интернет вещей, LTE, системы телекоммуникаций, NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, IoT, Messenger, сети следующего поколенияПохожие статьи
Моделирование дальности действия и пропускной способности...
Также в сетях LTE имеется возможность использования много-антенной технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output).
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до... А это значит, понадобится больше базовых станций, чтобы получить тот же охват что и...
Исследование использования новых стандартов сотовой связи...
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до... Ключевые слова: NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, интернет вещей, IoT, Messenger, LTE, системы телекоммуникаций, сети следующего поколения.
Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE
С точки зрения терминала узел ретрансляции представляется «обычной» базовой станцией.
Основные термины (генерируются автоматически): LTE, HSPA, сеть, мобильная связь, ITU, функция ретрансляции, высокая скорость передачи данных, агрегация спектра, Релиз, узел...
Сети NGN. Текущее состояние и перспективные пути оптимизации...
Указанные особенности отличают сети NGN от обычных телефонных и IP- сетей, наиболее широко распространённых
Иной способ решения проблемы это использование сети Интернет в качестве сети доступа.
Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE.
OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...
Ключевые слова: OFDM-сигналы, пилот-сигналы, проектирование NGN, технологии MIMO, каналы с многолучевым распространением сигнала.
Развитие технологий мобильных устройств, беспроводных локальных сетей (WLAN) и стремительный рост Интернет вызывают...
Точности определения местоположения подвижных наземных...
Ключевые слова: NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, интернет вещей, IoT, Messenger, LTE, системы телекоммуникаций, сети следующего поколения. Исследование использования новых стандартов сотовой связи...
Преимущества уравнивания с использованием множественного...
On the design of a MIMO-SIC receiver for LTE downlink.
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до 6G.
‒ Расширенный радиочастотный блок, поддерживающий работу в полосах частот 6 ГГц, сантиметровых и миллиметровых волн, а также возможности...
Моделирование качества обслуживания вызовов...
GSM, GPRS, EDGE, GMSK, BTS, мобильный телефон, мобильная связь, высокая частота, базовая станция, речевой сигнал. Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE.
MIMO және OFDM технологияларын пайдаланатын жылжымалы...
Также в сетях LTE имеется возможность использования много-антенной технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output). Исследование использования новых стандартов сотовой связи... Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до...
Похожие статьи
Моделирование дальности действия и пропускной способности...
Также в сетях LTE имеется возможность использования много-антенной технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output).
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до... А это значит, понадобится больше базовых станций, чтобы получить тот же охват что и...
Исследование использования новых стандартов сотовой связи...
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до... Ключевые слова: NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, интернет вещей, IoT, Messenger, LTE, системы телекоммуникаций, сети следующего поколения.
Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE
С точки зрения терминала узел ретрансляции представляется «обычной» базовой станцией.
Основные термины (генерируются автоматически): LTE, HSPA, сеть, мобильная связь, ITU, функция ретрансляции, высокая скорость передачи данных, агрегация спектра, Релиз, узел...
Сети NGN. Текущее состояние и перспективные пути оптимизации...
Указанные особенности отличают сети NGN от обычных телефонных и IP- сетей, наиболее широко распространённых
Иной способ решения проблемы это использование сети Интернет в качестве сети доступа.
Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE.
OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...
Ключевые слова: OFDM-сигналы, пилот-сигналы, проектирование NGN, технологии MIMO, каналы с многолучевым распространением сигнала.
Развитие технологий мобильных устройств, беспроводных локальных сетей (WLAN) и стремительный рост Интернет вызывают...
Точности определения местоположения подвижных наземных...
Ключевые слова: NGN, GSM, мобильный интернет, технологии 5G, интернет вещей, IoT, Messenger, LTE, системы телекоммуникаций, сети следующего поколения. Исследование использования новых стандартов сотовой связи...
Преимущества уравнивания с использованием множественного...
On the design of a MIMO-SIC receiver for LTE downlink.
Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до 6G.
‒ Расширенный радиочастотный блок, поддерживающий работу в полосах частот 6 ГГц, сантиметровых и миллиметровых волн, а также возможности...
Моделирование качества обслуживания вызовов...
GSM, GPRS, EDGE, GMSK, BTS, мобильный телефон, мобильная связь, высокая частота, базовая станция, речевой сигнал. Технологии широкополосного мобильного доступа в сетях LTE.
MIMO және OFDM технологияларын пайдаланатын жылжымалы...
Также в сетях LTE имеется возможность использования много-антенной технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output). Исследование использования новых стандартов сотовой связи... Сети следующего поколения NGN стандарта GSM — от 2G до...