Приложение № 1...Таблица П1.1 – Развитие технологий...

Приложение № 1

Анализ и оценка мировых тенденций развития

радиотехнологий и систем связи

Анализ и оценка мировых тенденций развития радиотехнологий и систем связи

Развитие радиотехнологий неразрывно связано с развитием систем радиосвязи и

услуг связи. Совокупность РЭС, функционирующих на некоторой выбранной территории

на определенном интервале времени с использование ресурсов радиочастотного спектра,

определяют радиоэлектронную обстановку.

Состояние радиоэлектронной обстановки оценивается по типу РЭС, используемым

радиотехнологиям, областям применения РЭС, местам размещения РЭС, используемым

ресурсам радиочастотного спектра (диапазоны и полосы частот).

Основными типами РЭС в настоящее время являются:

базовые станции для сетей подвижной радиотелефонной связи, подвижной

радиосвязи;

ретрансляторы для сетей подвижной радиотелефонной связи, подвижной радиосвязи;

пользовательские устройства для сетей подвижной радиотелефонной связи,

подвижной радиосвязи;

точки доступа для сетей беспроводного широкополосного доступа;

передатчики для сетей телевизионного вещания;

передатчики для сетей радиовещания;

земные станции для сетей фиксированной спутниковой связи;

радиорелейные станции миллиметрового диапазона радиоволн;

приемопередатчики для организации радиолиний типа «точка-точка», «точка-

многоточка», «многоточка-многоточка»;

приемопередатчики для организации оптических атмосферных линий радиосвязи;

устройства малого радиуса действия.

Каждый из перечисленных типов РЭС функционирует на основе определенной

радиотехнологии. При этом большинство радиотехнологий являются цифровыми,

используют широкополосные сигналы, алгоритмы адаптации энергетических, частотных и

временных параметров сигналов; позволяют получать выигрыш от многолучевого

распространения (что особенно важно для городских сред). Радиотехнологии

обеспечивают связь между РЭС при нахождении их как в прямой, так и в непрямой

видимости относительно друг друга.

Радиотехнологиями, имеющими наибольшее применение в настоящее время,

являются:

радиотехнологии для сетей подвижной радиотелефонной (сотовой) связи различных

поколений:

- 2G, включающие стандарты GSM, GPRS, EDGE;

- 3G, включающие стандарты UMTS, HSPA и HSPA+, HSDPA и HSUPA;

- 4G, включающие стандарты LTE и LTE-Advanced;

радиотехнологии для сетей подвижной (транкинговой) радиосвязи – TETRA, DMR;

радиотехнологии для сетей телевизионного вещания – DVB-T/T2, DVB-H, DVB-S2;

радиотехнологии для сетей радиовещания – DRM, T-DAB;

радиотехнологии для сетей широкополосного радиодоступа – IEEE 802.11

a/ac/ad/af/b/g/n/, IEEE 802.22;

радиотехнологии, используемые устройствами малого радиуса действия – Bluetooth,

ZigBEE, IEEE 802.11p, Weightless

Области применения РЭС многочислены. Они отличаются друг от друга задачами,

которые должны решать РЭС, требованиями к количеству РЭС и условиями для их

функционирования. К областям применения РЭС относятся:

сеть связи общего пользования;

технологические сети (организаций по энергетике, транспортным перевозкам,

промышленным производством и др.);

сети связи, функционирующие во время крупных мероприятий (чемпионаты мира,

олимпийские игры, гонки «Формулы 1», саммиты и др.).

РЭС отличаются друг от друга размерами (от миниатюрных сенсоров до

передатчиков телевизионного вещания), энергопотреблением (от сотых ватта до единиц

киловатта), зависимостью функционирования от вспомогательных систем (отопления,

вентиляции, источников электропитания), способами размещения. Отличия определяют

различные места размещения. Местами размещения РЭС являются:

территории с высокой плотностью населений (города, крупные населенные пункты);

территории с низкой плотностью населения и труднодоступные территориии;

здания, включающее размещение внутри здания и снаружи здания;

объекты придорожной инфраструктуры (столбы, осветительные опоры и др.);

транспортные средства;

объекты, располагающиеся под землей (подземные переходы, станции

метрополитена);

тело человека (беспроводные браслеты, беспроводные гарнитуры), животных

(беспроводные датчики для отслеживания перемещений домашних и диких

животных);

бытовые приборы;

роботы, радиоуправляемые самолеты, вертолеты, квадрокоптеры

Развитие систем радиосвязи, относящихся к ним РЭС, и реализуемых на их основе

услуг связи приводит к изменению радиоэлектронной обстановки. При анализе важным

является определение динамики изменения. Динамика изменения РЭО характеризуется:

повышением уровня автоматизации многих процессов, связанных с

жизнедеятельностью людей (например, умный дом, умный город, интеллектуальный

транспорт);

появлением новых приложений, требующих обширного применения различных

радиотехнологий (например, Интернет вещей, Тактильный Интернет,

Интеллектуальные транспортные сети, глобальная медицинская система, экологически

эффективные системы связи; голографическое телевидение, дополненная реальность,

управление роботами, удаленная хирургия,

переходом от применения аналоговых радиотехнологий к применению цифровых;

потребностью в снижении капитальных и операционных затрат на развертывание и

эксплуатацию сетей радиосвязи

потребностью в снижении воздействия на окружающую среду, проявляемом в

повышенном потреблении электроэнергии, утилизации устройств радиосвязи и

вспомогательных систем, обеспечивающих функционирование устройств радиосвязи

(аккумуляторные батареи, системы заземления и др.)

созданием универсальных аппаратных платформ, позволяющим создавать и изменять

системы и сети радиосвязи за счет программного обеспечения (т.е. технологии

радиосвязи реализуются программным способом), а не за счет замены аппаратных

платформ

внедрением подходов по совместному использованию сетевой инфраструктуры и

ресурсов радиочастотного спектра несколькими операторами связи (network sharing,

MVNO)

резким (экспоненциальным) увеличением количества РЭС различных типов и в

особенности базовых станций и ретрансляторов для сетей подвижной

радиотелефонной связи;

формированием потребности в передаче сверхбольших объемов данных;

внедрением новых режимов организации соединений между устройствами радиосвязи:

переход от установления соединений через базовые станции к установлению

соединений напрямую между устройствами при нахождении их в зоне покрытия друг

друга (например, V2V, D2D)

разработкой и внедрением большого количества новых радиотехнологий;

одновременным существованием (функционированием) в сетях одного типа РЭС

радиотехнологий, принадлежащих к разным поколениям (например, в сетях

подвижной радиотелефонной связи одновремено существуют РЭС радиотехнологий 2,

3 и 4G);

разработкой и внедрением новых радиотехнологий, позволяющих использовать одно и

то же РЭС для организации сетей разных типов;

резким увеличением объемов передаваемых данных, требующим повышения

плотности размещения РЭС;

изменением процедуры получения разрешений (лицензий) на использование ресурсов

радиочастотного спектра.

Анализ динамики (табл. П1.1) совместно с анализом решений, принятых на ВКР-15,

позволяет оценить основные тенденции изменения РЭО на ближайшие несколько лет:

освоение новых диапазонов частот (с верхней границей свыше 100 ГГц);

выделение новых диапазонов для систем IMT: 470-694 МГц (sub-700 MHz), 1350 –

1518 МГц (L-band), 2700 – 2900 МГц, 3400 – 4200 МГц (C-band)

внедрение новых подходов к регулированию использования ресурсов радиочастотного

спектра (например, упрощенное лицензирование, выдача лицензий через Web-сайт,

трейдинг спектра);

увеличение плотности размещения РЭС (за счет внедрения малых сот – фемтосот,

пикосот, точек доступа);

переход к построению облачных сетей радиосвязи, в которых РЭС будут основаны на

универсальных аппаратных платформах, а радиотехнологии будут реализовываться за

счет программных модулей, хранящихся на серверах и при необходимости

загружаемых на аппаратные платформы

построение гибридных систем на основе объединения волоконно-оптических и

беспроводных линий связи. При этом радиочастотные сигналы будут передаваться по

волоконно-оптическим кабелям, что позволит использовать РЭС с распределенными в

пространстве функциями – антенная система размещается на выбранном объекте, а

обработка и формирование сигналов в удаленных от места размещения центрах

внедрением более совершенных антенных систем – антенных решеток с адаптивным

формированием диаграммы направленности, применяющих алгоритмы

комбинированной обработки сигналов

использование более гибких схем размещения РЭС (на транспортных средствах, на

объектах дорожной инфраструктуры, на высокоуровневых платформах – воздушных

шарах);

переход от построения гомогенных (РЭС одного типа и одной радиотехнологии) к

построению гетерогенных (РЭС разных типов и разных радиотехнологий) сетей

радиосвязи

совместное существование на одной территории РЭС, использующих

радиотехнологии, относящиеся к разным поколениям. При этом предусматривается,

что РЭС, использующие радиотехнологии более ранних поколений будут

функционировать до тех пор, пока не исчерпается их эксплуатационный ресурс

использованием подходов по энергоэффективному использованию отдельных РЭС и

сетей радиосвязи с целью снижения воздействия на окружающую среду (переход к

«зеленым коммуникациям»);

разработкой и внедрением технологий 5G, которые должны обеспечить увеличение

эффективности использования ресурсов радиочастотного спектра

Таблица П1.1 – Развитие технологий радиосвязи в период с 2000 по 2015 и прогноз развития с 2015 по 2025

Характеристика Тип системы Технологии 2000 2003 2006 2009 2012 2015 2018 2025

Тех

нологи

и

ПРТС 1G

2G

3G

4G

5G

1G

2G

3G

1G

2G

3G

1G

2G

3G

2G

3G

2G

3G

4G

2G

3G

4G

2G

3G

4G

2G

3G

4G

5G

Подвижная

радиосвязь

MPT1327

TETRA, TETRA V+D, TETRA

TEDS, TETRA PDO, TETRA

DMO, Broadband TETRA

LiTRA (TETRA + LTE)

DMR, APCO25 (P25), Tetrapol,

EDACS, iDEN

MPT1327

MPT1327

TETRA

Tetrapol

APCO25

DMR

MPT1327

TETRA

Tetrapol

APCO25

DMR

MPT1327

TETRA

Tetrapol

APCO25

DMR

MPT1327

TETRA

Tetrapol

APCO25

DMR

TETRA

APCO25

DMR

TETRA

DMR

VoLTE

LiTRA (TETRA

+ LTE)

VoLTE

Спутниковая радиосвязь

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2/2x, DVB-SH,

ISDB-S

S-DMB

GPS

Galileo

Глонасс

DVB-S

Inmarsat

Irridium

DVB-S

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2,

ISDB-S

S-DMB

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2,

ISDB-S

S-DMB

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2,

DVB-SH,

ISDB-S

S-DMB

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2/S2x,

DVB-SH,

ISDB-S

S-DMB

Inmarsat

Irridium

DVB-S/S2/S2x

DVB-SH,

ISDB-S

S-DMB

Inmarsat

Irridium

DVB-SNG

ISDB-S NG

S-DMB NG

Inmarsat NG

Irridium NG

Радиодоступ Wi-Fi: IEEE 802.11

a/ac/ad/af/b/g/n/

WiMAX: IEEE 802.16 d/e/m/

WRAN: IEEE 802.22;

MBWA: IEEE 802.20

28 ГГц

70/80/90 ГГц

802.11b

802.16d

802.11a/b/g

802.16d

802.11a/b/g

802.16d/e

802.11a/b/g/n

802.16d/e

802.11a/b/g/n

802.16m

802.22

28 ГГц

70/80/90 ГГц

802.11

a/ac/ad/af/b/g/n/

802.16m

802.22

802.20

28 ГГц

70/80/90 ГГц

802.11

a/ac/ad/af/b/g/n/

802.16m

802.22

802.20

28 ГГц

70/80/90 ГГц

Свыше 100 ГГц

(Терагерцовая

связь)

802.11

ac/ad/af/ax/ay/n

802.16m

802.22

802.20

28 ГГц

70/80/90 ГГц


(Терагерцовая

связь)

Радиорелейные станции

Диапазоны

До 40 ГГц До 40 ГГц До 40 ГГц До 60 ГГц До 90 ГГц До 90 ГГц До 90 ГГц До 150 ГГц

Телевизионное

вещание

Аналоговые:

NTSC, PAL, SECAM

Цифровые:

DVB-T/T2, DVB-H,

Америка: ATSC, ATSC-M/H

Япония: ISDB-T

Корея: ATSC, T-DMB

Китай: GB20600-2006, DTMB

CMMB

NTSC, PAL,

SECAM

DVB-T

ATSC

NTSC, PAL,

SECAM

DVB-T

ATSC

ISDB-T

NTSC, PAL,

SECAM

DVB-T

ATSC

ISDB-T

NTSC, PAL,

SECAM

DVB-T

DVB-H

ATSC

ISDB-T

DTMB

NTSC, PAL,

SECAM

DVB-T

DVB-T2

DVB-H

ATSC

ISDB-T

DTMB

DVB-T

DVB-T2

DVB-H

ATSC

ISDB-T

DTMB

DVB-T

DVB-T2

DVB-H

ATSC

ISDB-T

DTMB

DVB-T2

DVB-NGH

ATSC

ISDB-T

DTMB

Радиовещание Аналоговое:

AM, FM

Цифровое:

DRM, DRM+, DRM30 (ниже 30

МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

AM, FM

DRM,

DRM30,

T-DAB,

DAB+

HDRadio

T-DMB

AM, FM

DRM, DRM30

(ниже 30 МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

AM, FM

DRM, DRM30

(ниже 30 МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

AM, FM

DRM, DRM+,

DRM30 (ниже

30 МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

DRM, DRM+,

DRM30 (ниже

30 МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

DRM, DRM+,

DRM30 (ниже 30

МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

DRM, DRM+,

DRM30 (ниже 30

МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

DRM, DRM+,

DRM30 (ниже 30

МГц)

T-DAB, DAB+

HDRadio

T-DMB

Устройства малого

радиуса действия

Bluetooth, ZigBEE, IEEE 802.11p,

Weightless, 6LowPAN, SigFox,

UWB, WirelessHART

Bluetooth

Bluetooth

Bluetooth

ZigBEE

Bluetooth

ZigBEE

Bluetooth

ZigBEE

Bluetooth

ZigBEE

Bluetooth

ZigBEE


Коли

чес

тво Р

ЭС

ПРТС Десятки

тысяч

Десятки тысяч Сотни тысяч Единицы

миллионов

Единицы

миллионов

Десятки

миллионов

Десятки

миллионов

Сотни

миллионов

Подвижная радиосвязь

Единицы

тысяч

Единицы

тысяч

Десятки тысяч Десятки тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Единицы

миллионов

Спутниковая

радиосвязь

Единицы

тысяч

Единицы

тысяч

Единицы

тысяч

Единицы тысяч Единицы тысяч Десятки тысяч Десятки тысяч Десятки тысяч

Радиодоступ Сотни тысяч Сотни тысяч Единицы

миллионов

Единицы

миллионов

Десятки

миллионов

Сотни

миллионов

Сотни

миллионов

Единицы

миллиардов

Радиорелейные станции

Десятки

тысяч

Десятки тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Единицы

миллионов

Единицы

миллионов

Единицы

миллионов

Телевизионное

вещание

Десятки

тысяч

Десятки тысяч Десятки тысяч Десятки тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Единицы

миллионов

Радиовещание Десятки

тысяч

Десятки тысяч Десятки тысяч Десятки тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч Сотни тысяч

Устройства малого радиуса действия

Десятки

тысяч

Сотни тысяч Единицы

миллионов

Десятки

миллионов

Сотни

миллионов

Единицы


Единицы


Десятки


Основные характеристики радиоинтерфейсов РЭС

1.

Ди

апаз

он

ы ч

асто

т

ПРТС 450 МГц

800 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

450 МГц

800 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

450 МГц

800 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

450 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

450 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

2300-2400 МГц

2600 МГц

450 МГц

700 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

2300-2400 МГц

2600 МГц

450 МГц

700 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

2300-2400 МГц

2600 МГц

3400 – 4200 МГц

5150-5825 МГц

450 МГц

700 МГц

900 МГц

1800 МГц

1900 МГц

2100 МГц

2300-2400 МГц

2600 МГц

3400 – 4200 МГц

5150-5825 МГц


Подвижная радиосвязь До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц До 1 ГГц

Спутниковая радиосвязь 1 до 40 ГГц

1 до 40 ГГц 1 до 40 ГГц 1 до 40 ГГц 1 до 40 ГГц 1 до 40 ГГц 1 до 40 ГГц До 53 ГГц

Радиодоступ 2,4 ГГц 2,4 ГГц

5 ГГц

2,4 ГГц

5 ГГц

2,4 ГГц

5 ГГц

2,4 ГГц

5 ГГц

28 ГГц

60 ГГц

TVWS

Sub-1GHz

2,4 ГГц

5 ГГц

28 ГГц

60 ГГц

TVWS

Sub-1GHz

2,4 ГГц

5 ГГц

28 ГГц

60 ГГц

TVWS

Sub-1GHz

2,4 ГГц

5 ГГц

28 ГГц

60 ГГц

TVWS

Sub-1GHz

Радиорелейные станции До 40 ГГц До 40 ГГц До 40 ГГц До 60 ГГц До 90 ГГц До 90 ГГц До 90 ГГц До 150 ГГц

Телевизионное вещание От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

От 48 до 862

МГц

Радиовещание до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц до 108 МГц



От 25 кГц до

10 ГГц

От 25 кГц до

10 ГГц

От 25 кГц до

10 ГГц

От 25 кГц до 10

ГГц


ГГц


ГГц


ГГц


ГГц


2.

Мощ

ност

ь

изл

уч

ени

я

ПРТС До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм До 46 дБм

Подвижная радиосвязь До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт До 30 Вт

Спутниковая радиосвязь До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт До 60 дБВт

Радиодоступ До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт

Радиорелейные станции До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт До 1 Вт

Телевизионное вещание До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт

Радиовещание До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт До 10 кВт



От единиц

мкВт до 1 Вт

От единиц


От единиц


От единиц


От единиц


От единиц мкВт

до 1 Вт


до 1 Вт


до 1 Вт

3.

Ши

ри

на

кан

ала

ПРТС От 10 кГц

До 5 МГц

От 10 кГц

До 5 МГц

От 10 кГц

До 5 МГц

От 200 кГц

До 20 МГц

От 200 кГц

До 20 МГц

От 200 кГц

До 100 МГц

От 200 кГц

До 400 МГц

От 200 кГц

До 1000 МГц

Подвижная радиосвязь От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

От 6,25 кГц

До 1 МГц

Спутниковая радиосвязь До 36 МГц

До 36 МГц До 36 МГц До 36 МГц До 36 МГц До 36 МГц До 200 МГц До 500 МГц

Радиодоступ 20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

40 МГц

20 МГц

40 МГц

80 МГц

20 МГц

40 МГц

80 МГц

160 МГц

2160 МГц

20 МГц

40 МГц

80 МГц

160 МГц

2160 МГц

20 МГц

40 МГц

80 МГц

160 МГц

2160 МГц

Радиорелейные станции До 28 МГц До 28 МГц До 28 МГц До 56 МГц До 56 МГц До 112 МГц До 112 МГц До 224 МГц

Телевизионное вещание до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц до 8 МГц

Радиовещание От 4,5 кГц до

100 кГц

От 4,5 кГц до

100 кГц


100 кГц


100 кГц


100 кГц

От 4,5 кГц до 100

кГц

От 4,5 кГц до 100

кГц


100 кГц



До 1 МГц До 1 МГц До 1 МГц До 1 МГц До 1 МГц До 10 МГц До 20 МГц До 20 МГц

Примечания:

1G, включающие AMPS, NMT, TACS

2G, включающие стандарты GSM, GPRS, EDGE; cdmaOne

3G, включающие стандарты UMTS, HSPA и HSPA+, HSDPA и HSUPA; CDMA2000

4G, включающие стандарты LTE и LTE-Advanced; LTE Broadcast (LTE-B или eMBMS), LTE-U (Unlicenced), LTE-H (Hybrid), LTE-Hi (Hotspot

and indoor enhancement), LTE-M (IoT), LTE Direct, LTE MTC (machine type communications), LTE D2D

5G, включающие IMT-2020, LTE-Beyond

значительное увеличение количества пользовательских устройств (смартфоны,

планшеты, электронные книги);

продолжающийся экспоненциальный рост объема передаваемых через мобильные сети

данных;

При анализе и оценке тенденций развития радиотехнологий и систем связи

необходимо рассматривать планы развития региональных организаций. Для Российской

Федерации наибольший интерес представляют планы развития Европейского сообщества.

Согласно стратегическому плану Европейского сообщества в области

телекоммуникаций на 2015-2020 годы [П1.1] основное внимание будет уделяться

следующим направлениям:

1. Внедрение нового цифрового дивиденда в полосе частот 700 МГц.

2. Выделение спектра для беспроводных широкополосных сетей 5G.

3. Удовлетворение потребностей в спектре для устройств малого радиуса действия,

включая соответствующий доступ к спектру для Интернета вещей (Internet of Things).

4. Решение задач по выделению спектра для устройств PMSE (Programme Making and

Special Events - подготовка программ и специальных мероприятий).

5. Решение задач по выделению спектра для устройств PPDR (Public Protection and

Disaster Relief - общественная безопасность и ликвидация последствий стихийных

бедствий).

6. Переход от традиционных сетей к сетям следующего поколения.

7. Нумерация и адресация оборудования межмашинного взаимодействия (machine-to-

machine, M2M).

Развитие услуг с использованием сетей сухопутной подвижной связи и систем

беспроводного доступа ассоциируется с переходом к сетям 5G (IMT-2020), которые, в

свою очередь, помимо новых радиоинтерфейсов объединят в себе и эволюцию сетей

четвертого поколения, и сети WiGig (WiFi в 60 ГГц). Сети 5G ознаменуют собой создание

единой беспроводной инфраструктуры, которая, используя все возможные

радиоинтерфейсы, будет предоставлять самый широкий набор услуг.

Ключевые услуги 5G

1. Мультимедийные услуги (Ultra HD видео, 3D видео, онлайн игры).

2. Облачные сервисы (государственные услуги, бизнес приложения).

3. Сервисы виртуальной реальности (образование, развлечения).

4. Сервисы дополненной реальности (здравоохранение, военная промышленность,

образование, развлечения)

5. Сервисы социальных сетей (развлечения, торговля)

6. М2М сервисы (энергетика, транспорт, здравоохранение, торговля, общественная

безопасность, промышленность, ЖКХ)

7. Персональные услуги (транспорт, здравоохранение, бытовая техника, развлечения)

Инфраструктура сетей 5G будет строиться на основе облачных технологий - как в сетях

радиодоступа (Cloud RAN) с программно-определяемой сетью (Software Defended Radio,

SDR), так и в базовой (опорной) сети (Cloud СN) с программно-определяемой

инфраструктурой (Software Defended Network, SDN). Полная виртуализация сетевых

функций (Network Function Virtualization, NFV), которая будет реализована в

инфраструктуре 5G, охватит контроль и управление QoS, политики обслуживания и

приоритизацию трафика [П1.2].

В сетях 5G появятся новые решения в области инфраструктуры: двигающиеся узлы

(базовые станции) связи (Moving 5G Node) и движущиеся транспортные сети (Moving 5G

Backhaul), что продиктовано необходимостью внедрения 5G при создании

интеллектуальных транспортных сетей. Эти решения позволят оснастить международные

ав обильные магистрали с мчащимися по ним со скоростью более 200 км/ч ав обилями

движущимися сетями связи 5G. Построенные на базе приложений и устройств М2М для

сценария V2V (Vehicle-to-Vehicle), они обеспечат безопасное движение и

мультимедийный обмен данными. Роль базовых станций 5G будут выполнять ав обильные

устройства 5G, объединенные в mesh-сети.

Технические требования к сетям мобильной связи 5G

1. Скорость передачи данных.

Рост в 10-100 раз в расчете на абонента - до 10 Гбит/с (UL) и до 5 Гбит/с (DL) .

2. Потребляемый трафик абонента.

Рост в 1000 раз - до 500 Гб на пользователя в месяц.

3. Количество абонентских устройств.

Увеличение количества подключаемых абонентских устройств соте в 10-100 раз (до

300 000 на узел). Рост М2М устройств с 50 млрд. до 500 млрд.

4. Срок жизни батарей.

Десятикратное увеличение времени автономной работы абонентских устройств с

небольшим энергопотреблением, таких как сенсоры M2M.

5. Задержи в сети.

Сокращение времени задержки в цепочке Е2Е с 5 мс до 1 мс и менее.

6. Энергоэффективность и ОРЕХ

Снижение стоимости эксплуатации и энергопотребления сетей 5G до 10% от

текущего потребления сетей 4G.

Одним из условий будущего развития 5G будет повышение спектральной

эффективности передаваемых сигналов за счет применения новых сигнально-кодовых

конструкций не основе неортогональных сигналов и FTN-сигналов отличных от OFDM-

сигналов, используемых в сетях 4G.

При формировании требований к QoS в сетях 5G в первую очередь следует

рассматривать две ключевые модели трафика: высокоскоростной видеопоток «сервер -

абонент» и Massive M2M.

Услуги передачи видео станут важнейшим стимулом развития и быстрорастущим

сегмен трафика сетей 5G. В 2013 г. объем видеоуслуг в общем объеме трафика абонентов

сетей 4G превысил 50% и, по прогнозам, к 2019 г. вырастет как минимум в 13 раз. Таким

образом, уже сейчас можно наблюдать первую волну надвигающегося цунами трафика

абонентов в сетях 4G. Месячное потребление трафика передачи данных в сетях

операторов 4G достигло 2,6 Гбайт, а месячное потребление трафика в сетях 5G превысит

500 Гбайт.

Рост объема трафика видеоуслуг будет связан с внедрением новых технологий

повышения качества изображения видео - от стандартного SDTV до ультравысокого UHD

TV (8K), что, в свою очередь, требует обеспечения скорости передачи данных в сети до 10

Гбит/с. Технологические возможности различных поколений мобильной связи

транслировать видео для различных технологий качества изображения при достигнутых в

сетях радиодоступа скоростях передачи данных показаны на рис. П1.1.

Рис. П1.1 -  Технологические возможности передачи видео для различных

поколений мобильной связи

Согласно прогнозам (рис. П1.2), количество М2М-соединений в сетях мобильных

операторов в 2018 г. превысит 1,5 млрд, что в пять раз больше текущего показателя, а в

2022 г. на долю мобильных операторов придется свыше 2,6 млрд М2М-соединений. При э

доля M2M-соединений от общего числа соединений в сетях мобильных операторов

вырастет с текущих 5% до 15% в 2018 г. и 22% в 2022 г.

Рис.  П1.2 -  Число М2М-соединений в мобильных сетях

Стратегии операторов М2М, реализованные в Релизе 2 Технических спецификаций

М2М ETSI, направлены на создание универсальных платформ М2М, способных работать

в вертикальных отраслях экономики. Это позволит реализовать подходы, инструменты и

методы обработки структурированных и неструктурированных данных огромных объемов

(Big Data), получаемых из сетей М2М.

По данным ABI Research, индустрия M2M-данных вырастет до $14,3 млрд в 2018 г.

Этот прогноз включает в себя сегментированные доходы для пяти компонентов, которые в

совокупности обеспечат использование услуг «больших данных» для M2M, таких как

интеграция и хранение данных, основная аналитика, представление данных и связанные с

ними профессиональные услуги.

Стандарты LTE/LTE-Advanced, хорошо оптимизированные для низких полос частот,

продолжат совершенствоваться и в будущем. LTE/LTE-Advanced даже могут быть

усовершенствованы, с тем, чтобы реализовать некоторые из ожидаемых возможностей

системы 5G, такие как массовое подключение и сокращение времени задержки. Тем не

менее, существенное увеличение пропускной способности и практической

пользовательской скорости передачи данных потребует значительного повышения

эффективности использования и объема спектра, а также плотности подключений, что не

достижимо для стандартов LTE/LTE-Advanced даже при их усовершенствовании.

Частоты ниже 3 ГГц, в основном, уже используются в рамках существующих систем

4G. Поэ у для обеспечения устойчивого развития будущих систем крайне важно

расширить использование спектра в полосах частот выше 3 ГГц. Использование более

широких полос на канал в высокочастотном диапазоне позволит достичь более высоких

скоростей передачи данных и меньших задержек. Однако, в более высоких диапазонах

частот, например, выше 10 ГГц, существующая система 4G (радиоинтерфейс LTE/LTE-

Advanced) не будет оптимальным решением, поскольку она была оптимизирована для

диапазонов сотовой связи, - около 2 ГГц. Таким образом, использование более

высокочастотных диапазонов потребует применение новой технологии радиодоступа. Поэ

у экспертное сообщество рассматривает радиодоступ 5G как комбинацию новой

технологии радиодоступа, разработанной специально для более высоких диапазонов, и

усовершенствований LTE/LTE-Advanced. Примерный вид такой концепции показан на

рис. П1.3. Новая технология радиодоступа должна быть наделена возможностью тесного

взаимодействия с LTE/LTE-Advanced так, чтобы ее можно было развернуть вместе с

усовершенствованиями LTE/LTE-Advanced в рамках радиодоступа 5G [П1.3].

Рис. П1.3. - Пути эволюции к сетям 5G

Как видно из рис. П1.3, развитие в части эволюции LTE-Advanced проходит в рамках

3GPP. При э создание новых радиоинтерфейсов, в особенности в более высоких

диапазонах частот, в настоящее время не регламентировано. Фактически разработка

ведется в рамках национальных и региональных исследовательских проектов, которые

взаимодействуют между собой. Ожидается, что выработка единого радиоинтерфейса или

некоторого набора радиоинтерфейсов будет происходить в рамках МСЭ-R.

Когнитивное радио

Всемирная конференция радиосвязи 2012 года определила, что системы

когнитивного радио как совокупность технологий могут применяться в службах

радиосвязи при условии их использования в соответствии с требованиями Регламента

радиосвязи, и поручила продолжить дальнейшие изучения вопроса о внедрении и

условиях использования систем когнитивного радио в службах радиосвязи.

Ассамблея радиосвязи 2012 года приняла Резолюцию МСЭ-R 58 [П1.4],

описывающую перечень проблемных вопросов, связанных с внедрением и

использованием систем когнитивного радио, для последующего их исследования.

Ответственным органом по этим исследованиям в рамках МСЭ-R радио является 1-я

Исследовательская комиссия, которая, одобрила Отчет МСЭ-R SM.2152, в котором

представлены определения «системы радиосвязи с программируемыми параметрами»

(SDR) и «системы когнитивного радио» (CRS) [П1.5]. Также были одобрены отчеты

1. M.2225 (2011) Introduction to cognitive radio systems in the land mobile service

(Введение в когнитивные системы радиосвязи в наземной подвижной службе)

2. M.2242 (2011) Cognitive radio systems specific for International Mobile

Telecommunications systems (Когнитивные системы радиосвязи применительно к

системам IMT)

3. M.2330-0 (2014) Cognitive radio systems in the land mobile service (Когнитивные

системы радиосвязи в наземной подвижной службе)

В отчете M.2225 дано начальное описание когнитивной радиосистемы (cognitive

radio system, CRS) применительно к наземным подвижным службам с целью

демонстрации технических характеристик и возможностей, потенциальных выгод и

проблем. Описание сценариев применения (сценариев развертывания) для систем CRS

также представлено в указанном отчете. Ключевыми техническими характеристиками и

возможностями системы CRS согласно отчету являются:

- способность приобретения знаний о своей географической среде и

функциональной радиосреде, своем внутреннем состоянии и установленных политиках

(нормативных правилах), а также отслеживание характеристик применения (usage pattern)

и предпочтений пользователей

- возможность динамически и автономно подстраивать свои функционалные

параметры и протоколы на основе приобретенных знаний для достижения заранее

определенных целей

- возможность учиться на основе результатов своих действий, чтобы в будущем

улучшать свою производительность

Отчет M.2242 посвящен аспектам когнитивных радиосистем, применимым для

систем IMT. Отчет включает результаты исследований по определению влияния

возможностей когнитивных радиосистем в случае их добавления в состав существующих

систем IMT, результаты анализа выгод и проблем от добавления, а также оценку влияния

CRS на IMT, включая описание того, как когнитивные радиосистемы могут

использоваться при развертывании систем IMT и их возможное влияние на использование

спектра, выделенного системам IMT.

Отчет M.2330-0 рассматривает когнитивные радиосистемы в наземной подвижной

службе выше 30 МГц (включая IMT). В отчете рассмотрены существующие и

потенциальные приложения, нуждающиеся в применении возможностей CRS, а также

доступные в настоящее время технологии CRS. Описание таких технологий,

функциональных элементов и их проблем также представлено. Отчет содержит описание

характеристик, функциональных и технических требований, относящихся к CRS, дает

оценку производительности и потенциальных выгод от применения CRS. Факторы,

относящиеся к внедрению CRS и соответствующие проблемы миграции (т.е. перехода от

существующих технологий) обсуждаются в отчете.

В описанных отчетах рассматриваются несколько подходов по внедрению систем

когнитивного радио, в частности, на основе геолокационной базы данных и на основе

спектрального зондирования (способности когнитивных систем самостоятельно

анализировать окружающую электромагнитную обстановку). Перспективы внедрения тех

или иных подходов по практической реализации систем когнитивного радио должны быть

обоснованы и требуют дальнейшего изучения с уче экономической эффективности

предлагаемых технических решений.

Когнитивные радиосистемы описываются в ряде стандартов. Из утвержденных в

настоящее время стандартов практическое применение имеют стандарты IEEE 802.22,

IEEE 1900.4, IEEE 802.11af, IEEE 802.15.4m, IEEE 802.19.

Стандарт беспроводной связи IEEE 802.22 [П1.6], известный под именем «White

space» предполагает для передачи данных использовать «пробелы» в телевизионном

ОВЧ/УВЧ-диапазоне (54-862 МГц) частот. Семейство стандартов IEEE 1900 определяет

концепцию динамического доступа к спектру.

Рассматриваются несколько подходов по внедрению систем когнитивного радио, в

частности, на основе геолокационной базы данных и на основе спектрального

зондирования (способности когнитивных систем самостоятельно анализировать

окружающую электромагнитную обстановку). Перспективы внедрения тех или иных

подходов по практической реализации систем когнитивного радио должны быть

обоснованы и требуют дальнейшего изучения с учетом экономической эффективности

предлагаемых технических решений.

Ожидается, что системы когнитивного радио станут драйвером инноваций и

развития будущих беспроводных систем. Системы CRS будут одним из прогнозируемых

технических решений для удовлетворения требований со стороны растущего трафика в

будущем. Системы CRS смогут обеспечить более эффективное использование

радиоресурсов, включая ограниченные ресурсы спектра, в сравнении с традиционными

системами радиосвязи.

Выводы:

Радиоэлектронная обстановка в настоящее время является сложной, особенно в

местах с высокой плотностью проживания людей. Количество РЭС в последние годы

увеличивалось экспоненциально. По прогнозам в ближайшие годы изменение количества

РЭС будет таким же. Причинами экспоненциального роста являются внедрение новых

подходов в процедуре лицензирования использования РЧС, появление новых приложений

и услуг, совершенствование аппаратного и программного обеспечений, позволяющих

производить недорогие РЭС с малыми размерами и с низким энергопотреблением.

Плотность размещения РЭС (концентрация РЭС) в последние годы также увеличивалась.

В настоящее время плотность размещения РЭС наибольшая в городах (местах проживания

большого количества людей и использования большого количества технических средств),

наименьшая в труднодоступных и малонаселенных местах. По прогнозам плотность

размещения РЭС продолжит увеличиваться, причем наибольший ее рост будет

наблюдаться в городах.

Радиоэлектронная обстановка является неодинаковой для разных диапазонов частот.

В наиболее важных для наземных служб диапазонах частот - до 30 МГц с международной

точки зрения и от 30 МГц до 3 ГГц с национальной точки зрения – РЭО является наиболее

сложной, т.к. большинство существующих РЭС работают в этих диапазонах. Аналогичная

ситуация в наиболее важных для спутниковых и космических служб диапазонах частот –

диапазонах L(1,5 ГГц), S1(1,9 ГГц), S2(2,4 ГГц), С(4 ГГц), X(8 ГГц), Кu(11-14 ГГц), Ka(20

ГГц). Сложность определяют количество и плотность размещения РЭС, дефицитом

ресурсов РЧС, существующая процедура лицензирования на исключительной основе. По

прогнозам РЭО будет изменяться для наземных служб за счет расширения диапазонов

частот до 6 ГГц, для спутниковых и космических служб до 40 ГГц.

Изменения РЭО требуют пересмотра подходов к организации и проведению

мероприятий по радиоконтролю.

Анализ состояния, динамики и тенденций показывает, что общее количество

радиотехнологий продолжит увеличиваться, изменение количества радиотехнологий по

типам (типам систем радиосвязи, для которых они предназначены; и типам услуг, для

предоставления которых они разрабатывались) будет происходить по разному – больший

рост будет наблюдаться для радиотехнологий, предназначенных для реализации новых

типов систем радиосвязи (радиосистем с динамическим доступом к спектру, когнитивных

радиосистем, радиосистем для работы в белых полосах частот), а также для

предоставления новых услуг (организации Интернета вещей, интеллектуальных

транспортных систем, умных городов и домов); меньший рост будет для

радиотехнологий, предназначенных для реализации традиционных систем радиосвязи

(подвижной и подвижной радиотелефонной, телевизионного и радиовещания), а также для

предоставления традиционных услуг (телефонная связь, мобильная передача данных).

Развитие существующих сетей радиосвязи осуществляется в направлении сетей

радиосвязи следующего поколения. Основными особенностями сетей радиосвязи

следующего поколения являются:

1. повышение интеллектуальности средств радиосвязи за счет увеличения

вычислительных ресурсов и применения улучшенных алгоритмов адаптации

2. переход от соревновательного принципа использования ресурсов радиочастотного

спектра к кооперативному (скоординированному)

3. увеличение гибкости в использовании радиочастотного спектра за счет внедрения

принципов динамического доступа к спектру

4. повышение степени перенастраиваемости параметров элементов сети за счет

внедрения принципов самоорганизации

5. возможность использования централизованного подхода по динамическому

распределению ресурсов радиочастотного спектра между РЭС одной или различных

служб (создание баз данных спектра)

Ввиду все возрастающей роли применений радиосвязи во всех областях жизни,

задачей экономической важности является быстрое и эффективное изучение и устранение

радиопомех. Особый приоритет необходимо предоставлять устранению помех службам,

связанным с обеспечением безопасности, таким как воздушные, полицейские и пожарные

службы. Прекращение несанкционированных излучений служит в основном целям

предотвращения радиопомех, но также и обеспечения поступления доходов, поскольку

выплаты производятся только санкционированными пользователями частот.

Места размещения и области применения РЭС многочислены. Некоторые места

размещения являются труднодоступными и требуют больших затрат для проведения

процедур радиоконтроля. При этом количество размещаемых РЭС в этих местах

оказывается как правило небольшим. В результате затраты на проведение процедур

радиоконтроля могут оказатся значительно большими, чем доход от штрафов, возможных

в случае обнаружения нарушений. Это обстоятельство привело к тому, что в некоторых

странах (США, Канада, Великобритания) стали рассматривать радиоконтроль

труднодоступных мест размещения РЭС как риск. При этом риск заключается в том, что

труднодоступные места проверяются только в случаях серьезных радиопомех, которые

возникают для РЭС пользователей спектра и которые пользователи спектра не смогли

устранить собственными силами. Проведение других типов радиоконтроля – планового,

периодического – не осуществляется.

Другие места размещения РЭС являются более доступными. Количество РЭС в этих

местах оказывается большим, а плотность размещения является высокой. Возникает

проблема радиоконтроля большого количества РЭС с плотным размещением. Проблема

решается за счет развертывания автоматических и автоматизированных станций

радиомониторинга. Указанные станции могут работать как автономно, так и под

управлением оператора. При автономном варианте работы данные радиомониторинга

сохраняются и обрабатываются на самих станциях, а оператор уведомляется лишь о

результатах обработки. При варианте работы под управлением оператора данные

радиомониторинга собираются станциями и пересылаются оператору для дальнейшей

обработки. Большое количество распределенных по выбранной для контроля территории

автоматических, работающих в автономном режиме станций радиомониторинга позволяет

выполнить оптимизацию организационных и штатных структур систем радиоконтроля,

уменьшить количество структурных подразделений и персонала службы радиоконтроля, а

оставшийся персонал переориентировать на выполнение других важных задач.

Источники:

П1.1 ECC Strategic Plan for the period 2015-2020, Montreux, 28 November 2014

П.1.2 http://www.wwrf.ch/

П1.3 Направления и тенденции развития новейших радиотехнологий на период до

2025 года/Возможные пути обеспечения радиотехнологий частотным ресурсом, М.: изд.

АПНРС-НРА, 2015

П1.4 Резолюция МСЭ-R 58 Исследования, касающиеся реализации и использования

систем когнитивного радио (2012)

П1.5 Отчет МСЭ-R SM.2152 (09/2009) Определения системы радиосвязи с

программируемыми параметрами (SDR) и системы когнитивного радио (CRS)

П1.6 IEEE 802.22 Working Group on Wireless Regional Area Networks Enabling

Broadband Wireless Access Using Cognitive Radio Technology and Spectrum Sharing in White

Spaces Recipient of the IEEE SA Emerging Technology Award

Приложение № 1...Таблица П1.1 – Развитие технологий...

Documents