XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

УДК:

«Технологии 5G»
Красавцева Диана Викторовна

Институт технологий (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Донской государственный технический университет» в г. Волгодонске

«5G technologies»
Krasavtseva Diana Viktorovna

Institute of Technologies (branch) of the Federal State Budgetary educational institution of Higher Education "Don State Technical University" in Volgodonsk

Введение

Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) считаются ключевыми составляющими социально-экономического развития, поскольку они создают новые преимущества и удобства, которых раньше не было. С момента появления услуг беспроводной сети 4G люди могут пользоваться услугами широкополосной связи на своих мобильных устройствах (например, смартфонах и планшетных ПК), а опыт конечных пользователей стал почти таким же, как при проводных соединениях. Несмотря на такие передовые технологии беспроводной сети 4G, трудно предоставлять мобильные услуги, требующие высокой скорости, быстрого реагирования, высокой надежности и энергоэффективности. Следовательно, эти функции стали важными требованиями для будущих услуг в эпоху 5G. Текущие сети 4G / LTE не могут предоставлять мгновенные облачные сервисы, тактильный Интернет, улучшенную связь между транспортными средствами (eV2X), Интернет вещей (IoT) и связь с дронами и роботами, гарантируя при этом качество обслуживания мобильных пользователей. Кроме того, сети LTE могут предоставлять высококачественное видео только ограниченному количеству мобильных пользователей одновременно [1].

История технологии

Первые мобильные телефоны появились в 1980-х годах. С тех пор использование мобильных телефонов выросло в геометрической прогрессии. Число пользователей смартфонов в США выросло с почти 63 миллионов в 2010 году до примерно 238 миллионов в 2018 [2]. По оценкам, во всем мире насчитывается 4,5 миллиарда пользователей мобильных телефонов, 2,5 миллиарда из которых - пользователи смартфонов [8]. Все больше людей используют больше данные о большем количестве мобильных устройств; в результате спрос на мобильные данные быстро растет. Телекоммуникационные компании постоянно инвестируют в свои сети, чтобы предоставлять более быстрые и надежные услуги, расширять пропускную способность сетей для удовлетворения растущих потребностей в данных и поддерживать использование новых технологий. Примерно каждые 10 лет на основе отраслевых исследований и исследований появляется новое технологическое решение, которое предлагает значительно улучшенную скорость, поддерживает новые функции и возможности, а также создает новые рынки и новые доходы для поставщиков. Эти технологии предлагают такие значительные улучшения сетей и устройств, что они меняют способ использования людьми мобильной связи и, таким образом, представляют собой следующее поколение мобильных технологий. В мобильной связи было пять поколений технологий. На рисунке 1 представлен обзор технологий.

Технологии первого поколения (1G) принесли потребителям первый мобильный телефон. Телефон и услуги были дорогими, а базовые аналоговые сети предлагали только голосовые услуги с ограниченным покрытием и пропускной способностью [3].

Технологии второго поколения (2G) использовали цифровые сети, которые поддерживали голос и текстовые сообщения. Сети были расширены, а телефоны стали более доступными, что увеличивало их распространение.

Технологии третьего поколения (3G) поддерживали голос, данные и мобильный доступ в Интернет (например, электронная почта, видео). Появились смартфоны, и люди начали использовать мобильные телефоны в качестве компьютеров для бизнеса и развлечений, что значительно увеличило спрос на данные.

Технологии четвертого поколения (4G) обеспечивают повышенную скорость и настоящий мобильный широкополосный доступ, который может поддерживать потоковую передачу музыки и видео, мобильные приложения и онлайн-игры. Провайдеры предлагали безлимитные тарифные планы и мобильные устройства, которые можно было использовать в качестве точек доступа для подключения других устройств к сети, что еще больше увеличивало спрос на мобильные данные.

Каждое поколение создавалось для достижения определенных уровней производительности (например, определенных уровней скорости, большей емкости, дополнительных функций). То, что называлось «сетью 3G», подразумевало использование определенной сетевой архитектуры и определенных технологий, предлагались определенные уровни скорости и поддерживались новые функции.

В предыдущих поколениях компании и страны применяли разные технические стандарты для достижения требований к производительности. В 3G и 4G компании и страны начали строить сети по одним и тем же стандартам. Это позволило использовать оборудование во многих странах, позволило производителям добиться экономии за счет масштаба и позволило операторам ускорить развертывание. [4] Например, для 4G компании и страны приняли стандарты Long-Term Evolution (LTE), которые переопределили архитектуру сети, чтобы обеспечить большую скорость и емкость.

Сети пятого поколения (5G) используют стандарты 5G, в которых используются новые технологии и методы развертывания для обеспечения более высоких скоростей, большей емкости и улучшенных услуг. Ожидается, что сети 5G будут удовлетворять растущий спрос на данные со стороны потребителей и поддерживать новые услуги. 5G также был разработан для удовлетворения растущих потребностей в данных от промышленных пользователей и для поддержки растущего использования технологий мобильной связи в различных отраслях (например, системы управления урожаем, приложения общественной безопасности, новые медицинские технологии).

Рисунок 1. Поколения мобильных технологий

На рисунке 1 показана эволюция мобильных технологий с увеличением скорости и функций с течением времени, а также устройства, поддерживаемые каждым поколением. Скорости являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от качества сигнала поставщика, емкости сети и устройств потребителей.

Системы пятого поколения 5G

Система беспроводной связи 5G еще не развернута. С большой проблемой при проектировании и развертывании беспроводной системы 5G можно легко справиться, предложив функции и архитектуру (упомянутые ниже), которые повысят пропускную способность и качество системы в пределах ограниченного доступного частотного диапазона, полоса частот которого и полоса пропускания данных будут составлять 3- 300 ГГц и «1 Гбит/с и выше (по запросу)» последовательно [5]. Замечательная проблема в том, что в 5G нет ограничений в отношении потребностей пользователей в следующие 200 лет. 5G также подразумевает взаимосвязь всего беспроводного мира (WISDOM - беспроводная инновационная система для динамической операционной мега-коммуникационной концепции) вместе с очень высокими скоростями передачи данных приложений качества обслуживания (QoS).

В этой работе основное внимание уделяется тому, как сеть 5G может предоставить обычному человеку больше возможностей для использования его имеющегося имущества в огромных масштабах, чтобы заставить его почувствовать реальный прогресс. С точки зрения пользователя, основное различие между текущими поколениями и ожидаемыми технологиями 5G должно заключаться не только в увеличении максимальной пропускной способности, а также в ряде других преимуществ [6]:

 Внедрение технологии принесет больше доходов текущим глобальным операторам, так как совместимость станет более возможной.

 Усовершенствованные и новаторские методы кодирования и модуляции данных, которые включают в схемы многочастотный набор фильтров.

 Для беспроводного доступа и обратной связи очень полезно использование частот миллиметрового диапазона.

 При поддержке различных точек проводки с соответствующим покрытием и окружением возможность дополнительного использования ресурсов для передачи по восходящему и нисходящему каналам в каждой ячейке достигается за счет превосходного управления вторжением и мобильностью.

 Чтобы сделать 5G практичным для всех видов технологий радиодоступа, должна быть общая платформа, уникальная для всех технологий.

 Снижение расхода заряда батареи.

 Снижение вероятности отключения.

 Лучшее покрытие и высокие скорости передачи данных доступны на границе соты.

 Несколько путей одновременной передачи данных.

 Возможна скорость передачи данных до 1 Гбит / с и выше при мобильности.

 Более безопасный; лучшая когнитивная безопасность радио / SDR.

 Более высокая спектральная эффективность системного уровня.

 World Wide Wireless Web (WWWW), беспроводные веб-приложения, которые включают в себя все возможности мультимедиа сверх скоростей 4G.

 Больше приложений в сочетании с искусственным интеллектом (ИИ), поскольку человеческая жизнь будет окружена искусственными датчиками, которые могут связываться с мобильными телефонами.

 Безвреден для здоровья человека.

 Более низкая плата за трафик из-за низких затрат на развертывание инфраструктуры.

5G должна стать новой технологией, которая обеспечит все возможные приложения, используя только одно универсальное устройство и соединяя большую часть уже существующих коммуникационных инфраструктур. Терминалы 5G будут модернизируемыми, многомодовыми и с поддержкой когнитивного радио. В нем будут программно определяемые схемы радиомодуляции [8]. Все необходимое обновляемое программное обеспечение следует загружать из Интернета на ходу. Мобильные сети 5G будут сосредоточены на разработке пользовательских терминалов, в которых терминалы будут иметь доступ к разным беспроводным технологиям одновременно, и будут объединять различные потоки от различных технологий. Кроме того, терминал сделает окончательный выбор среди различных поставщиков сетей беспроводного / мобильного доступа для данной услуги

Ограничения 5G.

Хотя технические спецификации ставят многообещающие цели для 5G, реализованные преимущества перед 4G в большинстве текущих развертываний ограничены, в основном из-за небольшого покрытия 5G и устройств, совместимых с 5G, которые только недавно появились на рынке, а также отсутствия ключевых функций в 5G. Полный переход на 5G произойдет через несколько лет, и операторы планируют такое развертывание. Кроме того, правильное использование функций и экономической ценности 5G потребует создания экосистемы новых устройств, основанных на 5G. Разработке и развертыванию инфраструктуры 5G уделяется такое пристальное внимание, что появляются заметные пробелы в более крупной экосистеме 5G.

Заключение

В этой работе были рассмотрены существующие и будущие поколения беспроводной мобильной связи и сотовые системы, сосредоточив внимание на четырех основных ключевых факторах: схемы переключения, пропускная способность, скорость передачи данных и радиодоступ, а также основные проблемы развития 5G и объяснили необходимость 5G.

Новая технология 5G доступна на рынке для удовлетворения потребностей пользователей по доступным тарифам, яркому и высокому пиковому будущему, а также высокой надежности и исключительным приложениям. Сети 5G предлагают увеличенную пропускную способность, постоянное подключение и услуги с малой задержкой, которые могут улучшить и расширить использование мобильных технологий для потребителей и предприятий. Потребители должны иметь возможность загружать полнометражный фильм в высоком разрешении на свои мобильные устройства за секунды; заниматься потоковым видео без перерыва; и участвуйте в онлайн-играх где угодно.

Список литературы

Отчет FCC по рынку коммуникаций, на https://docs.fcc.gov/public/attachments/DOC-355217A1.pdf

Руководство FCC по скорости широкополосного доступа по адресу https://www.fcc.gov/reports-research/guides/broadband-speed-guide

Cisco, “Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2016-2021 White Paper,” March 28, 2017, https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/ mobile-white-paper-c11-520862.pdf.

In general, spectrum represents the range of frequencies (e.g., airwaves) used to transmit information wirelessly.

Dr. P. Vetrivelan, et al., “Vertical Handover and Video Streaming over Cloud in 4G Heterogeneous Overlay Wireless Networks,” Journal of Engineering and Technology, vol. 7, no. 5 (Oct-Nov 2015).

IoT Analytics, “State of the IoT 2018: Number of IoT Devices Now at 7B—Market Accelerating,” at https://iotanalytics.com/state-of-the-iot-update-q1-q2-2018-number-of-iot-devices-now-7b/.

Jeffrey Voas, “Network of Things (Demystifying IoT),” presentation at Named Data Networking (NDN) workshop at National Institute of Standards and Technology (NIST) headquarters, Gaithersburg, MD, May 31, 2016, at https://iot.ieee.org/images/files/pdf/networks-of-things_jeff-voas_5-31-2016.pdf.

See CRS Report R44227, The Internet of Things: Frequently Asked Questions, by Eric A. Fischer.

Jay Stanley, “The State of 5G: When It’s Coming, How Fast It Will Be, and the Sci-Fi Future,” TechSpot, February 25, 2018, at https://www.techspot.com/article/1582-state-of-5g-wireless/.

International Telecommunication Union (ITU), ITU Towards “IMT for 2020 and Beyond,” at https://www.itu.int/en/ ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx.

Код для цитирования: Скопировать