оборудование систем связи. реферат оборудование систем связи. Концепция создания и развития сетей 5Gimt2020 в Российской Федерации
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
Полоса частот Технология доступа к спектру LAA LSA LA 694-790 МГц да да да 3,4-3,8 ГГц да да да 4,4-4,99 ГГц да да да 5,9 ГГц нет да да 24,25-29,5 ГГц да нет да 30-55 ГГц да нет да 66-76 ГГц нет нет да 81-86 ГГц нет нет да Авторизация прав использования спектра на основе лицензионного доступа применима ко всем девяти частотным диапазонам и технологии LA могут использоваться без ограничений. Получение права на использование спектра в сетях 5G/IMT-2020 на основе технологий нелицензионного доступа (LAA) и лицензионного доступа на основе шеринга ограниченного числа пользователей (LSA) имеет ряд недостатков и ограничений. Это вызвано технологическими особенностями реализации LAA и LSA, а также техническими требованиями, используемыми в бизнес-моделях сетей 5G/IMT-2020. Применимость с методами доступа к спектру в полосах: 694-790 МГц; 3,4-3,8 ГГц; 4,4-4,99 ГГц, 5,9 ГГц, 24,25-29,5 ГГц, 30-55 ГГц, 66-76 ГГц, 81-86 ГГц определена в табл. 3.2. Таблица 3.2 – Применимость различных технологий доступа к спектру в зависимости от бизнес-модели услуг 5G/IMT-2020 Бизнес-модели услуг 5G/ IMT-2020 Технология доступа к спектру LAA LSA LA eMBB да да да uRLLC нет нет да mIoT да да да 3.2 Подходы к созданию и использованию в Российской Федерации сети радиосвязи 5G/IMT-2020 операторами с использованием лицензируемого и 47 нелицензируемого диапазонов частот, включая диапазоны радиочастот в полосах: 694-790 МГц; 3,4-3,8 ГГц; 4,4-4,99 ГГц, 5,9 ГГц, 24,25-29,5 ГГц, 30-55 ГГц, 66-76 ГГц, 81-86 ГГц В табл. 3.3 рассмотрена взаимосвязь между частотным диапазоном и типами услуг, которые целесообразно предоставлять в нем. Таблица 3.3 - Диапазоны частот для возможных реализаций различных сервисов системы 5G/IMT-2020 Тип услуг 5G/ IMT-2020 Высокоуровневые требования Возможные вопросы, связанные со спектром Оптимальные частотные диапазоны Усовершенство- ванная подвижная широкополосная связь (eMBB) Сверхвысокоскоростные радиоканалы Сверхширокие полосы несущих 24 ГГц и выше Высокоскоростные радиоканалы Широкие полосы несущих 3,4-3,8 ГГц, 4,4-4,99 ГГц Устойчивость к большому Допплеровскому сдвигу Зависит от требований к емкости Все диапазоны Сверхмалая временная задержка Приложения малого радиуса действия 3,4-3,8 ГГц, 4,4-4,99 ГГц, 24 ГГц и выше Малая временная задержка Приложения среднего радиуса действия 3,4-3,8 ГГц, 4,4-4,99 ГГц Сверхвысоконадежные радиоканалы Существенное влияние атмосферных осадков на надежность outdoor радиоканалов мм- диапазона Ниже 1 ГГц, 3,4-3,8 ГГц, 4,4-4,99 ГГц Сверхнадежная передача данных с малой задержкой (URLLC) Малый радиус действия Использование радиочастот мм-диапазона 24 ГГц и выше Средний радиус действия - 3,4-3,8 ГГц, 4,4-4,99 ГГц Преодоление препятствий радиосигналом на своем пути - Ниже 1 Гц Крупномасштаб- ные системы межмашинной связи (MIoT) Работа в cluttered environment Доминирование дифракции в низких и отражений в высоких частотных диапазонах Все диапазоны Работа около быстро движущихся препятствий Каналы с частотно избирательным замиранием (фейдингом) Предпочтитель- ные частоты ниже 4 ГГц Mesh networking Высокоскоростной распределенный беспроводной backhaul, работающий Выше 24 ГГц 48 Тип услуг 5G/ IMT-2020 Высокоуровневые требования Возможные вопросы, связанные со спектром Оптимальные частотные диапазоны в или вне полосы (in- band или out-of-band) Ниже приведены подходы к созданию и использованию сети радиосвязи 5G/IMT-2020 в Российской Федерации операторами с использованием лицензируемого и нелицензируемого диапазонов частот, включая диапазоны радиочастот в полосах: 694-790 МГц; 3,4-3,8 ГГц; 4,4-4,99 ГГц, 5,9 ГГц, 24,25-29,5 ГГц, 30-55 ГГц, 66-76 ГГц, 81-86 ГГц. При этом для наиболее эффективного и быстрого внедрения будущих сетей подвижной радиосвязи технологии 5G/IMT- 2020 требуется использование существующих полос радиочастот для эволюции сетей LTE-Advanced и выделение новых полос радиочастот в более высоких диапазонах радиочастот для внедрения сетей NR. 1. Диапазон радиочастот ниже 1 ГГц. В качестве ключевого диапазона радиочастот для внедрения сетей 5G/IMT-2020 ниже 1 ГГц рассматривается диапазон 694-790 МГц, который включен в Дорожную карту Евросоюза по внедрению сетей 5G/IMT-2020. Высвобождение диапазона радиочастот 694-790 МГц для сетей 5G/IMT-2020 от РЭС ЦТВ является наиболее предпочтительным вариантом обеспечения сетей 5G/IMT-2020 радиочастотным ресурсом. Это подтверждается опытом европейских стран по перепланированию сетей телевизионного вещания в диапазоны радиочастот ниже 694 МГц в относительно сжатые сроки и с малыми затратами. Однако в Российской Федерации использование сетями 5G/IMT-2020 полосы радиочастот 694-790 МГц (703-733 МГц/758-788 МГц, 2×30 МГц) требует проведения ряда мероприятий и решений. Для сетей LTE-Advanced в Российской Федерации ранее были выделены полосы радиочастот 720-750/761-791 МГц, но решение о прекращении использовании диапазона 694-790 МГц РЭС ЦТВ в настоящее время отсутствует. Согласно Плану перспективного использования РЧС РЭС гражданского назначения в полосе радиочастот 694-790 МГц продолжается дальнейшее использование цифрового телевизионного вещания (ЦТВ), а использование аналогового телевизионного вещания в полосе 470-790 МГц определено до 19.08.2019 г. Сложившаяся ситуация требует проведения оптимизации частотно- территориального плана ЦТВ для заданного числа мультиплексов и с учетом планов отключения аналогового вещания и планов по объему ЦТВ с высвобождением 49 максимально возможного частотного ресурса в полосе 694-790 МГц для всей территории страны. Прямое заимствование европейского опыта для диапазона 790-862 МГц также невозможно в силу сложившейся практики использования полос радиочастот РЭС военного и специального назначения. При этом проблемы конверсии в диапазонах 790-862 МГц и 880-960 МГц, решение которых пока не найдено, существенно ограничивают возможности использования данных диапазонов радиочастот для сетей LTE-Advanced. Наибольшие ограничения накладываются приемниками бортового оборудования, замена которого на значительном парке летательных аппаратов сопряжена со значительными финансовыми затратами и сроками реализации. 2. Диапазон радиочастот от 1 до 6 ГГц. Диапазоны частот 1-6 ГГц имеют как хорошие характеристики распространения в условиях городской, пригородной и сельской местности, так и достаточную ширину диапазонов для организации высокоскоростных каналов с шириной спектра канала до 100 МГц. В этой полосе радиочастот для развития сетей 5G/IMT-2020 рассматриваются следующие диапазоны: 3400-3800 МГц, 4400-4990 МГц, 5,9 ГГц. С точки зрения действующих операторов подвижной радиотелефонной связи, в качестве приоритетной рассматривается полоса радиочастот 3400-3600 МГц, однако не исключается и разработка мероприятий по использованию радиочастотного ресурса в полосах 3600-3800 МГц, 4400-4500 МГц и 4800-4990 МГц. В настоящее время в Российской Федерации полоса радиочастот 3400- 3800 МГц используется на первичной основе РЭС фиксированной спутниковой службы (линия космос-Земля) и РЭС фиксированной службы и для подвижной службы не предназначена. Результаты оценки ЭМС сетей 5G/IMT-2020 с действующими РЭС показывают, что найти необходимый доступный ресурс для внедрения указанных сетей в Российской Федерации в полосе 3400 - 3800 МГц без проведения работ по конверсии радиочастотного спектра не представляется возможным. В рамках фиксированной службы в полосе 3400-3600 МГц используются также РЭС фиксированного беспроводного доступа (ФБД), при этом в соответствии с имеющимися решениями, в части указанной полосы эти РЭС могут быть отключены 11 марта 2021 года без необходимости принятия дополнительных мер по 50 высвобождению частотного ресурса. Сроки высвобождения полосы от использования РЭС радиорелейных линий (PPЛ) прямой видимости и фиксированной спутниковой службы (ФСС) не определены. С учетом необходимости первоначального развертывания сетей пятого поколения в районах с высокой плотностью населения в сложившейся ситуации может быть рассмотрена возможность использования географического разнесения сетей 5G/IMT-2020 и земных станций (ЗС) ФСС С-диапазона в крупных городах. В Российской Федерации полоса радиочастот 4500-4800 МГц также используется для ФСС. Полоса 4575-4610 МГц относится к категории правительственного назначения и не доступна для сетей 5G/IMT-2020. Окончательный вывод возможен по результатам проведения НИР. Полоса радиочастот 4800-5000 МГц используется преимущественно гражданскими радиорелейными станциями, количество которых не превышает нескольких сотен. В целом полоса радиочастот 4400-5000 МГц, за исключением отдельных участков, является менее загруженной, чем полоса 3400-3800 МГц и, предположительно, также может быть частично выделена для внедрения сетей 5G/IMT-2020 в России (полосы 4800 - 4990 МГц, либо 4790 - 5000 МГц)». Учитывая результаты аукционов по распределению спектра 3400-3800 МГц для сетей связи 5G, которые прошли в период 2017-2018 гг. в разных странах, а также прогнозную оценку объемов трафика и ожидаемую топологию сети, рекомендуемый объем минимально необходимого радиочастотного ресурса в этой полосе составляет 50 МГц на одного оператора. Диапазоны частот 3400 -3800 МГц и 4800 - 4990 МГц расположены достаточно близко друг к другу, поэтому характеристики, определяющие распространение в них электромагнитных волн, будут весьма близки. Это также делает весьма похожими и количественные и качественные требования к параметрам оборудования базовых станций сети связи 5G в этих полосах частот. В связи с этим полосы частот 3400-3800 МГц и 4800-4990 МГц можно рассматривать как части одного частотного диапазона 3400 - 5000 МГц. С учетом этого, объем радиочастотного ресурса, минимально необходимый для эффективного развертывания сетей связи 5G в полосах частот 3400 - 3800 МГц и 4800 - 4990 МГц на начальном этапе, при прочих равных условиях будет одинаков и составит 50 МГц на одного оператора при самостоятельном развитии сети связи.. При этом объем доступного радиочастотного ресурса в полосе частот 4800- 4990 МГц на территории Российской Федерации определен Решением ГКРЧ от 24.12.2018 №18-48-02 «Об использовании полос радиочастот радиоэлектронными средствами связи пятого поколения» и составляет 190 МГц. 51 Так же в диапазоне частот ниже 3 ГГц МСЭ-R определены полосы радиочастот 1427-1517 МГц и 2300-2400 МГц для использования сетями 5G/IMT-2020. Эти полосы в настоящее время планируются к использованию в отдельных странах. Так полоса 1427-1517 МГц планируется к использованию в Европейских странах как вспомогательная полоса для повышения скорости передачи данных на линии «базовая станция – абонентский терминал», а полоса 2300-2400 МГц планируется к использованию для сетей 5G/IMT-2020 в отдельных странах азиатско-тихоокеанского региона (например, Китай). Обе полосы радиочастот (1427-1517 МГц и 2300-2400 МГц) имеют большой потенциал при их агрегировании с более низкими полосами радиочастот (ниже 1 ГГц) для обеспечения эффективного радиопокрытия больших территорий и значительного повышения скорости передачи данных. В Российской Федерации применение полосы радиочастот 1427-1517 МГц практически невозможно в ближайшей перспективе, в связи с ее использованием системами воздушной телеметрии. Применение полосы 2300-2400 МГц так же имеет значительные ограничения, связанные с необходимостью обеспечить совместимость с радиолокационными системами. Окончательный вывод будет сформулирован в рамках НИР предусмотренной мероприятием Федерального проекта «Информационная инфраструктура» № 04.01.011.002.002 и рассмотрении результатов ГКРЧ. 3. Частоты выше 6 ГГц предназначены для организации сверхвысокоскоростных каналов связи на небольших расстояниях от базовой станции за счет использования каналов с шириной спектра до 400 МГц (разнос поднесущих частот SCS равен 240 кГц) и обеспечения сверхмалых задержек. Частоты свыше 6 ГГц имеют значительное ослабление при распространении. На данный момент техническими спецификациями 3GPP определены четыре NR диапазона в полосах выше 6 ГГц: 26,5-29,5 ГГц, 24,25-27,5 ГГц, 37-40 ГГц, 27,5-28,35 ГГц. В краткосрочной и даже в среднесрочной перспективе в Российской Федерации следует сосредоточиться на рассмотрении диапазонов радиочастот 24,25-27,5 ГГц и 27,5-29,5 ГГц, для которых предусмотрена стандартизация оборудования. С этой целью в Российской Федерации необходимо решить задачу обеспечения совместимости с ЗС спутниковой службы исследования Земли (ССИЗ), работающих в соседней полосе частот с полосой радиочастот сетей 5G/IMT-2020 24,25-27,5 ГГц, вывод их за пределы крупных городов, а также совместимости с ограниченным числом систем ФБД и РРЛ в диапазоне 24,25-27,5 ГГц, предусмотрев 52 перевод их в другие диапазоны или замену на проводные линии связи, что сопряжено с финансовыми и временными затратами. 4. В частотном диапазоне 30-55 ГГц в рамках подготовки к ВКР-19 рассматриваются диапазоны радиочастот 31,8-33,4 ГГц, 40-40,5 ГГц, 40,5-43,5 ГГц, 45,5-50,2 ГГц, 50,4-52,6 ГГц. Кроме того рассматриваются диапазоны 66-76 ГГц и 81-86 ГГц. Однако все эти диапазоны радиочастот рассматриваются только для долгосрочной перспективы и для более узкого круга сценариев. Например, полоса радиочастот 66-71 ГГц рассматривается для безлицензионного использования и очень малых сот. 5. Частоты в диапазоне 50-80 ГГц имеют большое затухание при распространении и входят в «окно непрозрачности атмосферы». Поэтому вопрос их применения зависит от результатов исследований возможности реализации сетей 5G/IMT-2020. Все перечисленные диапазоны радиочастот рассматриваются только для долгосрочной перспективы и для более узкого круга сценариев, например, полоса радиочастот 66-71 ГГц рассматривается для безлицензионного использования и очень малых сот. По этой причине их детальное рассмотрение на текущем этапе нецелесообразно. С учетом рассмотренных выше международных тенденций развития телекоммуникационного рынка для полномасштабной реализации потенциала сетей 5G/IMT-2020 и успешной цифровизации экономики Российской Федерации необходимо выделение, с учетом обеспечения ЭМС с действующими РЭС других служб, в интересах построения многодиапазонной сети 5G/IMT-2020 нескольких полос радиочастот: - в диапазоне 694-790 МГц: обеспечение эффективного радиопокрытия в условиях городской, пригородной и сельской местности на базе существующих сайтов. Выделение этого диапазона частот позволит развивать услуги 5G/IMT-2020 в малонаселенных районах, а также обеспечить реализацию услуг IoT/M2M; - в диапазоне 2,3-2,4 ГГц: с целью повышения скорости передачи данных и емкости сетей 5G/IMT-2020 на линии «базовая станция – абонентский терминал» за счет агрегирования данного диапазона либо с полосами частот ниже 1 ГГц, либо с полосами в диапазоне 3-5 ГГц; - в диапазоне 4,4 - 4,99 ГГц: организация в районах с высокой плотностью трафика на базе существующих сайтов высокоскоростных каналов, поддержка основного набора услуг 5G/IMT-2020, обеспечивающего доступ к мультимедийному контенту, услугам и данным, а также «облачные» сервисы и разнообразные услуги 53 IoT/M2M/D2D. Выделение диапазона 4,4-4,99 ГГц позволит развивать сети 5G/IMT- 2020 для решения тех же задач, планируемых в диапазоне 3,4-3,8 ГГц, с учетом того, что использование диапазона 3,4-3,8 ГГц в ближайшей перспективе в Российской Федерации будет затруднено; - в диапазоне 24,25 - 29,5 ГГц: организация сверхвысокоскоростных каналов связи на небольших расстояниях от базовой станции, обеспечение покрытия в hot spots, обеспечение всех типов услуг 5G/IMT-2020, особенно услуг типа URLLC. Решение о выделении конкретных полос радиочастот в указанных и иных рассматриваемых для внедрения в Российской Федерации сетей 5G/IMT-2020 диапазонах, а также определение условий их использования будут осуществляться Государственной комиссией по радиочастотам в установленном порядке. 54 4 Определение требований высокого уровня по построению сетевой инфраструктуры 5G/IMT-2020, с учетом виртуализации сетевых элементов и функциональности (SDN/NFV), внедрения облачных технологий радиодоступа (Cloud RAN) и виртуализации транспортной сети (Virtualized Backhaul) Перспективы использования технологий SDN/NFV в сетях операторов связи обусловлены следующим: - высокая масштабируемость сети, гибкое централизованное управление сетью и сетевыми ресурсами; - снижение капитальных расходов на закупку оборудования COTS; снижение операционных расходов благодаря использованию виртуальных сетевых функций; - улучшение энергетической эффективности за счёт использования высокопроизводительных серверов центров обработки данных; - уменьшение времени запуска новых сетевых сервисов; - возможность использования оборудования различных вендоров; - повышение уровня безопасности; - использование облачных платформ в центрах обработки данных на периферии оператора для повышения качества сервиса. Виртуальная сетевая инфраструктура NFV и инфраструктура программно- определяемой сети SDN позволяют создать условия для ускоренного внедрения новых услуг, внедрения новых сетевых протоколов и функциональности, дают возможность интеграции с инновационными приложениями сторонних разработчиков. Ниже рассмотрены требования высокого уровня по построению сетевой инфраструктуры 5G/IMT-2020, с учетом виртуализации сетевых элементов и функциональности (SDN/NFV), внедрения облачных технологий радиодоступа (Cloud RAN) и виртуализации транспортной сети (Virtualized Backhaul). 1. Технология виртуализации NFV позволяет отделить программное обеспечение от физического оборудования, и, в частности, реализовать функции телекоммуникационного оборудования на универсальном оборудовании – ИТ серверах. На одном физическом сервере большой производительности при помощи программного обеспечения виртуализации (гипервизора) может быть организована работа нескольких виртуальных серверов (или виртуальных машин VM) со своими операционными системами и программным обеспечением, взаимодействующих между собой посредством виртуального коммутатора. При этом виртуальные сервера совместно используют ресурсы физических серверов. 55 Отличительной особенностью опорной сети 5GC является использование технологии виртуализации – реализации телекоммуникационных модулей (сетевых функций 5G Core) с помощью виртуальных сетевых функций VNF (рис. 4.1). Виртуальная сетевая инфраструктура NFV центров обработки данных сети 5G/IMT-2020 должна соответствовать техническим спецификациям 3GPP и ETSI в части построения системы управления и оркестрации MANO. Виртуальная инфраструктура NFV позволяет построить гибкую, масштабируемую сеть связи, адаптированную к требованиям услуг связи, снизить стоимость владения сети TCO (Total Cost of Ownership - совокупная стоимость владения) за счет применения типовой высокопроизводительной и надежной инфраструктуры ЦОД. Недостатком виртуальной инфраструктуры является то, что обработка трафика пользователей (пакетов данных плоскости User Plane) выполняется на серверном уровне, что требует больших ресурсов. Исключение данного недостатка возможно за счет применения концепции программно-определяемой сети SDN. NFVI Среда виртуализации (Hypervisors) Физические сервера (Compute) Физические СХД (Storage) Физические сетевые ресурсы (Network) VNF |