1.1. Общее описание услуг и сервисов, предполагаемых для предоставления на сетях 5G/IMT-2020

Существующие сети 4G не позволяют в требуемой мере обеспечить новые потребности абонентов в инновационных услугах подвижной связи. При этом операторы столкнулись с недостаточной гибкостью сетей связи, увеличением их сложности и ростом стоимости их эксплуатации. Технологии 5G/IMT-2020, позволяющие нивелировать указанные недостатки, являются закономерным этапом развития сетей подвижной связи.

Международный союз электросвязи МСЭ-R определил показатели главных эксплуатационных характеристик сети, достижение которых позволяет отнести ее к сети 5-го поколения:

- увеличение пропускной способности сети (рост скорости передачи данных в 10 - 100 раз в расчете на абонента - до 10 Гбит/с (DL) и до 5 Гбит/с (UL);

- обеспечение роста потребляемого трафика в расчете на 1 абонента (рост в 1000 раз) - до 500 Гб на пользователя в месяц;

- увеличение количества подключаемых абонентских устройств в соте в 10 - 100 раз - до 300 000 на узел и до 1 миллиона устройств на 1 км²;

- уменьшение сквозной задержки передачи данных в сети с 10 мс до 1 мс;

- рост спектральной эффективности радиоинтерфейса до 3 раз;

- многократное увеличение времени автономной работы абонентских устройств с небольшим энергопотреблением, таких как сенсоры IoT/M2M/D2D - до 10 лет;

- снижение стоимости эксплуатации и энергопотребления сетей 5G/IMT-2020 до 10 раз по сравнению с сетью 4G.

Услуги, предоставляемые сетью связи 5G/IMT-2020, классифицированы МСЭ-R на 3 группы:

Первая группа: усовершенствованная подвижная широкополосная связь (eMBB). Эта группа услуг охватывает сценарии использования, ориентированные на человека и обеспечивающие доступ к мультимедийному контенту, услугам и данным (аналогична услугам, предоставляемым в настоящее время сетями LTE). К таким услугам относятся: Ultra HD и видео, 3D видео, в том числе в реальном времени, онлайн игры, виртуальная реальность (возможные области применения: образование, развлечения, здравоохранение, военная промышленность), расширенные сервисы социальных сетей, облачные сервисы (возможные области применения: государственные услуги, бизнес приложения, вычисления), голос, в том числе потоковый, музыка в реальном времени, вещание MBMS.

Для качественной поддержки этих услуг должны обеспечиваться мультигигабитные скорости передачи данных. В сценариях для eMBB высокое значение имеют практическая пользовательская скорость передачи данных, трафик на единицу площади, пиковая скорость передачи данных, мобильность, энергоэффективность и эффективность использования спектра.

Вторая группа: крупномасштабные системы межмашинной связи (MIoT). Данный сценарий использования характеризуется большим количеством подключенных устройств, передающих относительно небольшой объем данных, не столь чувствительных к задержке. Для качественной поддержки этих услуг необходимо обеспечить низкую стоимость абонентских устройств при поддержке большой зоны охвата и продолжительного времени работы устройства от батареи. Основные области применения: энергетика, транспорт, здравоохранение, торговля, общественная безопасность, промышленность, ЖКХ, беспилотные транспортные средства. Сценариям MIoT свойственны высокая плотность соединений и необходимость поддержания корректного функционирования большого количества устройств в сети. Для реализации данного сценария важны низкая стоимость устройства и его энергоэффективность.

Третья группа: сверхнадежная передача данных с малой задержкой (URLLC). В данном сценарии использования предъявляются жесткие требования к таким показателям функционирования сети, как пропускная способность, задержка и готовность. К таким услугам относятся беспроводное управление промышленными и производственными процессами (роботизация), дистанционная медицина, в частности, хирургия, автоматизация распределения энергии в "умных" электросетях, общественная безопасность, "умные" дома и города, применение интеллектуальных транспортных средств и внедрение интеллектуальной дорожной инфраструктуры на базе V2X и т.д. В некоторых сценариях URLLC высокое значение имеет низкая задержка для того, чтобы обеспечить работу критически важных служб безопасности, а также высокий уровень мобильности в сфере услуг безопасности перевозок.

В таблице 1.1 показаны потенциальные требования к некоторым применениям типов услуг 5G/IMT-2020 и возможность их реализации с использованием существующих сетей.

Для реализации на сети мобильной связи пятого поколения перечисленных выше трех основных групп услуг сети 5G/IMT-2020 должны обладать следующими характеристиками:

- гибкость использования спектра и ширины полосы - возможность проектирования системы связи по отношению к различным спектральным сценариям, и, в частности, к возможности функционировать в различных диапазонах частот;

- надежность - способность обеспечить работу услуги с очень высоким коэффициентом готовности (где под коэффициентом готовности подразумевается вероятность того, что сеть окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени);

- устойчивость - способность сети сохранять работоспособное состояние во время и после влияния внешних воздействий (чрезвычайные ситуации, аварийное отключение электроэнергии и т.п.);

- безопасность и конфиденциальность - способность обеспечивать шифрование и защиту целостности абонентских данных, предотвращение несанкционированного доступа, защиту сети от взлома, мошенничества и т.д.;

- энергоэффективность - способность обеспечивать заданное время работы, обеспечиваемое накопленной энергетической емкостью. Это особенно важно для M2M-устройств, которым необходим продолжительный срок службы аккумулятора (например, более 10 лет), так как их постоянное техническое обслуживание затруднено физическими или экономическими причинами.