Организация принципов построения мобильной связи

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 62 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Жамакур С.Н

Организация принципов построения мобильной связи

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2019
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

Допущен к защите
Заведующий кафедрой
PhD, ассист. - профессор
___________Е.А. Дайнеко

_____ ___________2019 г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема проекта: Организация принципов построения мобильной связи
Организация построения сети 5G

по специальности 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Студент:
гр.РЭТ-1502 С.Н.Жамакур
____ ________2019 г.

_____________
(подпись)

Научный руководитель:

к.т.н., ассист.-проф. Е.А.Бахтиярова
____ ________2019 г.

__________
(подпись)

Рецензент:

к.т.н., зав.кафедрой
"Телекоммуникационные системы" Алматинский университет энергетики и связи
А.С.Байкенов
____ ________2019 г.

___________
(подпись)

Алматы 2019
АО Международный Университет Информационных Технологий
Факультет Информационных Технологий
Кафедра Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Задание на дипломный проект

Жамакур Сержан Нурболулы

Тема проекта: Организация принципов построения мобильной связи

Утверждено приказом № 411-с МУИТ от 28 ноября 2018 г.

Срок сдачи студентом законченного проекта 20 мая 2019 г.

Исходные данные к проекту: Технология 5G, технические характеристики экспериментального оборудования, кластер, сота, базовые станции, потери, мощность, 3GPP

Содержание расчетно - пояснительной записки перечень подлежащих разработке вопросoв:
Глава 1 Эволюция мобильной связи
Глава 2 Технические характеристики 5G
Глава 3 Проектирование сети на основе Рекомендаций МСЭ
Глава 4 Экономическая часть
Глава 5 Охрана труда и промышленной экологии

Лазерный CD диск с текстом дипломного проекта и приложениями:
1. Пояснительная записка к дипломному проектированию.
2. Презентация.

Консультанты по проекту, с указанием относящихся к ним разделов проекта
Раздел
Консультант
Подпись, дата

Задание выдал
Задание принял
Экономическое обоснование ДП
и.о.профессор, к.э.н.,
Бердыкулова Г.М.

ОТ и ПЭ
Ассистент-
профессор, PhD
Малгаждарова М.К.

Нормоконтроль
Ассистент-профессор, к.т.н. Жаксылык А.

Дата выдачи задания 3 декабря 2018

Руководитель_______________________ к.т.н., ассист-проф. Е.А.Бахтиярова
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ С.Н.Жамакур
(подпись)

Календарный план выполнения дипломного проекта
Студент ___________ группа ______ курс _____
Международный Университет Информационных Технологий

___________________________________ ________________________________
(Ф.И.О)
Тема:______________________________ _________________________________
(тема дипломного проекта)
___________________________________ ______________________
1№
Наименование этапов дипломного проекта (работы)
Срок выполнения этапов проекта (работы)
Примечание

1.
Составление графика написания дипломной работы. Представление на кафедру

Ноябрь

2.
Сбор, изучение, обработка, анализ и обобщение данных
Ноябрь-Декабрь

3.

Составление и представление научному руководителю.
Введение
Глава 1
Глава 2
Глава 3
Глава 4
Глава 5
Заключение
Январь-Февраль

4.
Доработка дипломной работы с учетом замечаний консультанта
Март-Апрель

5.
Подача заполненного дипломного проекта руководителю ДП
15 Апреля

6.
Отчетность по дипломной работе на семинарах кафедры
21-25 Января
5-16Февраль
1-5 Aпрель

7.
Предзащита
8-12 Aпрель
13-17 Мая
20-23 Мая

8.
Предоставление ДП на утверждение рецензента
22 Мая -5 Июня

9.
Составление доклада для ГАК
25 Май - 5 Июня

10.
Презентация ДП для ГАК
28 Мая - 11 Июня

Руководитель_______________________ ______________________ Е.А.Бахтиярова
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ _____С.Н.Жамакур
(подпись)
Дата выдачи задания 3 декабря 2018 г

АҢДАТПА

Дипломдық жобаның мақсаты белгілі бір әдістемелерге сүйеніп ұялы байланыс құру принциптерін ұйымдастыру, сондай-ақ, бесінші кезеңдегі ұялы желілерге есептеулер жүргізу болып табылады. Зерттеудің нысаны 5G сымсыз байланыс технологиясын жобалау. Ұялы байланыс желілерін жобалау және жоспарлау әдістері 3GPP, сонымен қоса техниканың әртүрлі сипатталу әдістемелері қарастырылды.
Дипломдық жоба 76 бет, 20 кесте, 28 сурет, 14 әдебиеттен тұрады.

Түйін сөздер: 5G технологиясы, сымсыз байланыс, ұялы байланыс, телекоммуникация, деректерді тарату, ұяшық, кластер, қуат, жоспарлау, жобалау, сипаттамалар, микросота, базалық станция.

АННОТАЦИЯ

Целью работы дипломной работы выступает организация принципов построения мобильной связи, а также расчёт сотовых сетей пятого поколения. Расчёты произведены на основе имеющихся моделей утвержденные организацией 3GPP.
Дипломный проект состоит из 76 страниц, 20 таблиц, 28 рисунков, 14 литературы.

Ключевые слова: технология 5G, беспроводная связь, технология LTE. технология LTE - Advanced, мобильная связь, телекоммуникации, передача данных, сота, кластер, мощность, планирование, проектирование, характеристики, фемтосота, базовая станция

ABSTRACT

The aim of the thesis work is the organization of the principles of building mobile communications, as well as the calculation of fifth-generation cellular networks. The calculations are made on the basis of the available models approved by the 3GPP organization.
The graduation project consists of 76 pages, 20 tables, 28 figures, 14 literature.

Keywords: 5G technology, wireless communication, LTE technology. LTE technology - Advanced, mobile communications, telecommunications, data transmission, cell, cluster, power, planning, design, characteristics, femtocell, base station
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
10
1
ЭВОЛЮЦИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
10
1.1
Рассмотрение стандартов мобильной связи
12
1.2
Особенности мобильной связи 5G
14
1.3
Разбор отличии мобильной сети пятого поколения от четвертого
18
1.4
Перспективы развития 5G
19
1.5
Сценарии использования 5G
21
2
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРСТИКИ 5G
24
2.1
Основные технические требования к сетям
24
2.2
Диапазон частот для сетей пятого поколения
26
2.3
Общая архитектура
27
2.4
Логическая сетевая архитектура 5G
28
2.5
Радио-интерфейс сети 5G
33
2.6
Дополнительные технологии в сетях 5G
34
2.7
Использование малых сот
36
3
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
38
3.1
Расчет величины дуплексного разноса между частотными каналами
38
3.2
Расчет общего числа частотных каналов
39
3.3
Расчет размерности кластера
40
3.4
Расчет числа каналов
42
3.5
Расчет допустимой мобильной нагрузки
45
3.6
Проект базовой станции
50
3.7
Определение мощности передатчика базовой станции
53
3.8
Расчет вероятности ошибки
54
4
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
51
4.1
Бизнес-идея
51
4.2
Анализ рынка
52
4.3
Маркетинговая стратегия и финансовый анализ
54
5
ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
60
5.1
Общие сведения по охране труда предприятия
60
5.2
Анализ опасных и вредных производственных факторов
62
5.3
Производственная санитария и гигиена труда
63
5.4
Электробезопасность и пожарная безопасность
64
5.5
Техника безопасности при работе с оборудованием
65
5.6
Расчеты, подтверждающие или обеспечивающие безопасные условия труда
66
5.7
Антропогенное воздействие объекта на окружающую среду и мероприятия по экологической безопасности
68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
71
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
72

ВВЕДЕНИЕ

Сеть мобильной связи -- это цифровая сеть мобильного беспроводного доступа, предназначенная для возмездного оказания услуг электросвязи любому пользователю услугами связи на территории обслуживания, использующая радиосигналы в радиоинтерфейсе и архитектуру базовой сети, минимизирующую задержки, для оказания услуг передачи данных и речи .
В последние годы мобильная связь очень быстро развивается. Вскоре количество пользователей мобильной связи может превзойти количество пользователей стационарной связи. Рост числа абонентов систем мобильной связи зависит от предоставления услуг с качеством и составом не хуже, чем в сетях фиксированной связи. Вперед выдвигаются сами услуги связи, а не телекоммуникационные технологии.
В функциональный набор сотовой связи включается: регистрация абонента, установление вызова, передача информации между мобильным телефоном и базовой станцией по радиоканалу, процедура установления вызова между абонентами, роуминг в других сетях, а также набор услуг, предоставляемых абоненту. Эволюция систем сотовой связи включает первое, второе, третье и четвёртое поколение. На мировом рынке постоянно появляются прогрессивные технологии и стандарты.
Сегодня телекоммуникационная отрасль в Казахстане и во всем мире стоит на пороге внедрения нового, пятого поколения мобильной связи. Подобно предыдущим поколениям, 5G даст толчок развитию не только телекоммуникационной, но и другим отраслям экономики. Ожидаемые технологические инновации стандарта пятого поколения приведут к росту пропускной способности сетей мобильных операторов и скорости передачи данных, а также к появлению новых сценариев использования мобильной связи и развитию инновационных цифровых услуг. Это будет способствовать экономическому развитию за счет увеличения производительности, автоматизации и внедрения новых технологий в различных сферах экономики и деятельности человека.
Целью данной работы является рассмотрение организации принципов построения систем мобильной связи, а именно пятого поколоении. В ходе достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-Дать характеристику сетям мобильной связи третьего, четвертого и пятого поколений.
-Изучить структуру сетей мобильной связи пятого поколений.
-Рассмотреть физический уровень, частотный диапазон и способы кодировки сетей мобильной связи третьего, четвертого и пятого поколений.

ЭВОЛЮЦИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Рассмотрение стандартов мобильной связи

На данный момент в мире существует четыре поколения сотовой мобильной связи. Считается, что пятое поколение мобильной связи появится к 2020 году. (См.рис.1.1)
В настоящее время ведутся программы по разработке основных очертаний стандарта пятого поколения. Именно поэтому точного определения 5G пока дать нельзя, можно лишь предугадать, какими станут сети после 2020 года.
Очевидно, что в будущем к сети будет подключено гораздо больше устройств, большинство из которых будут работать по принципу всегда онлайн. При этом очень важным параметром будет являться низкое энергопотребление.

Рисунок 1.1 - Эволюция мобильной связи

Первое поколение, 1G: Эти телефоны были аналоговыми и были первыми мобильными или сотовыми телефонами, которые будут использоваться. Хотя они были революционными в свое время, они предлагали очень низкий уровень эффективности использования спектра и безопасности. Первое поколение сотовой связи включало следующие аналоговые системы и не было стандартизовано в глобальном масштабе: Ширина полосы частотных каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. Скорость передачи данных - 1,9 кБитс. Сети 1G обеспечили мобильность аналоговым голосовым сервисам.
Технологии 2G, такие как CDMA, GSM и TDMA, были первым поколением технологий цифровой сотовой связи. Они основаны на цифровых технологиях и предлагают гораздо лучшую эффективность использования спектра, безопасность и новые функции, такие как текстовые сообщения и связь с низкой скоростью передачи данных. Сети 2G предоставили услуги цифровой сотовой голосовой связи и базовые услуги передачи данных (SMS, просмотр WAP через Интернет), а также услуги роуминга в сетях. Сети 2.5G и 2.75G принесли небольшое улучшение в услуги передачи данных, соответственно с GPRS и EDGE.
Технологии 3G, такие как EVDO, HSPA и UMTS, обеспечивают скорость от 200 кбит с до нескольких мегабит в секунду. целью этой технологии было предоставление высокоскоростных данных. Первоначальная технология была усовершенствована, чтобы обеспечить скорость передачи данных до 14 Мбит с и более. Сети 3G обеспечили лучший опыт мобильного интернета, но с ограниченным успехом позволили внедрить широкое распространение услуг передачи данных. Сети 3.5G обеспечили по-настоящему повсеместное использование мобильного интернета, открыв успех эко-систем мобильных приложений.
Четвертое поколение, 4G: это была технология на основе all-IP, которая может обеспечить скорость передачи данных до 1 Гбит с. Четвертое поколение устройств - это полноценный "офис в кармане". Именно на это и были направлены в начале сформулированные в рекомендации ITU-R
M.1645 требования комитета IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced) для поддержки скорости в исходящем канале до 100 Мбитс для мобильных и 1 Гбитс для номадических и стационарных абонентов. И вот эта скорость дает возможность регулирования голосовых соединений и применения различных информационных сервисов: пользование Интернетом, обмена крупными массивами данных, видео по запросу (VoD) и просмотра ТВ-трансляций (IPTV). И все эти сервисы, которые пользователь имел у себя дома или в офисе, могут являться приемлемы в каждом любом месте за доступные деньги. Как сотовая телефония позволяет нам быть на связи почти все время и почти в любом месте, так и системы 4G созданы чтобы обеспечить всех пользователей высокоскоростным доступом к различным сетям передачи данных. Здесь есть один важный момент. 3G системы были созданы для этого, но даже если были приложены все усилия производителей оборудования на базе 3G-технологии, например типа HSPA (High Speed Packet Access), они все равно не сумели конкурировать с технологией WiMAX и заменившей ее LTE - предтечами 4G (и если не обращать внимание к таким "мелочам", как совместимость, их в принципе можно относить к 4G). И это ясно: технологии 4G не просто дают возможность чтобы обеспечивать возможность передавать данные, как в 3G - или дорого, или медленно. Они могут позволить забыть о привязке к определенному информационному каналу. Пользователю становится равнодушно, где он пользуется сетью - в офисе, дома, на улице или в машине. И стоимость, и скорость услуг во всех случаях должны быть хотя бы немного одинаковы. Чтобы перейти к 4G, надо было коренное, принципиальное изменение в структуре построения и архитектуре как сетей радиодоступа, так и опорных сетей. В беспроводных сетях было окончательно убрано "телефонное наследие" сотовой связи, ведь даже системы 3G по сути были связывающим абонентов с АТС. Система 4G - это принципиально совсем другая структура. Это плоская IP-сеть с пакетной передачей данных, которая позволяет распределение архитектуры, с каналами прямого обмена между базовыми станциями и т.п.
5G дает новые возможности для множества особо важных приложений - начиная от 3D-видео до медиа, автономные транспортные средства и возможность умных городов, при помощи сверхвысокой скорости передачи данных, уменьшенная задержка и повышенной емкости.
Почти все приложения с интенсивным использованием данных, как ориентированные на потребителя, так и B2B, находятся на грани соединения. Последние разработки 4K, 8K, 3D-видео, расширенное использование HD TV, потоковое аудио и видеоуслуги и интерактивное видео на многих устройствах это и есть основной движущийся фактор для этой группы вариантов использования. Распространенные данные, высокая скорость передачи данных, пропускная способность и расширенная передача и многоадресные функции 5G по существу будут являться опорой этим случаям использования, обеспечение функции телевизора для домашних экранов и реализовать медиа видение для мобильного телевидения.
Производитель оборудования трудился с операторами связи чтобы показать видео в реальном времени со сверхвысоким разрешением (UHD) передача с пропускной способностью больше чем 800 Мбитс, а также окончание предварительной частный первой в мире UHD IPTV больше чем 5G стационарный беспроводной доступ. 5G может сделать лучше пользовательский опыт с более быстрым мобильным широкополосным скоростям, а чтобы гарантировать удивительный опыт высококачественные медиа и видео услуги предлагают инновационный дизайн приложения. Для этого только мобильная широкополосная связь не даст достаточного дохода, чтобы оправдать 5G.
Для того, чтобы хорошо справиться с работой, рассказанными выше, требуется разработка новых, более лучших и совершенных решений беспроводного доступа. Улучшенные версии нынешних технологий радиодоступа будут дополнены новыми, нацеленными на определенные сценарии и способы применения. И так, 5G рассматривается как результат развития нынешних технологий радиодоступа. Созданная в итоге система, которая включает в себя разные технологии радио-доступа 2-го, 3-го и 4-го поколений, полностью используются как одно целое, и называется системой 5-го поколения (5G), так как выносит качество пользовательского опыта и производительность сети на уровень, являющимся недоступным системам 4-го поколения. Технологии 5G дают возможость пользователям полностью открыть потенциал технологий мобильной связи и новых сервисов, а операторам связи - сделать дополнительные источники дохода. В фокусе внимания концепции 5G есть не только технологический аспект, а такж улучшение пользовательского опыта через интеграцию современных технологий.
Нынешние технологии мобильного широкополосного доступа, такие как HSPA и LTE, будут и далее развиваться, и обеспечат базу нового стандарта сетей пятого поколения. Так, например, поочередно будут доступными скорости передачи данных на уровне сотен Мбитс. Обеспечение высокого качества доступа к высокоскоростным мобильным сервисам будут возможным из-за внедрения технологии интеллектуальных антенн с большим числом управляемых элементов,для освоения новых диапазонов более большой степени координирования между основными станциями. Будут появляться новые сценарии развертывания сетей. И, все больше операторов будут использовать стратегию развертывания малых сот. Кроме этого, изменения будут и в парадигме коммуникаций в сторону все большего влияния межмашинного взаимодействия.

Особенности мобильной связи 5G

5G (fifth generation) -- это пятое поколение технологий мобильной связи с огромной скоростью передачи данных -- несколько гигабит в секунду. 5G уменьшают задержку сигнала до одной миллисекунды -- против 10 миллисекунд в сетях 4G и 100 миллисекунд в 3G.
Новые поколения сотовой связи появляются каждые 10 лет. Эти годы уходят на разработку технологии, стандартов и обновление инфраструктуры.
Невероятные скорости, которые скоро станут реальностью, найдут своё применение в технологиях виртуальной реальности, стриминге UltraHD видео, удалённом управлении техникой. Стандарт предполагает подключение более 100 тыс. устройств к одной базовой станции, что необходимо для развития интернета вещей.
Гонка глобальных вендоров переходит в плоскость цены. Например, Qualcomm упростил патентные правила для 5G: стоимость патента на 5G-оборудование ими приравнена к стоимости патента на 4G. Это снизит один из важных барьеров для внедрения технологии - цену 5G-оборудования.
Казахстан только выигрывает от глобальной схватки вендоров. Страна имеет один из самых высоких уровней потребления мобильного трафика в мире - в среднем казахстанцы выкачивают около 4,4 Гб в месяц (по данным 4Service Group). Для сравнения, мировой лидер Финляндия имеет показатель 10,95 Гб, второе место Австрия - 6,28 Гб, третье Швеция - 4,38 Гб. Казахстан не учитывался в этом рейтинге, но мог бы смело претендовать на третье место в мире.
Это стало возможным в силу развитой 4G-инфраструктуры, достаточно низких цен на интернет и локализации зарубежных сервисов с тяжёлым контентом. Например, локальные зеркала Youtube в дата-центрах Казахтелекома позволяют мобильным операторам сделать большую часть видеотрафика бесплатной для пользователя.
Технические характеристики и спецификации стандарта еще находятся в процессе разработки. Первые релизы спецификаций были выпущены в декабре 2017 года. Завершить работу по формированию стандартов, необходимых для массового запуска технологии (3GPP1 , релиз 15 и релиз 1 6), планируется во второй половине 2018 и конце 2019 года соответственно. Хотя стандарт еще полностью не сформирован, можно определить следующие особенности технологий пятого поколения: :: максимальная скорость передачи данных -- до 20 Гбит с; :: сверхнизкая задержка передачи данных (latency) -- менее 1 мс; :: поддержка большого количества абонентских устройств -- до 1 млн на 1 кв. км; :: расширенная поддержка специализированных ИКТ-сервисов1 ; :: задействование нового радиочастотного спектра, включая миллиметровые волны.
В преддверии внедрения нового стандарта и старта развития сетей пятого поколения неизбежно встают такие вопросы, как: :: оценка влияния внедрения 5G на экономику и капитальные вложения игроков отрасли - смогут ли операторы обеспечить развитие сетей, которые станут инфраструктурой для развития цифровой экономики; :: выбор оптимальных моделей и отраслевых политик для развития сетей пятого поколения - бу дет ли эффективна су ществующая конкурентная модель развития инфраструктуры несколькими мобильными операторами, как операторы будут развивать свои сети, и как регулятор может способствовать быстрому и эффективному внедрению нового поколения мобильной связи.
Высокий уровень потребления мобильного трафика говорит о том, что казахстанские пользователи готовы к более высоким скоростям и увеличению объёма потребления.
Мобильные сети 5G дают те же скорости, что и оптоволоконные линии, только без необходимости тянуть оптику последние 500 метров до дома и заходить к абоненту в квартиру. Таким образом, решается проблема последней мили.
Например, по данным Казахтелекома, сейчас в сельских районах 404 тыс. абонентов подключены по xDSL (до 8 Мбитс), по FTTh - 25,4 тыс. (оптика, до 300 Мбитс), по LTE - более 18 тыс. абонентов (в среднем 16 Мбитс), по EVDO - 39,3 тыс. абонентов (до 1,8 Мбитс). Перейдя на 5G, все они получат возможность расширить свои каналы до 1Гбитс и выше.
Помимо частного сектора, 5G предложит широкополосный доступ в интернет в сельские школы и больницы. Высокоскоростной интернет позволяет развивать телемедицину, когда пациент связывается с доктором по видеосвязи. При этом больше половины из 7160 казахстанских школ находятся в сельской местности, 90% из них имеют доступ в интернет на скорости более 4 Мбитс. Этих скоростей уже явно недостаточно для развития современного цифрового образования. Связь пятого поколения позволяет решить и эту проблему.
Как и другие сотовые сети, сети 5G используют систему сотовых станций, которые делят свою территорию на сектора и отправляют закодированные данные по радиоволнам. Каждый сотовый узел должен быть подключен к магистральной сети, будь то проводное или беспроводное соединение.
Сети 5G будут использовать тип кодирования, называемый OFDM, который аналогичен кодированию, которое использует 4G LTE. Однако радиоинтерфейс будет спроектирован с гораздо меньшими задержками и большей гибкостью, чем LTE.
Сети 5G должны быть намного умнее, чем предыдущие системы, поскольку они манипулируют намного большим количеством меньших ячеек, которые могут изменять размер и форму. Но даже с существующими макроэлементы Qualcomm говорит, что 5G сможет увеличить пропускную способность в четыре раза по сравнению с существующими системами, используя более широкую полосу пропускания и передовые антенные технологии.
Цель состоит в том, чтобы иметь гораздо более высокие скорости и гораздо более высокую пропускную способность на сектор при гораздо меньшей задержке, чем 4G. Участвующие органы стандартизации нацелены на скорости 20 Гбит с и задержку 1 мс, после чего начинают происходить очень интересные вещи.
5G в основном работает в эфире двух типов: ниже и выше 6 ГГц.
Низкочастотные сети 5G, которые используют существующие сотовые и Wi-Fi-диапазоны, используют преимущества более гибкого кодирования и больших размеров каналов для достижения скоростей на 25-50% лучше, чем LTE, согласно презентации исполнительного директора T-Mobile Карри Куоппамаки. Эти сети могут покрывать те же расстояния, что и существующие сотовые сети, и, как правило, не требуют дополнительных сотовых станций. Например, Sprint настраивает все свои новые сотовые сайты 4G как готовые к 5G, и он просто переключит коммутатор, когда вся остальная сеть будет готова.
Чтобы получить сверхвысокую скорость в несколько гигабитов, операторы должны будут использовать более новые, более высокие частоты, известные как миллиметровые волны. Внизу в существующих сотовых диапазонах доступны только относительно узкие каналы, потому что этот спектр очень занят и интенсивно используется. Но на частотах 28 ГГц и 39 ГГц доступны большие широкие диапазоны спектра, позволяющие создавать большие канал
Эти полосы ранее использовались для транзитного соединения, соединяющего базовые станции с удаленными интернет-связями. Но они раньше не использовались для бытовых устройств, потому что портативная вычислительная мощность и миниатюрные антенны были недоступны. Сигналы миллиметрового диапазона также уменьшаются быстрее с расстоянием, чем сигналы более низкой частоты, и для огромного объема передаваемых данных потребуется больше подключений к стационарному Интернету. Поэтому провайдерам сотовой связи придется использовать много меньших базовых станций с более низким энергопотреблением (обычно с выходной мощностью 2 - 10 Вт), а не меньшее
количество более мощных макроэлементов (с выходной мощностью 20 - 40 Вт), чтобы предложить много гигабитные скорости, которые обещают сети миллиметровых волн. ,
К счастью для них, операторы уже установили эти маленькие ячейки во многих крупных городах, чтобы увеличить пропускную способность в эпоху 4G. (Из окна моего офиса в Нью-Йорке я вижу несколько небольших сотовых сайтов.) В этих городах им просто нужно прикрепить дополнительное радио к существующему сайту, чтобы сделать его 5G. Однако в других местах идет борьба, когда у перевозчиков возникают проблемы с тем, чтобы убедить города позволить им добавлять небольшие ячейки в пригородные районы. Это похоже на предыдущую борьбу за создание сотовой связи вообще во многих из этих городов

Разбор отличии мобильной сети пятого поколения от четвертого

5G -- это не просто ускоренная версия 4G, а серьёзный технологический скачок на десятки лет вперёд. Между двумя поколениями гораздо больше отличий, чем кажется. Строго говоря, 5G -- не только новый набор частот, а комплексная платформа, которая гораздо эффективнее использует возможности беспроводных сетей.
Давайте определим основные отличия и прорывы...
Одним из главных отличий сетей нового поколения станет колоссальное
снижение задержки: до десяти раз по сравнению с 4G, в идеале -- до минимального значения в 1 мс. При этом сохранится обратная совместимость с оборудованием предыдущего поколения, пусть и на меньших скоростях, поддерживаться будут все диапазоны. А значит, без связи пользователь не останется в любом случае и переход пройдёт безболезненно. . Снижение задержки означает, что вы сможете использовать подключение к мобильному устройству в качестве замены кабельного модема и Wi-Fi. Кроме того, вы сможете быстро и легко загружать и загружать файлы, не беспокоясь о внезапном сбое в работе сети или телефона. Вы также сможете смотреть видео 4K практически сразу, не испытывая времени буферизации.
Наконец, 5G просто быстрее: пиковая скорость соединения в теории сможет достигать фантастического значения 20 Гбитс. Но даже средние 100
Мбитс станут огромным шагом вперёд -- и не забываем о низком пинге.(См.рис.1.2)

Рисунок 1.2 - Сравнение характеристик 4G и 5G

5G сможет исправить проблемы с пропускной способностью. В настоящее время существует так много различных устройств, подключенных к сетям 3G и 4G, что у них нет инфраструктуры для эффективного управления. 5G сможет работать с современными устройствами и новыми технологиями, такими как автомобили без водителя и связанные с ними домашние продукты.
Новый тип мобильной сети не был бы новым, если бы он не был, в некотором смысле, принципиально отличным от существующих. Одним из принципиальных отличий является использование 5G уникальных радиочастот для достижения того, чего не могут сети 4G.
Радиоспектр разбивается на полосы, каждая из которых обладает уникальными характеристиками при переходе на более высокие частоты. Сети 4G используют частоты ниже 6 ГГц, но 5G использует чрезвычайно высокие частоты в диапазоне от 30 ГГц до 300 ГГц.
технологии:
4G LTE выросла, чтобы охватить множество различных технологий под своим знаменем: например, агрегация LWA (LTE-WLAN) помогает поддерживать связь в плотных средах. 5G уточняет эти этапы и опирается на предыдущие поколения для повышения спектральной эффективности и качества связи, особенно в плотных городских условиях. Его сфера охвата является широкой и применимой не только для высокопроизводительных мобильных или корпоративных устройств, но и для устройств со сверхнизким энергопотреблением, с длительным сроком службы и всегда подключенными устройствами IoT.
В отличие от 4G, технологии 5G предназначены для использования преимуществ облачных или виртуальных сетей радиодоступа (называемых RAN). Технологии RAN позволят предприятиям и поставщикам услуг создавать свои собственные централизованные сети. Поставщики могут даже воспользоваться преимуществами локализованных центров обработки данных, чтобы обеспечить пользователям более быстрое и надежное.

Рисунок 1.3 - Визуализация работы 4G и 5G

В отличие от 4G, 5G имеет возможность различать стационарные и мобильные устройства. Он использует методы когнитивного радио для идентификации каждого устройства и предлагает наиболее подходящий канал доставки. Это означает, что каждый пользователь получит гораздо более индивидуальное подключение к Интернету по сравнению с 4G; в соответствии с их возможностями устройства и местной средой приема.
5G предназначен не только для удовлетворения потребностей всех, от потребителей до предприятия, но и для совершенно разных требований к связи по типу машины (MTC), которые требуются приложениям IoT и другим подключенным устройствам типа M2M (машина-машина). В то время как IoT в эпоху 4G представляет собой сочетание адаптированных технологий 2G и 4G, 5G более конкретно охватывает технологии LPWA (малой мощности),NB-IoT , например. Услуги 5G лучше оснащены для обработки этих различных типов трафика и подключенных устройств.

1.4 Перспективы развития 5g

Невзирая на широкое внедрение сетей LTE и LTE-A, ясно, что современные технологии беспроводной связи не смогут гарантировать возрастающие условия к скорости передачи данных и пропускной способности сети. Отвечая на спросы времени, знатоки в сфере систем связи изучают беспроводные технологии, которые, возможно, будут частью сетей 5G. Разработки сконцентрированы не только на увеличение пропускной способности, но так же и на улучшение покрытия и надежности сервиса, повышение энергоэффективности и уменьшение задержек. Можно отметить самых основных направлений, на которых ориентируются исследователи.
Первое - технология Massive MIMО, гарантирующая колосальное повышение скорости и надежности каналов передачи данных с помощью использования огромного (от 100) количества антенн на базовых станциях. Этот подход очень отличается от традиционной архитектуры построения мобильной связи, где на базовой станции не больше шести-восьми антенн. Сотни антенных элементов помогут снизить канальную мощность из-за фокусировки энергии на пользователе за счет технологии изначального кодирования. С помощью энергии, излучаемой на определенного абонента, не только снижается используемая мощность, но и уменьшаются взаимные помехи от абонентов сети.
Второе направление - объеденение беспроводных сетей за счет увеличения количества базовых станций в географическом районе. Такой подход может значительно увеличить спектральную эффективность и снизить энергопотребление мобильных устройств при помощи сокращения коммуникационных расстояний. Уплотнение сетей рассматривает разработку малых базовых станций - которые несут название пикосот (pico cell) и фемтосот (femto cell), образующих гетерогенные сети. Эта, на первое впечатление, обыкновенная концепция требует ответа немного сложных проблем. В основном, при развертывании множественных точек доступа операторам надо будет гарантировать отсутствие проблем между устройствами в сети, обозначать местоположение и мощность устройств, обеспечить их координацию с разными точками доступа в данной области. А так же, надо позаботиться о миниатюризации и повышении энергоэффективности малых базовых станций.
Третье направление исследований - поиск новых сигнально-кодовых конструкций для 5G. Проблема в том, что недотчет потребляемый в сетях 4G и 4G+ технологии мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (orthogonal frequency division multiplexing - OFDM) сформулирован увелечением спектра внеполосного излучения, что не допускают спектральную эффективность. Если говорить иначе, сетевые операторы не должны эффективно потреблять данный спектр из-за создаваемых абонентами на рядом стоящих каналах помех. Для OFDM также разрешено высокое отношение пикового значения мощности к среднему усилителю мощности, что понижает годность работы батарей сотового устройства. Чтобы убрать эти неполадки OFDM, специалисты изучают похожие виды сигнально-кодовых конструкций, в их числе мультиплексированный сигнал на базе обобщенного частотного разделения (generalized frequency division multiplexing - GFDM), сигнал с больших количеством несущих, потребляющий банк частотных фильтров (filter bank multi-carrier - FBMC), и уникальный фильтруемый сигнал с множеством несущих (universal filtered multi-carrier - UFMC). Намечается, что в итоге потребления одного из этих подходов можно повысить пропускную способность сети на 30% и одновременно увеличить годность работы батарей мобильных устройств.
Окончательное решение для перехода на новые беспроводные технологии имеет доступность частотного спектра. Понятно, что пропускная способность канала зависит от полосы частот и соотношения сигналшум. До этих пор специалисты исследовали возможность потребления только частотного диапазона ниже 6 ГГц. Но изучения показали, что смогут также гарантировать коммерческую радиосвязь в миллиметровом диапазоне - в особенности, на частотах 28, 38, 60 и 72 ГГц. Даже когда передача на этих частотах связана с крупными потерями в полосе пропускания, имеется возможность их компенсации при помощи высокого коэффициента усиления, применения фазированных антенных решеток на базовых станциях и улучшенных способов цифровой обработки сигнала. Из-за доступности частотного спектра в миллиметровом диапазоне перспективы этой технологии очень даже хорошие. На некоторых частотах операторы связи могут гарантировать неразделяющийся спектр до 2 ГГц, в то время как ненешний доступный спектр составляет 20 МГц.

1.5 Сценарии использования 5G

Технология 5G обеспечит огромные скорости передачи данных и низкую задержку, поэтому общество быстро войдет в новую эру умных городов и Интернета вещей (IoT). Заинтересованные стороны отрасли определили несколько возможных сценариев потребления для сетей 5G, а МСЭ-R определил три основные категории этих вариантов использования.(См.рис.1.4)
1) Улучшение мобильной широкополосной связи. Мобильная широкополосная связь объединяет все прикладные сценарии человека, включая доступ к мультимедийному контенту, услугам и данным. Обзор спроса на широкополосную мобильную связь будет продолжать расти, поэтому их улучшения выйдут на новый уровень. В дополнение к существующим мобильным широкополосным сетям современные решения для пользователей мобильного широкополосного доступа откроют новые области использования и технические условия. Результатом будет улучшение качества этих услуг и бесперебойная работа пользовательского интерфейса. Различные сценарии использования используются для использования сценариев, таких как использование больших зон покрытия и точек беспроводного доступа. Для точки беспроводного доступа, то есть для области, где плотность пользователей увеличивается, требуется высокая полоса пропускания, и условие мобильности не является высоким, и скорость передачи пользовательских данных выше, чем скорость передачи при покрытии большой области. Чтобы покрыть большую площадь, обязательно используйте бесшовное обслуживание. В то же время мобильность от средней до высокой, и скорость передачи пользовательских данных должна быть намного выше текущей скорости. Однако требования к скорости передачи данных не должны быть такими же высокими, как наличие точек беспроводного доступа.
2) Гарантия передачи данных с малой задержкой. В этом сценарии потребления этим индикаторам назначаются строгие условия, такие как пропускная способность и задержка. Примерами могут служить беспроводное управление промышленными и производственными процессами, а также безопасность распределения и транспортировки в автоматизированных интеллектуальных сетях.
3) Большая машинная система связи. Этот вариант использования описывается указанным количеством подключенных устройств, которые передают очень небольшие объемы данных, которые менее чувствительны к задержкам. Необходимо обеспечить небольшую цену и длительное время зарядки аккумулятора.

Рисунок 1.4 - Сценарии использования 5G

Как предлагают операторы беспроводной связи, eMBB опишет основные варианты использования 5G на первых этапах развертывания сети. С помощью eMBB высокоскоростная мобильная широкополосная связь может использоваться в областях с большим количеством талантов, и пользователи могут получать доступ к высокоскоростным потокам данных по запросу, будь то дома, на экране или на мобильных устройствах, для улучшения совместной работы на предприятии. Некоторые операторы также исследуют eMBB в пробных решениях, которые не подключены к жилым зданиям через медь или оптоволокно. Ожидается, что технология 5G также поможет умным городам и Интернету вещей, развернув большое количество сенсорных сетей с низким энергопотреблением в городских и сельских районах. Благодаря своей безопасности и надежности, он может использовать технологию 5G для обеспечения общественной безопасности и выполнения критически важных задач, таких как интеллектуальные сети, полиция и службы безопасности, а также здравоохранение. Благодаря высокой эффективности и малой задержке технология 5G идеально подходит для удаленной хирургии, промышленной автоматизации и мониторинга в режиме реального времени. Низкая задержка и функции безопасности 5G значительно помогут в разработке интеллектуальных транспортных систем, позволяя интеллектуальным транспортным средствам взаимодействовать и обеспечивать связь с автономными транспортными средствами и грузовиками. В этом примере автономное транспортное средство (АТС), управляемое облачной системой автопилота, должно иметь возможность останавливаться, ускоряться или поворачивать после получения соответствующих результатов. Сетевые ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.