eng
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.8.12
Мы создаем российское решение 5G
Рассказывает руководитель Лидирующего исследовательского центра по технологиям 5G Сколковского института науки и технологий В.Э.Шуб
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.8.12
В январе 2020 года благодаря работе Центра компетенций Национальной технологической инициативы по беспроводной связи и Интернету вещей (ЦК НТИ БСИВ) при Сколтехе был создан Лидирующий исследовательский центр (ЛИЦ) по технологиям 5G, который возглавил известный топ-менеджер и эксперт с богатым опытом работы как в компаниях-производителях телекоммуникационного оборудования, так и в операторах связи – к.ф.-м.н. В.Э.Шуб. Он же был инициатором создания операторского "Клуба 5G", в рамках которого уже более двух лет организуются обсуждения технических требований к сетям нового поколения, в том числе на основе концепции OpenRAN.
Перед коллективом ЛИЦ и его российскими технологическими партнерами поставлена амбициозная задача создания в короткие сроки отечественного комплексного сетевого решения сотовой связи пятого поколения. О ходе реализации этого проекта, первых результатах работы пилотной зоны 5G в Сколково, перспективах массового внедрения этого семейства технологий В.Э.Шуб рассказал корреспонденту "ПЕРВОЙ МИЛИ".
Как и для чего был создан ЛИЦ?
Я пришел в Сколтех в 2019 году в качестве заместителя руководителя ЦК НТИ БСИВ с идеей обеспечения независимости отечественного телекоммуникационного рынка от санкционных угроз. На наш взгляд, наиболее быстрый путь ее реализации применительно к мобильной связи − использование в разработках оборудования концепции OpenRAN. Для создания на ее основе отечественного коммерческого решения 5G по инициативе ЦК НТИ БСИВ в Сколтехе был сформирован Лидирующий исследовательский центр по технологиям 5G (ЛИЦ 5G).
Сколтех совместно с тремя партнерами организовал консорциум, который также именуется Лидирующим исследовательским центром по технологиям 5G. По итогам конкурсного отбора в рамках национальной программы "Цифровая экономика РФ" он получил грант на "Разработку единого цифрового платформенного решения, обеспечивающего эффективное проектирование и развертывание сетей радиодоступа, на основе гармонизированного с международным открытого стандарта связи нового поколения (5G)". По сути, речь идет о разработке предсерийного образца системы радиодоступа (базовой станции – БC) пятого поколения к концу 2022 года. Оператор гранта – АО "Российская венчурная компания" (РВК, государственный институт развития венчурного рынка России). Нашими партнерами по консорциуму являются компании "Радио Гигабит" (Нижний Новгород) и "Элтекс" (г. Новосибирск), а также Томский госуниверситет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Важно пояснить, что наш консорциум − не некая рыхлая, аморфная структура, его участников связывают четкие юридические и финансовые обязательства. Члены консорциума постоянно координируют свою деятельность. Главные функции у ЛИЦ Сколтеха в нем: брейн-центр и дизайн-центр.
Хочу отметить, что ход нашей работы регулярно и тщательно контролируется специалистами РВК с привлечением ведущих отраслевых экспертов. Надо признать, что этот мониторинг проводится на высокопрофессиональном уровне.
В "Клубе 5G" мы регулярно (офлайн или онлайн) общаемся со всеми основными игроками российского рынка мобильной связи. Также в его рамках была создана рабочая группа по OpenRAN, куда вошли специалисты операторов большой четверки и "Ростелекома".
От них мы получили обобщенные технические требования, на основании которых ведем свои разработки. Важно подчеркнуть, что благодаря своей неаффилированности и неангажированности мы имеем возможность получать необходимую информацию в процессе диалога со всеми игроками рынка. Экспертная группа Сколтеха, сформированная в рамках клуба, сейчас активно участвует в работе двух организаций: АНО Консорциум "Телекоммуникационные технологии" и Ассоциация "Открытые сетевые технологии".
Что подразумевается под OpenRAN?
Концепция OpenRAN позволяет операторам связи перейти от проприетарных решений узкого круга традиционных производителей сетевого оборудования к большому и большему числу производителей отдельных видов оборудования. По сути, это перенос идеи SDN/NFV (программно-определяемой сети/виртуализации физических сетевых элементов) на систему радиодоступа.
Тут можно провести условную параллель с идеей конструктора Lego. Вместо проприетарного единого решения от одного из "мэджоров" нашей отрасли, которое устанавливается им "под ключ" и присоединяется к ядру сети, как правило, разработки того же производителя, в нашем случае речь идет об отдельных компонентах: RU (радиоголовка, или приемопередающий модуль), DU (распределенный модуль БС), CU (централизованный модуль БС). Комбинация двух упомянутых составляющих – DU и CU – должна обеспечивать работу BBU (блока базовых частот).
Необходимо создание свободного рынка этих компонентов. Идея состоит не только в том, что за счет конкуренции на данном рынке должно быть обеспечено максимальное соотношение "качество / цена", но и в том, что все протоколы и интерфейсы, связывающие компоненты между собой и с транспортной сетью, должны быть открытыми. Бизнес-модель OpenRAN можно представить так: оператор, желающий строить или расширять сеть, объявляет тендер на приобретение системы радиодоступа (RAN) в составе отдельных ее компонентов (RU, DU, CU), а также соответствующего программного обеспечения.
Поскольку все они должны полностью соответствовать открытым международным архитектурам и стандартам, тем самым должна обеспечиваться их интероперабельность.
Разработкой открытых международных стандартов в области OpenRAN занимается Альянс O-RAN (Alliance O-RAN), участником которого является Сколтех. ЛИЦ 5G Сколтеха разрабатывает отечественные национальные стандарты OpenRAN, которые полностью гармонизированы с международными. Первые два предварительных национальных стандарта были вынесены на публичное обсуждение в июне этого года.
Что вам уже удалось сделать в области разработки решения 5G?
Начну с того, что мы совершили прорыв, которого пока никто на российском рынке не смог повторить: сегодня мы являемся полноправными обладателями полного комплекта ПО в исходных кодах (программного стека) для сети радиодоступа и ядра сети 5G, в том числе и в варианте Stand Alone, а также 4G. Причем как диапазона частот ниже ГГц, так и миллиметрового диапазона.
И, самое важное, этот код уже работает на прототипе нашей системы и обеспечивает параметры, не уступающие серийно выпускаемым коммерческим базовым станциям 5G. При стандартной ширине несущих в 100 МГц наше решение OpenRAN 5G обеспечивает скорость передачи в канале "вниз" 1,5 Гбит/с, а в канале "вверх" − 150 Мбит/с.
Силами программистов ЛИЦ также создано ПО ядра сети (Core). Это ядро не операторского класса, оно рассчитано прежде всего на работу в сетях private 4G/5G.
Немало сделано и в области "железа". Разработаны и изготовлены прототипы модулей DU и CU. Сегодня активно ведется доработка и первого рабочего образца радиоголовки. Надо понимать, что для каждого частотного диапазона необходимо создавать отдельный приемопередатчик, отличающийся и по схемотехнике, и по элементной базе. Сегодня мы сконцентрированы на создании радиоголовок для двух частотных диапазонов: 4,4–4,99 ГГц и 3,4–3,8 ГГц. Выбор второго приоритетного диапазона связан с хорошо известной позицией большой сотовой операторской четверки и "Ростелекома". Я, как и мои коллеги из операторского сообщества, считаю, что страна не может позволить себе пойти по пути выпадания из глобальной экосистемы пятого поколения, в том числе всемирной роуминговой экосистемы. Мы думаем также над радиоподсистемами для ряда других частотных диапазонов.
Хочу обратить внимание, что мы начинаем работу и по направлению обеспечения сетей 5G российскими транспортными волоконно-оптическими решениями. Недавно в лаборатории OpenRAN Сколтеха было установлено оборудование оптоволоконной когерентной транспортной системы DWDM "Горизонт" / Horizon со скоростями передачи до 600 Гбит/с на одну оптическую несущую ("лямбду") производства компании IPG Photonics / "ИРЭ-Полюс" (г. Фрязино). Поскольку я в свое время, возглавляя телекоммуникационное подразделение IPG Photonics / "ИРЭ-Полюс", был в числе инициаторов разработки этой системы передачи, могу с уверенностью сказать, что в ней, при обеспечении параметров мирового уровня, также удалось предельно минимизировать количество компонентов, уязвимых с точки зрения прекращения поставок при возможном усилении внешних санкций на РФ. Впрочем, мы открыты к сотрудничеству и с другими отечественными разработчиками оборудования телекоммуникационных транспортных систем.
Какие услуги сетей пятого поколения сегодня представляются вам наиболее перспективными?
Начну с того, что пятое поколение позволяет в одной сети разделять сегменты B2C и B2B, чего не было в предыдущих поколениях сотовой связи.
В сегменте B2C, который является для операторов основным с точки зрения доходов, важнейшее отличие от LTE − резкое увеличение пропускной способности сети. Это услуги передачи видео 4K и даже 8K (последнее возможно уже сегодня). Видео со сверхвысоким разрешением везде: на всех телевизорах 4К и 8К. И особенно важно − видео на гарнитурах VR и AR для геймеров, причем с очень высокой скоростью реакции сети (задержка сигнала не более 10 мс).
К сегменту B2C надо отнести и использование технологий 5G для организации FWA − фиксированного беспроводного доступа. Такой способ устранения цифрового неравенства в ряде случаев, особенно в пригородах и районах малоэтажной застройки, может быть экономически выгоднее прокладки кабеля. Причем для таких целей может успешно использоваться и миллиметровый диапазон (mmW). В США уже были достигнуты дальности передачи в этом диапазоне до 10 км.
Разработка услуг 5G для сегмента B2B/B2G только начинается, но их может быть очень много. Это подключенные автомобили, дроны, умные города (в частности, беспроводное подключение массивов камер видеонаблюдения сверхвысокого разрешения UHD 4К), офисные беспроводные сети, масса применений в промышленности, в добывающих отраслях, нефтегазе, сельском хозяйстве, телемедицине и других медицинских приложениях.
Надо обратить внимание, что решением национального регулятора РФ на базе 5G можно будет строить независимые беспроводные частные (private) сети. Это очень важный момент − начинается процесс отхода крупной корпоративной клиентуры от олигополии нескольких операторов сотовой связи. Мы сегодня работаем с большими компаниями, имеющими производственные площадки в разных концах страны. И мы столкнулись с тем, что эти компании очень часто не хотят использовать нынешнюю модель сетей private LTE, когда частотный ресурс и базовые станции принадлежат оператору. Я называю это "цифровой паранойей", но это факт: они опасаются допускать операторские компании к потокам своих корпоративных данных.
И еще одна очень перспективная ниша для 5G − метро. Тут мы имеем дело как с сегментом B2C, так и B2B-приложениями для самих метрополитенов. Этот фрагмент рынка является благодатным для операторов − очень большая плотность абонентов, при этом уже имеется инфраструктура, а высокие частоты не являются проблемными: абоненты почти всегда находятся в зоне прямой видимости базовой станции, установленной в метро.
Поделитесь своим мнением относительно частотного обеспечения сетей 5G в нашей стране.
Я считаю, что не может быть особого пути создания сетей 5G в отдельно взятой стране, в чем убеждает опыт внедрения всех предыдущих поколений сотовой связи. Сегодня мы знаем о ряде примеров крайне успешного, крайне агрессивного развития систем связи пятого поколения в мире. В первую очередь речь идет о КНР, Южной Корее и США. При всех особенностях подходов разных стран к вопросу, их объединяет, что сети строятся по принципу использования "этажерки" частот.
Первый "этаж", без которого не обеспечишь приемлемого коврового покрытия − дециметровый диапазон (ниже 1000 МГц). Именно благодаря ему оператор T-Mobile USA, сравнительно недавно дышавший на ладан, стал сегодня абсолютным лидером сотовой связи в США. Первая фаза развития мобильной сети, независимо от стандарта,− это обеспечение как можно большего уровня покрытия, как вне, так и внутри зданий. Когда нет покрытия, не будет и абонентов. Для этого нужны наиболее низкие частоты из тех, которые регулятор может предоставить. Они могут быть получены как с "нуля" ("цифровой дивиденд"), так и в результате рефарминга уже используемых сотовой связью предыдущих поколений частотных диапазонов. В США в настоящее время освобождается сегмент дециметрового диапазона эфирного телевещания: 500–614 МГц. По этому пути начинает двигаться и Китай, реализующий программу передачи частот эфирного телевидения сотовому оператору 5G.
Второй "этаж" этажерки образуют высвобождающиеся в результате рефарминга частоты, используемые сетями второго, третьего и четвертого поколений сотовой связи: от 900 до 2100 МГц. Все, что может использоваться для 5G, должно быть высвобождено.
Третий "этаж" − диапазон 2,3–2,4 ГГц. Он исключительно перспективен для 5G, поскольку тут имеются сплошные полосы по 100 МГц. Сюда же отнесем диапазон 2,5–2,6 ГГц, сегодня используемый для сетей LTE.
Следующий слой: 3,4–3,8 ГГц. С термином "золотой", применительно к этому диапазону, можно поспорить: он является сложным для обеспечения коврового покрытия вне и внутри зданий, поскольку требует больших усилий по расчистке и высокой плотности размещения базовых станций. Но он выделен специально для 5G и наиболее широко используется для этих сетей по всему миру.
Пятый диапазон, который иногда называют "китайским" − это 4,4–4,99 ГГц. Он весьма неплох для indoor-покрытия, поскольку в нем имеется достаточно большой ресурс. Но для коврового уличного покрытия он не слишком подходит.
И, наконец, верхний уровень "этажерки" − это миллиметровый диапазон. В нем имеется огромная емкость. Можно легко организовывать каналы шириной 100, 200 МГц и более. Но такие волны, к сожалению, плохо проникают через стены зданий, стекло, различные препятствия, стволы деревьев и тело человека. Сегодня отдача инвестиций в данный частотный ресурс значительно ниже, чем в частоты ниже 6 ГГц, а тем более – ниже 1 ГГц.
Например, у американского оператора Verizon, вложившего огромные деньги в покупку таких частот, доля абонентов, пользующихся сейчас 5G-связью в миллиметровом диапазоне, составляет всего 0,7% от общей абонентской базы 5G.
Расскажите о пилотной зоне 5G в Сколкове.
Эта зона, которую мы открыли совместно с оператором МТС и Фондом "Сколково" установкой первой базовой станции в октябре 2020 года, работает в диапазоне 4,8–4,99 МГц и на сегодня является крупнейшей таковой в стране. При этом наша зона работает как на коммерческом оборудовании (на основе БС зарубежного производства), так и в режиме НИОКР, с использованием базовых станций 5G, разработанных в Сколтехе.
Сегодня на территории Сколково уже установлено немало БС 5G как на улице, так и в зданиях. Зона не имеет себе равных не только по размерам, но и − благодаря уникально широкому разнообразию здешних бизнес-резидентов − по возможностям тестирования различных "кейсов" использования беспроводных технологий в самых разных сферах: от нефтехимии до робототехники и медицины.
На основе уличных БС мы исследуем в основном два сегмента: подключенные автомобили (тут мы тесно сотрудничаем с КАМАЗом) и дроны (БПЛА) − создание городской аэромобильной среды.
Кроме того, мы экспериментально изучаем особенности распространения радиоволн в условиях городской застройки.
Станции indoor-покрытия нашей пилотной зоны нацелены на тестирование приложений для партнеров из разных отраслей.
Например, в демоцентре российского отделения японской компании–лидера сферы робототехники FANUC установлены три БС пятого поколения. Ведется тестирование управления роботами, манипуляторами и станками в реальном времени; беспроводного офиса и складского хозяйства, которые должны заменить привычные СКС с их массой проводов; видеонаблюдения высокого разрешения, умной диспетчеризации и др.
Применение решений на основе 5G тестируется и совместно со специалистами медицинского центра "Хадасса Медикал" и Международного московского медицинского кластера (МММК). Кстати, на строительной площадке МММК впервые в России было протестировано подключение группы камер видеонаблюдения высокого разрешения с помощью 5G. Понятно, что осуществить проводное решение на строящемся объекте было бы куда сложнее.
Как только будут готовы первые предсерийные радиоголовки 5G разработки ЛИЦ, они также будут тестироваться в пилотной зоне. При этом будет проверяться их работа (интероперабельность) как с ядром сети нашей разработки, так и ядром сети МТС.
Парадигма OpenRAN вообще способствует созданию экосистемы производителей отдельных частей решения радиодоступа. Например, компания "Микран" (г. Томск) создает линейку "умных антенн" различных диапазонов, которые будут совместимы с модулями DU нашей разработки и будут испытываться осенью в пилотной зоне.
Кроме того, пилотная зона является международной площадкой для тестирования решений OpenRAN. В частности, на ее базе будет проходить O-RAN Plug Fest Альянса O-RAN – международное мероприятие по проверке совместимости решений, созданных по стандарту OpenRAN. Сколтех стал одной из двух площадок проведения в европейском регионе, а также вообще единственной в мире для тестирования именно компоненты радио.
Как вы оцениваете предложения строительства одной сети 5G на всю страну?
Я исхожу из простой логики. Если мы хотим минимизации операторских издержек, то должна быть единая инфраструктура. Если хотим развития, то нужна множественность операторов и конкуренция между ними. Любая монополия, как только она возникает, сразу теряет мотивацию к дальнейшему развитию, рынок цементируется и сваливается в стагнацию. В отсутствие конкуренции между операторами сотовой связи, мы до сих пор были бы вынуждены удовлетворяться только голосовыми и SMS-сервисами сетей GSM.
Думают ли в Сколтехе о разработке систем связи следующего, шестого поколения?
Мы не только думаем, но уже двигаемся в данном направлении. Пока, по моей информации, наша команда Сколтеха – единственная в стране, которая фокусно работает над 6G. С этой инициативой я выступил в 2019 году, уже тогда было понятно, что пришла пора смотреть за пределы 5G.
6G является самой сложной научной и технической проблемой, с которой я лично когда-либо сталкивался за все 27 лет работы в телекоме. Для его создания нельзя просто переиспользовать технологический задел, наработанный в предыдущих поколениях сотовой связи или в спецтехнике.
Работа над новым поколением дает уникальный шанс России выйти на уровень передовых стран в телекоммуникациях: сегодня все разработчики находятся примерно на одинаковых позициях, ни у кого пока нет, например, сотовых трансиверов (суб-)терагерцового диапазона. И наша страна может, наконец, избавиться от роли догоняющей.
Спасибо за увлекательный рассказ.
С В.Э.Шубом беседовал С.А.Попов
Рассказывает руководитель Лидирующего исследовательского центра по технологиям 5G Сколковского института науки и технологий В.Э.Шуб
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.8.12
В январе 2020 года благодаря работе Центра компетенций Национальной технологической инициативы по беспроводной связи и Интернету вещей (ЦК НТИ БСИВ) при Сколтехе был создан Лидирующий исследовательский центр (ЛИЦ) по технологиям 5G, который возглавил известный топ-менеджер и эксперт с богатым опытом работы как в компаниях-производителях телекоммуникационного оборудования, так и в операторах связи – к.ф.-м.н. В.Э.Шуб. Он же был инициатором создания операторского "Клуба 5G", в рамках которого уже более двух лет организуются обсуждения технических требований к сетям нового поколения, в том числе на основе концепции OpenRAN.
Перед коллективом ЛИЦ и его российскими технологическими партнерами поставлена амбициозная задача создания в короткие сроки отечественного комплексного сетевого решения сотовой связи пятого поколения. О ходе реализации этого проекта, первых результатах работы пилотной зоны 5G в Сколково, перспективах массового внедрения этого семейства технологий В.Э.Шуб рассказал корреспонденту "ПЕРВОЙ МИЛИ".
Как и для чего был создан ЛИЦ?
Я пришел в Сколтех в 2019 году в качестве заместителя руководителя ЦК НТИ БСИВ с идеей обеспечения независимости отечественного телекоммуникационного рынка от санкционных угроз. На наш взгляд, наиболее быстрый путь ее реализации применительно к мобильной связи − использование в разработках оборудования концепции OpenRAN. Для создания на ее основе отечественного коммерческого решения 5G по инициативе ЦК НТИ БСИВ в Сколтехе был сформирован Лидирующий исследовательский центр по технологиям 5G (ЛИЦ 5G).
Сколтех совместно с тремя партнерами организовал консорциум, который также именуется Лидирующим исследовательским центром по технологиям 5G. По итогам конкурсного отбора в рамках национальной программы "Цифровая экономика РФ" он получил грант на "Разработку единого цифрового платформенного решения, обеспечивающего эффективное проектирование и развертывание сетей радиодоступа, на основе гармонизированного с международным открытого стандарта связи нового поколения (5G)". По сути, речь идет о разработке предсерийного образца системы радиодоступа (базовой станции – БC) пятого поколения к концу 2022 года. Оператор гранта – АО "Российская венчурная компания" (РВК, государственный институт развития венчурного рынка России). Нашими партнерами по консорциуму являются компании "Радио Гигабит" (Нижний Новгород) и "Элтекс" (г. Новосибирск), а также Томский госуниверситет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Важно пояснить, что наш консорциум − не некая рыхлая, аморфная структура, его участников связывают четкие юридические и финансовые обязательства. Члены консорциума постоянно координируют свою деятельность. Главные функции у ЛИЦ Сколтеха в нем: брейн-центр и дизайн-центр.
Хочу отметить, что ход нашей работы регулярно и тщательно контролируется специалистами РВК с привлечением ведущих отраслевых экспертов. Надо признать, что этот мониторинг проводится на высокопрофессиональном уровне.
В "Клубе 5G" мы регулярно (офлайн или онлайн) общаемся со всеми основными игроками российского рынка мобильной связи. Также в его рамках была создана рабочая группа по OpenRAN, куда вошли специалисты операторов большой четверки и "Ростелекома".
От них мы получили обобщенные технические требования, на основании которых ведем свои разработки. Важно подчеркнуть, что благодаря своей неаффилированности и неангажированности мы имеем возможность получать необходимую информацию в процессе диалога со всеми игроками рынка. Экспертная группа Сколтеха, сформированная в рамках клуба, сейчас активно участвует в работе двух организаций: АНО Консорциум "Телекоммуникационные технологии" и Ассоциация "Открытые сетевые технологии".
Что подразумевается под OpenRAN?
Концепция OpenRAN позволяет операторам связи перейти от проприетарных решений узкого круга традиционных производителей сетевого оборудования к большому и большему числу производителей отдельных видов оборудования. По сути, это перенос идеи SDN/NFV (программно-определяемой сети/виртуализации физических сетевых элементов) на систему радиодоступа.
Тут можно провести условную параллель с идеей конструктора Lego. Вместо проприетарного единого решения от одного из "мэджоров" нашей отрасли, которое устанавливается им "под ключ" и присоединяется к ядру сети, как правило, разработки того же производителя, в нашем случае речь идет об отдельных компонентах: RU (радиоголовка, или приемопередающий модуль), DU (распределенный модуль БС), CU (централизованный модуль БС). Комбинация двух упомянутых составляющих – DU и CU – должна обеспечивать работу BBU (блока базовых частот).
Необходимо создание свободного рынка этих компонентов. Идея состоит не только в том, что за счет конкуренции на данном рынке должно быть обеспечено максимальное соотношение "качество / цена", но и в том, что все протоколы и интерфейсы, связывающие компоненты между собой и с транспортной сетью, должны быть открытыми. Бизнес-модель OpenRAN можно представить так: оператор, желающий строить или расширять сеть, объявляет тендер на приобретение системы радиодоступа (RAN) в составе отдельных ее компонентов (RU, DU, CU), а также соответствующего программного обеспечения.
Поскольку все они должны полностью соответствовать открытым международным архитектурам и стандартам, тем самым должна обеспечиваться их интероперабельность.
Разработкой открытых международных стандартов в области OpenRAN занимается Альянс O-RAN (Alliance O-RAN), участником которого является Сколтех. ЛИЦ 5G Сколтеха разрабатывает отечественные национальные стандарты OpenRAN, которые полностью гармонизированы с международными. Первые два предварительных национальных стандарта были вынесены на публичное обсуждение в июне этого года.
Что вам уже удалось сделать в области разработки решения 5G?
Начну с того, что мы совершили прорыв, которого пока никто на российском рынке не смог повторить: сегодня мы являемся полноправными обладателями полного комплекта ПО в исходных кодах (программного стека) для сети радиодоступа и ядра сети 5G, в том числе и в варианте Stand Alone, а также 4G. Причем как диапазона частот ниже ГГц, так и миллиметрового диапазона.
И, самое важное, этот код уже работает на прототипе нашей системы и обеспечивает параметры, не уступающие серийно выпускаемым коммерческим базовым станциям 5G. При стандартной ширине несущих в 100 МГц наше решение OpenRAN 5G обеспечивает скорость передачи в канале "вниз" 1,5 Гбит/с, а в канале "вверх" − 150 Мбит/с.
Силами программистов ЛИЦ также создано ПО ядра сети (Core). Это ядро не операторского класса, оно рассчитано прежде всего на работу в сетях private 4G/5G.
Немало сделано и в области "железа". Разработаны и изготовлены прототипы модулей DU и CU. Сегодня активно ведется доработка и первого рабочего образца радиоголовки. Надо понимать, что для каждого частотного диапазона необходимо создавать отдельный приемопередатчик, отличающийся и по схемотехнике, и по элементной базе. Сегодня мы сконцентрированы на создании радиоголовок для двух частотных диапазонов: 4,4–4,99 ГГц и 3,4–3,8 ГГц. Выбор второго приоритетного диапазона связан с хорошо известной позицией большой сотовой операторской четверки и "Ростелекома". Я, как и мои коллеги из операторского сообщества, считаю, что страна не может позволить себе пойти по пути выпадания из глобальной экосистемы пятого поколения, в том числе всемирной роуминговой экосистемы. Мы думаем также над радиоподсистемами для ряда других частотных диапазонов.
Хочу обратить внимание, что мы начинаем работу и по направлению обеспечения сетей 5G российскими транспортными волоконно-оптическими решениями. Недавно в лаборатории OpenRAN Сколтеха было установлено оборудование оптоволоконной когерентной транспортной системы DWDM "Горизонт" / Horizon со скоростями передачи до 600 Гбит/с на одну оптическую несущую ("лямбду") производства компании IPG Photonics / "ИРЭ-Полюс" (г. Фрязино). Поскольку я в свое время, возглавляя телекоммуникационное подразделение IPG Photonics / "ИРЭ-Полюс", был в числе инициаторов разработки этой системы передачи, могу с уверенностью сказать, что в ней, при обеспечении параметров мирового уровня, также удалось предельно минимизировать количество компонентов, уязвимых с точки зрения прекращения поставок при возможном усилении внешних санкций на РФ. Впрочем, мы открыты к сотрудничеству и с другими отечественными разработчиками оборудования телекоммуникационных транспортных систем.
Какие услуги сетей пятого поколения сегодня представляются вам наиболее перспективными?
Начну с того, что пятое поколение позволяет в одной сети разделять сегменты B2C и B2B, чего не было в предыдущих поколениях сотовой связи.
В сегменте B2C, который является для операторов основным с точки зрения доходов, важнейшее отличие от LTE − резкое увеличение пропускной способности сети. Это услуги передачи видео 4K и даже 8K (последнее возможно уже сегодня). Видео со сверхвысоким разрешением везде: на всех телевизорах 4К и 8К. И особенно важно − видео на гарнитурах VR и AR для геймеров, причем с очень высокой скоростью реакции сети (задержка сигнала не более 10 мс).
К сегменту B2C надо отнести и использование технологий 5G для организации FWA − фиксированного беспроводного доступа. Такой способ устранения цифрового неравенства в ряде случаев, особенно в пригородах и районах малоэтажной застройки, может быть экономически выгоднее прокладки кабеля. Причем для таких целей может успешно использоваться и миллиметровый диапазон (mmW). В США уже были достигнуты дальности передачи в этом диапазоне до 10 км.
Разработка услуг 5G для сегмента B2B/B2G только начинается, но их может быть очень много. Это подключенные автомобили, дроны, умные города (в частности, беспроводное подключение массивов камер видеонаблюдения сверхвысокого разрешения UHD 4К), офисные беспроводные сети, масса применений в промышленности, в добывающих отраслях, нефтегазе, сельском хозяйстве, телемедицине и других медицинских приложениях.
Надо обратить внимание, что решением национального регулятора РФ на базе 5G можно будет строить независимые беспроводные частные (private) сети. Это очень важный момент − начинается процесс отхода крупной корпоративной клиентуры от олигополии нескольких операторов сотовой связи. Мы сегодня работаем с большими компаниями, имеющими производственные площадки в разных концах страны. И мы столкнулись с тем, что эти компании очень часто не хотят использовать нынешнюю модель сетей private LTE, когда частотный ресурс и базовые станции принадлежат оператору. Я называю это "цифровой паранойей", но это факт: они опасаются допускать операторские компании к потокам своих корпоративных данных.
И еще одна очень перспективная ниша для 5G − метро. Тут мы имеем дело как с сегментом B2C, так и B2B-приложениями для самих метрополитенов. Этот фрагмент рынка является благодатным для операторов − очень большая плотность абонентов, при этом уже имеется инфраструктура, а высокие частоты не являются проблемными: абоненты почти всегда находятся в зоне прямой видимости базовой станции, установленной в метро.
Поделитесь своим мнением относительно частотного обеспечения сетей 5G в нашей стране.
Я считаю, что не может быть особого пути создания сетей 5G в отдельно взятой стране, в чем убеждает опыт внедрения всех предыдущих поколений сотовой связи. Сегодня мы знаем о ряде примеров крайне успешного, крайне агрессивного развития систем связи пятого поколения в мире. В первую очередь речь идет о КНР, Южной Корее и США. При всех особенностях подходов разных стран к вопросу, их объединяет, что сети строятся по принципу использования "этажерки" частот.
Первый "этаж", без которого не обеспечишь приемлемого коврового покрытия − дециметровый диапазон (ниже 1000 МГц). Именно благодаря ему оператор T-Mobile USA, сравнительно недавно дышавший на ладан, стал сегодня абсолютным лидером сотовой связи в США. Первая фаза развития мобильной сети, независимо от стандарта,− это обеспечение как можно большего уровня покрытия, как вне, так и внутри зданий. Когда нет покрытия, не будет и абонентов. Для этого нужны наиболее низкие частоты из тех, которые регулятор может предоставить. Они могут быть получены как с "нуля" ("цифровой дивиденд"), так и в результате рефарминга уже используемых сотовой связью предыдущих поколений частотных диапазонов. В США в настоящее время освобождается сегмент дециметрового диапазона эфирного телевещания: 500–614 МГц. По этому пути начинает двигаться и Китай, реализующий программу передачи частот эфирного телевидения сотовому оператору 5G.
Второй "этаж" этажерки образуют высвобождающиеся в результате рефарминга частоты, используемые сетями второго, третьего и четвертого поколений сотовой связи: от 900 до 2100 МГц. Все, что может использоваться для 5G, должно быть высвобождено.
Третий "этаж" − диапазон 2,3–2,4 ГГц. Он исключительно перспективен для 5G, поскольку тут имеются сплошные полосы по 100 МГц. Сюда же отнесем диапазон 2,5–2,6 ГГц, сегодня используемый для сетей LTE.
Следующий слой: 3,4–3,8 ГГц. С термином "золотой", применительно к этому диапазону, можно поспорить: он является сложным для обеспечения коврового покрытия вне и внутри зданий, поскольку требует больших усилий по расчистке и высокой плотности размещения базовых станций. Но он выделен специально для 5G и наиболее широко используется для этих сетей по всему миру.
Пятый диапазон, который иногда называют "китайским" − это 4,4–4,99 ГГц. Он весьма неплох для indoor-покрытия, поскольку в нем имеется достаточно большой ресурс. Но для коврового уличного покрытия он не слишком подходит.
И, наконец, верхний уровень "этажерки" − это миллиметровый диапазон. В нем имеется огромная емкость. Можно легко организовывать каналы шириной 100, 200 МГц и более. Но такие волны, к сожалению, плохо проникают через стены зданий, стекло, различные препятствия, стволы деревьев и тело человека. Сегодня отдача инвестиций в данный частотный ресурс значительно ниже, чем в частоты ниже 6 ГГц, а тем более – ниже 1 ГГц.
Например, у американского оператора Verizon, вложившего огромные деньги в покупку таких частот, доля абонентов, пользующихся сейчас 5G-связью в миллиметровом диапазоне, составляет всего 0,7% от общей абонентской базы 5G.
Расскажите о пилотной зоне 5G в Сколкове.
Эта зона, которую мы открыли совместно с оператором МТС и Фондом "Сколково" установкой первой базовой станции в октябре 2020 года, работает в диапазоне 4,8–4,99 МГц и на сегодня является крупнейшей таковой в стране. При этом наша зона работает как на коммерческом оборудовании (на основе БС зарубежного производства), так и в режиме НИОКР, с использованием базовых станций 5G, разработанных в Сколтехе.
Сегодня на территории Сколково уже установлено немало БС 5G как на улице, так и в зданиях. Зона не имеет себе равных не только по размерам, но и − благодаря уникально широкому разнообразию здешних бизнес-резидентов − по возможностям тестирования различных "кейсов" использования беспроводных технологий в самых разных сферах: от нефтехимии до робототехники и медицины.
На основе уличных БС мы исследуем в основном два сегмента: подключенные автомобили (тут мы тесно сотрудничаем с КАМАЗом) и дроны (БПЛА) − создание городской аэромобильной среды.
Кроме того, мы экспериментально изучаем особенности распространения радиоволн в условиях городской застройки.
Станции indoor-покрытия нашей пилотной зоны нацелены на тестирование приложений для партнеров из разных отраслей.
Например, в демоцентре российского отделения японской компании–лидера сферы робототехники FANUC установлены три БС пятого поколения. Ведется тестирование управления роботами, манипуляторами и станками в реальном времени; беспроводного офиса и складского хозяйства, которые должны заменить привычные СКС с их массой проводов; видеонаблюдения высокого разрешения, умной диспетчеризации и др.
Применение решений на основе 5G тестируется и совместно со специалистами медицинского центра "Хадасса Медикал" и Международного московского медицинского кластера (МММК). Кстати, на строительной площадке МММК впервые в России было протестировано подключение группы камер видеонаблюдения высокого разрешения с помощью 5G. Понятно, что осуществить проводное решение на строящемся объекте было бы куда сложнее.
Как только будут готовы первые предсерийные радиоголовки 5G разработки ЛИЦ, они также будут тестироваться в пилотной зоне. При этом будет проверяться их работа (интероперабельность) как с ядром сети нашей разработки, так и ядром сети МТС.
Парадигма OpenRAN вообще способствует созданию экосистемы производителей отдельных частей решения радиодоступа. Например, компания "Микран" (г. Томск) создает линейку "умных антенн" различных диапазонов, которые будут совместимы с модулями DU нашей разработки и будут испытываться осенью в пилотной зоне.
Кроме того, пилотная зона является международной площадкой для тестирования решений OpenRAN. В частности, на ее базе будет проходить O-RAN Plug Fest Альянса O-RAN – международное мероприятие по проверке совместимости решений, созданных по стандарту OpenRAN. Сколтех стал одной из двух площадок проведения в европейском регионе, а также вообще единственной в мире для тестирования именно компоненты радио.
Как вы оцениваете предложения строительства одной сети 5G на всю страну?
Я исхожу из простой логики. Если мы хотим минимизации операторских издержек, то должна быть единая инфраструктура. Если хотим развития, то нужна множественность операторов и конкуренция между ними. Любая монополия, как только она возникает, сразу теряет мотивацию к дальнейшему развитию, рынок цементируется и сваливается в стагнацию. В отсутствие конкуренции между операторами сотовой связи, мы до сих пор были бы вынуждены удовлетворяться только голосовыми и SMS-сервисами сетей GSM.
Думают ли в Сколтехе о разработке систем связи следующего, шестого поколения?
Мы не только думаем, но уже двигаемся в данном направлении. Пока, по моей информации, наша команда Сколтеха – единственная в стране, которая фокусно работает над 6G. С этой инициативой я выступил в 2019 году, уже тогда было понятно, что пришла пора смотреть за пределы 5G.
6G является самой сложной научной и технической проблемой, с которой я лично когда-либо сталкивался за все 27 лет работы в телекоме. Для его создания нельзя просто переиспользовать технологический задел, наработанный в предыдущих поколениях сотовой связи или в спецтехнике.
Работа над новым поколением дает уникальный шанс России выйти на уровень передовых стран в телекоммуникациях: сегодня все разработчики находятся примерно на одинаковых позициях, ни у кого пока нет, например, сотовых трансиверов (суб-)терагерцового диапазона. И наша страна может, наконец, избавиться от роли догоняющей.
Спасибо за увлекательный рассказ.
С В.Э.Шубом беседовал С.А.Попов
Отзывы читателей
