Первые шаги к 5G по версии Nokia. Репортаж

Большинству обычных пользователей сотовой связи Nokia известна в первую очередь своими мобильными телефонами, воспоминания о которых у многих из нас еще свежи в памяти. Увы, после передачи соответствующего подразделения под контроль Microsoft о данном виде продукции под брендом Nokia нам придется навсегда забыть. Однако все остальные направления бизнеса Nokia по-прежнему в строю, а занималась она совсем не только телефонами.

Сегодня компания включает в себя три подразделения, отвечающие за решение различных задач. Первое из них, Nokia Networks, ранее именовавшееся Nokia Siemens Networks, как и прежде, занимается разработкой комплексных решений для мобильных сетей широкополосного доступа. О популярности разработок этой структуры Nokia говорит тот факт, что 90 компаний, входящих в первую сотню крупнейших сотовых операторов мира, в той или иной мере используют в своих сетях ее оборудование.

Второе подразделение, HERE, — это, по сути, то, что осталось от «потребительской» Nokia после продажи подразделения мобильных телефонов. Основной фокус его деятельности – разработка различных картографических решений для интеллектуальных сервисов на базе определения местоположения. По некоторым данным, 80% машин, производимых в Северной Америке и Европе, оснащаются картами от HERE.

Наконец, третья бизнес-единица, Nokia Technology, занимается исследовательской деятельностью и осуществляет управление всеми патентами, включая те, что достались компании в наследство от ее мобильного подразделения. Интересно, что данное подразделение торгует не только патентами, но и самим брендом Nokia. Если какая-нибудь компания покажется Nokia Technology достойной этого звонкого имени, то она может использовать его в своей деятельности. Так, подобную индульгенцию получила китайская Foxconn, которой было позволено назвать разработанный ей планшет Nokia N1. Кстати говоря, он демонстрировался на выставке в Барселоне.

⇡#Ускоряем 4G

Там же, а теперь и на мероприятии в России, можно было посмотреть на работу оборудования с использованием технологии Carrier Аggregation, позволяющей задействовать для передачи данных одновременно несколько диапазонов, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных в сети LTE. Опытная зона работала в диапазонах 800, 1800 и 2600 МГц. Три канала шириной по 20 МГц обеспечили пиковые скорости передачи данных до 450 Мбит/с — это в несколько раз больше, чем предлагают сегодня современные сети четвертого поколения.

Кстати сказать, 13 апреля этого года возможности LTE Advanced с объединением трех несущих из разных диапазонов на оборудовании компании Huawei протестировала «Билайн». Правда, полосы частот у там были поуже (5 МГц в диапазоне 800 МГц, 20 МГц в диапазоне 1800 МГц и 10 МГц в диапазон 2600 МГц). В результате объединения ширина частотного канала составила лишь 35 МГц, поэтому и скоростные показатели оказались скромнее − пиковая скорость загрузки составила «всего» 250 Мбит/с. В обоих случаях в качестве абонентского устройства использовался прототип на базе чипсета Qualcomm Snapdragon 810 с интегрированным LTE-модемом X10 с поддержкой LTE Advanced.

Как правило, когда говорят об объединении нескольких несущих, подразумевают, что речь идет о канале от базовой станции к абоненту, так как объем скачиваемого трафика обычно гораздо больше, чем «закачиваемого». Соответственно, и скорости для каналов «вверх» и «вниз» требуются разные. Но бывают из этого правила и исключения — например, на стадионах или иных крупных локациях во время зрелищных мероприятий, когда владельцы смартфонов хотят поделиться своими впечатлениями с другими пользователями. В этом случае трафик «вверх» может многократно превышать по своему объему тот «ручеек», что приходит к абоненту, и отправленные фото буквально виснут в самом смартфоне.

Для этих случаев у Nokia есть несколько решений, и одно из них – агрегация частот для канала от абонента к базовой станции, позволяющая повысить его пропускную способность. Но только этим проблема низкой пропускной способности канала «вверх» не решается – операторам в «плотных» местах приходится бороться также с интерференцией. Дело в том, что большое количество работающих смартфонов создает сложное по своей структуре поле из накладывающихся друг на друга взаимно мешающих сигналов — это приводит к помехам и, в свою очередь, опять же к снижению скорости передачи данных от абонента.

Геометрия стадионов или других подобных мест такова, что она не позволяет снять данную проблему с помощью обычных сетевых решений. Для таких особо тяжелых случаев Nokia предлагает объединять серийные БС в большие кластеры, которые собирают и обрабатывают сигнал от каждого абонентского устройства по восьми направлениям. Это позволяет нивелировать негативное воздействие взаимной интерференции сигналов и повысить пропускную способность канала вверх приблизительно в шесть раз.

Еще один способ повысить скорость обмена данными между мобильным терминалом и базовой станцией – это использование так называемой координированной многоточечной связи. Или говоря проще – скачивание данных одновременно с нескольких базовых станций. Это все равно что наливать воду в ванну сразу из нескольких кранов. Такое решение имеется у многих вендоров и уже используется некоторыми операторами, правда пока только на линии от абонента к БС. Это связано с тем, что первые LTE-смартфоны способны работать только в таком режиме. Новые терминалы смогут «понимать» и то, что сразу несколько базовых станций предлагают им начать одновременное скачивание данных «вниз». Для этого они должны поддерживать 11-й релиз LTE, стандартизированный организацией 3GPР. В портфолио Nokia уже имеется такое сетевое решение, позволяющее при объединении БС повысить скорость передачи данных на границах сот в 1,5 раза. Теперь все дело только за совместимыми с этой технологией терминалами.

Никого сегодня уже, наверное, не пугают «рогатые» Wi-Fi-роутеры, поддерживающие многоантенную технологию MIMO, которая позволяет обмениваться независимыми потоками информации через несколько приемопередающих цепей. Подобные решения, значительно повышающие скоростные возможности сети, применяются и в LTE в режиме 2 × 2 – два передатчика на БС и 2 антенны в терминале. Nokia пошла дальше и адаптировала для сетей 4G технологию MIMO 4 × 4. С ее помощью при объединении в один канал двух несущих шириной по 20 МГц удалось получить на прототипе абонентского устройства пиковую скорость передачи данных 600 Мбит/с.

На пути внедрения этого решения в жизнь стоят лишь две проблемы – отсутствие соответствующих устройств и невозможность разнесения на необходимое расстояние антенн в абонентских терминалах. С первым вопросом все просто – чипсеты с поддержкой MIMO 4 × 4 должны появиться на рынке уже в конце этого года. А вот против законов физики, что называется, не попрешь – разнести четыре антенны в пространстве получится только в планшетах, которые имеют достаточные для этого размеры. Наконец, добавить еще немного дров в топку поможет переход от модуляции сигнала в радиоканале с 64 QAM к 256 QAM. Для владельца телефона на практике это даст прирост в пиковой скорости при обмене данными на 30%.

⇡#Переходим к 5G

В линейке оборудования Nokia Networks есть и БС малого радиуса действия Flexi Zone. Такие нано- и пикостанции используются для разгрузки областей с высоким уровнем трафика или для улучшения качества связи внутри помещений.

В них также уже прослеживаются подвижки к сетям пятого поколения. В перспективе в них, помимо поддержки 3G/LTE и Wi-Fi, будет реализована совместная работа на еще одной несущей LTE в нелицензируемом диапазоне частот (так называемый LTE Unlicensed – Licensed Assisted Access). Эта технология откроет перед операторами новые перспективы, так как они смогут значительно расширить спектр используемых частот и, соответственно, повысить скоростные показатели своих сетей.

Как всегда, все дело за стандартами, которые будут прописаны в 13-м релизе 3GPР. Тогда же можно будет говорить и о терминалах с поддержкой данной технологии. На самом деле, когда речь идет о будущих мобильных сетях 5G, имеется в виду не одна какая-то технология, а целый комплекс решений, предназначенных для поддержки самых разных сценариев использования.

В первую очередь при этом, конечно, должен учитываться многократный рост как самого трафика в сотовых сетях, так и числа подключенных устройств. Так, согласно предложенной Nokia «Технологической концепции — 2020», к 2020 году абоненты мобильной связи будут потреблять до 1 Гбайт персонализированных данных на пользователя ежедневно, что в 1000 раз больше показателя 2010 года.

Не в последнюю очередь рост трафика будет спровоцирован появлением нового поколения гаджетов. Дальнейшая миниатюризация позволит встраивать радиомодули в одежду, носимые вещи и различные бытовые устройства. Ожидается, что число таких устройств к 2020 году будет на один-два порядка больше, чем обычных абонентов, — оно может достичь 60 млрд.

Уже начинают обрисовываться контуры кажущихся сегодня еще фантастическими возможностями для автоматического управления автомобилем без участия человека. При этом самоуправляемые авто смогут не только получать по сети необходимую дополнительную информацию (карты, координаты аварий и пробок), но и обмениваться данными между собой для обеспечения безопасности движения.

При этом инфраструктура сотовых операторов должна обеспечивать низкие задержки сигнала (не 10 мс, как сегодня в LTE, а на порядок меньше) и высокую пропускную способность. Чтобы удовлетворить запросы в отношении трафика, сетям предстоит достичь сверхвысокого уровня плотности, то есть обеспечить десятикратное увеличение числа сот, спектральных ресурсов и эффективности. В частности, для этих целей планируется задействовать телевизионный диапазон 400–700 МГц и спектр выше 6 ГГц. Использование сантиметрового и миллиметрового диапазонов позволит операторам организовывать высокоскоростные каналы шириной 1 Гбайт и более. При этом в числе прочего станет возможным отслеживание базовой станцией перемещения каждого абонентского устройства с использованием луча шириной всего 3 градуса.

Пока новые технологии находятся на стадии исследования и разработки сценариев использования. Кроме того, идет обмен мнениями между всеми игроками рынка, чтобы прояснить картину приближающегося высокоскоростного 5G-будущего.

Основные подготовительные работы к его наступлению ведутся в рамках 3GPP – органа, занимающегося стандартизацией технологий сотовых сетей. Первые рабочие наметки будут освещены в 14-м выпуске, а первые спецификации появятся в районе 2019 года в 15-м выпуске.

Ожидать самих коммерческих решений 5G можно лишь к 2020 году. До этого времени, конечно, будут появляться некие предварительные решения. Так, Nokia на выставке в Барселоне совместно с японским оператором NTT DOCOMO уже демонстрировала базовую станцию с поддержкой функциональности сетей пятого поколения.

⇡#Используем Big Data — на благо и во вред

Это все появится хоть и в ближайшем, но все же будущем. Однако уже сейчас в обычных сотовых сетях генерируется огромное количество статических данных. Инструменты для работы с «большими данными» и аналитикой позволяют измерять и анализировать миллионы точек сбора данных, генерируемых сетями и абонентами. Nokia Networks использует сочетание аналитических инструментов и средств автоматизации, чтобы помочь компаниям предпринять надлежащие шаги и достичь измеримых результатов на основе аналитических выводов, полученных по итогам анализа этих данных.

Операторы с помощью таких инструментов могут собрать информацию, необходимую для прогнозирования поведения абонентов в будущем, и управлять параметрами сети под высокодоходных абонентов. Хотя Big Data используется сегодня по большей части для оптимизации работы инфраструктуры самих сотовых операторов, при должном подходе эти же данные можно применить и для использования другими заинтересованными сторонами.

Например, некоторым компаниям может быть интересна информация о передвижении абонентов в течение дня, недели и тому подобное. Благодаря этому они смогут предложить пользователям свои услуги в определенных точках их маршрута. Например, магазины будут рассылать SMS с предложениями товаров при попадании абонента в окрестности данной торговой точки.

Это, естественно, подводит нас к вопросу о безопасности самих пользователей. Если на компьютерах у всех уже давно стоят антивирусные программы, то на мобильных устройствах они пока встречаются очень и очень редко. А как показывает аналитика, более 5 % всех программ для смартфонов, распространяемых через интернет-магазины, заражены вирусами. Так что подхватить зловреда из Сети сегодня не составляет особых проблем.

Интересно, что вредоносное ПО может быть внедрено как в умные телефоны, так и, к примеру, в веб-камеры, которые после этого будут — по команде хакеров или автоматически — осуществлять действия, не свойственные для данного типа устройств: не только отправлять картинку злоумышленникам, но и, допустим, рассылать SMS на платные сервисы и так далее.

В ходе одной из демонстраций специалисты Nokia показали на специальном стенде, на что способна зараженная вирусом камера. При подключении к устройству пользователя хакеры не только одновременно с ним видели изображение с камеры, но и осуществляли в автоматическом режиме рассылку сообщений на электронную почту и кликали на ролики, размещенные в YouTube.

Еще один пример – смартфон, на который была загружена зараженная игровая программа. При ее активации хакеры в окне своего компьютера могли через камеру телефона следить за действиями его владельца, а также получали доступ к SMS и списку телефонных номеров, находящихся в памяти устройства.

Чтобы отследить такие несанкционированные действия, в Nokia разработали специальное решение Mobile guard, устанавливаемое на стороне оператора. Оно анализирует весь трафик, поступающий от абонентов, и сравнивает его с постоянно обновляемой базой вирусов. При этом сразу видно, каким типом вредоносного ПО какие модели устройств заражены.

В программе могут быть заданы различные правила и профили устройств. Например, если обнаруживается, что веб-камера рассылает сообщения вместо трансляции видеопотока, устройство может быть автоматически заблокировано. Если же наблюдается подозрительная активность смартфона, то его владельцу может быть отправлено предупреждающее SMS или даже осуществлено лечение антивирусом, что называется, по воздуху.

Несмотря на всевозможные происки несознательных граждан, пользы от высокоскоростных сетей мобильной связи все же гораздо больше, и они сильно изменили нашу жизнь. Будем надеяться, что и в дальнейшем их эволюция будет приносить нам по большей части пользу.