4.5G: открытие мобильного мира гигабитных скоростей, поддержка вертикальных рынков

MWC 2016 БАРСЕЛОНА, 22-25 ФЕВРАЛЯ

СОДЕРЖАНИЕ

Общие сведения ................................................................. 02

4.5G — важный этап на пути к MBB2020 ............................................ 02 4.5G — новые критерии для сетей MBB ............................................. 04

Gbps: открытие мобильного мира гигабитных скоростей .................................................... 05 Ключевые технологии ......................................................................... 05 Experience 4.0: достижение восприятия уровня HD при передаче голоса и видео ... 07 Experience 4.0: VoLTE Plus .................................................................... 07 Experience 4.0: Video Plus .................................................................... 11

Connection+: поддержка новых вертикальных рынков ................................................... 14 Connection+: NB-IoT.............................................................................. 14 Connection+: LiTRA ............................................................................... 16

4.5G — более 100 сетей будут развернуты в 2016 году ..................................................................................... 18

4.5G — на пути к 5G .......................................................... 19

Глоссарий .................................................................................... 21

Краткий обзор Учитывая нынешнее взрывное развитие мобильных широкополосных сетей (MBB), мы ожидаем, что к 2020 году количество пользователей MBB в мире достигнет 6,7 миллиарда, и ежемесячно каждый пользователь будет потреблять до 5 ГБайт данных. При этом уже сегодня наблюдается потребность в широкомасштабном развитии интернета вещей (IoT). К 2020 году количество подключений к IoT во всем мире составит около 31 миллиарда. Операторы мобильной связи уделяют все больше внимания освоению вертикальных рынков, и IoT является типичным примером этой тенденции. Концепция сетей 4.5G, предложенная компанией Huawei, основана на ее глубоких экспертных знаниях в сфере мобильной широкополосной связи. Перед технологией 4.5G стоят две цели: во-первых, обеспечить в сетях MBB возможность передачи на гигабитных скоростях; во-вторых, открыть новые вертикальные рынки для операторов. Сеть 4.5G должна быть способна поддерживать услуги передачи видео с разрешением 2K/4K, виртуальной реальности (VR), дополненной реальности (AR), связи с беспилотными летательными аппаратами, а также услуги IoT, которые могут появиться в ближайшие два-три года. Технология 4.5G основана на эволюции 4G, поэтому все, что необходимо для перехода от 4G к 4.5G — это лишь обновление программного обеспечения и незначительные изменения аппаратных средств. Текущие инвестиции в инфраструктуру 4G надежно защищены. В свою очередь, 4.5G закономерным образом разовьется до 5G. В течение долгого времени 4.5G будет сосуществовать с технологией 5G, которая будет использовать новый радиоинтерфейс. Всего через год с небольшим после начала своего развития технология 4.5G уже достигла значительного прогресса. Три базовых принципа 4.5G, предложенные Huawei, стали новыми сетевыми критериями в сфере MBB: «Gbps» (пиковая скорость более 1 Гбит/с); Experience 4.0 (предоставление видео- и голосовых услуг с пользовательским восприятием на уровне высокой четкости (HD)); Connection+ (поддержка вертикальных рынков, включая сотовый узкополосный Интернет вещей (NB IoT) и LTE-интегрированные широкополосные транкинговые радиосистемы (LiTRA) для сетей служб общественной безопасности). Что касается стандартизации 4.5G, в октябре 2015 года консорциум 3GPP одобрил стандарт LTE- Advanced Pro, ставший знаменательной вехой в развитии серии технологий — LTE и LTE-Advanced. Уже более десятка ведущих мировых операторов приступили к развертыванию пилотных предкоммерческих или тестовых сетей на базе технологии 4.5G. Можно ожидать, что к 2016 году по всему миру в коммерческой эксплуатации будут находиться более 100 сетей 4.5G. Другой важной ролью технологии 4.5G является подготовка к наступлению эпохи 5G. Она позволит апробировать в сетях 4.5G некоторые потенциальные технологии 5G, что будет полезно для операторов в период до прихода 5G. Она также даст возможность предварительно адаптировать существующие сетевые архитектуры для подготовки к внедрению 5G. Наконец, 4.5G может помочь в поиске и развитии новых услуг и сегментов рынка для 5G.

• 4.5G — важный этап на пути к MBB2020 MBB, облачные вычисления, анализ «больших данных», IoT и социальные сети изменяют привычный нам мир и являются символами революции в области ИКТ. Эти технологии дают импульс новой волне развития человеческого общества во всем мире. Поскольку все они базируются на MBB, значение революции в этой сфере трудно переоценить. Быстрое распространение интеллектуальных устройств и развертывание сетей 4G ускоряют развитие MBB. Число запрашиваемых подключений растет феноменальными темпами. При этом 4 миллиарда людей в мире по-прежнему не имеют доступа к Интернету, а один миллиард не имеет доступа вообще ни к каким коммуникациям — ни к телефонии, ни к Интернету. Это означает, что существующий уровень охвата телекоммуникаций необходимо существенно расширить, чтобы предоставить доступ к ним всему населению. Другая проблема заключается в том, что средний объем данных, используемых одним пользователем, также продолжает расти. Основной вклад в потребление данных вносит онлайновое видео. Согласно статистике YouTube за 2014 год, 50% всего трафика видео сгенерировали мобильные устройства. При этом в ближайшие два-три года могут появиться новые услуги, такие как видео с разрешением 2K / 4K, VR, AR, связь с беспилотными летательными аппаратами и т.д., которые поставят перед нами еще более трудные задачи. По расчетам mLAB компании Huawei, к 2020 году число абонентов MBB достигнет 6,7 миллиардов. При этом ожидаемое потребление данных в расчете на одного пользователя вырастет десятикратно и составит 5 ГБ ежемесячно.

Кроме того, мы сейчас вступаем в эру IoT. Под влиянием IoT— от портативных устройств до «умных домов», от «умных городов» до интеллектуального управления логистикой — происходит полное изменение нашего общества.

Сотовые сети имеют наиболее глобальное покрытие и наилучшим образом приспособлены для предоставления доступа к сети. Расширение масштаба IoT создает гигантские возможности для всей телекоммуникационной отрасли. По данным одного из отчетов GSMA, на конец 2014 года имелось уже 243 миллиона подключений к сотовому Интернету вещей (C-IoT), а к концу 2020 года их число достигнет 1 миллиарда. При этом указанные показатели вообще не учитывают потенциальные новые технологии, которые могут привести к еще более взрывному росту. То есть, реальные цифры могут оказаться на порядок больше.

Существующие сети 4G уже не в состоянии обеспечить потребности сети MBB — например, те, что были рассмотрены выше. Именно для решения этой проблемы и была разработана технология 5G. Скорость доступа, задержки, число поддерживаемых подключений — по всем этим параметрам сеть 5G должна на порядок превосходить 4G. Кроме того, развертывание 5G должно быть экономически и энергетически эффективным. Однако отрасль беспроводной связи уже знает о некоторых проблемах, возникающих при переходе от 4G к 5G. Эти обстоятельства и делают 4.5G необходимым промежуточным этапом.

• 5G не будет введена в коммерческую эксплуатацию до 2020 года, в результате чего возникает 5-летний «разрыв».

• В 5G могут использоваться более высокие частоты, что обеспечит большую полосу пропускания, но приведет к более высоким затратам на обеспечение интенсивного и широкого покрытия. Это означает, что для обеспечения хорошего покрытия еще в течение долгого времени придется использовать существующую сеть с более низкими частотами.

• Развитие 4G для подготовки к 5G должно осуществляться поэтапно. Например, для поддержки сосуществования 4G и 5G потребуется внести в радиоинтерфейс некоторые изменения, которые позволят более быстро внедрить радиоинтерфейс 5G в существующую сетевую архитектуру.

• 4G должна будет использоваться как испытательный полигон для внедрения новых услуг 5G. К примеру, существуют планы по развертыванию в 2016 году коммерческих услуг NB-IoT, которые обеспечат поддержку более 100 000 подключений в каждой соте.

С учетом всех изложенных выше обстоятельств, в октябре 2014 года Huawei предложила концепцию 4.5G. По сравнению с 5G, которая характеризуется новым революционным радиоинтерфейсом, 4.5G представляет собой скорее эволюционное развитие сети 4G. Существующая инфраструктура 4G может по-прежнему использоваться с учетом обновления программного обеспечения или незначительных изменений в аппаратных средствах, что обеспечивает защиту существующих инвестиций.

Развертывание сетей 4.5G может осуществляться быстро, что сокращает время вывода на рынок соответствующих услуг. 4.5G - важный этап, который мы должны пройти на пути к MBB2020.

Рисунок 1. 4.5G: путь к гигабитным сетям MBB и новому рынку CIoT

22 октября 2015 года консорциум 3GPP принял стандарт LTE-Advanced Pro, ставший вехой на пути развития серии технологий, LTE и LTE-Advanced, начиная с Релиза 13. Это стандарт включает вопросы, которые упоминались и в предыдущих релизах, но не были полноценно освещены вплоть до Релиза 13. Стандарты ключевых технологий 4.5G разрабатывались, по всей видимости, специально с учетом стандарта 3GPP LTE-Advanced Pro. В рамках отрасли между технологиями 4.5G и LTE-Advanced Pro обычно не проводится никаких различий.

• 4.5G — новые критерии для сетей MBB • С учетом слабых мест операторских сетей и актуальных тенденций в бизнесе Huawei предложила следующие

критерии для сетей 4.5G, которые стали широко применяться глобальными операторами:

• «Gbps»

• Пиковая скорость более 1 Гбит/с (для сравнения, в сетях 4G она составляет лишь 100 Мбит/с). При этом также обеспечивается более высокая производительность и повышается воспринимаемое пользователем качество на границе соты.

• Experience 4.0

• Усредненная экспертная оценка (MOS) для голосовых услуг — более 4.0, MOS для видеоуслуг (vMOS) — более 4.0, воспринимаемое пользователем качество на уровне высокой четкости (HD)

• Connection+

• Поддержка вертикальных рынков, включая сотовый узкополосный Интернет вещей NB-IoT и LTE-интегрированные широкополосные транкинговые радиосистемы (LiTRA) для сетей служб общественной безопасности

Рисунок 2. Новые критерии для сетей 4.5G

Gbps: открытие мобильного мира гигабитных скоростей

Рисунок 3. Преимущества Gbps

Улучшение возможностей передачи для MBB является основной целью 4.5G. Концепция Gbps предполагает общее повышение пиковой скорости, производительности и пропускной способности на границе сот. Например, при использовании трехкомпонентного агрегирования несущих (3CC CA), технологии MIMO размерности 4x4 и модуляции 256QAM сеть 4.5G может обеспечить пиковую скорость 1,2 Гбит/с. Это в восемь раз больше пиковой скорости 4G, которая составляет 150 Мбит/с. Такие гигабитные подключения требуются новым типам терминалов и услуг (например, услуге виртуальной реальности — VR), для создания у пользователя эффекта реального присутствия. Gbps также означает повышенную производительность. Средняя производительность базовой станции eNodeB в сети 4G составляет 100 Мбит/с, а в сети 4.5G возможно достичь шестикратного увеличения производительности eNodeB — до 600 Мбит/с. При передаче видео с разрешением 2K (требующем скорости 8 Мбит/с) базовая станция eNodeB в сети 4G поддерживает 12 программных каналов, тогда как в сети 4.5G базовая станция eNodeB поддерживает одновременное воспроизведение видео по 75 каналам. И наконец, Gbps обеспечивает повышение пропускной способности на границах сот. В сети 4.5G достигается в среднем десятикратное — с 3 Мбит/с до 30 Мбит/с — повышение пропускной способности на границе соты, что позволяет реализовать требования к повсеместной доступности HD-видео с разрешением 2K/4K в любой момент времени.

• Ключевые технологии • Massive MIMO (FDD) К 2016 году станут широко применяться РЧ-модули системы 4T4R, работающие в среднем и высоком частотных диапазонах. Благодаря наличию четырех каналов передачи, эти РЧ-модули поддерживают конфигурации 4x2 MIMO и 4x4 MIMO. Могут использоваться терминалы с двумя или четырьмя каналами приема. В системах Massive MIMO полностью используются преимущества технологий пространственного мультиплексирования и разнесенного приема, что позволяет значительно повысить спектральную эффективность и улучшить воспринимаемое качество услуги для пользователя на границе соты (CEU).

Инновационная технология «расширенный MIMO» (eMIMO) компании Huawei позволяет максимизировать преимущества, предлагаемые для терминалов с двумя каналами приема при наличии в РЧ-модулях четырех каналов передачи. eMIMO может поддерживать блейд-модули RRU с традиционными антеннами, блейд-модули RRU с мульти-секторными антеннами или модули с активными антеннами AAU (Active Antenna Unit) с функциями 4T4R. Благодаря расширенным функциям Релиза 12 и координации формирования диаграмм направленности между сотами, eMIMO обеспечивает дополнительные преимущества для пользовательского оборудования (UE) с двумя каналами приема. Кроме того, в Релизе 14 3GPP технология eMIMO будет дополнительно усовершенствована для повышения эффективности использования РЧ-модулей с функциями 4T4R.

• Massive MIMO (TDD) В технологии Massive MIMO повышение спектральной эффективности достигается главным образом за счет того, что большее количество антенн позволяет генерировать более направленное излучение и обеспечивать лучшее качество сигнала, создает больше возможностей для передачи двух, трех и даже четырех потоков для одного UE, а также позволяет большему числу UE совместно использовать ресурсы для увеличения производительности системы. В сентябре 2015 года China Mobile Shanghai и Huawei впервые в мире совместно запустили базовую станцию eNodeB с технологией massive MIMO в коммерческой сети 4G. По данным натурных испытаний, проведенных Китайским исследовательским институтом сотовой связи (China Mobile Research Institute), пропускная способность в нисходящем направлении сектора с одной несущей 20 МГц достигает 650 Мбит/с.

В распределенной MIMO используется технология распределенных множественных антенн в зоне перекрытия сот с координацией на базе межсотовых высокоскоростных интерфейсов. Это позволяет использовать несколько антенн для одного комплекта UE, что облегчает эволюцию сетей от традиционной архитектуры, ориентированной на соты, к архитектуре, ориентированной на пользователя. Например, эта технология позволяет объединить восемь сот 2T2R в одну соту 16T16R, оценить качество сигнала восходящего направления от терминалов, определить их местоположение и выбрать для связи с ними оптимальное сочетание антенн. Кроме того, использование технологии пространственного мультиплексирования позволяет нескольким терминалам использовать общие радиоресурсы, что существенно повышает спектральную эффективность.

Система формирования диаграмм направленности TDD оценивает качество зондирующего опорного сигнала (SRS) терминалов, определяет весовые коэффициенты для нисходящих каналов передачи на основании взаимного обмена между восходящим и нисходящим каналами, увеличивая таким образом отношение сигнал/помехи (SINR) для сигналов, поступающих на терминалы. Формирование диаграмм направленности в 4.5G совершенствуется за счет увеличения числа SRS, при этом становится возможным выбор антенн для передачи SRS и передача индикатора качества канала (CQI) канала обслуживания. Улучшенное формирование диаграмм направленности позволяет повысить спектральную эффективность более чем на 30%.

Оптимизация технологии объединения UE в пары позволяет увеличить количество портов ортогональных опорных сигналов (RS) и объединять в пары такие UE, которым требуется различное число RB, благодаря чему повышается доля успешных объединений. Кроме того, для парных UE обеспечивается поддержка передачи 8 или даже 16 потоков, в результате чего полностью используется потенциал пространственного мультиплексирования и еще более повышается спектральная эффективность.

• Massive CA Сети с четырех- и пятикомпонентным агрегированием несущих (4CC и 5CC CA) будут разворачиваться для коммерческого использования в 2016 году. При агрегировании четырех или пяти несущих (включая несущие FDD и TDD) технология CA не только повышает пиковую скорость для пользователей, но также увеличивает пропускную способность на границе соты и среднюю пропускную способность соты. Инновационная технология «расширенного CA» (eCA) компании Huawei реализует агрегирование несущих между базовыми станциями eNodeB при невысокой нагрузке на транспортные каналы с целью значительного увеличения доли активаций обслуживающих сот SCell. Кроме того, eCA обеспечивает возможность гибкого агрегирования оптимальных первичных сот (PCell) и вторичных сот (SCell) с целью значительного повышения субъективно воспринимаемой скорости передачи данных. Технология CA дополнительно оптимизирует выбор сот PCell и SCell, упрощает реализацию и снижает межсотовые помехи.

• Модуляция высокого порядка Начало коммерческого использования модуляции 256QAM ожидается в 2016 году. 256QAM позволяет увеличить пиковую скорость на 33% по сравнению с модуляцией 64QAM. Модуляция 256QAM может использоваться как для микросот в помещениях, так и для наружных макросот. Основной целью является максимальное увеличение производительности наружных макросот.

• Гибкий частотный диапазон Целью концепции «Gbps» является эффективное использование любых частотных диапазонов в промежутке от 1,4 МГц до 20 МГц вместо нескольких фиксированных частотных диапазонов, используемых в LTE (в том числе 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц). Эта технология улучшит использование спектра при рефарминге систем 2G и 3G.

Experience 4.0: достижение восприятия уровня HD при передаче голоса и видео

4.5G существенно улучшает уровень воспринимаемого пользователями качества мобильных услуг. Передача голоса и видео — это основные услуги, предлагаемые мобильными сетями. Однако качество этих услуг сегодня неудовлетворительно. По данным лаборатории mLAB Huawei, среднемировое значение MOS для мобильных голосовых услуг составляет лишь 3,3 (из 5 возможных баллов), а среднее значение vMOS для услуг мобильного видео — только 3,1. Эти данные получены согласно стандарту оценки vMOS, предложенному Huawei в 2015 году.

В результате применения улучшенных технологий передачи голоса и видео сеть 4.5G должна обеспечить передачу голоса и видео в сетях мобильной связи в HD-качестве, со значениями оценок MOS и vMOS более 4 баллов.

• Experience 4.0: VoLTE Plus На ранних этапах развертывания сетей LTE применяется переключение на сети 2G или 3G с возвратом в режим коммутации каналов, при этом пользователи не могут одновременно использовать голосовые услуги и услуги высокоскоростной передачи данных 4G. В этом случае исходящие или входящие вызовы переключаются на сеть 2G или 3G с понижением воспринимаемого пользователями качества обслуживания. Переключение в режим коммутации каналов имеет такие недостатки, как большая задержка установления соединения и неудовлетворительное качество голосовой связи.

Задержка установления голосового соединения

Рисунок 4. Сравнение задержек установления соединения для различных технологий радиодоступа (RAT) (источник: лаборатория Huawei)

Примечание: от вызывающего абонента к вызываемому абоненту. CON: UE в состоянии RRC-connected, IDLE: UE в состоянии Idle.

Оценка MOS голосовых услуг для сети GSM обычно составляет около 3,0, а для UMTS — около 3,3. Среди типичных жалоб клиентов — недостаточная разборчивость, громкие шумы и сбрасывание вызовов. При проведении независимых тестов эти сети систематически уступают более передовым сетям. На приведенном ниже рисунке показаны значения MOS голосовых услуг в крупнейших городах мира, полученные в ходе тестов, проведенных P3 Group — консалтинговой компанией в области глобального менеджмента.

Средняя оценка MOS голосовых услуг в различных городах

Рисунок 5. Значения MOS голосовых услуг в различных городах

Данные для этого рисунка взяты из публикации P3_US_Public_Benchmark_2015, подготовленной P3 Group. Для большинства городов оценки MOS голосовых услуг в сетях 2G/3G находятся вблизи значения 3,3. Для сравнения, оценка MOS услуг VoLTE в Вашингтоне достигает значения 3,6, опережая услуги 2G/3G. Безусловно, это качество по-прежнему требует улучшения.

Технология VoLTE позволяет существенно улучшить воспринимаемый уровень качества голосовых услуг. Тем не менее, увеличение MOS выше уровня 4,0 в масштабе всей сети остается сложной задачей, что обусловлено, в основном, уровнем сигнала и взаимными помехами на границах сот.

Зависимость MOS от RSRP (мощность принимаемого опорного сигнала)

Рисунок 6. Результаты тестирования VoLTE на сети оператора (источник: Huawei wireless)

Кроме того, операторы голосовых услуг также сталкиваются с конкуренцией со стороны услуг OTT. Хотя большинство услуг OTT предоставляются бесплатно, их провайдеры постоянно стремятся улучшить воспринимаемый уровень качества голосовой связи. После многочисленных попыток применения разнообразных методов кодирования, начиная с раннего интернет-кодека с низким битрейтом (iLBC), кодека SILK (применялся для Skype), и заканчивая нынешним кодеком Opus, их голосовые услуги достигли уровня HD, более высокого, чем у VoLTE, где в качестве кодека используется широкополосный адаптивный кодек с переменной скоростью AMR-WB.

Для решения описанных проблем и увеличения голосовой оценки MOS до уровня более 4,0 технология 4.5G должна решить следующие задачи:

• Использование решения VoLTE Plus для улучшения воспринимаемого уровня качества услуг VoLTE на границах сот.

Голосовой режим CoMP расширяет зону покрытия на 2 дБ

AMRC расширяет зону покрытия на 1 дБ

Рисунок 7. VoLTE Plus расширяет зону покрытия для голосовых услуг

• Использование решения VoLTE Plus для обеспечения качества VoLTE в сценариях, включающих помехи, хэндовер и большой трафик.

Улучшение MOS с помощью VoLTE Plus

Рисунок 8. VoLTE Plus повышает качество голосовых услуг

• Применение новых методов кодирования/декодирования для ответа на вызов со стороны поставщиков услуг OTT. В Релизе 12 консорциум 3GPP стандартизировал кодек для улучшенных голосовых услуг (EVS). Кодек EVS поддерживает диапазон звуковых частот 20 кГц (с качеством MP3) и обладает высокой устойчивостью к задержкам, джиттеру и потере пакетов. В рамках технологии 4.5G будут приниматься меры по оптимизации параметров радиоинтерфейса на базе кодека EVS, расширению зоны покрытия для повышения качества голосовых услуг и обеспечению качества голосовой связи при большом трафике.

Рисунок 9. Диапазоны звуковых частот, поддерживаемые кодеком EVS

• Experience 4.0: Video Plus Первая задача, которую должна решить технология 4.5G — это количественная оценка воспринимаемого качества видео. В 2009 году МСЭ-Т запустил исследовательский проект по стандарту vMOS, призванный обеспечить основу для точной оценки параметров видео системами OM. Тем не менее, Huawei считает необходимым оптимизировать стандарт vMOS с целью адаптации к таким новым изменениям, как повышение разрешения видео и качества изображения, развитие технологий экранов и кодеков, эволюция мобильных и фиксированных сетей в направлении сверхширокополосности, а также новый уровень восприятия видео с множеством экранов, сетей и услуг. Лаборатория mLAB Huawei разработала новый стандарт оценки восприятия видео U-vMOS, основанный на моделировании человеческих факторов, изучении выборок и технологических исследованиях. Направление работ по проекту U-vMOS было одобрено МСЭ-Т в сентябре 2015 года, и с того момента начались исследования по выбору модели. Результаты начальных этапов стандартизации должны быть опубликованы в 2016 году.

Стандарт U-vMOS устанавливает соответствие между воспринимаемым качеством видео и параметрами сети мобильной связи. Если предположить, что U-vMOS должен превышать 4,0, то для этого требуется видео с разрешением 2K или выше. Для поддержки видео с разрешением 2K в фазах загрузки и воспроизведения необходимо обеспечить скорости 8,4 Мбит/с и 8 Мбит/с соответственно. Для поддержки видео с разрешением 4K в фазах загрузки и воспроизведения необходимо обеспечить скорости 32 Мбит/с и 18 Мбит/с соответственно.

Типовое значение Индикаторы восприятия Сетевые требования

vMOS

Разрешение видео

(потоковая технология)

Средняя скорость передачи

(H.264)

Задержка начальной

буферизации (секунды)

Коэффициент задержек

видео

E2E RTT (мс)

Скорость передачи данных

у пользователя (стадия начальной

буферизации)

Скорость передачи данных

у пользователя (стадия

воспроизведения)

2,6 480P (HPD) 700 кБит/с 3 2% 80 3 МБит/с 1 МБит/с

3,2 720P (DASH/HLS) 1,5 МБит/с 2 2% 80 3 МБит/с 2 МБит/с

3,5 1080P (DASH/HLS) 3 МБит/с 2 2% 40 4,1 МБит/с 4 МБит/с

4,0 2K (DASH/HLS) 6 МБит/с 2 0% 40 8,4 МБит/с 8 МБит/с

4,5 4K 13,5 МБит/с 1 0% 10 32 МБит/с 18 МБит/с

Примечание: • HPD: последовательное скачивание по HTTP • DASH: динамическая адаптивная потоковая передача данных по HTTP • HLS: потоковое вещание по HTTP

Таблица 1. Требования к сетевым параметрам в зависимости от источников видео (источник: Huawei mLAB)

Согласно статистическим данным, полученным с помощью разработанного лабораторией mLAB Huawei измерительного средства Speed video, воспринимаемое качество мобильного видео в большинстве сетей 4G не соответствует стандарту. Средняя оценка MOS для большинства сетей находится ниже уровня 3,5, а требования пользователей далеки от удовлетворения. Несмотря на сравнительно высокую оценку по результатам тестирования задержек видео (> 4), тестирование задержек начальной буферизации дает сравнительно низкие результаты (< 3,5). Поэтому ключевым фактором улучшения восприятия со стороны пользователя является сокращение задержки начальной буферизации.

Рисунок 11. Данные оценки воспринимаемого качества видео по разным регионам

Инновационное решение Huawei Video Plus улучшает качество пользовательского восприятия при просмотре мобильного видео в сетях 4.5G и повышает оценку U-vMOS до уровня более 4,0.

Рисунок 12. Решение Huawei Video Plus

Например, базовые станции eNodeB используют WTCP-прокси для сокращения задержки начальной буферизации видео, осуществляют балансирование видеонагрузки в сценариях с большим трафиком и применяют оптимизированный механизм диспетчеризации видео, позволяющий гарантировать качество видеоуслуг без влияния на другие услуги.

Connection+: поддержка новых вертикальных рынков

Другим важным различием между 4G и 4.5G является то, что, помимо обслуживания традиционного рынка MBB, сеть 4.5G дополнительно создает для операторов новые бизнес-возможности на вертикальных рынках, а также раскрывает перспективы будущего мира коммуникаций без границ — подлинной цели создания 5G. Ориентируясь на удовлетворение рыночных потребностей операторов, компания Huawei создала технологии NB-IoT и LiTRA для сетей 4.5G и начала развертывание опытных сетей для многих мировых телекоммуникационных компаний. Технология NB-IoT оптимально подходит для рынка IoT, тогда как LiTRA больше ориентирована на сферу общественной безопасности, включая противопожарную службы, службу скорой медицинской помощи и полицию.

• Connection+: NB-IoT

Рисунок 13. NB-IoT

Формирующийся рынок IOT создает гигантские коммерческие возможности для операторов мобильной связи. По имеющимся оценкам, к 2020 году число подключений C-IoT составит 31 миллиард, при этом 30 миллиардов из них будут энергоэффективными подключениями большой дальности (LPWA).

Рисунок 14. Оценка числа глобальных подключений C-IoT к 2020 году (источник: Huawei mLAB)

IoT в сегменте LPWA должен обладать следующими отличительными особенностями:

• Широкое покрытие, в том числе в подвальных помещениях и пригородных районах.

• Высокая энергоэффективность терминалов, срок службы аккумуляторных батарей от 5 до 10 лет.

• Низкая стоимость – типичный коммуникационный модуль должен стоить не более 5 долларов.

• Нечувствительность к задержкам передачи.

• Возможность передачи в нисходящем направлении. IoT должен поддерживать конфигурирование нисходящего канала и дистанционное обновление программного обеспечения терминалов, что позволит снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

На рынке LPWA решение NB-CIoT для 4.5G имеет неоспоримые преимущества, поскольку оно обеспечивает расширение покрытия на 20-30 дБ (по сравнению с GSM), плотность подключений до 100 000 на квадратный километр, отличается малым энергопотреблением (батареи терминалов служат от 5 до 10 лет), и использует модули, которые по меньшей мере на 30% дешевле, чем аналогичные модули GSM. Мобильные операторы, имеющие повсеместно развернутые сети, обширный технологический опыт и выдающиеся сервисные возможности, имеют все шансы стать сильнейшими игроками на рынке LPWA.

Рисунок 15. Сравнение NB-IoT с другими технологиями LPWA (источник: Huawei mLAB)

С целью ускорения развития LPWA ассоциация GSMA в 2015 году запустила проект Mobile IoT Initiative («инициатива мобильного IoT»), направленный на развертывание решений LPWA в лицензированном спектре, ускорение технологической стандартизации и предотвращение фрагментации рынка. Проект Mobile IoT Initiative в настоящее время поддерживается основными операторами мобильных сетей, OEM-производителями, производителями чипсетов и модулей, а также поставщиками сетевого оборудования, включая AT&T, Alcatel-Lucent, Bell Canada, China Mobile, China Telecom, China Unicom, Deutsche Telekom, Ericsson, Etisalat, Huawei, Gemalto, Intel, KDDI, Nokia, NTT DOCOMO, Ooredoo, Orange, Qualcomm Incorporated, Sierra Wireless, SingTel, Telecom Italia, Telefonica, Telenor, Telstra, u-blox и Vodafone.

Консорциум 3GPP в сентябре 2015 года одобрил направление работ по NB-IoT, а к марту 2016 года ожидается появление окончательной спецификации NB-IoT. Некоторые из ведущих мировых операторов, например, China Unicom и Vodafone Spain, приступили к пилотным предкоммерческим запускам или провели испытания NB-IoT на основе предварительных спецификаций. Они уже получили удовлетворительные результаты для таких областей применения NB-IoT, как «умная парковка», «умные счетчики», а также «умные» мусоросборники, светильники, велосипеды и даже «умный багаж».

• Connection+: LiTRA

Рисунок 16. LiTRA в сетях служб общественной безопасности

Другое ориентированное на вертикальные рынки решение, LiTRA, хорошо подходит для служб общественной безопасности, включая противопожарную службу, службу скорой медицинской помощи и полицию.

Транкинговые радиосистемы начали использоваться в конце 1960-х — начале 1970-х годов. В отличие от обычной полнодуплексной мобильной связи, работающей в режиме «точка-точка», транкинговые радиосистемы, известные также как системы «нажми и говори» (PTT), являются полудуплексными и работают в режиме «точка-мультиточка». Системы PTT характеризуются низкими задержками и большой производительностью. Они хорошо подходят для связи в группах и обеспечивают быстроту реагирования и диспетчерское управление действиями на местах в режиме реального времени, благодаря чему широко применяются службами общественной безопасности, коммунальными службами и производственными предприятиями.

В настоящее время транкинговые радиосистемы развиваются в направлениях от узкополосных к широкополосным и от частных сетей — к сетям общего пользования. Традиционные транкинговые технологии были разработаны для узкополосных частных сетей связи. Узкополосные технологии, ориентированные на передачу голоса, не поддерживают услуги высокоскоростной передачи данных, такие как передача видео или мультимедийные услуги. Кроме того, архитектуре частной сети присущ целый ряд недостатков, включая замкнутые отраслевые цепочки создания стоимости, высокий уровень затрат на приобретение оборудования и строительство сети, дорогие терминалы, а также высокие затраты на техническое обслуживание. Поэтому данные технологии не отвечают потребностям бизнеса клиентов.

Упомянутые проблемы могут быть решены с помощью технологии «PTT поверх LTE», представленной решением LiTRA. Благодаря высокой пропускной способности и низкой задержке сетей LTE, технология LiTRA не только опережает традиционные транкинговые радиосистемы по производительности, но и предоставляет профессиональные мультимедийные транкинговые услуги, включая видеозвонки, видеонаблюдение, передачу файлов, а также ГИС-услуги. Более важным, однако, является то, что решение LiTRA разворачивается на базе существующих LTE-сетей операторов. Это значительно сокращает затраты на строительство сети и техническое обслуживание, обеспечивает более широкое сетевое покрытие, более эффективный роуминг, а также совместимость с интеллектуальными терминалами LTE. В этом смысле LiTRA разрывает замкнутую отраслевую цепочку создания стоимости и позволяет обеспечить более профессиональные и более эффективные транкинговые услуги.

Рисунок 17. Эволюция транкинговых радиосистем

Консорциум 3GPP играет решающую роль в формировании стандартов транкинговой радиосвязи следующего поколения. Он сотрудничает с крупнейшими в мире организациями по стандартизации транкинговой радиосвязи и государственными органами, в числе которых OMA, ETSI, TCCA, TIA, Министерство внутренних дел Великобритании, Федеральная комиссия по связи и Министерство торговли США. В Релизах 12, 13 и 14 3GPP будет определен полный набор стандартов профессиональной транкинговой радиосвязи, ориентированных на службы общественной безопасности и наиболее важные задачи и основанных исключительно на сетях LTE общего пользования.

LiTRA - это разработанное Huawei решение для профессиональной транкинговой радиосвязи, соответствующее всем спецификациям 3GPP и основанное на сетях LTE общего пользования. Это решение призвано помочь операторам в построении безопасных, эффективных и профессиональных сетей LTE для служб общественной безопасности.

Huawei полагает, что при непосредственном использовании коммерческих сетей LTE для служб общественной безопасности будут возникать специфические проблемы. LiTRA обеспечивает улучшение пяти различных аспектов сетей LTE, включая QoS, MCPTT и управление перегрузкой, что делает эти сети более пригодными для использования службами общественной безопасности в чрезвычайных ситуациях. Кроме того, для технологии LiTRA появились сквозные продукты и решения, помогающие операторам быстро разворачивать транкинговые услуги и оперативно использовать возможности рынка. В числе этих продуктов и решений — платформа приложений, диспетчерские пульты, приложения и ударопрочные, водо- и пыленепроницаемые терминалы.

С каждым годом все больше стран готовы развертывать сети служб общественной безопасности на базе существующих операторских сетей LTE. В 2016 году мы ожидаем увидеть постепенные предкоммерческие запуски этих сетей.

4.5G — более 100 сетей будут развернуты в 2016 году

Ведущие глобальные операторы анонсировали крупномасштабные планы развертывания сетей 4.5G. Реализация этих планов зависит не только от зрелости терминалов, но также от своевременной верификации ключевых технологий и готовности отрасли в целом.

Поставив целью достижение гигабитной скорости передачи данных, Huawei начала сотрудничать с основными производителями чипсетов и терминалов, стимулируя выпуск продукции для поддержки технологий множественных антенн, агрегации несущих и модуляции уровня 256QAM. Процессор Snapdragon 820 компании Qualcomm, выпущенный в конце 2015 года, поддерживает пиковую скорость 600 Мбит/с (при использовании 3CC CA и 256 QAM), а также 4x4 MIMO на одной несущей. Процессор Balong 750, выпущенный в тот же период принадлежащей Huawei компанией HiSilicon, также поддерживает скорость 600 Мбит/с (при использовании 4CC CA либо 2CC CA и 4x4 MIMO). Запуск коммерческого производства чипсетов 4.5G для терминалов даст мощный толчок коммерческому применению интеллектуальных терминалов 4.5G в 2016 году.

Ведущие глобальные операторы приступили к развертыванию гигабитных сетей 4.5G вместе с Huawei еще в 2014 году, когда компания впервые предложила концепцию 4.5G. По состоянию на конец 2015 года:

• Норвегия, Германия, Кувейт, Саудовская Аравия, ОАЭ, Китай, Гонконг, Япония, Канада, Сингапур и другие страны продемонстрировали в коммерческих сетях скорость передачи свыше 1 Гбит/с.

• Великобритания и Корея приступили к строительству национальных сетей общественной безопасности на базе LiTRA с использованием широкополосной транкинговой радиосвязи.

• Такие страны, как Испания, Корея, Китай, ОАЭ и Германия начали предкоммерческое развертывание сетей NB-IoT.

Ожидается, что в 2016 году в мире будет развернуто более 100 сетей 4.5G.

Рисунок 18. Коммерческие и предкоммерческие сети 4.5G (источник: Huawei Wireless, январь 2016)

4.5G — на пути к 5G

Подготовка к приходу технологии 5G - одна из наиболее важных задач 4.5G. Она включает два аспекта:

• Поэтапное внедрение на сетях 4.5G некоторых потенциальных технологий 5G по мере достижения ими необходимого уровня зрелости. Эти технологии могут быть реализованы с помощью программного обеспечения, не потребуют серьезных изменений аппаратных средств и не оказывают существенного влияния на терминалы.

• Модернизация сетевой архитектуры в 4.5G

Существует две причины, по которым сетевая архитектура требует изменений. Во-первых, сети 4.5G и 5G в течение длительного времени должны будут сосуществовать. Поэтому сетевая архитектура должна быть разработана с учетом долгосрочного сосуществования сетей 4.5G с новым радиоинтерфейсом сетей 5G. Во-вторых, для сетей 5G потребуется сетевая архитектура, которая будет отвечать требованиям, предъявляемым к транзиту трафика —то есть, обеспечивать низкую сквозную задержку и сверхвысокую пропускную способность. Она должна также обеспечивать возможность реализации «сетевых срезов» и функциональную открытость для поддержки возможности программирования и адаптации к различным видам услуг.

Компания Huawei, благодаря своему глубокому теоретическому и практическому опыту в области MBB, уже добилась впечатляющих результатов в решении этих проблем. Сегодня во всем мире наблюдается быстрое и широкомасштабное развертывание сетей 4.5G на фоне постоянного развития технологий 4.5G. Это позволит нам в ближайшие три-пять лет по достоинству оценить огромную пользу от модернизации устаревшей сетевой инфраструктуры в ходе создания сетей 4.5G, а также роль технологии 4.5G в подготовке к успешному развертыванию 5G.

Глоссарий 64QAM - 64 Quadrature Amplitude Modulation; 64-позиционная квадратурно-амплитудная модуляция

NB-IoT - Narrow Band Internet of Things; узкополосный «Интернет вещей»

256QAM - 256 Quadrature Amplitude Modulation; 256-позиционная квадратурно-амплитудная модуляция

PCC – Primary Component Carrier; первичная компонентная несущая

AR - Augmented Reality: дополненная реальность SCC – Secondary Component Carrier; вторичная компонентная несущая

CA - Carrier Aggregation: агрегирование несущих SINR – Signal-to-Interference Ratio; Отношение «сигнал/помеха» CC - Component Carrier; компонентная несущая RTT – Round Trip Time; время возврата эхо-сигнала E2E - End to End; сквозной UE – User Equipment; Пользовательское оборудование IoT - Internet of Things; Интернет вещей UHD – Ultra High Definition; сверхвысокая четкость MIMO - Multi-input Multi-output; множественный прием, множественная передача

VR – Virtual Reality; вирутальная реальность

Авторское право © Huawei Technologies Co., Ltd. 2016 г. Все права защищены. Ни одна из частей этого документа не может быть воспроизведена или передана по каналам связи в любой форме или любыми средствами без предварительного письменного согласия компании Huawei Technologies Co., Ltd. Товарные знаки

HUAWEI и являются зарегистрированными товарными знаками Huawei Technologies Co., Ltd. Другие упоминаемые товарные знаки, наименования продуктов, услуг и компаний являются собственностью их соответствующих владельцев. ГАРАНТИЯ НЕ ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ СОДЕРЖАНИЕ ДАННОГО ДОКУМЕНТА ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ ПО ПРИНЦИПУ «КАК ЕСТЬ». ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ СЛУЧАЕВ, ТРЕБУЕМЫХ ПРИМЕНИМЫМ ЗАКОНОМ, НИКАКИХ ГАРАНТИЙ ЛЮБОГО РОДА, КАК ЯВНО ВЫРАЖЕННЫХ, ТАК И ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ, ВКЛЮЧАЯ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ГАРАНТИИ КОММЕРЧЕСКОЙ ГОДНОСТИ И ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ КОНКРЕТНОЙ ЦЕЛИ, В ОТНОШЕНИИ ТОЧНОСТИ, ДОСТОВЕРНОСТИ ИЛИ СОДЕРЖАНИЯ ДАННОГО РУКОВОДСТВА НЕ ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ. В МАКСИМАЛЬНОМ ОБЪЕМЕ, ДОПУСКАЕМОМ ДЕЙСТВУЮЩИМ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВОМ, КОМПАНИЯ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ НЕСЕТ НИКАКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЛЮБОЙ ФАКТИЧЕСКИЙ, СЛУЧАЙНЫЙ, ПРЯМОЙ ИЛИ КОСВЕННЫЙ УЩЕРБ, УПУЩЕННУЮ ВЫГОДУ, ПОТЕРЮ БИЗНЕСА, ДОХОДОВ, ДАННЫХ, ДЕЛОВОЙ РЕПУТАЦИИ ИЛИ НЕДОПОЛУЧЕНИЕ ПРИБЫЛИ ВСЛЕДСТВИЕ ИЛИ В СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННОГО РУКОВОДСТВА.

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

ООО «Техкомпания Хуавэй» ул. Крылатская,17/2,

121614 Москва Тел. +7 / 495 / 234 0686

www.huawei.com