Обзор конструкции антенн для систем связи 5G

После Всемирного Саммита LTE World Summit-2013 (г. Амстердам), ставшего толчком для исследований в области 5G, интенсивно начали создаваться международные исследовательские проекты по обоснованию облика будущих систем. Некоторые аспекты подобных исследований уже были описаны в [12]. Данная статья не потеряла актуальность и сейчас, поскольку дополняет эти публикации некоторыми новыми фактами, в том числе описанием исследовательских проектов и основных проблемных вопросов, которые еще нужно решить.
В свое время Международный союз электросвязи (МСЭ) призвал мобильное сообщество не использовать термины, обозначающие порядковый номер поколений систем IMT. В Резолюции МСЭ-Р № 56 "Определение названий для международной подвижной электросвязи" дается название тем системам, которые включают новые радиоинтерфейсы. Согласно Резолюции, использование термина "IMT2000" подходит для описания систем IMT2000, включая и их усовершенствованные модификации (к примеру, UMTS, HSPA, HSPA+). Термин "IMTAdvanced" следует применять к тем системам, которые содержат новые радиоинтерфейсы, поддерживающие новые возможности последующих систем. Корневым является термин IMT, который охватывает одновременно как IMT-2000, так и IMT-Advanced.
5G (5-е поколение беспроводных систем) – название, которое сегодня используется в некоторых исследовательских проектах для обозначения последующих стандартов мобильной связи, следующих за стандартами предыдущих поколений (официального 3G и условно введенного 4G). Таким образом, не являясь официальным, термин "5G" используется "поинер-ции" в качестве наиболее удобной формы для обозначения систем следующего поколения. Вместе с тем, для обозначения этих систем МСЭ рекомендовал название этих систем как "IMT-2020".

ВВЕДЕНИЕ 2
1 Требования к системе мобильной связи 5G 3
2 Общее видение концепции 5G 7
3 Стандартизация и исследовательские проекты 5G 9
4 Европейские проекты 5G 10
5 Деятельность МСЭ по стандартизации и развитию 5G 13
6 Главные решения, подходы и принципы 5G 16
7 Специфические решения в 5G 19
8 Оптимизации работы сети 5G в целом 23
9 Технология OAM в 5G 26
10 Частотные ресурсы для сетей 5G 29
11 Технологии архитектуры сетей пятого поколения 33
12 Экспериментальные данные при тестировании технологии 5G 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 44

Сейчас довольно сложно говорить о возможностях и сроках реализации коммерческих сетей 5G, при условии, что пока даже не введен стандарт, но производители взялись за сети нового поколения очень резко, и их разработки даже опережают выход стандарта. Если компаниям, участвующим в проекте, удастся добиться поставленных целей, то весь мир сможет получить единую, стабильную, конвергентную и высокодоступную сеть нового поколения, после введения которой уже долгое время не придется создавать и разрабатывать сети нового поколения. Во всяком случае представители Международного союза электросвязи заявляют свои надежды на то, что 5G станет точкой в развитии беспроводных сетей, существенной переделки архитектуры не будет, и нас ждет лишь минорная доработка радиочасти.
OAM модуляция является одним из многих методов, которые будут использоваться для достижения требуемой для 5G сетей пропускной способности и увеличения скорости передачи данных. Многие аспекты этой технологии еще требуют ряда теоретических и практических решений, начиная от генерации "закрученного сигнала" и заканчивая его обнаружением и минимизацией потерь. Несмотря на мнения некоторых скептиков на предмет этой технологии, довольно крупные компании уже начали работу по созданию оборудования под OAM, поэтому мы склонны думать, что "закрученные" радиоволны займут определенную нишу в 5G сетях и станут неотъемлемой частью технологий, позволяющих организовывать беспроводную связь на гигабитных скоростях.
Учитывая, что, в отличие от предыдущих поколений, 5G – это не просто новый стандарт, а целая экосистема, переход к нему будет осуществляться более длительное время. Годом первых коммерческих запусков пятого стандарта называют 2020. Однако можно говорить лишь о локальном масштабе. Консорциум 3GPP только в этом году утвердил название илоготипдля 5G, а разработку спецификаций, согласно определенному в 2016 году плану, проведет в два этапа. Первая фаза завершится в 2018 году и предполагает, что в Release 15 войдут технические рекомендации, а в 2019 году требования будут оформлены окончательно. Также осенью 2019 года ожидается согласование частотного ресурса для 5G в рамках Всемирной конференции радиосвязи (ВКР-19). Полноправное существование стандарта обозначит положительное заключение Международного союза электросвязи (МСЭ) в 2020 году.
Помимо работы по оформлению пятого поколения мобильной связи со стороны законотворческих структур, адаптировать свои бизнес-модели к 5G необходимо вендорам и телекоммуникационным оператором, что требует временных и финансовых затрат, отодвигая запуск высокоскоростного стандарта на начало третьего десятилетия.

1. Тихвинский В.О., Архипкин В.Я. LTE WORLD SUMMIT-2013: НА ПУТИ К 5G.//ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ, № 7, 2013. http://www.sbtcom.ru/pdf2/news/ press/files/5Gway.pdf
2. Тихвинский В.О., Бочечка Г.С. Концептуальные аспекты создания 5G. // «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 10, 2013. http://www.raenitt.ru/publication/5G_ projects_elsv.pdf
3. ICT-317669 METIS project, Updated scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system with recommendations for future investigations, Deliverable D1.5, April 2015, available at: https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D1.5 _v1.pdf.
4. Ericsson, Ericsson Mobility Report, November 2015, available at: http://www.ericsson.com/res/docs/2015/mobility-report/ericsson-mobility-report-nov-2015.pdf.
5. Patrick Marsch, Icaro Da Silva. 5G RAN Architecture and Functional Design.https://bscw.5g-ppp.eu/pub/bscw.cgi/d92532/5G-PPP-METIS-II-5G-RAN-Architecture-White-Paper.pdf
6. T. Wild, F. Schaich and Y. Chen. 5G Air Interface Design based on Universal Filtered (UF-)OFDM, International Conference on Digital Signal Processing (DSP), Hong Kong, Aug. 2014
7. Ким А.В., Тихвинский В.О. Новый мобильный горизонт: ито- ги MWC-13 //Электросвязь.– 2013.– № 3.
8. Osseiran A. The 5G Mobile and Wireless Communications: Challenges and Scenarios // LTE World Summit-2013.
9. T. Nakamura. LTE Release 12 and Beyond. – Nomor Research GmbH, Munich, Germany. January 2013.http://www.3gpp.org/IMG/pdf/ lte_africa_2013_3gpp_lte_release_12.pdf
10. T. Nakamura. RAN Evolution Beyond Release 12. – NTT DoCoMo, Inc. LTE World Summit. 25 June 2013.http://cs.groteck.ru/TSS_1_2015/files/ tss_1_2015.pdf
11. IMT Vision – "Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond". – Draft new Recommendation ITU-R M. October 2014. http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2083-0-201509-I%21%21PDF-E.pdf
12. Скрынников В.Г. Будущий облик 5G. – Электросвязь. № 10. – 2013.
13. Слюсар В. Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. – Технологии и средства связи. № 5. – 2013.
14. Скрынников В.Г.5G: Облик будущих систем мобильной связи. Часть 1/ Журнал "Технологии и средства связи" #6, 2014, стр.56-61
15. Денисов Д.С. Тенденции развития 5G сетей. Новые частоты E-диапазона и технология OAM.https://nag.ru/articles/article/31881/tendentsii-razvitiya-5g-setey-novyie-chastotyi-e-diapazona-i-tehnologiya-oam.html
16. Petar Popovski, Cedomir Stefanovic, Hiroyuki Yomo. Deliverable D2.3. Components of a new air interface-building blocks and perfomance. – 7 Framework Programme. Document ICT/METIS. October 2013.Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.
17. Petar Popovski, Cedomir Stefanovic, Hiroyuki Yomo. Deliverable D2.2. Novel radio link concepts and state of the art analysis. – 7 Framework Programme. Document ICT/METIS. October 2013.https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D2.2_v1.pdf
18. Kekvin Au, Liqing Zhang, Hosein Niopour, Eric Yi, Alizera Bayesteh, Usa Vilaipornsawai, Jianglei Ma, Peiying Zhu. Uplink Contention Based SCMA for 5G Radio Access. – Hua-wei Technologies Canada Co, LTD. – 2013.https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/publications/Globecom_2014_ Au_etal_UL-Contention-Based-SCMA.pdf
19. Alexander Hellemans. Why IoT needs 5G. https://spectrum.ieee.org/ tech-talk/computing/networks/5g-taking-stock
20. Семенов Ю. А. Стандарт широкополосной беспроводной связи IEEE 802.16. [Электронный ресурс] http://citforum.ru/nets/semenov/4/ 41/802_16.shtml
21. 4G Americas’ Summary of Global 5G Initiatives. – 4GAme-ricas. June 2014.[Электронный ресурс]http://lteworld.org/whitepaper/4g-americas-summary-global-5g-initiatives
22. Ian Poole IEEE 802.16 WiMAX standarts [Электронный ресурс].http://mobile-review.com/articles/2003/wimax.shtml
23. M.Bellanger, D.LeRuyet, D.Roviras, M.Terré. FBMC physical layer: a primer. – PHYDYAS. – 06/2010.http://www.ict-phydyas.org/teamspace/internal-folder/FBMC-Primer_06-2010.pdf
24. Васильев В. Г. Технология фиксированного широкополосного беспроводного доступа WiMAX 802.16 [Электронный ресурс].– http://science.donntu.edu.ua/tks/ryzhov/library/4.pdf
25. Ортогональное частотное разделение со многими поднесущими OFDM [Электронный ресурс]. – http://systemseti.com/wimax/peredacha_signalov/4.3.html
26. Шахнович И.Стандарт широкополосного доступа IEEE 802.16 для диапазонов ниже 11ГГц [Электронный ресурс]. – Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.
27. Пахомов С.C. Скоростная связь без проводов или Стандарт 802.16 [Электронный ресурс]. – http://compress.ru/article.aspx?id=9948
28. Кущ И. Теория и практика: 5G обретает корн [Электронный ресурс] – https://nag.ru/articles/article/28884/teoriya-i-praktika-5g-obretaet-korni.html
29. Ким А.В., Тихвинский В.О. Новый мобильный горизонт: итоги MWC-13//Электросвязь – 2013 – № 3.
30. Osseiran A. The 5G Mobile and Wireless Communications: Challenges and Scenarios // LTE World Summit-2013. – https://docbox.etsi.org/Workshop/2013/201311_FUTUREMOBILESUMMIT/04_METIS_OSSEIRAN.pdf
31. Mobile and wireless communications Enablers for the 2020 Information. Society. EU FP7 ICT-317669-METIS – http://abloud.blogspot.ru/2013/09/metis-5g.html
32. Azar Y., Wong G.N., Wang K., Mayzus R., Schulz J.K., Zhao H., Gutierrez F., Hwang D., Rappaport T. S. 28 GHz Propagation Measurements for Outdoor Cellular Communications Using Steerable Beam Antennas in New York City: 2013 IEEE International Conference on Communications (ICC).— Budapest, Hungary. June 9–13, 2013.
33. Тихвинский В.О., Архипкин В.Я. LTE World Summit-2013: на пути к 5G // Электросвязь – 2013 – № 7.
34. https://ru.wikipedia.org/wiki/5G - cite_ref-:2_3-0Best, Jo The race to 5G: Inside the fight for the future of mobile as we know it. TechRepublic –http://www.techrepublic.com/article/does-the-world-really-need-5g/
35. By Mark LaPedus, Semiconductor Engineering. Waiting For 5G Technology// Retrieved 2, 2016. http://semiengineering.com/waiting-for-5g-technology/
36. Dr. Shahram G. Niri. Toward 5G. LTE World Summit 2013. – 5G Innovation Centre, University of Surrey. June 2913. – Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.
37. ITU towards “IMT for 2020 and beyond” - IMT-2020 standards for 5G(en-US).International Telecommunications Union. – http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx
38. https://ru.wikipedia.org/wiki/5G - cite_ref-:1_2-0Osseiran, A. Scenarios for 5G mobile and wireless communications: the vision of the METIS project. IEEE Communications Magazine52 (5): 26–35. DOI:10.1109/MCOM.2014.6815890. ISSN 0163-6804.
39. Rachid El Hattachi/ Javan Erfanian. NGMN 5G Initiative https://www.ngmn.org/uploads/media/NGMN_5G_White_Paper_V1_0.pdf
40. 5G Mobile and Wireless Communications Technology. – Cambridge University Press. – ISBN 9781107130098. – https://www.researchgate.net/ publication/305882445_5G_Mobile_and_Wireless_Communications_Techology
41. Mike SniderFCC Approves Spectrum for 5G Advances, USA Today. [Электронный ресурс]. –https://www.usatoday.com/story/tech/news/2016 /07/14/fcc-approves-spectrum-5g-advances/87081242/
42. Vicki Livingston, Chris Pearson, Anders Svensson, Reza Arefi.Leading Towards Next Generation "5G" Mobile Services, Federal Communications Commission – http://www.5gamericas.org/files/5414/4242/6422/DAY_ONE_ FINAL-5G_Spectrum_Req_9.2.2015x.pdf
43. Кузнецов А.А. «Мегафон» поставил новый рекорд скорости в сети 5G. [Электронный ресурс] – https://m.iguides.ru/main/other/megafon_postavil_ novyy_rekord_skorosti_v_seti_5g/
44. МТС протестировала работу сети на рекордной скорости 25 Гб/с . [Электронный ресурс] – http://www.macdigger.ru/iphone-ipod/5g-ne-za-gorami-mts-protestirovala-rabotu-seti-na-rekordnoj-skorosti-25-gbits.html%7Ctitle
45. Shakil Akhtar,2G-5G Networks: Evolution of Technologies, Standards, and Deployment, Encyclopedia of multimedia technology and networking,IGI Global snippet, 2009.
46. Xichun Li, Abudulla Gani, Rosli Salleh, Omar Zakaria, The Future of Mobile Wireless Communication Networks, International Conference on Communication Software and Networks, February 2013.
47. 5G-технология дистанционного управления автомобилем. [Электронный ресурс]– https://econet.ru/articles/168831-5g-tehnologiya-upravleniya-avtomobilem
48. Сан-Марино первой из стран перейдет на 5G.INTERFAX.RU [Электронный ресурс]– http://www.interfax.ru/world/570908
49. Сафонов А.Л. Беспроводные сети 5G.[Электронный ресурс]–http://intscinews.blogspot.ru/2015/03/5g.html
50. Аршан. Л.А. Беспроводные сети 5G — какими они будут. [Электронный ресурс]– https://telekomza.ru/2014/08/06/besprovodnye-seti-5g-kakimi-oni-budut/
51. Emerging Wireless Technologies; A look into the future of wireless communications – beyond 3G, SAFECOM (A U.S.Department of Homeland Securityprogram) «Since the general model of 10 years to develop a new mobile system is being followed, that timeline would suggest 5G should be operational some time around 2011.»
52. Поскакухин В. Н.Вопросы разработки и стандартизации систем 5G в МСЭ-R.[Электронный ресурс]– http://niir.ru/wp-content/uploads/2013 /12/5G.pdf
53. Тихвинский В.О., Бочечка Г.С. Концептуальные аспекты создания 5G. // «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», № 10, 2013. http://www.raenitt.ru/publication/5G_ projects_elsv.pdf
54. МегаФон показал 5G со скоростью 1 Гбит/с.[Электронный ресурс]– http://www.ferra.ru/ru/mobile/news/2016/06/16/megafon-5G/
55. Futuristic mobile technologies foresee “IMT for 2020 and beyond”.МСЭ. [Электронный ресурс]–http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5 /rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx
56. Благовещенский. А.С. В России запустили самый быстрый в мире мобильный интернет [Электронный ресурс]–https://rg.ru/2016/09/22/v-rossii-zapustili-samyj-bystryj-v-mire-mobilnyj-internet.html
57. Тихвинский В.О. Коммерческие перспективы использования различных частотных диапазонов для сетей 5G в России и в мире. [Электронный ресурс]–http://json.tv/ict_telecom_analytics_view/kommercheskie-perspektivy-ispolzovaniya-razlichnyh-chastotnyh-diapazonov-dlya-setey-5g-v-rossii-i-v-mire-20170315062139
58. Проць С.С. Сеть 5G: обзор, описание и скорость. Сеть нового поколения 5G. [Электронный ресурс]–http://fb.ru/article/227006/set-g-obzor-opisanie-i-skorost-set-novogo-pokoleniya-g
59. 5G от «МегаФона» – первые опыты в России на пути к новым сетям. [Электронный ресурс]– http://mobile-review.com/articles/2016/mega-5g.shtml
60. Afif Osseiran, Jose F. Monserrat, Patrick Marsch. 5G Mobile and Wireless Communications Technology, 2016, ISBN: 9781107130098, http://www.cambridge.org/us/academic/subjects/engineering/wireless-communications/5g-mobile-and-wireless-communications-technology#Hl6MmXAhMzBMGbPu.97