eng
Содержание
Введение ...............................................................................................9
Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G ................15
1.1.
Разработка стандартов и спецификаций 5G ........................15
1.2.
Развитие сети 5G фазы 3 в релизе 17 партнерского
проекта 3GPP ........................................................................20
1.3.
Новые технологии релиза 17 .................................................23
1.4.
Основные сетевые технологии 5G релиза 17 ........................28
1.5.
Общая стратегия и направления работ в релизе 18 ..............30
1.6.
Деятельность Международного союза электросвязи
по сетям 6G ...........................................................................35
Глава 2. Международные исследовательские проекты
по развитию технологий 5G .............................................................44
2.1.
Ассоциации 5G-PPP и 5G AI как государственно-частные
партнерства ЕС для создания 5G .........................................44
2.2.
Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части
исследовательских проектов создания 5G ...........................46
2.3.
Обзор исследовательских проектов по развитию
сетей 6G в программе ICT-52 «Интеллектуальные
подключения за пределы сетей 5G» партнерского
проекта 5GPPP ......................................................................62
Глава 3. Бизнес-модели и услуги в сетях 5G .....................................69
3.1.
Общая характеристика бизнес-моделей услуг 5G ................69
3.2.
Характеристики типовых индустриальных
и пользовательских бизнес-моделей для услуг 5G ..............72
3.3.
Оценка трафика при предоставлении различных услуг
в сетях 5G ..............................................................................77
3.4.
Услуги и приложения будущих сетей 6G ..............................86
3.5.
Бизнес-сценарии МСЭ использования услуг
IMT-2030 ...............................................................................96
Глава 4. Использование радиочастотного спектра в сетях 5G ....... 103
4.1.
Использование радиочастотного спектра
для развития сетей 5G ......................................................... 103
4.2.
Выделение радиочастотного спектра для развития
сетей 5G по итогам ВКР-23 ................................................ 111
4.3.
Использование полос частот миллиметрового
диапазона волн для развертывания сетей 5G .................... 115
4
Содержание
4.4.
Использование радиочастотного спектра
в ТГц-диапазоне в сетях мобильной связи 6G ................... 117
Глава 5. Особенности архитектуры сети радиодоступа
NG-RAN .......................................................................................... 133
5.1.
Основные принципы построения ....................................... 133
5.2.
Варианты подключения базовой станции gNB
к опорной сети 5G Core ...................................................... 145
5.3.
Архитектура базовой станции gNB сетей NG-RAN ........... 148
5.4.
Варианты реализации режима двойного
подключения ....................................................................... 161
5.5.
Требования к топологии, пропускной способности
и задержкам транспортной сети ......................................... 168
Глава 6. Нумерология и структура частотно-временных
ресурсов радиоинтерфейса 5G ....................................................... 174
6.1.
Сетка частот радиоинтерфейса NR и синхронизации ....... 174
6.2.
Частотно-временная структура радиоинтерфейса NR ...... 178
6.3.
Агрегация частотных каналов в сетях радиодоступа 5G ...... 193
Глава 7. Технические и ЭМС-характеристики оборудования
сетей мобильной связи 5G .............................................................. 196
7.1.
Требования МСЭ-Р к техническим
и ЭМС-характеристикам радиооборудования 5G ............. 197
7.2.
Требования партнерского проекта 3GPP
к техническим и ЭМС-характеристикам
радиооборудования 5G ....................................................... 200
Глава 8. Особенности архитектуры опорной сети 5G Core ........... 216
8.1.
Основные принципы построения и архитектура
опорной сети ....................................................................... 216
8.2.
Интеграция с сетями доступа не-3GPP .............................. 224
8.3.
Идентификаторы, используемые в опорной сети .............. 226
8.4.
Особенности управления сессиями абонентов .................. 228
8.5.
Разделение опорной сети на сетевые слои
(вертикальные плоскости) .................................................. 237
8.6.
Управление мобильностью ................................................. 242
8.7.
Управление политиками ..................................................... 246
Глава 9. Построение антенных систем сети 5G ............................. 255
9.1.
Общая характеристика технологии многоантенных
систем MIMO ...................................................................... 255
Содержание 5
9.2.
Применение технологии многоантенных систем
MIMO в линии «вверх» ....................................................... 262
9.3.
Применение технологии многоантенных систем
MIMO в линии «вниз» ........................................................ 270
Глава 10. Перспективы создания спутникового
сегмента 5G ..................................................................................... 279
10.1.
Концепция применения и эталонные модели
спутникового сегмента 5G ................................................ 280
10.2.
Спектральные аспекты создания спутникового
сегмента 5G ....................................................................... 287
10.3.
Анализ стандартизации спутникового сегмента 5G
партнерским проектом 3GPP и МСЭ-Р ........................... 289
10.4.
Архитектура спутникового сегмента сети 5G ................... 296
Глава 11. Управление качеством передачи данных в сети 5G ........ 308
11.1.
Основные принципы управления качеством
передачи данных ................................................................ 308
11.2.
Параметры качества передачи данных в сети 5G ............. 311
11.3.
Использование «зеркального» качества
(Reflective QoS) .................................................................. 314
Глава 12. Построение архитектуры сети 5G для бизнес-модели
виртуального оператора высокого уровня ..................................... 320
12.1.
Краткая характеристика типовых бизнес-моделей
MVNO ................................................................................ 320
12.2.
Варианты построения архитектуры MOCN сети
виртуального оператора .................................................... 322
12.3.
Особенности идентификации абонентов
виртуального оператора 5G .............................................. 323
12.4.
Варианты построения архитектуры GWCN сети
виртуального оператора .................................................... 327
Глава 13. Управление выбором абонентским терминалом
мобильной сети, технологии радиодоступа и соты ....................... 331
13.1.
Управление выбором мобильной сети и технологии
радиодоступа при регистрации абонентского
терминала .......................................................................... 331
13.2.
Управление выбором/перевыбором соты
абонентским терминалом после его регистрации
в мобильной сети ............................................................... 337
6
Содержание
13.3.
Процедура перевыбора соты на основе статического
кемпинга ............................................................................ 341
13.4.
Процедура перевыбора соты на основе профиль-
ориентированного кемпинга ............................................ 343
Глава 14. Применение технологий искусственного интеллекта
в сетях 5G......................................................................................... 349
14.1.
Стандартизация использования технологий
AI/ML для сетей 5G .......................................................... 350
14.2.
Использование алгоритмов AI/ML в сетях
радиодоступа NG-RAN ..................................................... 358
14.3.
Использование алгоритмов AI/ML в базовой сети
5
G Core .............................................................................. 362
14.4.
Архитектура системы анализа сетевых данных
в сети 5G ............................................................................ 365
14.5.
Использование федеративного обучения для сети
5
G Core c несколькими модулями NWDAF ..................... 370
Глава 15. Технология RedCap для оказания услуг
Интернета вещей в сетях 5G ........................................................... 375
15.1.
Стандартизация технологии RedCap и перспективы
использования на рынке услуг Интернета вещей ............ 375
15.2.
Основные инновации технологических
возможностей RedCap ....................................................... 378
15.3.
Особенности функционирования абонентских
устройств 5G RedCap ........................................................ 383
15.4.
Процедуры начального вызова и синхронизации
абонентских устройств 5G RedCap ................................... 385
Глава 16. Особенности построения системы
специальных организационно-розыскных мероприятий
в сетях 5G......................................................................................... 389
16.1.
Введение в современные системы СОРМ ........................ 389
16.2.
Стандартизация требований СОРМ в сетях 5G ............... 390
16.3.
Архитектура и интерфейсы системы СОРМ
в сетях 5G ........................................................................... 393
16.4.
Построение и использование протоколов системы
СОРМ сетей 5G ................................................................. 399
16.5.
Проблемные вопросы создания систем СОРМ
в сетях 5G ........................................................................... 402
Содержание 7
Глава 17. Сети мобильной железнодорожной связи FRMCS
на базе 5G: перспективы создания и внедрения ............................ 405
17.1.
Анализ деятельности международных организаций
связи по стандартизации сети FRMCS............................. 405
17.2.
Требования UIC и 3GPP к услугам и архитектуре
сети FRMCS ...................................................................... 407
17.3.
Анализ трафика в сетях FRMCS ....................................... 413
17.4.
Использование спектра в сетях FRMCS ........................... 416
17.5.
Построение сети FRMCS с использованием
технологии 5G ................................................................... 417
Глава 18. Использование технологии динамического
частотного шеринга DSS для развертывания совмещенных
сетей 5G/LTE ................................................................................... 423
18.1.
Концепция динамического шеринга спектра DSS .......... 423
18.2.
Варианты технологии DSS, используемые
для построения сети 5G .................................................... 424
18.3.
Особенности технологии DSS на основе сети
MBSFN ............................................................................. 427
18.4.
Внедрение сетей 5G с технологией DSS ........................... 429
18.5.
Совершенствование нормативно-правовой базы
отрасли для внедрения сетей 5G с технологией DSS ....... 431
Глава 19. Сети мобильной связи поколения 6G ............................ 434
19.1.
Ключевые тенденции и показатели
функционирования сетей 6G ............................................ 435
19.2.
Основные принципы создания и характеристики
будущих сетей 6G .............................................................. 437
19.3.
Использование радиочастотного спектра
в сетях 6G ........................................................................... 443
19.4.
Потребности в электронной компонентной базе
сетей 6G ............................................................................. 448
Глава 20. Архитектура сетей 6G: Принципы и особенности
построения ...................................................................................... 456
20.1.
Принципы построения архитектуры сети 6G .................. 457
20.2.
Сквозной сетевой протокол NewIP архитектуры 6G ....... 460
20.3.
Общая архитектура сети 6G .............................................. 463
20.4.
Архитектура и особенности сетей на платформе LAPs ...... 465
20.5.
Архитектура и особенности сетей на платформе HAPS .... 468
20.6.
Архитектура космического сегмента сетей 6G ................. 469
8
Содержание
Глава 21. Применение интеллектуальных реконфигурируемых
поверхностей RIS в сетях мобильной связи 6G ............................. 474
21.1.
Анализ вопросов стандартизации и исследования
технологии RIS .................................................................. 475
21.2.
Режимы работы и технологические решения
построения RIS.................................................................. 478
21.3.
Сценарии развертывания RIS в сетях
мобильной связи ............................................................... 484
21.4.
Технические и регуляторные проблемы
использования RIS ............................................................ 488
Приложение 1. Глоссарий основных терминов 5G и 6G ................ 492
Приложение 2. Технические спецификации 3GPP
серии 38 – 5G фаза 1 ....................................................................... 505
Приложение 3. Отчеты и рекомендации МСЭ по 5G и 6G ............ 508
Приложение 4. Варианты распределения символов в слоте
между линиями «вверх» и «вниз» (3GPP TS 38.213) ...................... 511
Приложение 5. Виды модуляции радиоинтерфейса NR ................ 513
Приложение 6. Псевдослучайные последовательности,
используемые радиоинтерфейсом NR ........................................... 515
Приложение 7. Перечень сервисов сетевых функций
опорной сети 5G Core ..................................................................... 518
Приложение 8. Сервисы и операции сетевой функции UDM ....... 520
Приложение 9. Состав статических и динамических правил
управления политиками и тарификацией PCC Rule ..................... 521
Приложение 10.1. Протоколы опорной сети 5G Core .................... 524
Приложение 10.2. Протоколы плоскости пользователя ................ 527
Список использованных сокращений ............................................... 529
Введение
Развитие цифровой экономики является результатом сочетания четы-
рех ключевых факторов развития: технологий, уровня сопутствующих
услуг (включая создание контента и управление сетями киберфи-
зических систем на производстве), развития бизнеса (посредством
генерации и модернизации бизнес-процессов) и цифровой культуры
пользователей.
Технологии и уровень связанных услуг являются главными в
инфраструктурной основе цифровой экономики. Инфраструктура
цифровой экономики должна быть распределена пропорционально
перспективам развития и текущим вызовам, обеспечивая высокие
стандарты качества услуг на всех уровнях для динамичного развития
цифровой экономики страны.
Главными технологическими вызовами цифровой экономики
могут стать: реализация массового внедрения и соединения в сети
киберфизических устройств, относимых к классу Интернета вещей
(IoT) и «машина – машина» (М2М), с плотностью размещения от
300 тыс. устройств в соте до 1 млн устройств на 1 кв. км, а также соз-
дание высоконадежных соединений киберфизических устройств с
задержкой до 1 мс для услуг IoT и М2М в реальном масштабе времени.
Эти вызовы планируется преодолеть, развивая технологические воз-
можности сетей 5G и Интернета вещей в направлении 5G Advanced.
К концу 2023 г. в мире более чем 261 оператор запустили коммерче-
ские сети 5G, которые обслуживали более 1,6 млрд млн подключений.
Количество анонсированных абонентских устройств 5G в 2022 году
выросло до 1334 устройств. К концу 2023 г. на рынке стало коммерче-
ски доступно не менее 1886 абонентских устройств 5G. Общее число
производителей, наладивших серийное или опытное производство
абонентских устройств 5G в мире в 2023 г. достигло 255. Ими анон-
сирован выпуск более 2700 абонентских устройств 5G.
В 2021 г. количество выпущенных мобильных процессоров и плат-
форм для сетей радиодоступа 5G New Radio (NR) выросло на 144%,
а количество выпущенных 5G-модемов – на 85%. В 2022 г. рост про-
должился: количество выпущенных в первом квартале мобильных
процессоров выросло на 81% по сравнению с предыдущим годом, а
количество 5G-модемов – на 42%.
Технология 5G Advanced (релиз 18 и далее) представляет дальней-
шую эволюцию поколения мобильной связи 5G за пределы текущей
10 Введение
фазы развития 5G/IMT-2020, которая повышает функциональные
возможности, скорость передачи данных и другие технические тре-
бования по сравнению с технологией 5G, релизы 15–17). Ожидается,
что 5G Advanced будет представлять не только технологию, но и интел-
лектуальную платформу в сочетании с применением искусственного
интеллекта, обеспечивающую сверхбыстрый радиодоступ, низкую
задержку и более надежную мобильную связь, способную справляться
с постоянно растущими требованиями к передаваемым данным для
нужд цифровой экономики.
Реализация перехода к сетям доступа 5G Advanced потребует вне-
дрения новых принципов использования радиочастотного спектра и
получения новых частотных назначений в полосах частот миллиме-
трового диапазона волн, создания виртуализованной инфраструк-
туры сети 5G, основанной на технологической и инфраструктурной
гетерогенности, внедрения бизнес-моделей, ориентированных на
массовое применение услуг М2М и IoT (uRLLC и mIoT).
Способность игроков рынка генерировать новые бизнесы, осно-
ванные на технологической инфраструктуре сетей 5G Advanced, соз-
даст в цифровой экономике мультипликативный эффект. Чем больше
бизнес-процессов цифровой экономики будет связано с технологиями
5G, тем больше инвестиций будет сделано в эти технологии и услуги,
что, в свою очередь, предоставит новые возможности развития биз-
неса и технологических перспектив.
Всего за шесть первых месяцев 2023 года мир мобильной связи
стал свидетелем поразительного прироста – 331 миллиона новых
подключений абонентов 5G, в результате чего общее число таких
подключений к концу 2023 достигло впечатляющих 1,6 миллиарда.
Прогнозируется, что за шесть лет с конца 2023 по 2029 год число
подписчиков 5G в мире вырастет более чем на 330 процентов –
с 1,6 миллиарда до 5,3 миллиарда. По прогнозам, покрытие 5G будет
доступно более чем 45 процентам населения мира к концу 2023 года
и 85 процентам к концу 2029 года.
Последний прогноз компании Omdia более оптимистичный чем
прогноз компании Эрикссон предполагает, что к 2028 году будет до-
стигнут уровень 8 миллиардов подключений 5G, что превысит ко-
личество подключений в сетях LTE/4G более чем на 2,5 миллиарда.
Глобальные сети 5G будут претерпевать существенное расширение.
В настоящее время в мире развернута 261 коммерческая сеть 5G, и
ожидается, что к 2025 году их число вырастет до 425. По данным MIIT, в
Введение 11
Китае уже построена крупнейшая в мире мобильная сеть 5G: на конец
прошлого года было развернуто более 2,31 млн базовых станций 5G. Это
отражает значительные инвестиции в инфраструктуру 5G во всем мире.
На протяжении 2023 года этот рост продолжался, хотя и гораздо
более медленными темпами. На данный момент количество выпущен-
ных мобильных процессоров выросло на 25%, а модемов – на 11%.
Публикация 2-го переработанного и дополненного издания этой
книги, по мнению авторов, позволит не только начать готовить на
ее основе новую плеяду ученых и инженеров, обеспечивающих ди-
намичное развитие цифровой экономики страны, но и представить
видение разработчиками перспектив сетей 6G, чтобы дать толчок
креативным идеям , определяющим горизонты развития мобильной
связи за пределами 2030 г.
В первой главе книги авторами рассмотрена разработка стандартов
и спецификаций 5G Advanced и 6G, а также проведен обзор деятель-
ности партнерского проекта 3GPP по созданию релизов 17 и 18, про-
анализированы первые результаты формирования облика сетей 6G
и деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G.
Во второй главе рассмотрены деятельность Ассоциации 5G PPP как
государственно-частного партнерства по программе «Горизонт-2020»
(FP-8) для создания 5G в рамках ЕС, проведен обзор исследователь-
ских проектов государственно-частного партнерства 5G PPP стран
EC по развитию сетей 6G в программе ICT-52 «Интеллектуальные
подключения за пределы сетей 5G».
В третьей главе дана общая характеристика бизнес-моделей услуг
5G и бизнес-сценариев МСЭ для сетей 6G, рассмотрены примеры
типовых индустриальных и пользовательских бизнес-моделей для
услуг 5G и 6G, а также приведена оценка будущего трафика сетей 5G
для различных бизнес-моделей.
Четвертая глава посвящена поиску и исследованиям в области ис-
пользования частотного ресурса для развития сетей 5G. Рассмотрены
потребности в радиочастотном спектре для развития сетей связи 5-го
поколения с учетом итогов ВКР-23 и новые принципы использования
радиочастотного спектра в сетях 5G.
В пятой главе рассмотрены особенности построения и архитектура
сети радиодоступа 5G, основные принципы построения и протоколы
сети радиодоступа NG-RAN. Представлена архитектура базовых стан-
ций gNB сети радиодоступа NG-RAN и построения радиоинтерфейса
NR сети радиодоступа NG-RAN.
12 Введение
Шестая глава рассматривает нумерологию и структуру частотно-
временных ресурсов радиоинтерфейса 5G, включая распределение
и использование частотных диапазонов в сетях радиодоступа 5G и
агрегацию частотных каналов в сетях радиодоступа 5G.
В седьмой главе рассмотрены технические и ЭМС-характеристики
будущего оборудования сетей мобильной связи 5G, различия требо-
ваний МСЭ и партнерского проекта 3GPP к техническим и ЭМС-
характеристикам радиооборудования 5G.
Восьмая глава посвящена особенностям построения архитекту-
ры базовой сети 5G, в которой приведены принципы построения
и архитектура базовой сети 5G Core, интеграция с сетями доступа
не-3GPP и примеры разделения опорной сети 5G на сетевые слои
(вертикальные плоскости), управление мобильностью и управление
политиками в сети 5G.
В девятой главе рассмотрены вопросы использования построе-
ния антенных систем сети 5G на основе технологии многоантенных
систем MIMO, включая особенности ее применения в линиях вниз
и вверх в сетях 5G.
Десятая глава книги посвящена перспективам создания спут-
никового сегмента сетей 5G и оценке возможности использования
низкоорбитального созвездия спутников LEO для сетей 5G на основе
спутникового сегмента. Представлены эталонные модели партнерско-
го проекта 3GPP по интеграции архитектуры спутникового сегмента
5G в неназемных сетях NTN 5G.
В главе одиннадцать рассмотрены принципы и требования к
управлению качеством услуг в сети 5G, формирование требований к
качеству базовых услуг 5G и управление качеством услуг в сети 5G.
Двенадцатая глава посвящена построению архитектуры сети 5G
при использовании бизнес-модели виртуального оператора высокого
уровня. Дана краткая характеристика типовых бизнес-моделей MVNO
и вариантов построения архитектуры MOCN сети виртуального опе-
ратора. Рассмотрены особенности идентификации абонентов вирту-
ального оператора 5G и варианты построения архитектуры GWCN
сети виртуального оператора.
В главе тринадцать рассмотрены вопросы управления выбором
абонентским терминалом мобильной сети, выбором технологии
радиодоступа и соты при регистрации абонентского терминала в сети,
особенности управления выбором/перевыбором соты абонентским
терминалом после его регистрации в мобильной сети и перевыбора со-
ты на основе статического и профильно ориентированного кемпинга.
Введение 13
Четырнадцатая глава книги посвящена вопросам применения тех-
нологий искусственного интеллекта на основе машинного обучения
AI/ML в сетях 5G, их стандартизации Партнерским проектом 3GPP
для сетей 5G, использованию алгоритмов AI/ML в сетях радиодоступа
NG-RAN и в базовой сети 5G Core, а также рассмотрению архитек-
туры системы анализа сетевых данных в сети 5G.
В главе пятнадцать книги рассмотрены технология RedCap для
оказания услуг Интернета вещей в сетях 5G, ее стандартизация Пар-
тнерским проектом 3GPP и перспективы использования на рынке
услуг IoT, показаны технологические возможности RedCap и особен-
ности функционирования абонентских устройств 5G RedCap, а также
процедуры работы абонентских устройств RedCap в сетях 5G.
Шестнадцатая глава книги посвящена особенностям построения
системы специальных организационно-розыскных мероприятий
(СОРМ) в сетях 5G, стандартизации требований СОРМ в сетях 5G.
Рассмотрены архитектура, протоколы и интерфейсы системы СОРМ
в сетях 5G, проблемные вопросы создания систем СОРМ в сетях 5G.
В главе семнадцать рассмотрены перспективы создания и постро-
ение сети мобильной железнодорожной связи FRMCS на базе 5G,
включая деятельность международных организаций связи по стандар-
тизации сети FRMCS. В главе представлены требования союза UIC и
партнерского проекта 3GPP к услугам, архитектуре и использованию
спектра сети FRMCS, а также результаты анализа трафика в такой сети.
Восемнадцатая глава посвящена использованию технологии дина-
мического частотного шеринга DSS для развертывания совмещенных
сетей 5G/LTE, которая реализует концепцию динамического шеринга
спектра (DSS). В главе рассмотрены варианты технологии DSS, ис-
пользуемые для построения сети 5G, а также внедрение сетей 5G с
технологией DSS и особенности технологии DSS при использовании
сети MBSFN.
В девятнадцатой главе дано определение и рассмотрен облик сетей
мобильной связи поколения 6G. Рассмотрены основные принципы
создания и характеристики будущих сетей 6G, использование радио-
частотного спектра в этих сетях и т ребования к электронной компо-
нентной базе сетей 6G.
Двадцатая глава книги посвящена принципам и особенностям
построения архитектуры сети 6G на основе концепции интеграции
воздушно-космического и территориального сегментов сети, ис-
пользованию сквозного сетевого протокола NewIP архитектуры 6G.
Рассмотрены архитектура и особенности построения сегментов сетей
14 Введение
6G на низколетящей платформе LAP и высокоподнятой платформе
HAPS, а также архитектура спутникового сегмента сетей 6G.
В завершающей двадцать первой главе рассмотрено применение
интеллектуальных реконфигурируемых поверхностей RIS в сетях
мобильной связи 6G, проанализированы процессы текущей стан-
дартизации и исследования технологии RIS, представлены режимы
работы и технологические решения для построения RIS, сценарии
развертывания RIS в будущих сетях мобильной связи, а также техни-
ческие и регуляторные проблемы использования RIS.
В приложениях книги приведены:
1) глоссарий основных терминов 5G и 6G;
2) технические спецификации 3GPP релиза 17 по 5G (серия 38);
3) отчеты и рекомендации МСЭ по 5G и 6G;
4) варианты распределения символов в слоте между линиями
«вверх» и «вниз»;
5) виды модуляции радиоинтерфейса NR;
6) псевдослучайные последовательности, используемые радио-
интерфейсом NR;
7) перечень сервисов сетевых функций опорной сети 5G Core;
8) сервисы и операции сетевой функции управления унифици-
рованными данными UDM;
9) состав статических и динамических правил управления поли-
тиками и тарификацией PCC Rule;
10) протоколы плоскости управления опорной сети 5G Core.
Книга может стать теоретической базой для дальнейшей разработ-
ки и проектирования сетей 5G Advanced, для разработки приложений
и оптимизации сетей мобильной связи 5G/6G в интересах оказания
базовых и новых видов цифровых услуг.
Авторы благодарны лично коллегам из регионального отделения
«Информационные и телекоммуникационные технологии» РАЕН и
Национальной радиоассоциации за поддержку авторов и ряд ценных
советов, способствовавших улучшению книги.
Особую признательность авторы выражают другу и коллеге из Ев-
ропейского института стандартизации электросвязи Игорю Минаеву,
сотрудникам ФГУП НИИР к.т.н., доценту Бочечке Г.С., Пастуху А.С.,
а также ООО «Гейзер-Телеком» – к.т.н. Глушко В.И., к.т.н. Стрель-
цу М.В., Корчагину П.А., за предоставленные материалы исследо-
ваний, помощь при подготовке книги и ряд ценных замечаний для
публикации материалов.
ÃËÀÂÀ 1
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÀß ÑÒÀÍÄÀÐÒÈÇÀÖÈß
ÑÅÒÅÉ 5G È 6G
Сети 5G (5th generation mobile networks или 5th generation wireless
systems) представляют новую фазу эволюции мобильных телекомму-
никационных стандартов за пределы текущей фазы развития 4G / LTE
Advanced / IMT-Advanced, связанную с повышением скорости пере-
дачи данных, улучшением функциональных возможностей и других
технических требований новых сетевых решений на порядок.
Влияние на будущий технологический облик сетей 5G и потреб-
ности в радиочастотном спектре будут оказывать несколько факторов:
• прогнозы роста потребления трафика различными пользова-
телями при оказании услуг мобильного беспроводного доступа
до 2030 г. [1];
• изменение парадигмы развития мобильной связи как сетей
доступа для сетей Интернета вещей (IoT) и М2М [2];
• достижение предела спектральной эффективности технологи-
ями мобильной связи 2G/3G/4G;
• технические требования к сетям 5G, сформулированные при
выполнении европейских проектов METIS -I, -II и 5GIC (Уни-
верситет Суррея) [3, 4], а также проекта IMT-2020 [2].
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G
Все действующие стандарты технологий мобильной связи 2G/3G/4G
построены на принципах открытых стандартов: доступность, ориен-
тация на конечного пользователя, бесплатность использования, не-
дискриминационность, возможность развития, отсутствие лицензий
использования, инновационность.
Согласно определению МСЭ-T [5], открытый стандарт — это стан-
дарт или протокол, который равным образом доступен для чтения и
использования без ограничений всем заинтересованным сторонам
и который:
• не содержит компонентов или расширений, зависящих от фор-
матов или протоколов, которые не попадают под определение
открытого стандарта;
16 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• не содержит правовых или технических положений, ограничи-
вающих его использование любой заинтересованной стороной
в любых схемах предпринимательства;
• разработан и дорабатывается в ходе процедур, не зависящих
от конкретного поставщика и открытых для равноправного
участия конкурентов и третьих сторон;
• доступен в большом количестве полных реализаций, выпол-
ненных конкурирующими поставщиками, или в виде полной
реализации, в равной степени доступной всем сторонам.
Эти же принципы заложены в разработку новых стандартов для
технологии мобильной связи пятого поколения (5G).
Основными организациями, вовлеченными в стандартизацию 5G
на глобальном международном уровне, являются [3]:
• сектор радиосвязи МСЭ-Р и сектор стандартизации МСЭ-Т,
в рамках которых были созданы: рабочая группа WP5D «IMT-
системы» в исследовательской комиссии ИК5 «Наземные служ-
бы» и оперативная группа (ОГ) IMT-2020 в исследовательской
комиссии ИК13 «Будущие сети, включая облачные вычисле-
ния, сети подвижной связи и сети последующих поколений»;
• партнерский проект 3GPP, занимающийся развитием тех-
нологий мобильной связи 2G/3G/4G/5G и разработкой для
них технических спецификаций (стандартов) на глобальном
уровне;
• партнерский проект oneM2M, стартовавший в 2012 г. по ини-
циативе шести региональных органов стандартизации (ETSI,
ARIB, TTA, CCSA, TIA и TTC), которые в 1998 г. уже создали
успешный партнерский проект 3GPP, и американской Ассо-
циации ATIS.
На европейском уровне вопросами стандартизации сетей и услуг
5G занимается Европейский институт стандартизации электросвя-
зи (ETSI). В ETSI созданы несколько горизонтальных технических
комитетов MSG (группа стандартизации мобильной связи), mWT
(передача на миллиметровых волнах), SmartBAN (умные сети ши-
рокополосного доступа), SmartМ2М (умные сети межмашинного
обмена) и ряд индустриальных групп NFV (виртуализация сетевых
функций), NGP (протоколы будущих поколений), которые участвуют
в разработке европейских стандартов 5G и формируют предложения
для технических спецификаций 3GPP и oneM2M.
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G 17
Сети мобильной связи 5G в течение ближайшего года станут не-
отъемлемой частью цифровой экономики РФ. Достигнутые сегодня
ключевые характеристики и параметры сетей 5G в релизах 15 и 16
могут быть существенно улучшены в новых релизах партнерского
проекта 3GPP, н аправленных на создание следующей фазы развития
мобильной связи 5G Advanced.
В настоящее время все технические спецификации 3GPP по стан-
дартизации технических требований первой фазы сетей 5G общим
числом более 88 томов объединены в единую 38 серию технических
спецификаций (приложение 2).
Внутри 38 серии технических спецификаций 3GPP можно выделить
следующие группы спецификаций по направлениям [6–21, 28–43]:
38.101–38.1хх. Оборудование абонентских и базовых станций
сети 5G;
38.201–38.2хх. Физический уровень сети 5G. Описание радио-
интерфейса и протоколов;
38.301–38.3хх. Общее описание протоколов интерфейса NR сети
5G. Шаг 2;
38.401–38.4хх. Архитектура сети радиодоступа NG-RAN сети 5G;
38.501–38.5хх. Тестирование (подтверждение соответствия) або-
нентского оборудования сети 5G;
38.801–38.8хх. Технические отчеты об исследованиях нового
радиоинтерфейса сети 5G и новых полос частот;
38.901–38.9хх. Технические отчеты по результатам исследований
моделей распространения, новых частотных каналов и результатам
экспериментов в части сети 5G.
Анализ технических спецификаций 3GPP по стандартизации
технических требований к сети радиодоступа NG-RAN 5G в диапа-
зонах ниже 6 ГГц показал, что эти вопросы рассмотрены в следующих
технических спецификациях и отчетах [30–35]:
1. 3GPP TS 38 101. NR; User Equipment (UE) radio transmission and
reception.
2. 3GPP TS 38 104. NR; Base Station (BS) radio transmission and
reception.
3. 3GPP TR 38 817-1. NR; General aspects for UE RF for NR.
4. 3GPP TR 38 817-2. NR; General aspects for BS RF for NR.
5. 3GPP TR 38 813. NR; New frequency range for NR (3.3–4.2 GHz).
6. 3GPP TR 38 901. NR; Study on channel model for frequencies from
0.5 to 100 GHz.
18 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Главные требования к архитектуре сети 5G были сформулированы
в следующих технических спецификациях и отчетах [36–41]:
1. 3GPP TS 38.300. NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2.
2. 3GPP TS 38.401. NG-RAN; Architecture description.
3. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
4. 3GPP TR 23.799. Study on new radio access technology: Radio access
architecture and interfaces.
5. 3GPP TR 29.891. 5G System – Phase 1; CT WG4 Aspects.
6. 3GPP TR 38.801. Study on new radio access technology: Radio access
architecture and interfaces.
Стандартизация бизнес-моделей и соответствующие системные
требования к ним были также зафиксированы в следующих техни-
ческих спецификациях 3GPP:
1. Для бизнес-модели mIoT (massive Internet of Things) – в TS 22.861.
2. Для бизнес-модели CRIC (critical communications) – в TS 22.862.
3. Для бизнес-модели eMBB (enhanced mobile broad Band) –
в TS 22.863.
4. Для бизнес-модели NEO (network operations) – в TS 22.864.
5. Для бизнес-модели V2X (vehicle communication) – в TS 22.886.
Анализ текущей деятельности партнерского проекта 3GPP по
формированию технических требований и характеристик мобильных
сетей поколения 5G в релизах 17 и 18 позволяет прогнозировать раз-
витие оборудования мобильных сетей. Эти требования и характери-
стики включают в себя около 50 инновационных технологий и 400
перспективных тем исследований по различным аспектам эволюци-
онного развития сетей 5G в направлении 5G Advanced.
Стандартизация технических спецификаций мобильной сотовой
связи играет решающую роль в обеспечении будущих инноваций,
разрабатываемых партнерским проектом 3GPP и другими органи-
зациями по стандартизации. Каждая волна инноваций мобильной
связи 5G структурирована как очередной релиз партнерского проекта
3GPP, в котором представлен набор функциональных возможностей
и технологий мобильной беспроводной связи.
После успешного завершения релиза 16 в декабре 2019 г. партнер-
ским проектом 3GPP была начата работа по формированию следую-
щей волны инноваций, собранных в релизе 17, в результате чего был
утвержден пакет из около 50 новых проектов, которые планируется
завершить во второй половине 2022 г.
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G 19
Релиз 17 партнерского проекта 3GPP представляет собой набор
технических спецификаций (требований), направленных на дальней-
шее усовершенствование технологий сетей 5G в фазе 3, которые были
выработаны в 2021 г. и должны быть окончательно утверждены в 2022 г.
На пленарном заседании партнерского проекта 3GPP TSG# 87
было согласовано предложение руководства целевых TSG и рабочих
WG-групп о первоначальном продлении работ по созданию релиза
17 на три месяца, а затем о переносе ряда сроков завершения работ
над техническими спецификациями на 2022 г. из-за использования в
деятельности электронных (онлайн) собраний. Ибо онлайн-формат
работы рабочих групп партнерского проекта 3GPP не позволял опе-
ративно согласовывать позиции для достижения взаимопонимания
разработчиков технических спецификаций и приводил к длительной
переписке в целях достижения консенсуса. Принятые изменения
плана работы 3GPP подразумевали [22]:
• замораживание технических спецификаций релиза 17 в части
исследований рабочей подгруппы RAN1 (описание функций и
процедур в общем виде, логический анализ, описание потоков
сообщений и функциональных элементов) в декабре 2021 г.;
• замораживание технических спецификаций релиза 17 фазы 3
(описание процедур, сообщений и информационных элемен-
тов (IE), определение функций оборудования для обеспечения
совместимости с различными поставщиками) в марте 2022 г.;
• закрытие дополнений в технические спецификации рели-
за 17 (описание нотаций кодирования ASN.1 и интерфейсов
OpenAPI) в июне 2022 г.;
• замораживание изменения сети радиодоступа RAN в сентябре
2022 г.
В разрабатываемый в настоящее время релиз 17 были включены
следующие инновационные технологии, которые относятся к нена-
земным сетям связи NTN (спутниковым сетям и сетям на высокопод-
нятых на дирижаблях платформах), промышленным беспроводным
сенсорным сетям IWSN, транспортным средствам, присоединенным
ко всему V2X, промышленному Интернету вещей IIoT, расширенному
широкополосному мобильному и фиксированному беспроводному
доступу (eMBB и FW).
Следующим шагом в развитии мобильной связи поколения 5G
станет релиз 18 (рис. 1.1), который сформирует облик эволюционного
развития се тей 5G Advanced.
20 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
На семинаре, проведенном партнерским проектом 3GPP с 28 ию-
ня по 2 июля 2021 г., были определены направления исследований
релиза 18, утвержден официальный логотип новой фазы развития
5G Advanced и рабочие планы специальных целевых групп TSG пар-
тнерского проекта 3GPP. Предварительные предложения 3GPP по
тематике работ в релизе 18 сосредоточены на следующих областях:
• функциональная эволюция на основе услуг eMBB;
• фун кциональная эволюция, не связанная с услугами eMBB
(uRLLC и mMTC);
• кросс-функциональность для эволюции как услуг eMBB, так
и для не-eMBB.
В настоящее время начинает готовиться технический отчет TR
21.918 Release description; Release 18 [23] в котором будут определены
основные технологии, развиваемые в сетях 5G Advanced.
1.2. Развитие сети 5G фазы 3 в релизе 17
партнерского проекта 3GPP
Общую стратегию работ партнерского проекта 3GPP можно клас-
сифицировать по основным составляющим системы 5G. Отличие
понятия «системы 5G» от понятия «сеть 5G» состоит во включении
в систему 5G (сокращенно 5GS) и функциональности абонентского
оборудования 5G EU согласно TS 23.501 [24].
Исследования релиза 17 сосредоточены в нескольких ключевых
областях системы 5G, и часть их уже находятся в стадии внедрения
ведущими вендорами в оборудование (рис. 1.2).
2020 2021 2022 2023
Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1
TSG#90 e TSG#91 e TSG#92 e TSG#93 TSG#94 TSG#95 TSG#96 TSG#97 TSG#98 TSG#99
Rel 17
Stage 2
Freeze
Rel 17
Stage 3
Freeze
Rel 17
Protocol
Coding Freeze
(ASN.1 OpenAPI)
Rel 18
Package
Approval
Исследования рабочих групп 3GPP
по релизу 18
Schedule assumes a return to physical meetings
after June 2021.
Рис. 1.1. Планы работ партнерского проекта 3GPP по релизу 18
1.2. Развитие сети 5G фазы 3 в релизе 17 партнерского проекта 3GPP 21
К ним относятся: улучшение покрытия и позиционирования
(переход от метров к сантиметрам) в сети 5G, совершенствование
работы радиоинтерфейса NR и улучшение качества восприятия услуг
QoE для различных сетевых слоев 5G, добавление новых частотных
диапазонов в поддиапазоны FR1 (нижние и средние диапазоны волн)
и FR2 (миллиметровый диапазон волн, ММДВ), создание устройств
с уменьшенной пропускной способностью в радиоинтерфейсе NR,
расширение поддержки частных сетей NPN, совершенствование под-
держки беспилотных воздушных систем связи для дронов, поддержка
мобильных граничных вычислений MEC в опорной сети 5G Core,
оказание услуг на основе близости в 5GS, автоматизация сети 5G для
фазы 2 и функций управления, улучшение технологии коммутации и
разделения трафика доступа (ATSSS) для обеспечения бесперебойной
совместной работы сетей 5G и Wi-Fi / Wi-Fi 6Е.
Задачи релиза 17, на которые также следует обратить внимание
специалистам, включают следующие решения и инновации: услуги
uRLLC промышленного IoT через радиоинтерфейс NR, поддержка
радиоинтерфейса NR в неназемных (спутниковых и HAPS) сетях,
антенны и алгоритмы Massive MIMO, интегрированный доступ через
базовые станции gNB для транзитных соединений в сетях 5G (IAB),
позиционирование MBS, многоадресные и широковещательные услу-
ги NR, сетевые слои в сети радиодоступа RAN для радиоинтерфейса
NR, боковой линии связи NR(SideLink), возможности двойного под-
ключения multi-RAT, поддержки абонентских услуг устройств с не-
Технологии будущего развития
• Диапазоны 52,7–71 ГГц для NR
• NR поверх частных сетей NPN
• Широковещательные сети МСВС
• Применение нескольких сим карт
MUSIM
• Боковые линии связи SideLink
• Позиционирование в 5G до сантиметров
• Качество восприятия услуг QoE 5G
• Спутниковые технологии в архитектуре
5G
• Прямое взаимодействие UE (Proximity
Service)
• Функция ATSSS для конвергенций 5G
и Wi Fi
• Управление дронами UAS для 5G
• Расширенная реальность для NR
• loT пoвepx NPN сетей
• RedCap (широкополосный IоТ)
• NR Light
Улучшения и вторая фаза развития NR
• Совершенствование massive MIMO NR
• Технология боковой линии связи SL
• Улучшение динамического частотного
шеринга
• Улучшение промышленного IIoT/uRLLC
• Улучшение позиционирования
(с точностью до сантиметров)
• Улучшение покрытия в сетях NR
• Совершенствование частных сетей NPN
• Улучшение multi Radio DCCA
• Улучшение IAB и транспортной сети
backhaul
• Улучшение передачи «малых данных»
• Улучшение SON до уровня SSN
• Совершенствование автоматизации сети
5G, фаза 2
• Сетевые слои в сети радиодоступа 5G
• Улучшение технологии МЕС в сети 5G
Core
3GPP
Релиз 17
Рис. 1.2. Основные улучшения и инновационные технологии релиза 17
22 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
сколькими сим-картами (MUSIM) для радиоинтерфейсов LTE/NR,
передача «малых данных» в радиоинтерфейс NR в неактивном со-
стоянии и услуги приоритета мультимедиа – и это лишь некоторые
из них.
Стандартизация усовершенствованного физического уровня сети
радиодоступа 5G RAN. С января 2020 г. подгруппа RAN1 (физический
уровень сети радиодоступа) начала работы над несколькими функци-
ями физического уровня, которые обеспечивают повышение общей
эффективности и производительности технологий радиоинтерфейса
5G NR: усовершенствование технологии MIMO, улучшение со-
вместного использования спектра, энергосбережения и покрытия
UE. Подгруппа RAN1 также проводит необходимые исследования и
спецификацию технических требований для улучшения физического
уровня в полосах частот от 52,6 до 71 ГГц.
Кроме того, будет усовершенствована технология позициониро-
вания сети 5G для удовлетворения строгих требований к точности и
задержке для промышленных помещений (в том числе внутри них).
Добавлены дополнительные функциональные возможности для про-
мышленных IoT, а также NB-IoT. Будет добавлена поддержка специ-
фикаций для комбинации устройств NR с более низкой пропускной
способностью и расширение покрытия NR для поддержки сценариев
с малой мобильностью для больших сот (LMLC), важных для внедре-
ния 5G в развивающихся странах.
В рамках Релиза 17 подгруппа RAN1 продолжила работу над стан-
дартизацией радиодоступа 5G NR для поддержки сетей неназемного
доступа (NTN), а именно спутниковых сетей и сетей на высотных
платформах (HAPS), прокладывая путь к внедрению поддержки
технологий NB-IoT и eMTC для спутников с различными орбитами.
Стандартизация усовершенствованного интерфейса 5G NR. В апре-
ле 2020 г. подгруппа RAN2 (уровень протоколов сети радиодоступа)
также начала работать над стандартизацией функций, которые на-
правлены на улучшение эффективности и производительности 5G
NR: совершенствование технологии MultiRadio в режиме двойного
присоединения DC и агрегации спектра CA, улучшение технологии
интегрированного доступа и транспортной сети IAB, использование
интерфейса 5G NR для передачи небольших данных, повышение
энергосбережения в абонентском UE, улучшение решений само-
организующихся сетей SON / технологии многоадресных передач
MDT(Multicast Transmission).
1.3. Новые технологии релиза 17 23
Подгруппа RAN2 3GPP обеспечит стандартизацию технологии
многоадресных передач MDT, уделяя особое внимание функцио-
нальности многоадресной рассылки для одной соты в направле-
нии мультисотовой передачи. Важно отметить, что многоадресная
рассылка будет полностью повторно использовать физический
уровень одноадресной передачи протокола NR для повышения
возможностей многоадресной рассылки, координации поискового
вызова для абонентского устройства UE с несколькими сим-картами
MUSIM.
Стандартизация усовершенствованной архитектуры сети радио-
доступа 5G RAN. Подгруппа RAN3 (уровень архитектуры сети радио-
доступа) работает в настоящее время над стандартизацией новых
требований к качеству восприятия QoE для сети радиодоступа 5G
NG-RAN и протокола 5G NR, начав с исследования функции QoE в
сети 5G и ее отличий от сетей LTE.
Архитектура сети радиодоступа 5G NG-RAN более универсаль-
на, чем сеть радиодоступа RAN LTE, благодаря структурированию
базовых станций gNB, которое включает разделение функций в
плоскости управления и плоскости пользователя, а также разделение
на радиомодуль gNB-RU, центральный модуль gNB-CU и распреде-
ленный модуль gNB-DU. Исходя из принятого структурирования,
подгруппа RAN3 добавит в технические спецификации 3GPP под-
держку разделения плоскостей CP-UP в сетях LTE, чтобы сети LTE
могли также воспользоваться некоторыми из новых функций сети
радиодоступа 5G NG-RAN. Будут также стандартизованы функции
виртуальной сети радиодоступа vNG- RAN на основе технологии
RAN Slicing.
1.3. Новые технологии релиза 17
Рассмотрим наиболее важные и интересные для будущего развития
сетей 5G и создания новых приложений 5G инновации, технологии
и решения, стандартизованные в релизе 17 [26–29].
Технология NR Light будет основываться на новом типе або-
нентских устройств, работающих с радиоинтерфейсом NR Light и
сетью радиодоступа NG-RAN, которые специально разработаны для
поддержки промышленных беспроводных сенсорных сетей. Целью
технологии NR Light является разработка экономичных абонентских
устройств с возможностями, которые находятся между полнофунк-
24 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
циональными абонентскими устройствами для технологии Full NR
и устройствами беспроводного доступа LPWAN с низким энерго-
потреблением (например NB-IoT/eMTC). Она будет использовать
стандартные радиоблоки NR, включая нумерологию и полосу про-
пускания SSB, которая будет дополнена усовершенствованиями для
удовлетворения новых требований, таких как снижение сложности
и снижение энергопотребления UE.
Сформулированные требования к технологии NR-Lite должны
учитывать новые сценарии и варианты использования устройств
IoT, которые не могут быть выполнены на основе технологий eMTC
и NB-IoT (рис. 1.3):
• более высокая скорость передачи данных и надежность, мень-
шая задержка, чем у eMTC и NB-IoT;
• более низкая стоимость/сложность и более длительное время
автономной работы, чем у NR eMBB;
• более широкий охват, чем у устройств для услуг URLLC.
Жизненный цикл
батареи
Низкие задержки
Надежность
NB IoT eMTC NR Light URLCC eMBB
Low power wide area IoT Full NR
Стоимость
Покрытие
Пиковые скорости
передачи данных
Рис. 1.3. Сравнение характеристик NR Light
Требования и варианты использования технологии NR Light в
сети 5G:
• скорость передачи данных до 100 Мбит/с для поддержки, на-
пример прямой трансляция видео, визуального контроля про-
изводства, автоматизации производственных процессов;
1.3. Новые технологии релиза 17 25
• задержка около 10–30 мс для поддержки, например дистанци-
онное управление беспилотными летательными аппаратами,
кооперативной сельскохозяйственной техникой, транспорт-
ным средством, определение времени и обратной связи;
• стоимость модуля NR Light сопоставима со стоимостью моду-
лей eMTC и NB-IoT для сетей LTE;
• улучшение покрытия 10–15 дБ по сравнению с устройствами
5G с услугой URLLC;
• срок службы батареи в 2–4 раза длиннее, чем у абонентских
устройств 5G с режимом eMBB;
• создание выделенных сетей 5G для обслуживания различных
видов использования в промышленной среде для услуг IIoT;
• поддержка услуг URLLC, MBB и позиционирование.
Абонентские устройства NR Light как новый класс устройств будут
иметь боле е широкие возможности, чем устройства eMTC/NB-IoT, но
поддерживаемые функции и пропускная способность будут меньше,
чем у устройств 5G NR для услуг eMBB/URLLC. Так, например, або-
нентские устройства NR-Light смогут с шириной полосы частотного
канала всего 10 или 20 МГц обеспечивать пропускную способность
в линии вниз DL до 100 Мбит/с и пропускную способность в линии
вверх UL до 50 Мбит/с, что делает эту технологию более применимой
для таких случаев использования, как носимые устройства высокого
класса, промышленные видеокамеры и датчики IoT.
Технология NR-Light вошла в число приоритетных рабочих во-
просов релиза 17. Благодаря внедрению технологии NR Lite не будет
необходимости поддерживать в одном устройстве несколько RAT.
Кроме того, технология NR Lite будет использовать преимущества
системной архитектуры 5G и такие функциональные возможности,
как управление сетевыми слоями, управление классами QoS на основе
потоков данных и т.д.
Совершенствование линии боковой связи (SideLink, SL) радиодосту-
па NR. Технология линии боковой связи SL относится к технологии
прямой связи между различными узлами (блоками) радиодоступа V2X
или абонентским оборудованием 5G UE без передачи данных через
сеть 5G. В сети радиодоступа 5G, образуемой линиями боковой связи
SL на основе радиоинтерфейса NR, абонентскими устройствами V2X
считаются транспортные средства с бортовыми блоками регистрато-
ров OBU (OnBoard Units) V2X, придорожные блоки связи (RSU) или
26 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
мобильные устройства 5G UE, которые используются пешеходами.
RSU передает данные блоков OBU или обменивается данными с
бортовыми блоками V2X в своей зоне связи (рис. 1.4).
5GC
NR
NR V2X SL
LTE V2X SL LTE V2X SL LTE V2X SL
NR V2X SL NR V2X SL
5GC EPC
E UTRAN E UTRAN
Рис. 1.4. Сценарии линии боковой связи SL с использованием радиоинтер-
фейса NR
Поэтому работы по улучшению линии боковой связи SL в релизе 17
включают следующие направления и пункты:
• улучшение распределения ресурсов (выделение ресурсов для
снижения энергопотребления, усовершенствование для авто-
номного режима в целях повышения надежности и уменьшения
задержки);
• совершенствование режима DRX для линии боковой связи при
широковещательной, групповой и одноадресной передаче;
• использование новых полос частот боковой линии связи при
работе на одной несущей;
• работа боковой линии связи в определенных географических
областях для заданного диапазона частот.
Совершенствование радиодоступа NR для поддержки неназемных
сетей NTN. Работы по стандартизации этой технологии нацелены на
расширение использования радиодоступа NR для сетей NTN, особенно
спутниковых линий LEO (низкая околоземная орбита) и GEO (геоста-
ционарные орбиты), включая совместимость для поддержки базовых
станций высокоподнятых платформ HAPS, а также сценариев приме-
нения радиодоступа NR в линии воздух – земля ATG (air-to-ground).
Подробные цели включают:
• на физическом уровне PHY – временные соотношения, вре-
менную/частотную синхронизацию UL, HARQ, дизайн канала
PRACH, переключение фидерной линии, управление лучом и ра-
боту с использованием частей полосы пропускания канала (BWP);
1.3. Новые технологии релиза 17 27
• на уровне протоколов – усовершенствование MAC (т.е. произ-
вольный доступ, планирование линии UL, применение режима
DRX, запрос планирования), а также усовершенствование про-
токола RLC (Radio Link Control), расположенного между PDCP-
и MAC-уровнями, и протокола PDCP (т.е. отчет о состоянии,
порядковая нумерация), процедуры плоскости управления CP
(режим ожидания и подключения, непрерывность обслуживания
и мобильность);
• на уровне архитектуры – усовершенствование архитектуры
NG-RAN (т.е. поддержку коммутатора фидерной линии, сете-
вых идентификаторов, регистрации/пейджинга, взаимосвязи
сот) и аспекты использования радиочастот / охват частотных
диапазонов, требования к управлению радиоресурсами RRM,
требования компенсации синхронизации UE и точности ча-
стоты.
Расширение текущего использования спектра до 71 ГГц включает
исследование использования как лицензируемых полос спектра, так
и нелицензированных для доступа по радиоинтерфейсу NR при ока-
зании услуг 5G в более высоких частотных диапазонах по следующим
направлениям: использование новой нумерологии и оценки влияния
на частичное использование полос (bandwidth parts, BWP), использо-
вание технологий Beamforming, HARQ и т.д.; поддержка до 64 блоков;
механизмы доступа к каналу, включая работу на основе технологии
Beamforming; механизмы доступа к каналу для соответствия правилам
нелицензированного использования спектра в этой части диапазона
ММДВ; спецификация новых диапазонов в частотном диапазоне от
52,6 до 71 ГГц.
Расширение сетевых слоев RAN Slicing для радиоинтерфейса NR.
В проводимой работе исследуется совершенствование поддержки
RAN для разделения сети на сетевые слои, включая: обеспечение бы-
строго доступа абонентского устройства UE к соте, поддерживающей
выбранный слой (например повторный выбор соты на основе слоя,
конфигурация канала случайного доступа RACH на основе слоя для
запрета сот); поддержка непрерывности обслуживания внутри RAT
(например целевая сота, не поддерживающая текущий слой UE, тре-
бующий повторного отображения слоя, восстановления и процедур
пересылки данных).
28 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
1.4. Основные сетевые технологии 5G релиза 17
Основные сетевые технологии 5G релиза 17 охватывают целый ряд
инноваций для улучшения управления и функционирования опорной
сети 5G Core.
Инновации самоорганизующихся сетей SON в сети 5G. Работы на-
целены на определение вариантов использования, требований к сети,
а также службам управления и процедурам для следующих функций
SON: оптимизация покрытия и емкости (CCO), оптимизация балан-
сировки нагрузки (LBO), оптимизация распределения ресурсов сети
5G, самовосстановление функций сети 5G (включая автоматическое
управление программным обеспечением и автоматическую обработку
данных конфигурации сети). Следующим шагом развития сетей SON
станет переход от классических SON, адаптирующих свои функции
к конкретным состояниям среды, к самоподдерживающимся сетям
SSN (Self-Sustaining Networks), которые могут постоянно поддер-
живать свои ключевые показатели эффективности (KPI) в условиях
высокой динамики изменения конфигурации и сценариев использо-
вания сетей 6G. Поэтому на сегодняшний момент технология SON
рассматривается 3GPP как технология-драйвер для развития сетей
5G в направлении применения искусственного интеллекта – алго-
ритмов машинного (ML) и глубокого обучения (DL).
Совершенствование управления частными сетями NPN и расши-
ренная поддержка непубличных сетей 5G направлены на:
• спецификацию сценариев развертывания частных сетей NPN:
a) вертикальная независимость управления сетями NPN, раз-
вернутых автономно,
б) независимое управление сетью NPN оператором PLMN для
предоставления вертикальных услуг,
в) управление частной сетью NPN оператором мобильной сети
общего пользования PLMN с предоставлением возможно-
стей управления для вертикальных услуг как клиента NPN;
• определение обеспечения автономной NPN (SNPN) и общедо-
ступной интегрированной сети NPN (PNI-NPN) с изоляцией
и управлением на основе SLA для локального развертывания
NPN на фабриках, предприятиях и в зданиях для обеспечения
покрытия в заданной географической области;
• исследование обеспечения поддержки автономной сети SNPN
с подпиской и учетными данными, принадлежащими объекту
неавтономной сети SNPN;
1.4. Основные сетевые технологии 5G релиза 17 29
• исследование возможностей адаптации и инициализации або-
нентских устройств UE для частных сетей NPN.
Улучшение разделения сети 5G на сетевые слои (этап 2). В этом на-
правлении совершенствования системы 5G в релизе 17 исследуются
пробелы в текущих процедурах системы 5G для поддержки универ-
сального шаблона слоя (Generic Slice Template, GST) в соответствии с
определением Ассоциации GSMA[25] и изучаются решения для устра-
нения существующих пробелов, такие как максимальное количество
UE на одном сетевом слое, максимальное количество сеансов PDU на
одном сетевом слое, максимальные скорости передачи данных DL и
UL на UE в сетевом слое. Это должно привести к единому пониманию
и практической реализации сетевых слоев в сети 5G.
Совершенствование подключения, идентификации и отслеживания
беспилотных авиационных систем (БПЛА). Для удовлетворения по-
требностей нового и быстроразвивающегося сектора беспилотных
авиационных систем (БАС), состоящих из беспилотных летательных
аппаратов (БПЛА, синоним – дроны), в рабочих группах партнерского
проекта 3GPP была выполнена большая работа по стандартизации
требований к сетям 5G, чтобы они отвечали потребностям в под-
ключении БАС и БПЛА к сетям 5G, а также контроллеров БПЛА
для тщательного управления воздушным трафиком БПЛА. Работы
релиза 17 направлены на исследование архитектуры и системных
аспектов сети 5G для поддержки функций управления и контроля
БПЛА (например контроллер БПЛА, идентификация и отслеживание
БПЛА), авторизацию и аутентификацию в сценариях связи (например
контроллер БПЛА с БПЛА, БПЛА с БПЛА, БПЛА с контроллером
БПЛА); потенциальные улучшения связи необходимы для обмена
трафиком между контроллером БПЛА и БПЛА с учетом возможности
соединения как LOS, так и NLOS.
Совершенствование граничных вычислений (MEC) в 5G Core
обеспечивает решение ключевых проблем и поддержку пересылки
трафика приложений UE и контента в приложения, развернутые на
пограничном сервере MEC, например обнаружение IP-адреса, раз-
вернутого на сервере приложений в периферийной вычислительной
среде; улучшение в 5GC для поддержки плавной смены сервера при-
ложений, обслуживающего абонентские устройства UE; эффективное
(то есть с малой задержкой) обеспечение локальных приложений
информацией, например, о качестве услуг QoS, которая влияет на
начисление платы и контроль политик.
30 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Инновации в технологиях расширенной реальности в сетях 5G. Тех-
нология 5G eXtended Reality (5G-XR) является эволюционным путем
перехода от дополненной реальности (AR), виртуальной реальности
(VR), смешанной реальности (MR) к расширенной реальности (XR).
Сеть 5G обеспечивает высокоскоростные каналы связи с низкой
задержкой между устройствами с расширенной реальностью XR
и приложениями XR. Кроме того, благодаря сетям 5G появляется
возможность изменить архитектуру предоставления мобильных
услуг XR. Пограничные облачные серверы MEC используются для
повышения эффективности обработки изображений на абонентском
устройстве 5G и более эффективного использования фотореали-
стичной графики и визуальных изображений с малыми задержками.
Промышленный дизайн устройств XR может быть не зависящим
от традиционных ограничений по тепловому режиму, мощности и
форм-фактору. В рамках исследований, проводимых в релизе 17,
начнется изучение требований к характеристикам производитель-
ности сетей 5G для различных случаев использования, относящихся
к этой более широкой категории услуг виртуальной реальности (то
есть VR, AR, MR и XR).
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18
Общая стратегия и направления работ в релизе 18 (рис. 1.5) сфор-
мулированы в течение 2021 г. на семинарах рабочих групп по сетям
радиодоступа RAN и CN.
TSG# 2020 2021 2022 2023
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
(SA1’s Stage 1 & «RAN content definition» completed TSG#86)
Этап 2 (SA2, SA6) Исследования
Этап 2 (SA2, SA6, ...) Normative
Этап 3 (CT & SA’s St.3 work)
ASN.1 & Open APIs
RAN4’s Perf
Release 18
Release 17
«RAN Completion» (RAN2/3/4core)
Этап 1 80% 100%
RAN content def.
RAN
Workshop
SA
Workshop
RAN1
Рис. 1.5. Стратегия и направления работ в релизе 18 3GPP
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18 31
К настоящему времени сформулированы следующие направления
развития сети радиодоступа RAN:
1. Развитие MIMO в линии «вниз» по следующим направлениям:
• дальнейшее совершенствование информационного рефе-
ренсного сигнала CSI (Channel Status Information), исполь-
зуемого абонентским терминалом для оценки состояния
канала, который пользовательское оборудование (UE)
передает узлу сети доступа RAN (gNB) в качестве обратной
связи;
• совершенствование технологии обработки multi-TRP для
облегчения ICI за счет динамической координации между
множеством TRP (множества точек приема-передачи, из ко-
торых UE будут иметь доступ к сети, т.е. макросот, микросот,
пикосот, фемтосот, удаленных радиоголовок RRU, релейных
узлов и т.д.) и многолучевыми антеннами (multi-beam);
• использование в оборудовании CPE в помещении.
2. Совершенствование сети радиодоступа 5G RAN в линии
«вверх»:
• работа более четырех передатчиков (Tx) в линии вверх;
• работа нескольких излучающих антенных панелей / не-
скольких точек приема-передачи TRP в линии вверх;
• частотно-избирательное предварительное кодирование;
• дальнейшие улучшения покрытия в линии вверх.
3. Совершенствование мобильности сети со следующими пара-
метрами:
• межсотовая мобильность на основе системных уровней L1
и L2;
• совершенствование стека протоколов DAPS (Dual Active
Protocol Stack) / CHO (Conditional HandOver);
• совершенствование технологий, специфичных для подди-
апазона FR2 (миллиметровые волны).
4. Дополнительные топологические улучшения (технология IAB
и интеллектуальные повторители):
• интегрированная мобильная транспортная сеть Mobile IAB
(Integrated Access Backhaul) / релейная линия, устанавлива-
емая на транспортном средстве (VMR);
• умный ретранслятор с информацией бокового управления SL.
5. Совершенствование технологии расширенной реальности XR
для следующих аспектов:
32 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• ключевые параметры функционирования и качества услуг
(KPI/QoS), работа с информацией о приложениях;
• аспекты, связанные с энергопотреблением, покрытием,
емкостью и мобильностью, характерные для XR.
6. Улучшения боковой линии связи Sidelink (за исключением по-
зиционирования):
• совершенствование технологии SL (использование нели-
цензированных диапазонов, улучшение энергосбережения,
повышение эффективности и т.д.);
• совершенствование ретрансляции сигналов в линии SL;
• совместное использование технологий LTE V2X и NR V2X.
7. Эволюция технологии широкополосного Интернета вещей
RedCap по следующим направлениям (за исключением по-
зиционирования):
• новые варианты использования и новые полосы пропуска-
ния абонентских устройств UE (менее 5 МГц);
• улучшение энергосбережения.
8. Развитие неназемных сетей NTN:
• использование радиоинтерфейса NR в сетях NTN;
• использование сетей NTN для услуг IoT (Интернет вещей).
9. Развитие широковещательных и многоадресных услуг:
• услуги вещания 5G на основе радиоинтерфейса LTE;
• услуги многоадресного вещания NR MBS в сетях.
10. Расширенное и улучшенное позиционирование со следующими
параметрами:
• позиционирование в боковой линии связи SL;
• повышенная точность, целостность и энергоэффективность;
• позиционирование для технологии RedCap (широкопо-
лосного IoT).
11. Совершенствование дуплексного режима в части:
• сценариев развертывания сети для дуплексного режима
FDD;
• управления помехами в дуплексном режиме.
12. Применение искусственного интеллекта AI и машинного об-
учения ML в следующих областях:
• радиоинтерфейс NR (варианты использования для фоку-
сировки, ключевые параметры функционирования KPI и
методология оценки, участие сети и UE и т.д.);
• новое поколение сети радиодоступа NG-RAN.
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18 33
13. Экономия сетевой энергии по следующим направлениям:
• ключевые показатели эффективности экономии энергии и
методология оценки;
• основные направления экономии и возможные решения.
14. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3.
Набор 1:
• энергосбережение в абонентских устройствах UE;
• совершенствование, улучшение и расширение поддержки
за пределами 52,6 ГГц;
• совершенствование агрегации несущих CA (Carrier Aggregation)
/ двойное присоединение DC (Dual-Connectivity)
(например MR-MC (Multi-Radio/Multi-Connectivity) и т.д.);
• гибкая интеграция радиочастотного спектра;
• реконфигурируемые интеллектуальные поверхности (RIS);
• другие темы, лежащие в компетенции рабочей группы
RAN1.
15. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3.
Набор 2:
• беспилотные летательные аппараты БПЛА;
• промышленный Интернет вещей IIoT / сверхнадежная связь
с малой задержкой URLLC;
• использование частотных каналов менее 5 МГц в выделен-
ном для 5G частотном спектре;
• совершенствование для различных типов устройств IoT;
• совершенствование системы на высокоподнятых платфор-
мах HAPS;
• совершенствование сетевого кодирования.
16. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3,
Набор 3:
• координация технологии Inter-gNB в следующих областях:
– работа с несколькими несущими между gNB/gNB-DU,
– Inter-gNB / работа распределенного модуля gNB-DU с
несколькими излучающими поверхностями TRP;
• повышение отказоустойчивости централизованного модуля
gNB-CU базовых станций;
• совершенствование сетевых слоев сети радиодоступа 5G
RAN;
• использование нескольких универсальных модулей иден-
тификации (MUSIM) в абонентском устройстве 5G;
34 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• агрегирование спектра в абонентских устройствах UE;
• улучшение безопасности;
• совершенствование самоорганизующихся сетей SON /
минимизация драйв-тестов (MDT);
• прочие задачи рабочих групп RAN2/RAN 3-led.
17. Возможное совершенствование областей исследования рабо-
чей группы RAN4.
Таким образом, анализ приведенных выше направлений иссле-
дований и стандартизации технологии NR и сети радиодоступа 5G
RAN показывает, что предлагаемые инновационные технологии
сформируют облик нового этапа эволюции сетей поколения 5G в
направлении 5G Аdvanced, который будет характеризоваться более
совершенными функциональными возможностями, а также более
высокими техническими характеристиками и параметрами.
Аналогичные направления развития опорной сети 5G Core сфор-
мулированы в 2021 г. в целевых рабочих группах CN Партнерского
проекта 3GPP, что позволило определить общие планы стандартиза-
ции релиза 18.
Реализация партнерским проектом 3GPP начального этапа стан-
дартизации поколения 5G в виде релизов 15 и 16 позволила сформи-
ровать технические требования и облик сети радиодоступа 5G RAN и
опорной сети 5G Core для их внедрения разработчиками в сетевое и
абонентское оборудование 5G для коммерческого вывода на рынок.
Сравнительные оценки технических требований релизов 15 и 16 пока-
зали необходимость их совершенствования для достижения требований
рекомендаций МСЭ к сетям, относимым к поколению 5G.
Несмотря на сложности, связанные с работой партнерского про-
екта 3GPP в период ограничений, связанных с эпидемией КОВИД-19
и переходом на дистанционное общение специалистов в целевых и
рабочих группах 3GPP, работы по стандартизации технологии 5G в
релизе 17 замедлились несущественно и б удут окончательно завер-
шены в 2022 г.
В релизе 17 стандартизовано большое количество новых инно-
ваций и рассматривается более 400 исследовательских вопросов,
завершающих первую фазу развития 5G для перехода в 2022 г. к стан-
дартизации нового поколения сетей 5G Аdvanced в релизе 18.
Релиз 18 открывает фазу развития технологии 5G Аdvanced, тре-
бования к которой будут сформированы в течение этого года, работы
по ним планируется завершить в 2023 г.
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 35
1.6. Деятельность Международного союза
электросвязи по сетям 6G
В Международном союзе электросвязи (МСЭ) изучение и стандар-
тизация требований к новым системам связи шестого поколения, в
том числе разработка новых рекомендаций, содержащих требования
к системе 6G, будут проводиться по аналогии с разработкой рекомен-
даций для стандарта 5G/IMT-2020. Разработкой новых рекомендаций
будет заниматься сектор радиосвязи (МСЭ-Р) при взаимодействии с
другими секторами МСЭ.
Анализ деятельности фокус-группы МСЭ-Т «Технологии для се-
ти – 2030» (FG NET-2030). Фокус-группа МСЭ-Т «Технологии
для сети –2030» (FG NET-2030) была создана исследовательской
группой МСЭ-Т 13 (ИК 13) в 2018 г. для изучения возможностей
сетей связи до 2030 г. и в последующий пе риод, в который ожидается
появление новых перспективных технологий: связи голографиче-
ского типа, связи с быстрой реакцией в критических ситуациях и
связи с высокой точностью определения местоположения для вер-
тикальных отраслей развивающихся рынков. Исследования направ-
лены на получение ответов на вопросы о том, какие типы сетевой
архитектуры и механизмы поддержки подходят для новых техно-
логий.
Фокус-группа NET-2030 проводила исследования новых механиз-
мов и технологий связи без ограничения со стороны существующих
сетей и сетевых парадигм или каких-либо конкретных существующих
технологий. Структура фокус-группы и количество исследовательских
вопросов показаны на рис. 1.6.
Структура фокус группы NET 2039 ИК13
РГ1. Сценарии использования и требования
Создана
в июле 2018
Девять
исследо
вательских
вопросов
(2018–2020)
РГ2. Сетевые услуги и технологии
РГ3. Архитектура и инфраструктура
Рис. 1.6. Структура фокус-группы NET-2030
36 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Основные направления деятельности фокус-группы NET-2030
включают:
• изучение, обзор и изыскания существующих технологий, плат-
форм и стандартов в целях выявления пробелов и проблем на
пути к сетям 2030 г., которые не поддерживаются существую-
щими и ближайшими будущими сетями;
• формирование аспектов исследований, включая видение (об-
лик) сетей NET-2030, требования, архитектуру, новые варианты
использования, методологию оценки и т.д.;
• обеспечение руководящих принципов МСЭ для разработки
дорожной карты стандартизации NET-2030;
• становление связей и отношений с другими исследовательски-
ми группами;
• исследование перспектив сетей фиксированной передачи
данных и технологий, в том числе исследования концепции
применения протокола New IP, Интернета вещей, интеллек-
туальных сетей, промышленного управления, дистанционного
управления автотранспортом, облачных технологий.
Одна из задач, которую ставила перед собой ФГ NET-2030 –
исследовать будущее технологий mMTС (massive Machine Type
Communications – массовые услуги связи между машинами), uRLLC
(Ultra Reliable Low Latency Communications – услуги передачи дан-
ных с высокой надежностью и низкой задержкой), eMBB (enhanced
Mobile Broadband – улучшенная мобильная широкополосная связь)
на период 2018–2020 гг.
За это время фокус-группа NET-2030 провела семь собраний и
завершила свою деятельность. По результатам деятельности ФГ NET-
2030 были выпущены следующие документы:
1) Белая книга МСЭ «Сеть-2030 – проект технологии, приложений
и драйверов рынка на пути к 2030 году и далее» (май 2019 г.) [30];
2) отчет FG NET-2030 «Новые услуги и возможности для сети
2030: описание, технический разрыв и анализ целевых пока-
зателей производительности» (октябрь 2019 г.) [31];
3) технический отчет «Сети-2030 – дополнительное представ-
ление сценариев использования и ключевых требований к
сетям-2030 (июнь 2020 г.) [32];
4) технический отчет «Сети-2030 – Gap-анализ новых услуг,
возможностей и сценариев использования сетей-2030» (июнь
2020 г.) [33];
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 37
5) технические спецификации «Сети-2030 – термины и опреде-
ления для сетей-2030» (июнь 2020 г.) [34].
Фокус-группа МСЭ-Т NET-2030 сформулировала ряд сценариев
использования сетей 6G, из них семь типовых сценариев рассматри-
ваются для использования с их ключевыми сетевыми требованиями:
• связь голографического типа (HTC);
• тактильный Интернет для удаленных операций (TIRO);
• интеллектуальная операционная сеть (ION);
• конвергенция сетей и облачных вычислений (NCC);
• цифровой двойник (DT);
• спутниково-наземная инте грированная сеть (STIN).
В ходе работ по сетям 6G Фокус-группой NET-2030 был предложен
новый протокол New IP (новый IP) ввиду того, что существующая
пропускная способность протокола IP и задержка не гарантируются
текущим сквозным протоколом TCP/IP, который призван решить
следующие задачи:
• радиодоступ в мобильных сетях не синхронизируется с управ-
лением потоком TCP/IP, что ведет к избыточной повторной
передаче пакетов в протоколе TCP, в результате чего снижается
скорость передачи данных;
• неэффективно используются протоколы;
• существующий протокол не подходит для mMTC и uRLLC
ввиду слишком низкой эффективности полезной нагрузки
пользователя и отсутствия сквозной гарантии задержки.
Предложено начать разработку протокола New IP, т.к.:
• новый IP в настоящее время находится в стадии разработки
инженерами и учеными-исследователями как из промышлен-
ности, так и из академических кругов различных стран;
• некоторые прототипы уже были представлены;
• некоторые операторы и поставщики услуг проявили большой
интерес к новой технологии;
• стандартизация технологии еще не началась.
Предложенное фокус-группой NET-2030 расширение сцена-
риев использования сетей 6G включало: голографическую связь,
тактильный Интернет для удаленных операций, интеллектуальную
операционную сеть, конвергенцию сетевых вычислений, цифровые
двойники, наземно-космическую интегрированную сеть, промыш-
ленный IoT с облачностью, приложения для расширенных научных
данных, приложения для анализа данных, передачу данных в режиме
38 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
реального времени, экстренное и аварийное спасение, национали-
зированный Интернет вещей, подключение и обмен широко рас-
пространенными данными, моделями и знаниями ИИ.
На заключительном собрании фокус-группы NET-2030 перед ее
закрытием были рассмотрены и утверждены:
1) технический отчет «Анализ недостающих услуг, возможностей
и вариантов использования NET-2030»;
2) технический отчет «Дополнительные репрезентативные сце-
нарии использования и требования к сети для NET-2030»;
3) техническая спецификация «Архитектура NET-2030»;
4) техническая спецификация «Термины и определения».
Далее эти отчеты и спецификации были переданы для рассмотре-
ния на исследовательскую комиссию МСЭ-Т ИК-13.
Работа по тематике сетей 6G в секторе радиосвязи МСЭ-Р. В 2020 г.
вопрос исследования технологии сетей связи 6G перешел из ведения
фокус-группы NET 2030 сектора стандартизации Международного
союза электросвязи (МСЭ-Т) в сектор радиосвязи (МСЭ-R) в 5-ю
исследовательскую комиссию «Наземные радиослужбы» (ИК5).
В октябре 2020 г. была начата работа над новыми рекомендация-
ми МСЭ-R М. [IMT.VISION 2030], а также подготовлен новый отчет
МСЭ-Р М. [IM4FWB] по использованию наземного компонента сети
IMT для фиксированной беспроводной широкополосной связи и
доклад о технических характеристиках, эксплуатационных аспектах
и возможностях, связанных с конкретными промышленными и кор-
поративными приложениями использования IMT.
На текущий момент в рамках МСЭ-Р сети 6G получили название
IMT-2030 по аналогии с рекомендацией МСЭ-Р M.2038 для сетей
IMT-2020. Сам термин IMT-2030 окончательно не утвержден и будет
уточняться в ходе дальнейших собраний МСЭ-Р.
На 37-м заседании рабочей группы WP 5D (март 2021 г.) была
создана специальная рабочая подгруппа SWG. Цель подгруппы
SWG – разработать проект новых рекомендаций МСЭ-R M. [IMT.
VISION 2030 AND BEYOND], определяющих облик системы 6G к
44-му собранию WP 5D (июнь 2023 г.) перед проведением Ассамблеи
радиосвязи в 2023 г. (рис. 1.7).
В рекомендациях будут отражены основные технологические
тренды развития систем IMT-2030 к 2030 г. и далее. Рекомендации
определят рамки и общие цели будущего развития IMT-2030 на 2030 г.
и последующий период. В этих рекомендациях подробно будет описа-
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 39
на структура будущего развития IMT-2030, включая широкий спектр
возможностей, связанных с предполагаемыми сценариями исполь-
зования. Данные рекомендации разрабатываются с учетом развития
IMT, определенного в рекомендациях МСЭ-R M.2083. Содержание
рекомендаций будет включать: введение, мегатенденции в развитии
технологий IMT-2030 на 2030 г. и далее, эволюцию и роль предыдущей
технологии IMT-2020, сценарии использования IMT-2030, возмож-
ности системы IMT-2030, цели развития.
2012 2013 2014 2015
5D#13 5D#14 5D#15 5D#16 5D#17 5D#18 5D#19 5D#20 5D#21 5D#22
5D#37 5D#38 5D#39 5D#40 5D#41 5D#42 5D#43 5D#44
10 meetings
Vision
Workshop
[Vision
Workshop]
8 meetings
2021 2022 2023
M.2083
[Vision
2030]
(placeholder)
Рис. 1.7. Графики разработки облика систем IMT-2020 и IMT-2030
Данные рекомендации помогут стимулировать и направлять от-
расли и администрации связи в дальнейшем развитии IMT-2030 на
период до 2030 г. и далее. В рекомендациях основное внимание будет
уделено роли IMT-2030 и тому, как система IMT сможет лучше слу-
жить обществу в будущем, также будет выработана основа и общие
цели дальнейшего развития IMT на 2030 г. и последующий период.
РГ 5D провела 14 июня 2022 г. отдельный семинар, посвященный
разработке рекомендаций.
В рамках РГ 5D началась работа над проектом нового отчета
МСЭ-Р [IMT. FUTURE TECHNOLOGY TRENDS OF TERRESTRIAL
IMT SYSTEMS TOWARDS 2030 AND BEYOND]. В предварительном
рабочем плане определено, что отчет будет разработан в течение
четырех собраний РГ 5D. В настоящий момент разрабатываются со-
держание и структура отчета.
В 2023 году была завершена разработка рекомендаций, а также
внесены изменения в отчет M.2376, касающиеся возможности реа-
лизации IMT в полосах выше 6 ГГц.
40 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
ITU R WP5D overview timeline for «IMT 2030»
2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D
#34 #35 #36 #37 #38 #39 #40 #41 #42 #43 #44 #45 #46 #47 #48 #49 #50 #51 #52 #53 #54 #55 #56 #57 #58 #59 #60 #61 #62 #63 #64
WRC 23 WRC 27
ITU Report
Future Technology trends
Recommendation Vision of IMT for
2030 and beyong
Modifications of
Resolutions
56/65
Revision of report M.2376 IMT
feasibility above 6 GHz
IMT Traffic forecast
2030~2040
Background & process
Workshop
Circular letters (and later Addendum)
Inside of ITU
Technical performance
requirements
Evaluation criteria & method
Submission templates
Outside of ITU
Technology Proposals
for «IMT 2030»
Outside and Inside of ITU
Evaluation
Consensus building
Outcome & Decision
«IMT 2030» specifications
Revision of M.1822
Framework for
services supported
by IMT
Рис. 1.8. Расписание рассмотрения вопросов IMT-2030 в РГ 5D
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 41
К 2026 г. будет завершена техническая оценка предложений
по технологиям IMT-2030 и определены требования к сетям 6G.
В 2028–2030 гг. будет завершена разработка спецификаций IMT-
2030. Предложенное расписание рассмотрения вопросов IMT-2030
в рамках работы МСЭ-R РГ 5D представлено на рис. 1.8.
В декабре 2022 года РГ 5D МСЭ-R разработала и опубликовала
новый Отчет МСЭ-R M.2516 «Будущие технологические тенден-
ции» [35]. В этом отчете представлен широкий взгляд на будущие тех-
нические аспекты наземной IMT системы с учетом временных рамок
развития до 2030 года и далее с точки зрения внедрения ключевых
новых услуг, тенденций применения и соответствующих факторов раз-
вития применительно к радиоинтерфейсам, мобильным терминалам
и сетям радиодоступа в период до 2030 года и далее.
На собрании WP 5D МСЭ-R в июне 2023 года была согласована
работа над проектом новой Рекомендации МСЭ-R «Структура и об-
щие цели будущего развития IMT на 2030 год и последующий период»,
который можно рассмотреть в качестве основы для стандартизации
и разработки следующего поколения стандартов IMT/6G.
В этом проекте Рекомендации рассматриваются:
• Тенденции, влияющие на создание IMT-2030;
• Сценарии использования IMT-2030;
• Возможности IMT-2030;
• Предложения по эволюционному развитию IMT-2030.
Кроме того, рабочая группа WP 5D МСЭ-R начала работу над
отчетом «IMT на пути к 2030 году и далее», применяя процесс ис-
следований для IMT, который уже был реализован для IMT-2000,
IMT-Advanced и IMT-2020, в результате чего рабочей группой
WP 5D были разработаны ряд Рекомендаций МСЭ-R: М.1457 [36],
М.2012 [37] и М.2150[38]. Планируется разработать в рамках деятель-
ности МСЭ-R отчет «Техническая осуществимость IMT в полосах
частот выше 100 ГГц».
Прошедшая Ассамблея радиосвязи 2023 года (АР-23) утвердила
пересмотренную версию Резолюции МСЭ-R 56 , подтвердив на-
звание следующего поколения IMT (также известного как «6G») как
«IMT-2030», а также Резолюцию МСЭ-R 65, в которой описывается
принципы исследования и стандартизации IMT-2030. Наряду с этими
изменениями АР-23 также утвердила новую Рекомендацию МСЭ-R
M. 2160 «Структура и общие цели будущего развития IMT на 2030 год
и последующий период» [39].
42 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Литература к главе 1
1. Report ITU-R M.2370-0 (07/2015). IMT traffic estimates for the years 2020 to
2030.
2. Рекомендация ITU-Р M.2083-0. Концепция IMT – основы и общие задачи
будущего развития IMT на период до 2020 года и далее (2015).
3. Тихвинский В.О., Бочечка Г.С. Концептуальные аспекты создания 5G //
Электросвязь. 2013. № 10.
4. Тихвинский В.О. Стандартизация мобильной связи 5G как процесс создания
инфраструктурной основы цифровой экономики // Электросвязь. 2018. № 11.
5. ITU-T TSAG meeting on 11 November 2005.
6. 3GPP TS 38.201. NR; Physical Layer – General Description.
7. 3GPP TS 38.202. NR; Services provided by the physical layer.
8. 3GPP TS 38 104. NR; Base Station (BS) radio transmission and reception.
9. 3GPP TS 38 101. NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception.
10. 3GPP TR 38 817-1. NR; General aspects for UE RF for NR.
11. 3GPP TR 38 817-2. NR; General aspects for BS RF for NR.
12. 3GPP TR 38 813. NR; New frequency range for NR (3.3–4.2 GHz).
13. 3GPP TR 38 901. NR; Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100
GHz.
14. 3GPP TS 38.300. NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2.
15. 3GPP TS 38.401. NG-RAN; Architecture description.
16. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
17. 3GPP TR 23.799. Study on new radio access technology: Radio access architecture
and interfaces.
18. 3GPP TR 29.891. 5G System – Phase 1; CT WG4 Aspects.
19. 3GPP TR 38.801. Study on new radio access technology: Radio access architecture
and interfaces.
20. 3GPP TS 38.470. NG-RAN; F1 general aspects and principles.
21. 3GPP TS 38.420. NG-RAN; Xn general aspects and principles.
22. 3GPP TR 21.917. Release description; Release 17.
24. 3GPP TR 21.918. Release description; Release 18.
25. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
26. GSMA Report. From Vertical Industry Requirements to Network Slice Characteristics,
GSMA, August 2018.
27. 5G Evolution: 3GPP Releases 16–17, 5G Americans, January 2020.
28. A 5G Americans White Paper: 3GPP Releases 16&17&Beyond, 5G Americans,
January 2021.
29. Ghosh A., Maeder A., Baker M., Chandramouli D. 5G Evolution: A View on 5G
Cellular Technology Beyond 3GPP Release 15, Open Access Journal, Volume 7,
IEEE, 2019DOI: 0.1109/ACCESS.2019.2939938.
30. Белая книга МСЭ. Сеть-2030 – проект технологии, приложений и драйверов
рынка на пути к 2030 году и далее (май 2019 года).
Литература к главе 1 43
31. Отчет FG NET-2030. Новые услуги и возможности для сети-2030: описание,
технический разрыв и анализ целевых показателей производительности
(октябрь 2019 г.).
32. Технический отчет. Сети-2030 – дополнительное представление сценариев
использования и ключевых требований к сетям-2030 (июнь 2020 г.).
33. Технический отчет. Сети-2030 – Gap-анализ новых услуг, возможностей и
сценариев использования сетей-2030 (июнь 2020 г.).
34. Технические спецификации. Network-2030 – термины и определения для
сетей-2030 (июнь 2020 г.).
35. Отчет МСЭ-R M.2516 – Будущие технологические тенденции наземных
систем IMT к 2030 году и в последующий период.
36. Рекомендация МСЭ-R M.1457 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов Международной мобильной электросвязи-2000 (IMT-
2000).
37. Рекомендация МСЭ-R M.2012 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов усовершенствованной международной мобильной
электросвязи (IMT-Advanced).
38. Рекомендация МСЭ-R M.2150 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов Международной мобильной электросвязи-2020 (IMT-
2020).
39. Рекомендация МСЭ-R M. 2160 «Структура и общие цели будущего развития
IMT на 2030 год и последующий период».
ÃËÀÂÀ 2
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÛÅ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÒÅËÜÑÊÈÅ
ÏÐÎÅÊÒÛ ÏÎ ÐÀÇÂÈÒÈÞ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÉ 5G
Успехи в развитии мобильных сетей связи и показатели рынка мо-
бильных услуг не позволили ученым и разработчикам остановиться
на достигнутом в ходе эволюции цепочки технологий 4G (LTE – LTE
Advanced – LTE Pro). Начиная с 2013 г. ряд ведущих мировых про-
изводителей телекоммуникационного оборудования и операторов
мобильной связи (Ericsson, Samsung, Huawei, Vodafone и др.) на
всемирных форумах (MWC-13, LTE World Summit-13 и др.) анонси-
ровали начало исследовательских проектов по созданию технологии
мобильной связи поколения 5G [1, 2].
Европейское сообщество в рамках начатых проектов исследований
по 5G стремится решить задачу технологического лидерства Европы
на мировом телекоммуникационном рынке и создания новых рабочих
мест в индустрии ИКТ.
Российская Федерация в рамках реализации плана мероприятий
по направлению «Информационная инфраструктура» программы
«Цифровая экономика Российской Федерации» приступила к раз-
работке национальной концепции создания 5G и современной
регуляторной базы для будущих операторов 5G, что требуется для
скорейшего внедрения сетей 5G, чтобы занять достойн ое место среди
стран, создавших инфраструктуру сетей связи 5G к 2020 г.
2.1. Ассоциации 5G-PPP и 5G AI как государственно-
частные партнерства ЕС для создания 5G
Государственно-частное партнерство 5G-PPP (далее – Ассоциация
5G-PPP) в рамках Horizon 2020 («Горизонт 2020») Европейского Со-
юза является крупнейшей исследовательской программой в мире
по системе 5G, которая станет будущей глобальной сетью связи [3].
Создание мобильной системы связи 5G в Европе основывается на
исследовательских проектах, начатых уже в предыдущей рамочной
исследовательской программе ЕС (программа FP 7), которые про-
ложили путь к видению и базовым понятиям 5G. Исследования в
рамках 5GPPP имеют очень широкий охват далеко за пределами
2.1. Ассоциации 5G-PPP и 5G AI как государственно-частное партнерства ЕС 45
для создания 5G
классических телекоммуникаций. Текущее видение 5G-PPP и тех-
нические требования представлены в документе 5G, который был
принят на Всемирном мобильном конгрессе (MWC-15) в Барселоне
в марте 2015 г.
В декабре 2013 г. Ассоциацией 5G-PPP был подписан договор с
Еврокомиссией (ЕК), представляющей государственную сторону,
и Ассоциацией инфраструктуры 5G, которая представляет частную
сторону в данном государственно-частном партнерстве (ГЧП). Госу-
дарственно-частное партнерство ЕК и Ассоциации инфраструктуры
5G для реализации исследовательской программы «Горизонт-2020»
предназначено для развития промышленности, укрепления евро-
пейской экономики и влияния на будущие глобальные стандарты,
основанные на исследованиях 5G в Европе.
Ассоциация 5G-PPP объединяет множество заинтересованных
сторон отрасли связи: крупнейших операторов сетей связи, малые и
средние предприятия, научно-исследовательские центры и универ-
ситеты. Ассоциация 5G-PPP основана на участии избранных членов
Европейской технологической платформы Networld2020 и поддер-
живает принципы открытости, прозрачности и репрезентативности
европейского сектора телекоммуникаций.
Общая цель другой Ассоциации инфраструктуры 5G (5G IA) со-
стоит в том, чтобы продвигать НИОКР для промышленности сетей
связи в целях укрепления этой индустрии в Европейском Союзе,
развития технологий в Европе путем привлечения студентов, повы-
шения конкурентоспособности европейской промышленности за
счет предоставления новых инструментов и возможностей произ-
водства оборудования 5G в Европе. Ассоциация 5G IA сотрудничает
с Еврокомиссией в разработке рабочей программы по 5G в рамках
программы «Горизонт-2020» через специальный партнерский со-
вет, в котором обсуждается программа работы 5G и другие виды
деятельности для продвижения проектов Ассоциации 5G-PPP и ре-
зультатов в глобальном масштабе. Кроме того, ассоциация работает
над интеграцией Европейского сообщества, и в частности малых и
средних предприятий, в европейские совместные исследовательские
проекты. Ассоциация 5G IA заключила меморандумы о взаимопони-
мании с контрагентами в Китае, Корее, Японии, Северной Америке
и Бразилии.
Ассоциация 5G-PPP в настоящее время осуществляет работы
второго этапа своей деятельности: так, в июне 2017 г. в Брюсселе был
46 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
запущен 21 новый проект. На втором этапе (в ближайшее десятилетие)
5G-PPP будет разрабатывать и поставлять решения, архитектуры,
технологии и стандарты для телекоммуникационной инфраструкту-
ры следующего поколения. Это обеспечит такие возможности, как
1000-кратное увеличение пропускной способности беспроводной
сети, обслуживающей более семи миллиардов человек (при подклю-
чении семи триллионов устройств Интернета вещей), и экономия 90%
энергии за предоставление услуг, создание безопасного, надежного
Интернета с нулевым временем простоя для услуг.
Задача государственно-частного партнерства 5G-PPP также со-
стоит в том, чтобы обеспечить лидерство ЕС в тех областях телеком-
муникаций, где Европа имеет сильные технологические позиции или
где есть потенциал для создания единого цифрового рынка: например,
в таких секторах, как умные города, электронное здравоохра нение,
интеллектуальный транспорт, образование или развлечения, СМИ.
Инициативы ассоциации 5G-PPP направлены на укрепление европей-
ской телекоммуникационной отрасли, чтобы успешно конкурировать
на мировых рынках и открывать новые инновационные возможности.
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части
исследовательских проектов создания 5G
Программа «Горизонт-2020» или Восьмая рамочная программа Ев-
ропейского Союза по развитию научных исследований и технологий
(FP8), – семилетняя программа финансирования Европейского Со-
юза для поддержки и поощрения исследований в Европейском иссле-
довательском пространстве в период с 2014 по 2020 гг. В рамках этой
программы выделены телекоммуникационные проекты, составившие
телекоммуникационный пакет, управляемый Ассоциацией 5G PPP,
в целях привлечения частных инвестиций в государственно-частое
партнерство с начальными инвестициями со стороны Еврокомиссии
(ЕК) в размере 700 млн евро.
Согласно плану Ассоциации 5G-PPP ведущие производители
мировой телекоммуникационной отрасли увеличат инвестицион-
ный фонд ЕК как минимум в пять раз, в результате чего общий объ-
ем инвестиций в исследовательские р аботы 5G-PPP составит более
4 млрд евро. В рамках первой фазы программы FP8 «Горизонт-2020»
(2015–2017 гг.) запланировано финансирование 19 проектов по различ-
ным направлениям создания сетей 5G, обобщенных на основе 83 пред-
ложений, полученных Е С от членов Ассоциации 5G PPP (рис. 2.1).
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 47
создания 5G
5G Ensure
Безопасность
5G Norma
5G NOvel мультисервисная
адаптивная сетевая архитектура
радио
COHERENT
Скоординированное управление
и управление спектром для 5G
гетерогенных сетей радиодоступа
SONATA
Сервисное программирование
и оркестрирование
виртуализованных
программных сетей
5GEх
Системы
роуминга 5G
mmMAGIC
Мобильные сети радиодоступа миллиметрового
диапазона волн для интегрированной связи 5G
FANTASTIC 5G
Гибкий радиоинтерфейс для пошаговой поставки
услуг в беспроводных сетях 5 го поколения
5G Xhaul
Динамические конфигурируемые оптико
беспроводные транспортные сети/ТС
с когнитивной плоскостью для малых сот
Xhaul
Интегрированные в 5G внешние
и внутренние транспортные сети
Euro 5G
5G PPP Coordination
and Support Action
Flrx5Gware
Гибкие
аппаратные/
программные
платформы
для сетевых элементов
и устройств 5G
SESAME
Координация малых сот
для мультитолерантных
и пограничных услуг
SPEED 5G
Предоставление QoS возможностей
охвата через расширенный DSA
для 5G
METIS II
Мобильная и беспроводная связь.
Факторы (2020) Информационного
сообщества II
VirtuWind
Прототип виртуальной
и программируемой промышленной
сети, развернутый в действующем
ветровом парке
SUPERFLUIDITY
Сверхтекучесть:
супертекучие,
с облачной природой,
конвергентные edge
системы
CHARISMA
Архитектура конвергентных гетерогенных
5G Cloud RAN для интеллектуального
и безопасного медиадоступа
SELFNET
Управление
для самоорганизующихся сетей SON
в виртуализованных и SDN сетях
Источник: 5G PPP
Проекты
Исследовательские
Инновационные
SDN & NVF проекты
СSA
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
I
I
I
EURO 5G
5G NORMA
5G Xhaul
5G ENSURE
CHARISMA
COGNET
COHERENT
FANTASTIC 5G
Flex5Gware
METIS II
mmMAGIC
SELFNET
SESAME
SPEED 5G
SUPERFLUIDITY
XHAUL
5GEx
SONATA
VirtuWind
Рис. 2.1. Первая фаза телекоммуникационных проектов программы FP8 «Горизонт-2020» (ис точник: 5G-PPP)
48 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
Первая фаза телекоммуникационных проектов программы FP8
«Горизонт-2020» стартовала в июле 2015 г., и большинство проектов
было завершено к середине 2017 г., а оставшаяся часть проектов
была завершена в середине 2018 г. Результаты этих проектов соста-
вили технологическую основу технических спецификаций релиза 15
(приложение 2) и преследовали следующие цели и задачи при их
реализации [5].
Проект 5G-ENSURE (5G Enablers for network and system security
and resilience). Общая цель 5G-ENSURE – стать эталонным проектом
по вопросам информационной и сетевой безопасности в экосистеме
5G, внося вклад в устойчивость сетей 5G. Проект был сосредоточен
на разработке архитектуры безопасности 5G, способной создать
необходимую гарантию и уверенность в том, что сети 5G будут ши-
роко использоваться и выполнять свои функции с помощью прило-
жений.
Проект 5G Exchange (5GEx). Общая цель проекта 5GEx – обе-
спечить эффективное междоменное оркестрирование служб через
несколько сетевых уровней, а также многодоменное оркестрирование
для отдельных административных слоев 5G. Такое объединенное
управление позволяет создавать сквозные виртуальные сети и службы
в средах при использовании нескольких поставщиков сетевого обо-
рудования и гетерогенных технологий. Чтобы преодолеть традици-
онное разделение сетевых ресурсов между процессами вычисления и
хранения, проект 5GEx также реализует составные сервисы, плавно
объединяя сети с функциями вычислений и хранения данных в раз-
ных сетевых доменах.
Проект 5G NORMA (NOvel Radio Multiservice adaptive network Architecture
for 5G networks). Основной целью проекта NORMA явля-
ется разработка концептуально новой, адаптивной и перспективной
архитектуры мобильной сети 5G. Используется инновационная
концепция адаптивной декомпозиции и распределения функций
мобильной сети, которая гибко распределяет функции сети и раз-
мещает их в наиболее подходящем месте в сетевой архитектуре.
Функции доступа и ядра сети больше не находятся в разных местах
и могут использоваться для совместной оптимизации работы сети,
когда это возможно. Архитектура обеспечивает высокий уровень
настройки сети, гарантирующий соблюдение жестких требований
к производительности, безопасности, стоимости и энергии, а также
предоставление управляемых API для архитектурной открытости,
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 49
создания 5G
способствующей экономическому выигрышу благодаря передовым
инновациям.
Проект 5G-XHaul (Dynamically Reconfigurable Optical-Wireless Backhaul
/ Fronthaul with Cognitive Control Plane for Small Cells and Cloud-
RANs). Целью проекта 5G-XHaul является конвергентное оптическое
и беспроводное транспортное решение, способное гибко подключать
микросоты (Small Cells) к базовой сети. Используя мобильность поль-
зователей, это решение должно позволять динамически распределять
сетевые ресурсы на «горячие точки». Проектирование транспортной
сети для плотной городской застройки с массивным развертыванием
малых сот является ключевым сценарием использования сети для
проекта 5G-XHaul.
Проект CHARISMA (Converged Heterogeneous Advanced 5G Cloud-
RAN Architecture for Intelligent and Secure Media Access Project name).
Целью проекта CHARISMA является объединение 10G беспроводной
сети (через MM-wave / 60-ГГц и свободную оптику, FSO) и фиксиро-
ванных оптических решений 100G (OFDM-PON) через интеллекту-
альную облачную сеть радиодоступа (C-RAN) и интеллектуальную
платформу управления ресурсами (RRH) с маршрутизацией IPv6 Trust
Node с очень низким уровнем трафика управления. Низкозатратный
Ethernet планируется использовать на первичной (front) и вторичной
(backhaul) транспортных сетях с виртуализированным оборудовани-
ем конечного пользователя (vCPE), разведкой, распределенной по
задним, фронтальным и периметрическим транспортным данным.
Кроме того, проект CHARISMA будет использовать сетевые возмож-
ности программирования и технологии виртуализации для обеспе-
чения многопользовательской работы и быстрого внедрения новых
сетевых приложений.
Проект CogNet (Cognitive networks). Цель проекта CogNet – ис-
следовать и разрабатывать платформу сетевого управления в режиме
реального времени с возможностью масштабирования для удовлет-
ворения потребностей будущей сети 5G, собирать и обрабатывать
большие данные из сети 5G в режиме реального времени, создавать
новые алгоритмы, использующие машинное обучение, чтобы об-
учаться на собранных данных и применять их к управлению сетью.
Проект COHERENT (Coordinated control and spectrum management
for 5G heterogeneous radio access networks) направлен на исследова-
ние, разработку и демонстрацию единой программируемой системы
управления для гетерогенных сетей радиодоступа 5G. Проект будет
50 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
посвящен трем нововведениям в области управления и координации
сетей 5G:
1) программно определяемая сеть для сети радиодоступа, чтобы
обеспечить масштабируемую и гибкую структуру управления
и координации для комплексной координации ресурсов и
управления использованием спектра в сетях 5G;
2) эффективное моделирование и управление радиоресурсами в
программируемых сетях радиодоступа с четко определенными
интерфейсами управления и протоколами, чтобы значительно
упростить управление гетерогенными мобильными сетями,
которые должны быть проверены различными вариантами
использования 5G;
3) гибкое управление спектра, основанное на использовании
спектра структуры управления COHERENT, поддерживающей
различные схемы доступа к спектру, включая, помимо прочего,
лицензионное совместное использование спектра (шеринг),
доступ к лицензиям и гибкий дуплекс в сетях радиодосту-
па 5G.
Проект EURO-5G (Supporting the European 5G Initiative). Главная
цель проекта EURO-5G – способствовать сотрудничеству и интегра-
ции проектов Ассоциации 5G PPP, Европейской комиссии, Ассоци-
ации инфраструктуры 5G AI, Networld2020 ETP, а также смежных
проектов EUREKA и национальных инициатив 5G. Эти проекты
максимизируют европейские усилия по созданию будущих интегри-
рованных обеспечивающих сплошное покрытие сверхскоростных
сетей 5G. Проект EURO-5G тесно связан с проектом Ассоциации
инфраструктуры 5G и обеспечивает интеграцию европейской про-
мышленной политики с планами работы проектов 5G в рамках
программы проекта EURO-5G, чтобы результаты были полезны и
актуальны.
Проект FANTASTIC-5G (Flexible Air iNTerfAce for Scalable service
delivery wiThin wIreless Communication networks of the 5th Generation).
Главная задача проекта FANTASTIC-5G – разработка модульного
радиоинтерфейса, который способен поддерживать все ожидаемые
возможности 5G с максимальной эффективностью и масштабиру-
емостью, не будучи чрезмерно сложным для сетевой реализации.
С этой целью в проекте разрабатываются технические компоненты
искусственного интеллекта (ИИ), например гибкая форма сигнально-
кодовой конструкции сигнала и конструкция кадра, масштабируемые
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 51
создания 5G
процедуры множественного доступа, адаптивные схемы повторной
передачи, усовершенствованные схемы с не сколькими антеннами
с/без взаимодействия, расширенное обнаружение множества пользо-
вателей, координация помех, поддержка сверхплотной структуры сот,
многоуровневое управление радиоресурсами, устройство – устройство
и интеграция их в общую структуру ИИ, в которой будет достигнута
адаптация к высокой степени гетерогенности 5G.
Проект FLEX5GWARE (Flexible and efficient hardware / software
platforms for 5G network elements and devices). Целью проекта
Flex5Gware было проведение исследований, разработки и прото-
типирования ключевых блоков, сетевых элементов и устройств 5G
как в аппаратных (HW), так и в программных (SW) доменах. Общая
цель проекта Flex5Gware заключалась в том, чтобы разработать вы-
сококонвертируемые аппаратные платформы HW вместе со средами
знаний HW и SW, ориентированными как на сетевые элементы 5G
Core, так и на устройства, а также, с учетом необходимости увели-
чения пропускной способности, снизить энергопотребление и обе-
спечить масштабируемость и модульность для плавного перехода от
4G к эпохе 5G.
Проект METIS-II (Mobile and wireless communications Enablers for
the Twenty-twenty Information Society-II). Цель проекта M ETIS-II –
было обеспечение общего проектирования сети радиодоступа 5G,
описывающего общую архитектуру стека протоколов со всеми
функциональными возможностями и интерфейсами, необходимыми
для обеспечения сети 5G. METIS-II преследует также следующие
ключевые цели: разработать общий проект 5G RAN, уделяя особое
внимание созданию технологии для эффективной интеграции кон-
цепций старой 4G и новой сети радиодоступа (RAN) в одну единую
систему 5G.
Проект mmMAGIC (Millimetre-Wave Based Mobile Radio Access
Network for Fifth Generation Integarated Communications). Цель про-
екта mmMAGIC заключается в разработке концепций и ключевых
компонентов для новой технологии беспроводного радиодоступа 5G,
которая будет работать в диапазоне частот от 6 до 100 ГГц, включая
миллиметровый диапазон волн. Области спектра, подходящие для
поддержки выявленных случаев использования 5G, должны быть
идентифицированы и оценены.
Проект SELFNET (Framework for Self-Organised Network Management
in Virtualised and Software Defined Networks). Целью проекта SELFNET
52 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
является внедрение функций самоконтроля и обнаружения сетевых
проблем, позволяющих своевременно информировать о состоянии се-
тевой инфраструктуры 5G с помощью настраиваемого и расширяемого
набора показателей функционирования высокого уровня и состояния
сети (HoN). К другим особенностям проекта SELFNET относится воз-
можность реализовать распределенный механизм автономной само-
организующейся сети 5G Self-Organizing Network (SON), основанной
на технологиях искусственного интеллекта (ИИ) и связанных с ними
технологиях, обеспечивающих посредством SON оркестрирование и
управление виртуальной инфраструктурой сети 5G.
Проект SESAME (Small cell coordination for multi-tenancy and edge
services). Целью проекта SESAME является создание инновации для
трех главных элементов сети 5G: внедрение искусственного интел-
лекта и приложений на границе сети для граничных вычислений Edge
Cloud Computing с использованием функций сетевой виртуализации
(NFV); пересмотр концепции Small Cell, уже используемой в сети
4G, для применения в сложных сценариях развертывания сетей 5G
в зонах с высокой плотностью сот и трафика; а также консолидация
многоуровневой работы в инфраструкт уре сетей связи, позволяющая
нескольким операторам/поставщикам услуг участвовать в новых
моделях совместного доступа с высокой пропускной способностью
и с возможностью использования граничных вычислений.
Проект SONATA (Service Programing and Orchestration for Virtualized
Software Networks). Цель проекта SONATA – обеспечение гибкой
программируемости программно определяемых сетей, поддержива-
ющих цепочки сетевых функций и оркестрирование сети 5G. Прово-
димые исследования должны сделать модульными и более легкими
сервисные платформы для удовлетворения потребностей различ-
ных поставщиков услуг, а также представить специализированную
модель DevOps для поддержки разработчиков, расширить возмож-
ности пропускной способности сети 5G и граничных вычислений.
Конкретные цели проекта SONATA также включают сокращение
времени выхода на рынок сетевых услуг за счет: a) оптимизации
разработки с использованием абстрактных моделей программиро-
вания и SDK и б) применения модели DevOps, которая объединяет
операторов, производителей и сторонних разработчиков прило-
жений.
Проект SPEED-5G (Quality of Service Provision and capacity Expansion
through Extended-DSA for 5G). Целью проекта SPEED-5G явля-
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 53
создания 5G
ется достижение значительно лучшей эксплуатации гетерогенных
беспроводных технологий, обеспечивающих более высокую про-
пускную способность вместе с технологией ультрауплотнения сот и
эффективного поддержания новых требований к качеству восприятия
услуг 5G (QoE).
Проект SUPERFLUIDITY (Superfluidity: a super-fluid, cloud-native,
converged edge system). Цель проекта SUPERFLUIDITY – создать
сетевой процесс виртуализации сетей по требованию из элементов
сторонней инфраструктуры, распределенный по всей сети Е2Е, и раз-
работать технологии, позволяющие таким услугам быть «сверхтекучи-
ми»: быстрое время инсталляции (миллисекунды), быстрая миграция
(сотни миллисекунд), высокая консолидация (запуск тысяч на одном
сервере), высокая пропускная способность (10 Гбит/с и выше).
Проект VIRTUWIND (Virtual and programmable industrial network
prototype deployed in operational Wind park). Целью проекта VirtuWind
является разработка экосистемы SDN и NFV для промышленных
доменов, основанной на открытой, модульной и безопасной инфра-
структуре сетей связи, что приведет к демонстрации прототипов для
внутридоменных и междоменных сценариев в реальных ветровых
парках в качестве типового случая использования промышленных
сетей и позволит количественно оценить экономические выгоды от
этих решений.
Вторая фаза телекоммуникационных проектов программы «Го-
ризонт-2020» включает 21 новый проект 5G PPP и составлена на
основе обобщения 101 предложения, полученного ЕС в ответ на
опрос участников Ассоциации 5G PPP (рис. 2.2) [6]. Дорожная карта
их выполнения запланирована на срок с 1 июля 2017 г. до середины
2020 г. к моменту завершения программы FP8.
Результаты этих проектов составили технологическую основу рели-
за 16 и соответствовали целям и задачам второй фазы развития сетей
5G, направленным на реализацию бизнес-моделей uRLLC и mIoT [7].
Проект 5GCAR (Fifth Generation Communication Automotive Research
and innovation). Координатор проекта – Dr. Mikael Fallgren из
компании Ericsson. Целью проекта 5GCAR является разработка общей
системной архитектуры 5G, обеспечивающей оптимизированную
сквозную V2X-сеть для высоконадежных и низкозатратных V2X-
сервисов, которая обеспечивает безопасность и конфиденциальность,
управляет качеством обслуживания и поддерживает управление пото-
ками трафика в многоканальной V2X-системе связи с возможностями
54 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
использования нескольких технологий радиодоступа (мульти-RAT),
а также межсетевое взаимодействие мультитехнологичных сетей
радиодоступа, которое позволяет внедрять существующие телеком-
муникационные решения и новое решение 5G V2X.
Проект 5GCity (A distributed Cloud & Radio Platform for 5G Neutral
Hosts). Координатор проекта – Dr. Sergi Figuerola из компании
FUNDACÍO I2CAT. Целью проекта 5GCity является максимизация
отдачи от инвестиций для всей цепочки цифрового рынка (поль-
зователи, приложения, облачные провайдеры (например муници-
палитеты), поставщики телекоммуникационных услуг и объектов
инфраструктуры). Таким образом, проект 5GCity будет разрабатывать,
развертывать и обеспечивать условия эксплуатации, распределенное
использование облачных и радиоплатформ для муниципалитетов и
владельцев инфраструктуры, которые являются нейтральными по
отношению к собственникам сетей 5G.
Проект 5G ESSENCE (Embedded Network Services for 5G Experiences).
Координатор проекта – Dr. Ioannis P. Chochliouros из ком-
пании Hellenic Telecommunications Organization S.A. – OTE (EL).
To Euro 5G
Global5G.org
5GCAR
5G ESSENCE
5G Transformer
5G MoNArch
5G PICTURE
5G Xcast
Bluespace
IoRL
METRO HAUL
NRG 5
ONE5G
SaT5G
SLICENET
5G MEDIA
5G PHOS
5GTANGO
MATILDA
NGPaaS
5GCity
5G Architecture WG
Pre standardization WG
Spectrum WG
SDN/NFVWG
Network Management & Qos WG
Vision and Societal Challenges WG
Security WG
SME WG
Trials WG
Connected Car WG
Рис. 2.2. Вторая фаза телекоммуникационных проектов 5G программы «Го-
ризонт-2020» (источник: 5G-PPP
Развитие цифровой экономики является результатом сочетания четы-
рех ключевых факторов развития: технологий, уровня сопутствующих
услуг (включая создание контента и управление сетями киберфи-
зических систем на производстве), развития бизнеса (посредством
генерации и модернизации бизнес-процессов) и цифровой культуры
пользователей.
Технологии и уровень связанных услуг являются главными в
инфраструктурной основе цифровой экономики. Инфраструктура
цифровой экономики должна быть распределена пропорционально
перспективам развития и текущим вызовам, обеспечивая высокие
стандарты качества услуг на всех уровнях для динамичного развития
цифровой экономики страны.
Главными технологическими вызовами цифровой экономики
могут стать: реализация массового внедрения и соединения в сети
киберфизических устройств, относимых к классу Интернета вещей
(IoT) и «машина – машина» (М2М), с плотностью размещения от
300 тыс. устройств в соте до 1 млн устройств на 1 кв. км, а также соз-
дание высоконадежных соединений киберфизических устройств с
задержкой до 1 мс для услуг IoT и М2М в реальном масштабе времени.
Эти вызовы планируется преодолеть, развивая технологические воз-
можности сетей 5G и Интернета вещей в направлении 5G Advanced.
К концу 2023 г. в мире более чем 261 оператор запустили коммерче-
ские сети 5G, которые обслуживали более 1,6 млрд млн подключений.
Количество анонсированных абонентских устройств 5G в 2022 году
выросло до 1334 устройств. К концу 2023 г. на рынке стало коммерче-
ски доступно не менее 1886 абонентских устройств 5G. Общее число
производителей, наладивших серийное или опытное производство
абонентских устройств 5G в мире в 2023 г. достигло 255. Ими анон-
сирован выпуск более 2700 абонентских устройств 5G.
В 2021 г. количество выпущенных мобильных процессоров и плат-
форм для сетей радиодоступа 5G New Radio (NR) выросло на 144%,
а количество выпущенных 5G-модемов – на 85%. В 2022 г. рост про-
должился: количество выпущенных в первом квартале мобильных
процессоров выросло на 81% по сравнению с предыдущим годом, а
количество 5G-модемов – на 42%.
Технология 5G Advanced (релиз 18 и далее) представляет дальней-
шую эволюцию поколения мобильной связи 5G за пределы текущей
10 Введение
фазы развития 5G/IMT-2020, которая повышает функциональные
возможности, скорость передачи данных и другие технические тре-
бования по сравнению с технологией 5G, релизы 15–17). Ожидается,
что 5G Advanced будет представлять не только технологию, но и интел-
лектуальную платформу в сочетании с применением искусственного
интеллекта, обеспечивающую сверхбыстрый радиодоступ, низкую
задержку и более надежную мобильную связь, способную справляться
с постоянно растущими требованиями к передаваемым данным для
нужд цифровой экономики.
Реализация перехода к сетям доступа 5G Advanced потребует вне-
дрения новых принципов использования радиочастотного спектра и
получения новых частотных назначений в полосах частот миллиме-
трового диапазона волн, создания виртуализованной инфраструк-
туры сети 5G, основанной на технологической и инфраструктурной
гетерогенности, внедрения бизнес-моделей, ориентированных на
массовое применение услуг М2М и IoT (uRLLC и mIoT).
Способность игроков рынка генерировать новые бизнесы, осно-
ванные на технологической инфраструктуре сетей 5G Advanced, соз-
даст в цифровой экономике мультипликативный эффект. Чем больше
бизнес-процессов цифровой экономики будет связано с технологиями
5G, тем больше инвестиций будет сделано в эти технологии и услуги,
что, в свою очередь, предоставит новые возможности развития биз-
неса и технологических перспектив.
Всего за шесть первых месяцев 2023 года мир мобильной связи
стал свидетелем поразительного прироста – 331 миллиона новых
подключений абонентов 5G, в результате чего общее число таких
подключений к концу 2023 достигло впечатляющих 1,6 миллиарда.
Прогнозируется, что за шесть лет с конца 2023 по 2029 год число
подписчиков 5G в мире вырастет более чем на 330 процентов –
с 1,6 миллиарда до 5,3 миллиарда. По прогнозам, покрытие 5G будет
доступно более чем 45 процентам населения мира к концу 2023 года
и 85 процентам к концу 2029 года.
Последний прогноз компании Omdia более оптимистичный чем
прогноз компании Эрикссон предполагает, что к 2028 году будет до-
стигнут уровень 8 миллиардов подключений 5G, что превысит ко-
личество подключений в сетях LTE/4G более чем на 2,5 миллиарда.
Глобальные сети 5G будут претерпевать существенное расширение.
В настоящее время в мире развернута 261 коммерческая сеть 5G, и
ожидается, что к 2025 году их число вырастет до 425. По данным MIIT, в
Введение 11
Китае уже построена крупнейшая в мире мобильная сеть 5G: на конец
прошлого года было развернуто более 2,31 млн базовых станций 5G. Это
отражает значительные инвестиции в инфраструктуру 5G во всем мире.
На протяжении 2023 года этот рост продолжался, хотя и гораздо
более медленными темпами. На данный момент количество выпущен-
ных мобильных процессоров выросло на 25%, а модемов – на 11%.
Публикация 2-го переработанного и дополненного издания этой
книги, по мнению авторов, позволит не только начать готовить на
ее основе новую плеяду ученых и инженеров, обеспечивающих ди-
намичное развитие цифровой экономики страны, но и представить
видение разработчиками перспектив сетей 6G, чтобы дать толчок
креативным идеям , определяющим горизонты развития мобильной
связи за пределами 2030 г.
В первой главе книги авторами рассмотрена разработка стандартов
и спецификаций 5G Advanced и 6G, а также проведен обзор деятель-
ности партнерского проекта 3GPP по созданию релизов 17 и 18, про-
анализированы первые результаты формирования облика сетей 6G
и деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G.
Во второй главе рассмотрены деятельность Ассоциации 5G PPP как
государственно-частного партнерства по программе «Горизонт-2020»
(FP-8) для создания 5G в рамках ЕС, проведен обзор исследователь-
ских проектов государственно-частного партнерства 5G PPP стран
EC по развитию сетей 6G в программе ICT-52 «Интеллектуальные
подключения за пределы сетей 5G».
В третьей главе дана общая характеристика бизнес-моделей услуг
5G и бизнес-сценариев МСЭ для сетей 6G, рассмотрены примеры
типовых индустриальных и пользовательских бизнес-моделей для
услуг 5G и 6G, а также приведена оценка будущего трафика сетей 5G
для различных бизнес-моделей.
Четвертая глава посвящена поиску и исследованиям в области ис-
пользования частотного ресурса для развития сетей 5G. Рассмотрены
потребности в радиочастотном спектре для развития сетей связи 5-го
поколения с учетом итогов ВКР-23 и новые принципы использования
радиочастотного спектра в сетях 5G.
В пятой главе рассмотрены особенности построения и архитектура
сети радиодоступа 5G, основные принципы построения и протоколы
сети радиодоступа NG-RAN. Представлена архитектура базовых стан-
ций gNB сети радиодоступа NG-RAN и построения радиоинтерфейса
NR сети радиодоступа NG-RAN.
12 Введение
Шестая глава рассматривает нумерологию и структуру частотно-
временных ресурсов радиоинтерфейса 5G, включая распределение
и использование частотных диапазонов в сетях радиодоступа 5G и
агрегацию частотных каналов в сетях радиодоступа 5G.
В седьмой главе рассмотрены технические и ЭМС-характеристики
будущего оборудования сетей мобильной связи 5G, различия требо-
ваний МСЭ и партнерского проекта 3GPP к техническим и ЭМС-
характеристикам радиооборудования 5G.
Восьмая глава посвящена особенностям построения архитекту-
ры базовой сети 5G, в которой приведены принципы построения
и архитектура базовой сети 5G Core, интеграция с сетями доступа
не-3GPP и примеры разделения опорной сети 5G на сетевые слои
(вертикальные плоскости), управление мобильностью и управление
политиками в сети 5G.
В девятой главе рассмотрены вопросы использования построе-
ния антенных систем сети 5G на основе технологии многоантенных
систем MIMO, включая особенности ее применения в линиях вниз
и вверх в сетях 5G.
Десятая глава книги посвящена перспективам создания спут-
никового сегмента сетей 5G и оценке возможности использования
низкоорбитального созвездия спутников LEO для сетей 5G на основе
спутникового сегмента. Представлены эталонные модели партнерско-
го проекта 3GPP по интеграции архитектуры спутникового сегмента
5G в неназемных сетях NTN 5G.
В главе одиннадцать рассмотрены принципы и требования к
управлению качеством услуг в сети 5G, формирование требований к
качеству базовых услуг 5G и управление качеством услуг в сети 5G.
Двенадцатая глава посвящена построению архитектуры сети 5G
при использовании бизнес-модели виртуального оператора высокого
уровня. Дана краткая характеристика типовых бизнес-моделей MVNO
и вариантов построения архитектуры MOCN сети виртуального опе-
ратора. Рассмотрены особенности идентификации абонентов вирту-
ального оператора 5G и варианты построения архитектуры GWCN
сети виртуального оператора.
В главе тринадцать рассмотрены вопросы управления выбором
абонентским терминалом мобильной сети, выбором технологии
радиодоступа и соты при регистрации абонентского терминала в сети,
особенности управления выбором/перевыбором соты абонентским
терминалом после его регистрации в мобильной сети и перевыбора со-
ты на основе статического и профильно ориентированного кемпинга.
Введение 13
Четырнадцатая глава книги посвящена вопросам применения тех-
нологий искусственного интеллекта на основе машинного обучения
AI/ML в сетях 5G, их стандартизации Партнерским проектом 3GPP
для сетей 5G, использованию алгоритмов AI/ML в сетях радиодоступа
NG-RAN и в базовой сети 5G Core, а также рассмотрению архитек-
туры системы анализа сетевых данных в сети 5G.
В главе пятнадцать книги рассмотрены технология RedCap для
оказания услуг Интернета вещей в сетях 5G, ее стандартизация Пар-
тнерским проектом 3GPP и перспективы использования на рынке
услуг IoT, показаны технологические возможности RedCap и особен-
ности функционирования абонентских устройств 5G RedCap, а также
процедуры работы абонентских устройств RedCap в сетях 5G.
Шестнадцатая глава книги посвящена особенностям построения
системы специальных организационно-розыскных мероприятий
(СОРМ) в сетях 5G, стандартизации требований СОРМ в сетях 5G.
Рассмотрены архитектура, протоколы и интерфейсы системы СОРМ
в сетях 5G, проблемные вопросы создания систем СОРМ в сетях 5G.
В главе семнадцать рассмотрены перспективы создания и постро-
ение сети мобильной железнодорожной связи FRMCS на базе 5G,
включая деятельность международных организаций связи по стандар-
тизации сети FRMCS. В главе представлены требования союза UIC и
партнерского проекта 3GPP к услугам, архитектуре и использованию
спектра сети FRMCS, а также результаты анализа трафика в такой сети.
Восемнадцатая глава посвящена использованию технологии дина-
мического частотного шеринга DSS для развертывания совмещенных
сетей 5G/LTE, которая реализует концепцию динамического шеринга
спектра (DSS). В главе рассмотрены варианты технологии DSS, ис-
пользуемые для построения сети 5G, а также внедрение сетей 5G с
технологией DSS и особенности технологии DSS при использовании
сети MBSFN.
В девятнадцатой главе дано определение и рассмотрен облик сетей
мобильной связи поколения 6G. Рассмотрены основные принципы
создания и характеристики будущих сетей 6G, использование радио-
частотного спектра в этих сетях и т ребования к электронной компо-
нентной базе сетей 6G.
Двадцатая глава книги посвящена принципам и особенностям
построения архитектуры сети 6G на основе концепции интеграции
воздушно-космического и территориального сегментов сети, ис-
пользованию сквозного сетевого протокола NewIP архитектуры 6G.
Рассмотрены архитектура и особенности построения сегментов сетей
14 Введение
6G на низколетящей платформе LAP и высокоподнятой платформе
HAPS, а также архитектура спутникового сегмента сетей 6G.
В завершающей двадцать первой главе рассмотрено применение
интеллектуальных реконфигурируемых поверхностей RIS в сетях
мобильной связи 6G, проанализированы процессы текущей стан-
дартизации и исследования технологии RIS, представлены режимы
работы и технологические решения для построения RIS, сценарии
развертывания RIS в будущих сетях мобильной связи, а также техни-
ческие и регуляторные проблемы использования RIS.
В приложениях книги приведены:
1) глоссарий основных терминов 5G и 6G;
2) технические спецификации 3GPP релиза 17 по 5G (серия 38);
3) отчеты и рекомендации МСЭ по 5G и 6G;
4) варианты распределения символов в слоте между линиями
«вверх» и «вниз»;
5) виды модуляции радиоинтерфейса NR;
6) псевдослучайные последовательности, используемые радио-
интерфейсом NR;
7) перечень сервисов сетевых функций опорной сети 5G Core;
8) сервисы и операции сетевой функции управления унифици-
рованными данными UDM;
9) состав статических и динамических правил управления поли-
тиками и тарификацией PCC Rule;
10) протоколы плоскости управления опорной сети 5G Core.
Книга может стать теоретической базой для дальнейшей разработ-
ки и проектирования сетей 5G Advanced, для разработки приложений
и оптимизации сетей мобильной связи 5G/6G в интересах оказания
базовых и новых видов цифровых услуг.
Авторы благодарны лично коллегам из регионального отделения
«Информационные и телекоммуникационные технологии» РАЕН и
Национальной радиоассоциации за поддержку авторов и ряд ценных
советов, способствовавших улучшению книги.
Особую признательность авторы выражают другу и коллеге из Ев-
ропейского института стандартизации электросвязи Игорю Минаеву,
сотрудникам ФГУП НИИР к.т.н., доценту Бочечке Г.С., Пастуху А.С.,
а также ООО «Гейзер-Телеком» – к.т.н. Глушко В.И., к.т.н. Стрель-
цу М.В., Корчагину П.А., за предоставленные материалы исследо-
ваний, помощь при подготовке книги и ряд ценных замечаний для
публикации материалов.
ÃËÀÂÀ 1
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÀß ÑÒÀÍÄÀÐÒÈÇÀÖÈß
ÑÅÒÅÉ 5G È 6G
Сети 5G (5th generation mobile networks или 5th generation wireless
systems) представляют новую фазу эволюции мобильных телекомму-
никационных стандартов за пределы текущей фазы развития 4G / LTE
Advanced / IMT-Advanced, связанную с повышением скорости пере-
дачи данных, улучшением функциональных возможностей и других
технических требований новых сетевых решений на порядок.
Влияние на будущий технологический облик сетей 5G и потреб-
ности в радиочастотном спектре будут оказывать несколько факторов:
• прогнозы роста потребления трафика различными пользова-
телями при оказании услуг мобильного беспроводного доступа
до 2030 г. [1];
• изменение парадигмы развития мобильной связи как сетей
доступа для сетей Интернета вещей (IoT) и М2М [2];
• достижение предела спектральной эффективности технологи-
ями мобильной связи 2G/3G/4G;
• технические требования к сетям 5G, сформулированные при
выполнении европейских проектов METIS -I, -II и 5GIC (Уни-
верситет Суррея) [3, 4], а также проекта IMT-2020 [2].
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G
Все действующие стандарты технологий мобильной связи 2G/3G/4G
построены на принципах открытых стандартов: доступность, ориен-
тация на конечного пользователя, бесплатность использования, не-
дискриминационность, возможность развития, отсутствие лицензий
использования, инновационность.
Согласно определению МСЭ-T [5], открытый стандарт — это стан-
дарт или протокол, который равным образом доступен для чтения и
использования без ограничений всем заинтересованным сторонам
и который:
• не содержит компонентов или расширений, зависящих от фор-
матов или протоколов, которые не попадают под определение
открытого стандарта;
16 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• не содержит правовых или технических положений, ограничи-
вающих его использование любой заинтересованной стороной
в любых схемах предпринимательства;
• разработан и дорабатывается в ходе процедур, не зависящих
от конкретного поставщика и открытых для равноправного
участия конкурентов и третьих сторон;
• доступен в большом количестве полных реализаций, выпол-
ненных конкурирующими поставщиками, или в виде полной
реализации, в равной степени доступной всем сторонам.
Эти же принципы заложены в разработку новых стандартов для
технологии мобильной связи пятого поколения (5G).
Основными организациями, вовлеченными в стандартизацию 5G
на глобальном международном уровне, являются [3]:
• сектор радиосвязи МСЭ-Р и сектор стандартизации МСЭ-Т,
в рамках которых были созданы: рабочая группа WP5D «IMT-
системы» в исследовательской комиссии ИК5 «Наземные служ-
бы» и оперативная группа (ОГ) IMT-2020 в исследовательской
комиссии ИК13 «Будущие сети, включая облачные вычисле-
ния, сети подвижной связи и сети последующих поколений»;
• партнерский проект 3GPP, занимающийся развитием тех-
нологий мобильной связи 2G/3G/4G/5G и разработкой для
них технических спецификаций (стандартов) на глобальном
уровне;
• партнерский проект oneM2M, стартовавший в 2012 г. по ини-
циативе шести региональных органов стандартизации (ETSI,
ARIB, TTA, CCSA, TIA и TTC), которые в 1998 г. уже создали
успешный партнерский проект 3GPP, и американской Ассо-
циации ATIS.
На европейском уровне вопросами стандартизации сетей и услуг
5G занимается Европейский институт стандартизации электросвя-
зи (ETSI). В ETSI созданы несколько горизонтальных технических
комитетов MSG (группа стандартизации мобильной связи), mWT
(передача на миллиметровых волнах), SmartBAN (умные сети ши-
рокополосного доступа), SmartМ2М (умные сети межмашинного
обмена) и ряд индустриальных групп NFV (виртуализация сетевых
функций), NGP (протоколы будущих поколений), которые участвуют
в разработке европейских стандартов 5G и формируют предложения
для технических спецификаций 3GPP и oneM2M.
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G 17
Сети мобильной связи 5G в течение ближайшего года станут не-
отъемлемой частью цифровой экономики РФ. Достигнутые сегодня
ключевые характеристики и параметры сетей 5G в релизах 15 и 16
могут быть существенно улучшены в новых релизах партнерского
проекта 3GPP, н аправленных на создание следующей фазы развития
мобильной связи 5G Advanced.
В настоящее время все технические спецификации 3GPP по стан-
дартизации технических требований первой фазы сетей 5G общим
числом более 88 томов объединены в единую 38 серию технических
спецификаций (приложение 2).
Внутри 38 серии технических спецификаций 3GPP можно выделить
следующие группы спецификаций по направлениям [6–21, 28–43]:
38.101–38.1хх. Оборудование абонентских и базовых станций
сети 5G;
38.201–38.2хх. Физический уровень сети 5G. Описание радио-
интерфейса и протоколов;
38.301–38.3хх. Общее описание протоколов интерфейса NR сети
5G. Шаг 2;
38.401–38.4хх. Архитектура сети радиодоступа NG-RAN сети 5G;
38.501–38.5хх. Тестирование (подтверждение соответствия) або-
нентского оборудования сети 5G;
38.801–38.8хх. Технические отчеты об исследованиях нового
радиоинтерфейса сети 5G и новых полос частот;
38.901–38.9хх. Технические отчеты по результатам исследований
моделей распространения, новых частотных каналов и результатам
экспериментов в части сети 5G.
Анализ технических спецификаций 3GPP по стандартизации
технических требований к сети радиодоступа NG-RAN 5G в диапа-
зонах ниже 6 ГГц показал, что эти вопросы рассмотрены в следующих
технических спецификациях и отчетах [30–35]:
1. 3GPP TS 38 101. NR; User Equipment (UE) radio transmission and
reception.
2. 3GPP TS 38 104. NR; Base Station (BS) radio transmission and
reception.
3. 3GPP TR 38 817-1. NR; General aspects for UE RF for NR.
4. 3GPP TR 38 817-2. NR; General aspects for BS RF for NR.
5. 3GPP TR 38 813. NR; New frequency range for NR (3.3–4.2 GHz).
6. 3GPP TR 38 901. NR; Study on channel model for frequencies from
0.5 to 100 GHz.
18 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Главные требования к архитектуре сети 5G были сформулированы
в следующих технических спецификациях и отчетах [36–41]:
1. 3GPP TS 38.300. NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2.
2. 3GPP TS 38.401. NG-RAN; Architecture description.
3. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
4. 3GPP TR 23.799. Study on new radio access technology: Radio access
architecture and interfaces.
5. 3GPP TR 29.891. 5G System – Phase 1; CT WG4 Aspects.
6. 3GPP TR 38.801. Study on new radio access technology: Radio access
architecture and interfaces.
Стандартизация бизнес-моделей и соответствующие системные
требования к ним были также зафиксированы в следующих техни-
ческих спецификациях 3GPP:
1. Для бизнес-модели mIoT (massive Internet of Things) – в TS 22.861.
2. Для бизнес-модели CRIC (critical communications) – в TS 22.862.
3. Для бизнес-модели eMBB (enhanced mobile broad Band) –
в TS 22.863.
4. Для бизнес-модели NEO (network operations) – в TS 22.864.
5. Для бизнес-модели V2X (vehicle communication) – в TS 22.886.
Анализ текущей деятельности партнерского проекта 3GPP по
формированию технических требований и характеристик мобильных
сетей поколения 5G в релизах 17 и 18 позволяет прогнозировать раз-
витие оборудования мобильных сетей. Эти требования и характери-
стики включают в себя около 50 инновационных технологий и 400
перспективных тем исследований по различным аспектам эволюци-
онного развития сетей 5G в направлении 5G Advanced.
Стандартизация технических спецификаций мобильной сотовой
связи играет решающую роль в обеспечении будущих инноваций,
разрабатываемых партнерским проектом 3GPP и другими органи-
зациями по стандартизации. Каждая волна инноваций мобильной
связи 5G структурирована как очередной релиз партнерского проекта
3GPP, в котором представлен набор функциональных возможностей
и технологий мобильной беспроводной связи.
После успешного завершения релиза 16 в декабре 2019 г. партнер-
ским проектом 3GPP была начата работа по формированию следую-
щей волны инноваций, собранных в релизе 17, в результате чего был
утвержден пакет из около 50 новых проектов, которые планируется
завершить во второй половине 2022 г.
1.1. Разработка стандартов и спецификаций 5G 19
Релиз 17 партнерского проекта 3GPP представляет собой набор
технических спецификаций (требований), направленных на дальней-
шее усовершенствование технологий сетей 5G в фазе 3, которые были
выработаны в 2021 г. и должны быть окончательно утверждены в 2022 г.
На пленарном заседании партнерского проекта 3GPP TSG# 87
было согласовано предложение руководства целевых TSG и рабочих
WG-групп о первоначальном продлении работ по созданию релиза
17 на три месяца, а затем о переносе ряда сроков завершения работ
над техническими спецификациями на 2022 г. из-за использования в
деятельности электронных (онлайн) собраний. Ибо онлайн-формат
работы рабочих групп партнерского проекта 3GPP не позволял опе-
ративно согласовывать позиции для достижения взаимопонимания
разработчиков технических спецификаций и приводил к длительной
переписке в целях достижения консенсуса. Принятые изменения
плана работы 3GPP подразумевали [22]:
• замораживание технических спецификаций релиза 17 в части
исследований рабочей подгруппы RAN1 (описание функций и
процедур в общем виде, логический анализ, описание потоков
сообщений и функциональных элементов) в декабре 2021 г.;
• замораживание технических спецификаций релиза 17 фазы 3
(описание процедур, сообщений и информационных элемен-
тов (IE), определение функций оборудования для обеспечения
совместимости с различными поставщиками) в марте 2022 г.;
• закрытие дополнений в технические спецификации рели-
за 17 (описание нотаций кодирования ASN.1 и интерфейсов
OpenAPI) в июне 2022 г.;
• замораживание изменения сети радиодоступа RAN в сентябре
2022 г.
В разрабатываемый в настоящее время релиз 17 были включены
следующие инновационные технологии, которые относятся к нена-
земным сетям связи NTN (спутниковым сетям и сетям на высокопод-
нятых на дирижаблях платформах), промышленным беспроводным
сенсорным сетям IWSN, транспортным средствам, присоединенным
ко всему V2X, промышленному Интернету вещей IIoT, расширенному
широкополосному мобильному и фиксированному беспроводному
доступу (eMBB и FW).
Следующим шагом в развитии мобильной связи поколения 5G
станет релиз 18 (рис. 1.1), который сформирует облик эволюционного
развития се тей 5G Advanced.
20 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
На семинаре, проведенном партнерским проектом 3GPP с 28 ию-
ня по 2 июля 2021 г., были определены направления исследований
релиза 18, утвержден официальный логотип новой фазы развития
5G Advanced и рабочие планы специальных целевых групп TSG пар-
тнерского проекта 3GPP. Предварительные предложения 3GPP по
тематике работ в релизе 18 сосредоточены на следующих областях:
• функциональная эволюция на основе услуг eMBB;
• фун кциональная эволюция, не связанная с услугами eMBB
(uRLLC и mMTC);
• кросс-функциональность для эволюции как услуг eMBB, так
и для не-eMBB.
В настоящее время начинает готовиться технический отчет TR
21.918 Release description; Release 18 [23] в котором будут определены
основные технологии, развиваемые в сетях 5G Advanced.
1.2. Развитие сети 5G фазы 3 в релизе 17
партнерского проекта 3GPP
Общую стратегию работ партнерского проекта 3GPP можно клас-
сифицировать по основным составляющим системы 5G. Отличие
понятия «системы 5G» от понятия «сеть 5G» состоит во включении
в систему 5G (сокращенно 5GS) и функциональности абонентского
оборудования 5G EU согласно TS 23.501 [24].
Исследования релиза 17 сосредоточены в нескольких ключевых
областях системы 5G, и часть их уже находятся в стадии внедрения
ведущими вендорами в оборудование (рис. 1.2).
2020 2021 2022 2023
Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1
TSG#90 e TSG#91 e TSG#92 e TSG#93 TSG#94 TSG#95 TSG#96 TSG#97 TSG#98 TSG#99
Rel 17
Stage 2
Freeze
Rel 17
Stage 3
Freeze
Rel 17
Protocol
Coding Freeze
(ASN.1 OpenAPI)
Rel 18
Package
Approval
Исследования рабочих групп 3GPP
по релизу 18
Schedule assumes a return to physical meetings
after June 2021.
Рис. 1.1. Планы работ партнерского проекта 3GPP по релизу 18
1.2. Развитие сети 5G фазы 3 в релизе 17 партнерского проекта 3GPP 21
К ним относятся: улучшение покрытия и позиционирования
(переход от метров к сантиметрам) в сети 5G, совершенствование
работы радиоинтерфейса NR и улучшение качества восприятия услуг
QoE для различных сетевых слоев 5G, добавление новых частотных
диапазонов в поддиапазоны FR1 (нижние и средние диапазоны волн)
и FR2 (миллиметровый диапазон волн, ММДВ), создание устройств
с уменьшенной пропускной способностью в радиоинтерфейсе NR,
расширение поддержки частных сетей NPN, совершенствование под-
держки беспилотных воздушных систем связи для дронов, поддержка
мобильных граничных вычислений MEC в опорной сети 5G Core,
оказание услуг на основе близости в 5GS, автоматизация сети 5G для
фазы 2 и функций управления, улучшение технологии коммутации и
разделения трафика доступа (ATSSS) для обеспечения бесперебойной
совместной работы сетей 5G и Wi-Fi / Wi-Fi 6Е.
Задачи релиза 17, на которые также следует обратить внимание
специалистам, включают следующие решения и инновации: услуги
uRLLC промышленного IoT через радиоинтерфейс NR, поддержка
радиоинтерфейса NR в неназемных (спутниковых и HAPS) сетях,
антенны и алгоритмы Massive MIMO, интегрированный доступ через
базовые станции gNB для транзитных соединений в сетях 5G (IAB),
позиционирование MBS, многоадресные и широковещательные услу-
ги NR, сетевые слои в сети радиодоступа RAN для радиоинтерфейса
NR, боковой линии связи NR(SideLink), возможности двойного под-
ключения multi-RAT, поддержки абонентских услуг устройств с не-
Технологии будущего развития
• Диапазоны 52,7–71 ГГц для NR
• NR поверх частных сетей NPN
• Широковещательные сети МСВС
• Применение нескольких сим карт
MUSIM
• Боковые линии связи SideLink
• Позиционирование в 5G до сантиметров
• Качество восприятия услуг QoE 5G
• Спутниковые технологии в архитектуре
5G
• Прямое взаимодействие UE (Proximity
Service)
• Функция ATSSS для конвергенций 5G
и Wi Fi
• Управление дронами UAS для 5G
• Расширенная реальность для NR
• loT пoвepx NPN сетей
• RedCap (широкополосный IоТ)
• NR Light
Улучшения и вторая фаза развития NR
• Совершенствование massive MIMO NR
• Технология боковой линии связи SL
• Улучшение динамического частотного
шеринга
• Улучшение промышленного IIoT/uRLLC
• Улучшение позиционирования
(с точностью до сантиметров)
• Улучшение покрытия в сетях NR
• Совершенствование частных сетей NPN
• Улучшение multi Radio DCCA
• Улучшение IAB и транспортной сети
backhaul
• Улучшение передачи «малых данных»
• Улучшение SON до уровня SSN
• Совершенствование автоматизации сети
5G, фаза 2
• Сетевые слои в сети радиодоступа 5G
• Улучшение технологии МЕС в сети 5G
Core
3GPP
Релиз 17
Рис. 1.2. Основные улучшения и инновационные технологии релиза 17
22 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
сколькими сим-картами (MUSIM) для радиоинтерфейсов LTE/NR,
передача «малых данных» в радиоинтерфейс NR в неактивном со-
стоянии и услуги приоритета мультимедиа – и это лишь некоторые
из них.
Стандартизация усовершенствованного физического уровня сети
радиодоступа 5G RAN. С января 2020 г. подгруппа RAN1 (физический
уровень сети радиодоступа) начала работы над несколькими функци-
ями физического уровня, которые обеспечивают повышение общей
эффективности и производительности технологий радиоинтерфейса
5G NR: усовершенствование технологии MIMO, улучшение со-
вместного использования спектра, энергосбережения и покрытия
UE. Подгруппа RAN1 также проводит необходимые исследования и
спецификацию технических требований для улучшения физического
уровня в полосах частот от 52,6 до 71 ГГц.
Кроме того, будет усовершенствована технология позициониро-
вания сети 5G для удовлетворения строгих требований к точности и
задержке для промышленных помещений (в том числе внутри них).
Добавлены дополнительные функциональные возможности для про-
мышленных IoT, а также NB-IoT. Будет добавлена поддержка специ-
фикаций для комбинации устройств NR с более низкой пропускной
способностью и расширение покрытия NR для поддержки сценариев
с малой мобильностью для больших сот (LMLC), важных для внедре-
ния 5G в развивающихся странах.
В рамках Релиза 17 подгруппа RAN1 продолжила работу над стан-
дартизацией радиодоступа 5G NR для поддержки сетей неназемного
доступа (NTN), а именно спутниковых сетей и сетей на высотных
платформах (HAPS), прокладывая путь к внедрению поддержки
технологий NB-IoT и eMTC для спутников с различными орбитами.
Стандартизация усовершенствованного интерфейса 5G NR. В апре-
ле 2020 г. подгруппа RAN2 (уровень протоколов сети радиодоступа)
также начала работать над стандартизацией функций, которые на-
правлены на улучшение эффективности и производительности 5G
NR: совершенствование технологии MultiRadio в режиме двойного
присоединения DC и агрегации спектра CA, улучшение технологии
интегрированного доступа и транспортной сети IAB, использование
интерфейса 5G NR для передачи небольших данных, повышение
энергосбережения в абонентском UE, улучшение решений само-
организующихся сетей SON / технологии многоадресных передач
MDT(Multicast Transmission).
1.3. Новые технологии релиза 17 23
Подгруппа RAN2 3GPP обеспечит стандартизацию технологии
многоадресных передач MDT, уделяя особое внимание функцио-
нальности многоадресной рассылки для одной соты в направле-
нии мультисотовой передачи. Важно отметить, что многоадресная
рассылка будет полностью повторно использовать физический
уровень одноадресной передачи протокола NR для повышения
возможностей многоадресной рассылки, координации поискового
вызова для абонентского устройства UE с несколькими сим-картами
MUSIM.
Стандартизация усовершенствованной архитектуры сети радио-
доступа 5G RAN. Подгруппа RAN3 (уровень архитектуры сети радио-
доступа) работает в настоящее время над стандартизацией новых
требований к качеству восприятия QoE для сети радиодоступа 5G
NG-RAN и протокола 5G NR, начав с исследования функции QoE в
сети 5G и ее отличий от сетей LTE.
Архитектура сети радиодоступа 5G NG-RAN более универсаль-
на, чем сеть радиодоступа RAN LTE, благодаря структурированию
базовых станций gNB, которое включает разделение функций в
плоскости управления и плоскости пользователя, а также разделение
на радиомодуль gNB-RU, центральный модуль gNB-CU и распреде-
ленный модуль gNB-DU. Исходя из принятого структурирования,
подгруппа RAN3 добавит в технические спецификации 3GPP под-
держку разделения плоскостей CP-UP в сетях LTE, чтобы сети LTE
могли также воспользоваться некоторыми из новых функций сети
радиодоступа 5G NG-RAN. Будут также стандартизованы функции
виртуальной сети радиодоступа vNG- RAN на основе технологии
RAN Slicing.
1.3. Новые технологии релиза 17
Рассмотрим наиболее важные и интересные для будущего развития
сетей 5G и создания новых приложений 5G инновации, технологии
и решения, стандартизованные в релизе 17 [26–29].
Технология NR Light будет основываться на новом типе або-
нентских устройств, работающих с радиоинтерфейсом NR Light и
сетью радиодоступа NG-RAN, которые специально разработаны для
поддержки промышленных беспроводных сенсорных сетей. Целью
технологии NR Light является разработка экономичных абонентских
устройств с возможностями, которые находятся между полнофунк-
24 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
циональными абонентскими устройствами для технологии Full NR
и устройствами беспроводного доступа LPWAN с низким энерго-
потреблением (например NB-IoT/eMTC). Она будет использовать
стандартные радиоблоки NR, включая нумерологию и полосу про-
пускания SSB, которая будет дополнена усовершенствованиями для
удовлетворения новых требований, таких как снижение сложности
и снижение энергопотребления UE.
Сформулированные требования к технологии NR-Lite должны
учитывать новые сценарии и варианты использования устройств
IoT, которые не могут быть выполнены на основе технологий eMTC
и NB-IoT (рис. 1.3):
• более высокая скорость передачи данных и надежность, мень-
шая задержка, чем у eMTC и NB-IoT;
• более низкая стоимость/сложность и более длительное время
автономной работы, чем у NR eMBB;
• более широкий охват, чем у устройств для услуг URLLC.
Жизненный цикл
батареи
Низкие задержки
Надежность
NB IoT eMTC NR Light URLCC eMBB
Low power wide area IoT Full NR
Стоимость
Покрытие
Пиковые скорости
передачи данных
Рис. 1.3. Сравнение характеристик NR Light
Требования и варианты использования технологии NR Light в
сети 5G:
• скорость передачи данных до 100 Мбит/с для поддержки, на-
пример прямой трансляция видео, визуального контроля про-
изводства, автоматизации производственных процессов;
1.3. Новые технологии релиза 17 25
• задержка около 10–30 мс для поддержки, например дистанци-
онное управление беспилотными летательными аппаратами,
кооперативной сельскохозяйственной техникой, транспорт-
ным средством, определение времени и обратной связи;
• стоимость модуля NR Light сопоставима со стоимостью моду-
лей eMTC и NB-IoT для сетей LTE;
• улучшение покрытия 10–15 дБ по сравнению с устройствами
5G с услугой URLLC;
• срок службы батареи в 2–4 раза длиннее, чем у абонентских
устройств 5G с режимом eMBB;
• создание выделенных сетей 5G для обслуживания различных
видов использования в промышленной среде для услуг IIoT;
• поддержка услуг URLLC, MBB и позиционирование.
Абонентские устройства NR Light как новый класс устройств будут
иметь боле е широкие возможности, чем устройства eMTC/NB-IoT, но
поддерживаемые функции и пропускная способность будут меньше,
чем у устройств 5G NR для услуг eMBB/URLLC. Так, например, або-
нентские устройства NR-Light смогут с шириной полосы частотного
канала всего 10 или 20 МГц обеспечивать пропускную способность
в линии вниз DL до 100 Мбит/с и пропускную способность в линии
вверх UL до 50 Мбит/с, что делает эту технологию более применимой
для таких случаев использования, как носимые устройства высокого
класса, промышленные видеокамеры и датчики IoT.
Технология NR-Light вошла в число приоритетных рабочих во-
просов релиза 17. Благодаря внедрению технологии NR Lite не будет
необходимости поддерживать в одном устройстве несколько RAT.
Кроме того, технология NR Lite будет использовать преимущества
системной архитектуры 5G и такие функциональные возможности,
как управление сетевыми слоями, управление классами QoS на основе
потоков данных и т.д.
Совершенствование линии боковой связи (SideLink, SL) радиодосту-
па NR. Технология линии боковой связи SL относится к технологии
прямой связи между различными узлами (блоками) радиодоступа V2X
или абонентским оборудованием 5G UE без передачи данных через
сеть 5G. В сети радиодоступа 5G, образуемой линиями боковой связи
SL на основе радиоинтерфейса NR, абонентскими устройствами V2X
считаются транспортные средства с бортовыми блоками регистрато-
ров OBU (OnBoard Units) V2X, придорожные блоки связи (RSU) или
26 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
мобильные устройства 5G UE, которые используются пешеходами.
RSU передает данные блоков OBU или обменивается данными с
бортовыми блоками V2X в своей зоне связи (рис. 1.4).
5GC
NR
NR V2X SL
LTE V2X SL LTE V2X SL LTE V2X SL
NR V2X SL NR V2X SL
5GC EPC
E UTRAN E UTRAN
Рис. 1.4. Сценарии линии боковой связи SL с использованием радиоинтер-
фейса NR
Поэтому работы по улучшению линии боковой связи SL в релизе 17
включают следующие направления и пункты:
• улучшение распределения ресурсов (выделение ресурсов для
снижения энергопотребления, усовершенствование для авто-
номного режима в целях повышения надежности и уменьшения
задержки);
• совершенствование режима DRX для линии боковой связи при
широковещательной, групповой и одноадресной передаче;
• использование новых полос частот боковой линии связи при
работе на одной несущей;
• работа боковой линии связи в определенных географических
областях для заданного диапазона частот.
Совершенствование радиодоступа NR для поддержки неназемных
сетей NTN. Работы по стандартизации этой технологии нацелены на
расширение использования радиодоступа NR для сетей NTN, особенно
спутниковых линий LEO (низкая околоземная орбита) и GEO (геоста-
ционарные орбиты), включая совместимость для поддержки базовых
станций высокоподнятых платформ HAPS, а также сценариев приме-
нения радиодоступа NR в линии воздух – земля ATG (air-to-ground).
Подробные цели включают:
• на физическом уровне PHY – временные соотношения, вре-
менную/частотную синхронизацию UL, HARQ, дизайн канала
PRACH, переключение фидерной линии, управление лучом и ра-
боту с использованием частей полосы пропускания канала (BWP);
1.3. Новые технологии релиза 17 27
• на уровне протоколов – усовершенствование MAC (т.е. произ-
вольный доступ, планирование линии UL, применение режима
DRX, запрос планирования), а также усовершенствование про-
токола RLC (Radio Link Control), расположенного между PDCP-
и MAC-уровнями, и протокола PDCP (т.е. отчет о состоянии,
порядковая нумерация), процедуры плоскости управления CP
(режим ожидания и подключения, непрерывность обслуживания
и мобильность);
• на уровне архитектуры – усовершенствование архитектуры
NG-RAN (т.е. поддержку коммутатора фидерной линии, сете-
вых идентификаторов, регистрации/пейджинга, взаимосвязи
сот) и аспекты использования радиочастот / охват частотных
диапазонов, требования к управлению радиоресурсами RRM,
требования компенсации синхронизации UE и точности ча-
стоты.
Расширение текущего использования спектра до 71 ГГц включает
исследование использования как лицензируемых полос спектра, так
и нелицензированных для доступа по радиоинтерфейсу NR при ока-
зании услуг 5G в более высоких частотных диапазонах по следующим
направлениям: использование новой нумерологии и оценки влияния
на частичное использование полос (bandwidth parts, BWP), использо-
вание технологий Beamforming, HARQ и т.д.; поддержка до 64 блоков;
механизмы доступа к каналу, включая работу на основе технологии
Beamforming; механизмы доступа к каналу для соответствия правилам
нелицензированного использования спектра в этой части диапазона
ММДВ; спецификация новых диапазонов в частотном диапазоне от
52,6 до 71 ГГц.
Расширение сетевых слоев RAN Slicing для радиоинтерфейса NR.
В проводимой работе исследуется совершенствование поддержки
RAN для разделения сети на сетевые слои, включая: обеспечение бы-
строго доступа абонентского устройства UE к соте, поддерживающей
выбранный слой (например повторный выбор соты на основе слоя,
конфигурация канала случайного доступа RACH на основе слоя для
запрета сот); поддержка непрерывности обслуживания внутри RAT
(например целевая сота, не поддерживающая текущий слой UE, тре-
бующий повторного отображения слоя, восстановления и процедур
пересылки данных).
28 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
1.4. Основные сетевые технологии 5G релиза 17
Основные сетевые технологии 5G релиза 17 охватывают целый ряд
инноваций для улучшения управления и функционирования опорной
сети 5G Core.
Инновации самоорганизующихся сетей SON в сети 5G. Работы на-
целены на определение вариантов использования, требований к сети,
а также службам управления и процедурам для следующих функций
SON: оптимизация покрытия и емкости (CCO), оптимизация балан-
сировки нагрузки (LBO), оптимизация распределения ресурсов сети
5G, самовосстановление функций сети 5G (включая автоматическое
управление программным обеспечением и автоматическую обработку
данных конфигурации сети). Следующим шагом развития сетей SON
станет переход от классических SON, адаптирующих свои функции
к конкретным состояниям среды, к самоподдерживающимся сетям
SSN (Self-Sustaining Networks), которые могут постоянно поддер-
живать свои ключевые показатели эффективности (KPI) в условиях
высокой динамики изменения конфигурации и сценариев использо-
вания сетей 6G. Поэтому на сегодняшний момент технология SON
рассматривается 3GPP как технология-драйвер для развития сетей
5G в направлении применения искусственного интеллекта – алго-
ритмов машинного (ML) и глубокого обучения (DL).
Совершенствование управления частными сетями NPN и расши-
ренная поддержка непубличных сетей 5G направлены на:
• спецификацию сценариев развертывания частных сетей NPN:
a) вертикальная независимость управления сетями NPN, раз-
вернутых автономно,
б) независимое управление сетью NPN оператором PLMN для
предоставления вертикальных услуг,
в) управление частной сетью NPN оператором мобильной сети
общего пользования PLMN с предоставлением возможно-
стей управления для вертикальных услуг как клиента NPN;
• определение обеспечения автономной NPN (SNPN) и общедо-
ступной интегрированной сети NPN (PNI-NPN) с изоляцией
и управлением на основе SLA для локального развертывания
NPN на фабриках, предприятиях и в зданиях для обеспечения
покрытия в заданной географической области;
• исследование обеспечения поддержки автономной сети SNPN
с подпиской и учетными данными, принадлежащими объекту
неавтономной сети SNPN;
1.4. Основные сетевые технологии 5G релиза 17 29
• исследование возможностей адаптации и инициализации або-
нентских устройств UE для частных сетей NPN.
Улучшение разделения сети 5G на сетевые слои (этап 2). В этом на-
правлении совершенствования системы 5G в релизе 17 исследуются
пробелы в текущих процедурах системы 5G для поддержки универ-
сального шаблона слоя (Generic Slice Template, GST) в соответствии с
определением Ассоциации GSMA[25] и изучаются решения для устра-
нения существующих пробелов, такие как максимальное количество
UE на одном сетевом слое, максимальное количество сеансов PDU на
одном сетевом слое, максимальные скорости передачи данных DL и
UL на UE в сетевом слое. Это должно привести к единому пониманию
и практической реализации сетевых слоев в сети 5G.
Совершенствование подключения, идентификации и отслеживания
беспилотных авиационных систем (БПЛА). Для удовлетворения по-
требностей нового и быстроразвивающегося сектора беспилотных
авиационных систем (БАС), состоящих из беспилотных летательных
аппаратов (БПЛА, синоним – дроны), в рабочих группах партнерского
проекта 3GPP была выполнена большая работа по стандартизации
требований к сетям 5G, чтобы они отвечали потребностям в под-
ключении БАС и БПЛА к сетям 5G, а также контроллеров БПЛА
для тщательного управления воздушным трафиком БПЛА. Работы
релиза 17 направлены на исследование архитектуры и системных
аспектов сети 5G для поддержки функций управления и контроля
БПЛА (например контроллер БПЛА, идентификация и отслеживание
БПЛА), авторизацию и аутентификацию в сценариях связи (например
контроллер БПЛА с БПЛА, БПЛА с БПЛА, БПЛА с контроллером
БПЛА); потенциальные улучшения связи необходимы для обмена
трафиком между контроллером БПЛА и БПЛА с учетом возможности
соединения как LOS, так и NLOS.
Совершенствование граничных вычислений (MEC) в 5G Core
обеспечивает решение ключевых проблем и поддержку пересылки
трафика приложений UE и контента в приложения, развернутые на
пограничном сервере MEC, например обнаружение IP-адреса, раз-
вернутого на сервере приложений в периферийной вычислительной
среде; улучшение в 5GC для поддержки плавной смены сервера при-
ложений, обслуживающего абонентские устройства UE; эффективное
(то есть с малой задержкой) обеспечение локальных приложений
информацией, например, о качестве услуг QoS, которая влияет на
начисление платы и контроль политик.
30 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Инновации в технологиях расширенной реальности в сетях 5G. Тех-
нология 5G eXtended Reality (5G-XR) является эволюционным путем
перехода от дополненной реальности (AR), виртуальной реальности
(VR), смешанной реальности (MR) к расширенной реальности (XR).
Сеть 5G обеспечивает высокоскоростные каналы связи с низкой
задержкой между устройствами с расширенной реальностью XR
и приложениями XR. Кроме того, благодаря сетям 5G появляется
возможность изменить архитектуру предоставления мобильных
услуг XR. Пограничные облачные серверы MEC используются для
повышения эффективности обработки изображений на абонентском
устройстве 5G и более эффективного использования фотореали-
стичной графики и визуальных изображений с малыми задержками.
Промышленный дизайн устройств XR может быть не зависящим
от традиционных ограничений по тепловому режиму, мощности и
форм-фактору. В рамках исследований, проводимых в релизе 17,
начнется изучение требований к характеристикам производитель-
ности сетей 5G для различных случаев использования, относящихся
к этой более широкой категории услуг виртуальной реальности (то
есть VR, AR, MR и XR).
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18
Общая стратегия и направления работ в релизе 18 (рис. 1.5) сфор-
мулированы в течение 2021 г. на семинарах рабочих групп по сетям
радиодоступа RAN и CN.
TSG# 2020 2021 2022 2023
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
(SA1’s Stage 1 & «RAN content definition» completed TSG#86)
Этап 2 (SA2, SA6) Исследования
Этап 2 (SA2, SA6, ...) Normative
Этап 3 (CT & SA’s St.3 work)
ASN.1 & Open APIs
RAN4’s Perf
Release 18
Release 17
«RAN Completion» (RAN2/3/4core)
Этап 1 80% 100%
RAN content def.
RAN
Workshop
SA
Workshop
RAN1
Рис. 1.5. Стратегия и направления работ в релизе 18 3GPP
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18 31
К настоящему времени сформулированы следующие направления
развития сети радиодоступа RAN:
1. Развитие MIMO в линии «вниз» по следующим направлениям:
• дальнейшее совершенствование информационного рефе-
ренсного сигнала CSI (Channel Status Information), исполь-
зуемого абонентским терминалом для оценки состояния
канала, который пользовательское оборудование (UE)
передает узлу сети доступа RAN (gNB) в качестве обратной
связи;
• совершенствование технологии обработки multi-TRP для
облегчения ICI за счет динамической координации между
множеством TRP (множества точек приема-передачи, из ко-
торых UE будут иметь доступ к сети, т.е. макросот, микросот,
пикосот, фемтосот, удаленных радиоголовок RRU, релейных
узлов и т.д.) и многолучевыми антеннами (multi-beam);
• использование в оборудовании CPE в помещении.
2. Совершенствование сети радиодоступа 5G RAN в линии
«вверх»:
• работа более четырех передатчиков (Tx) в линии вверх;
• работа нескольких излучающих антенных панелей / не-
скольких точек приема-передачи TRP в линии вверх;
• частотно-избирательное предварительное кодирование;
• дальнейшие улучшения покрытия в линии вверх.
3. Совершенствование мобильности сети со следующими пара-
метрами:
• межсотовая мобильность на основе системных уровней L1
и L2;
• совершенствование стека протоколов DAPS (Dual Active
Protocol Stack) / CHO (Conditional HandOver);
• совершенствование технологий, специфичных для подди-
апазона FR2 (миллиметровые волны).
4. Дополнительные топологические улучшения (технология IAB
и интеллектуальные повторители):
• интегрированная мобильная транспортная сеть Mobile IAB
(Integrated Access Backhaul) / релейная линия, устанавлива-
емая на транспортном средстве (VMR);
• умный ретранслятор с информацией бокового управления SL.
5. Совершенствование технологии расширенной реальности XR
для следующих аспектов:
32 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• ключевые параметры функционирования и качества услуг
(KPI/QoS), работа с информацией о приложениях;
• аспекты, связанные с энергопотреблением, покрытием,
емкостью и мобильностью, характерные для XR.
6. Улучшения боковой линии связи Sidelink (за исключением по-
зиционирования):
• совершенствование технологии SL (использование нели-
цензированных диапазонов, улучшение энергосбережения,
повышение эффективности и т.д.);
• совершенствование ретрансляции сигналов в линии SL;
• совместное использование технологий LTE V2X и NR V2X.
7. Эволюция технологии широкополосного Интернета вещей
RedCap по следующим направлениям (за исключением по-
зиционирования):
• новые варианты использования и новые полосы пропуска-
ния абонентских устройств UE (менее 5 МГц);
• улучшение энергосбережения.
8. Развитие неназемных сетей NTN:
• использование радиоинтерфейса NR в сетях NTN;
• использование сетей NTN для услуг IoT (Интернет вещей).
9. Развитие широковещательных и многоадресных услуг:
• услуги вещания 5G на основе радиоинтерфейса LTE;
• услуги многоадресного вещания NR MBS в сетях.
10. Расширенное и улучшенное позиционирование со следующими
параметрами:
• позиционирование в боковой линии связи SL;
• повышенная точность, целостность и энергоэффективность;
• позиционирование для технологии RedCap (широкопо-
лосного IoT).
11. Совершенствование дуплексного режима в части:
• сценариев развертывания сети для дуплексного режима
FDD;
• управления помехами в дуплексном режиме.
12. Применение искусственного интеллекта AI и машинного об-
учения ML в следующих областях:
• радиоинтерфейс NR (варианты использования для фоку-
сировки, ключевые параметры функционирования KPI и
методология оценки, участие сети и UE и т.д.);
• новое поколение сети радиодоступа NG-RAN.
1.5. Общая стратегия и направления работ в релизе 18 33
13. Экономия сетевой энергии по следующим направлениям:
• ключевые показатели эффективности экономии энергии и
методология оценки;
• основные направления экономии и возможные решения.
14. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3.
Набор 1:
• энергосбережение в абонентских устройствах UE;
• совершенствование, улучшение и расширение поддержки
за пределами 52,6 ГГц;
• совершенствование агрегации несущих CA (Carrier Aggregation)
/ двойное присоединение DC (Dual-Connectivity)
(например MR-MC (Multi-Radio/Multi-Connectivity) и т.д.);
• гибкая интеграция радиочастотного спектра;
• реконфигурируемые интеллектуальные поверхности (RIS);
• другие темы, лежащие в компетенции рабочей группы
RAN1.
15. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3.
Набор 2:
• беспилотные летательные аппараты БПЛА;
• промышленный Интернет вещей IIoT / сверхнадежная связь
с малой задержкой URLLC;
• использование частотных каналов менее 5 МГц в выделен-
ном для 5G частотном спектре;
• совершенствование для различных типов устройств IoT;
• совершенствование системы на высокоподнятых платфор-
мах HAPS;
• совершенствование сетевого кодирования.
16. Дополнительные темы-кандидаты рабочих групп RAN1/2/3,
Набор 3:
• координация технологии Inter-gNB в следующих областях:
– работа с несколькими несущими между gNB/gNB-DU,
– Inter-gNB / работа распределенного модуля gNB-DU с
несколькими излучающими поверхностями TRP;
• повышение отказоустойчивости централизованного модуля
gNB-CU базовых станций;
• совершенствование сетевых слоев сети радиодоступа 5G
RAN;
• использование нескольких универсальных модулей иден-
тификации (MUSIM) в абонентском устройстве 5G;
34 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
• агрегирование спектра в абонентских устройствах UE;
• улучшение безопасности;
• совершенствование самоорганизующихся сетей SON /
минимизация драйв-тестов (MDT);
• прочие задачи рабочих групп RAN2/RAN 3-led.
17. Возможное совершенствование областей исследования рабо-
чей группы RAN4.
Таким образом, анализ приведенных выше направлений иссле-
дований и стандартизации технологии NR и сети радиодоступа 5G
RAN показывает, что предлагаемые инновационные технологии
сформируют облик нового этапа эволюции сетей поколения 5G в
направлении 5G Аdvanced, который будет характеризоваться более
совершенными функциональными возможностями, а также более
высокими техническими характеристиками и параметрами.
Аналогичные направления развития опорной сети 5G Core сфор-
мулированы в 2021 г. в целевых рабочих группах CN Партнерского
проекта 3GPP, что позволило определить общие планы стандартиза-
ции релиза 18.
Реализация партнерским проектом 3GPP начального этапа стан-
дартизации поколения 5G в виде релизов 15 и 16 позволила сформи-
ровать технические требования и облик сети радиодоступа 5G RAN и
опорной сети 5G Core для их внедрения разработчиками в сетевое и
абонентское оборудование 5G для коммерческого вывода на рынок.
Сравнительные оценки технических требований релизов 15 и 16 пока-
зали необходимость их совершенствования для достижения требований
рекомендаций МСЭ к сетям, относимым к поколению 5G.
Несмотря на сложности, связанные с работой партнерского про-
екта 3GPP в период ограничений, связанных с эпидемией КОВИД-19
и переходом на дистанционное общение специалистов в целевых и
рабочих группах 3GPP, работы по стандартизации технологии 5G в
релизе 17 замедлились несущественно и б удут окончательно завер-
шены в 2022 г.
В релизе 17 стандартизовано большое количество новых инно-
ваций и рассматривается более 400 исследовательских вопросов,
завершающих первую фазу развития 5G для перехода в 2022 г. к стан-
дартизации нового поколения сетей 5G Аdvanced в релизе 18.
Релиз 18 открывает фазу развития технологии 5G Аdvanced, тре-
бования к которой будут сформированы в течение этого года, работы
по ним планируется завершить в 2023 г.
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 35
1.6. Деятельность Международного союза
электросвязи по сетям 6G
В Международном союзе электросвязи (МСЭ) изучение и стандар-
тизация требований к новым системам связи шестого поколения, в
том числе разработка новых рекомендаций, содержащих требования
к системе 6G, будут проводиться по аналогии с разработкой рекомен-
даций для стандарта 5G/IMT-2020. Разработкой новых рекомендаций
будет заниматься сектор радиосвязи (МСЭ-Р) при взаимодействии с
другими секторами МСЭ.
Анализ деятельности фокус-группы МСЭ-Т «Технологии для се-
ти – 2030» (FG NET-2030). Фокус-группа МСЭ-Т «Технологии
для сети –2030» (FG NET-2030) была создана исследовательской
группой МСЭ-Т 13 (ИК 13) в 2018 г. для изучения возможностей
сетей связи до 2030 г. и в последующий пе риод, в который ожидается
появление новых перспективных технологий: связи голографиче-
ского типа, связи с быстрой реакцией в критических ситуациях и
связи с высокой точностью определения местоположения для вер-
тикальных отраслей развивающихся рынков. Исследования направ-
лены на получение ответов на вопросы о том, какие типы сетевой
архитектуры и механизмы поддержки подходят для новых техно-
логий.
Фокус-группа NET-2030 проводила исследования новых механиз-
мов и технологий связи без ограничения со стороны существующих
сетей и сетевых парадигм или каких-либо конкретных существующих
технологий. Структура фокус-группы и количество исследовательских
вопросов показаны на рис. 1.6.
Структура фокус группы NET 2039 ИК13
РГ1. Сценарии использования и требования
Создана
в июле 2018
Девять
исследо
вательских
вопросов
(2018–2020)
РГ2. Сетевые услуги и технологии
РГ3. Архитектура и инфраструктура
Рис. 1.6. Структура фокус-группы NET-2030
36 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Основные направления деятельности фокус-группы NET-2030
включают:
• изучение, обзор и изыскания существующих технологий, плат-
форм и стандартов в целях выявления пробелов и проблем на
пути к сетям 2030 г., которые не поддерживаются существую-
щими и ближайшими будущими сетями;
• формирование аспектов исследований, включая видение (об-
лик) сетей NET-2030, требования, архитектуру, новые варианты
использования, методологию оценки и т.д.;
• обеспечение руководящих принципов МСЭ для разработки
дорожной карты стандартизации NET-2030;
• становление связей и отношений с другими исследовательски-
ми группами;
• исследование перспектив сетей фиксированной передачи
данных и технологий, в том числе исследования концепции
применения протокола New IP, Интернета вещей, интеллек-
туальных сетей, промышленного управления, дистанционного
управления автотранспортом, облачных технологий.
Одна из задач, которую ставила перед собой ФГ NET-2030 –
исследовать будущее технологий mMTС (massive Machine Type
Communications – массовые услуги связи между машинами), uRLLC
(Ultra Reliable Low Latency Communications – услуги передачи дан-
ных с высокой надежностью и низкой задержкой), eMBB (enhanced
Mobile Broadband – улучшенная мобильная широкополосная связь)
на период 2018–2020 гг.
За это время фокус-группа NET-2030 провела семь собраний и
завершила свою деятельность. По результатам деятельности ФГ NET-
2030 были выпущены следующие документы:
1) Белая книга МСЭ «Сеть-2030 – проект технологии, приложений
и драйверов рынка на пути к 2030 году и далее» (май 2019 г.) [30];
2) отчет FG NET-2030 «Новые услуги и возможности для сети
2030: описание, технический разрыв и анализ целевых пока-
зателей производительности» (октябрь 2019 г.) [31];
3) технический отчет «Сети-2030 – дополнительное представ-
ление сценариев использования и ключевых требований к
сетям-2030 (июнь 2020 г.) [32];
4) технический отчет «Сети-2030 – Gap-анализ новых услуг,
возможностей и сценариев использования сетей-2030» (июнь
2020 г.) [33];
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 37
5) технические спецификации «Сети-2030 – термины и опреде-
ления для сетей-2030» (июнь 2020 г.) [34].
Фокус-группа МСЭ-Т NET-2030 сформулировала ряд сценариев
использования сетей 6G, из них семь типовых сценариев рассматри-
ваются для использования с их ключевыми сетевыми требованиями:
• связь голографического типа (HTC);
• тактильный Интернет для удаленных операций (TIRO);
• интеллектуальная операционная сеть (ION);
• конвергенция сетей и облачных вычислений (NCC);
• цифровой двойник (DT);
• спутниково-наземная инте грированная сеть (STIN).
В ходе работ по сетям 6G Фокус-группой NET-2030 был предложен
новый протокол New IP (новый IP) ввиду того, что существующая
пропускная способность протокола IP и задержка не гарантируются
текущим сквозным протоколом TCP/IP, который призван решить
следующие задачи:
• радиодоступ в мобильных сетях не синхронизируется с управ-
лением потоком TCP/IP, что ведет к избыточной повторной
передаче пакетов в протоколе TCP, в результате чего снижается
скорость передачи данных;
• неэффективно используются протоколы;
• существующий протокол не подходит для mMTC и uRLLC
ввиду слишком низкой эффективности полезной нагрузки
пользователя и отсутствия сквозной гарантии задержки.
Предложено начать разработку протокола New IP, т.к.:
• новый IP в настоящее время находится в стадии разработки
инженерами и учеными-исследователями как из промышлен-
ности, так и из академических кругов различных стран;
• некоторые прототипы уже были представлены;
• некоторые операторы и поставщики услуг проявили большой
интерес к новой технологии;
• стандартизация технологии еще не началась.
Предложенное фокус-группой NET-2030 расширение сцена-
риев использования сетей 6G включало: голографическую связь,
тактильный Интернет для удаленных операций, интеллектуальную
операционную сеть, конвергенцию сетевых вычислений, цифровые
двойники, наземно-космическую интегрированную сеть, промыш-
ленный IoT с облачностью, приложения для расширенных научных
данных, приложения для анализа данных, передачу данных в режиме
38 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
реального времени, экстренное и аварийное спасение, национали-
зированный Интернет вещей, подключение и обмен широко рас-
пространенными данными, моделями и знаниями ИИ.
На заключительном собрании фокус-группы NET-2030 перед ее
закрытием были рассмотрены и утверждены:
1) технический отчет «Анализ недостающих услуг, возможностей
и вариантов использования NET-2030»;
2) технический отчет «Дополнительные репрезентативные сце-
нарии использования и требования к сети для NET-2030»;
3) техническая спецификация «Архитектура NET-2030»;
4) техническая спецификация «Термины и определения».
Далее эти отчеты и спецификации были переданы для рассмотре-
ния на исследовательскую комиссию МСЭ-Т ИК-13.
Работа по тематике сетей 6G в секторе радиосвязи МСЭ-Р. В 2020 г.
вопрос исследования технологии сетей связи 6G перешел из ведения
фокус-группы NET 2030 сектора стандартизации Международного
союза электросвязи (МСЭ-Т) в сектор радиосвязи (МСЭ-R) в 5-ю
исследовательскую комиссию «Наземные радиослужбы» (ИК5).
В октябре 2020 г. была начата работа над новыми рекомендация-
ми МСЭ-R М. [IMT.VISION 2030], а также подготовлен новый отчет
МСЭ-Р М. [IM4FWB] по использованию наземного компонента сети
IMT для фиксированной беспроводной широкополосной связи и
доклад о технических характеристиках, эксплуатационных аспектах
и возможностях, связанных с конкретными промышленными и кор-
поративными приложениями использования IMT.
На текущий момент в рамках МСЭ-Р сети 6G получили название
IMT-2030 по аналогии с рекомендацией МСЭ-Р M.2038 для сетей
IMT-2020. Сам термин IMT-2030 окончательно не утвержден и будет
уточняться в ходе дальнейших собраний МСЭ-Р.
На 37-м заседании рабочей группы WP 5D (март 2021 г.) была
создана специальная рабочая подгруппа SWG. Цель подгруппы
SWG – разработать проект новых рекомендаций МСЭ-R M. [IMT.
VISION 2030 AND BEYOND], определяющих облик системы 6G к
44-му собранию WP 5D (июнь 2023 г.) перед проведением Ассамблеи
радиосвязи в 2023 г. (рис. 1.7).
В рекомендациях будут отражены основные технологические
тренды развития систем IMT-2030 к 2030 г. и далее. Рекомендации
определят рамки и общие цели будущего развития IMT-2030 на 2030 г.
и последующий период. В этих рекомендациях подробно будет описа-
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 39
на структура будущего развития IMT-2030, включая широкий спектр
возможностей, связанных с предполагаемыми сценариями исполь-
зования. Данные рекомендации разрабатываются с учетом развития
IMT, определенного в рекомендациях МСЭ-R M.2083. Содержание
рекомендаций будет включать: введение, мегатенденции в развитии
технологий IMT-2030 на 2030 г. и далее, эволюцию и роль предыдущей
технологии IMT-2020, сценарии использования IMT-2030, возмож-
ности системы IMT-2030, цели развития.
2012 2013 2014 2015
5D#13 5D#14 5D#15 5D#16 5D#17 5D#18 5D#19 5D#20 5D#21 5D#22
5D#37 5D#38 5D#39 5D#40 5D#41 5D#42 5D#43 5D#44
10 meetings
Vision
Workshop
[Vision
Workshop]
8 meetings
2021 2022 2023
M.2083
[Vision
2030]
(placeholder)
Рис. 1.7. Графики разработки облика систем IMT-2020 и IMT-2030
Данные рекомендации помогут стимулировать и направлять от-
расли и администрации связи в дальнейшем развитии IMT-2030 на
период до 2030 г. и далее. В рекомендациях основное внимание будет
уделено роли IMT-2030 и тому, как система IMT сможет лучше слу-
жить обществу в будущем, также будет выработана основа и общие
цели дальнейшего развития IMT на 2030 г. и последующий период.
РГ 5D провела 14 июня 2022 г. отдельный семинар, посвященный
разработке рекомендаций.
В рамках РГ 5D началась работа над проектом нового отчета
МСЭ-Р [IMT. FUTURE TECHNOLOGY TRENDS OF TERRESTRIAL
IMT SYSTEMS TOWARDS 2030 AND BEYOND]. В предварительном
рабочем плане определено, что отчет будет разработан в течение
четырех собраний РГ 5D. В настоящий момент разрабатываются со-
держание и структура отчета.
В 2023 году была завершена разработка рекомендаций, а также
внесены изменения в отчет M.2376, касающиеся возможности реа-
лизации IMT в полосах выше 6 ГГц.
40 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
ITU R WP5D overview timeline for «IMT 2030»
2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D 5D
#34 #35 #36 #37 #38 #39 #40 #41 #42 #43 #44 #45 #46 #47 #48 #49 #50 #51 #52 #53 #54 #55 #56 #57 #58 #59 #60 #61 #62 #63 #64
WRC 23 WRC 27
ITU Report
Future Technology trends
Recommendation Vision of IMT for
2030 and beyong
Modifications of
Resolutions
56/65
Revision of report M.2376 IMT
feasibility above 6 GHz
IMT Traffic forecast
2030~2040
Background & process
Workshop
Circular letters (and later Addendum)
Inside of ITU
Technical performance
requirements
Evaluation criteria & method
Submission templates
Outside of ITU
Technology Proposals
for «IMT 2030»
Outside and Inside of ITU
Evaluation
Consensus building
Outcome & Decision
«IMT 2030» specifications
Revision of M.1822
Framework for
services supported
by IMT
Рис. 1.8. Расписание рассмотрения вопросов IMT-2030 в РГ 5D
1.6. Деятельность Международного союза электросвязи по сетям 6G 41
К 2026 г. будет завершена техническая оценка предложений
по технологиям IMT-2030 и определены требования к сетям 6G.
В 2028–2030 гг. будет завершена разработка спецификаций IMT-
2030. Предложенное расписание рассмотрения вопросов IMT-2030
в рамках работы МСЭ-R РГ 5D представлено на рис. 1.8.
В декабре 2022 года РГ 5D МСЭ-R разработала и опубликовала
новый Отчет МСЭ-R M.2516 «Будущие технологические тенден-
ции» [35]. В этом отчете представлен широкий взгляд на будущие тех-
нические аспекты наземной IMT системы с учетом временных рамок
развития до 2030 года и далее с точки зрения внедрения ключевых
новых услуг, тенденций применения и соответствующих факторов раз-
вития применительно к радиоинтерфейсам, мобильным терминалам
и сетям радиодоступа в период до 2030 года и далее.
На собрании WP 5D МСЭ-R в июне 2023 года была согласована
работа над проектом новой Рекомендации МСЭ-R «Структура и об-
щие цели будущего развития IMT на 2030 год и последующий период»,
который можно рассмотреть в качестве основы для стандартизации
и разработки следующего поколения стандартов IMT/6G.
В этом проекте Рекомендации рассматриваются:
• Тенденции, влияющие на создание IMT-2030;
• Сценарии использования IMT-2030;
• Возможности IMT-2030;
• Предложения по эволюционному развитию IMT-2030.
Кроме того, рабочая группа WP 5D МСЭ-R начала работу над
отчетом «IMT на пути к 2030 году и далее», применяя процесс ис-
следований для IMT, который уже был реализован для IMT-2000,
IMT-Advanced и IMT-2020, в результате чего рабочей группой
WP 5D были разработаны ряд Рекомендаций МСЭ-R: М.1457 [36],
М.2012 [37] и М.2150[38]. Планируется разработать в рамках деятель-
ности МСЭ-R отчет «Техническая осуществимость IMT в полосах
частот выше 100 ГГц».
Прошедшая Ассамблея радиосвязи 2023 года (АР-23) утвердила
пересмотренную версию Резолюции МСЭ-R 56 , подтвердив на-
звание следующего поколения IMT (также известного как «6G») как
«IMT-2030», а также Резолюцию МСЭ-R 65, в которой описывается
принципы исследования и стандартизации IMT-2030. Наряду с этими
изменениями АР-23 также утвердила новую Рекомендацию МСЭ-R
M. 2160 «Структура и общие цели будущего развития IMT на 2030 год
и последующий период» [39].
42 Глава 1. Международная стандартизация сетей 5G и 6G
Литература к главе 1
1. Report ITU-R M.2370-0 (07/2015). IMT traffic estimates for the years 2020 to
2030.
2. Рекомендация ITU-Р M.2083-0. Концепция IMT – основы и общие задачи
будущего развития IMT на период до 2020 года и далее (2015).
3. Тихвинский В.О., Бочечка Г.С. Концептуальные аспекты создания 5G //
Электросвязь. 2013. № 10.
4. Тихвинский В.О. Стандартизация мобильной связи 5G как процесс создания
инфраструктурной основы цифровой экономики // Электросвязь. 2018. № 11.
5. ITU-T TSAG meeting on 11 November 2005.
6. 3GPP TS 38.201. NR; Physical Layer – General Description.
7. 3GPP TS 38.202. NR; Services provided by the physical layer.
8. 3GPP TS 38 104. NR; Base Station (BS) radio transmission and reception.
9. 3GPP TS 38 101. NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception.
10. 3GPP TR 38 817-1. NR; General aspects for UE RF for NR.
11. 3GPP TR 38 817-2. NR; General aspects for BS RF for NR.
12. 3GPP TR 38 813. NR; New frequency range for NR (3.3–4.2 GHz).
13. 3GPP TR 38 901. NR; Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100
GHz.
14. 3GPP TS 38.300. NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2.
15. 3GPP TS 38.401. NG-RAN; Architecture description.
16. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
17. 3GPP TR 23.799. Study on new radio access technology: Radio access architecture
and interfaces.
18. 3GPP TR 29.891. 5G System – Phase 1; CT WG4 Aspects.
19. 3GPP TR 38.801. Study on new radio access technology: Radio access architecture
and interfaces.
20. 3GPP TS 38.470. NG-RAN; F1 general aspects and principles.
21. 3GPP TS 38.420. NG-RAN; Xn general aspects and principles.
22. 3GPP TR 21.917. Release description; Release 17.
24. 3GPP TR 21.918. Release description; Release 18.
25. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System; Stage 2.
26. GSMA Report. From Vertical Industry Requirements to Network Slice Characteristics,
GSMA, August 2018.
27. 5G Evolution: 3GPP Releases 16–17, 5G Americans, January 2020.
28. A 5G Americans White Paper: 3GPP Releases 16&17&Beyond, 5G Americans,
January 2021.
29. Ghosh A., Maeder A., Baker M., Chandramouli D. 5G Evolution: A View on 5G
Cellular Technology Beyond 3GPP Release 15, Open Access Journal, Volume 7,
IEEE, 2019DOI: 0.1109/ACCESS.2019.2939938.
30. Белая книга МСЭ. Сеть-2030 – проект технологии, приложений и драйверов
рынка на пути к 2030 году и далее (май 2019 года).
Литература к главе 1 43
31. Отчет FG NET-2030. Новые услуги и возможности для сети-2030: описание,
технический разрыв и анализ целевых показателей производительности
(октябрь 2019 г.).
32. Технический отчет. Сети-2030 – дополнительное представление сценариев
использования и ключевых требований к сетям-2030 (июнь 2020 г.).
33. Технический отчет. Сети-2030 – Gap-анализ новых услуг, возможностей и
сценариев использования сетей-2030 (июнь 2020 г.).
34. Технические спецификации. Network-2030 – термины и определения для
сетей-2030 (июнь 2020 г.).
35. Отчет МСЭ-R M.2516 – Будущие технологические тенденции наземных
систем IMT к 2030 году и в последующий период.
36. Рекомендация МСЭ-R M.1457 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов Международной мобильной электросвязи-2000 (IMT-
2000).
37. Рекомендация МСЭ-R M.2012 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов усовершенствованной международной мобильной
электросвязи (IMT-Advanced).
38. Рекомендация МСЭ-R M.2150 – Подробные спецификации наземных
радиоинтерфейсов Международной мобильной электросвязи-2020 (IMT-
2020).
39. Рекомендация МСЭ-R M. 2160 «Структура и общие цели будущего развития
IMT на 2030 год и последующий период».
ÃËÀÂÀ 2
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÛÅ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÒÅËÜÑÊÈÅ
ÏÐÎÅÊÒÛ ÏÎ ÐÀÇÂÈÒÈÞ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÉ 5G
Успехи в развитии мобильных сетей связи и показатели рынка мо-
бильных услуг не позволили ученым и разработчикам остановиться
на достигнутом в ходе эволюции цепочки технологий 4G (LTE – LTE
Advanced – LTE Pro). Начиная с 2013 г. ряд ведущих мировых про-
изводителей телекоммуникационного оборудования и операторов
мобильной связи (Ericsson, Samsung, Huawei, Vodafone и др.) на
всемирных форумах (MWC-13, LTE World Summit-13 и др.) анонси-
ровали начало исследовательских проектов по созданию технологии
мобильной связи поколения 5G [1, 2].
Европейское сообщество в рамках начатых проектов исследований
по 5G стремится решить задачу технологического лидерства Европы
на мировом телекоммуникационном рынке и создания новых рабочих
мест в индустрии ИКТ.
Российская Федерация в рамках реализации плана мероприятий
по направлению «Информационная инфраструктура» программы
«Цифровая экономика Российской Федерации» приступила к раз-
работке национальной концепции создания 5G и современной
регуляторной базы для будущих операторов 5G, что требуется для
скорейшего внедрения сетей 5G, чтобы занять достойн ое место среди
стран, создавших инфраструктуру сетей связи 5G к 2020 г.
2.1. Ассоциации 5G-PPP и 5G AI как государственно-
частные партнерства ЕС для создания 5G
Государственно-частное партнерство 5G-PPP (далее – Ассоциация
5G-PPP) в рамках Horizon 2020 («Горизонт 2020») Европейского Со-
юза является крупнейшей исследовательской программой в мире
по системе 5G, которая станет будущей глобальной сетью связи [3].
Создание мобильной системы связи 5G в Европе основывается на
исследовательских проектах, начатых уже в предыдущей рамочной
исследовательской программе ЕС (программа FP 7), которые про-
ложили путь к видению и базовым понятиям 5G. Исследования в
рамках 5GPPP имеют очень широкий охват далеко за пределами
2.1. Ассоциации 5G-PPP и 5G AI как государственно-частное партнерства ЕС 45
для создания 5G
классических телекоммуникаций. Текущее видение 5G-PPP и тех-
нические требования представлены в документе 5G, который был
принят на Всемирном мобильном конгрессе (MWC-15) в Барселоне
в марте 2015 г.
В декабре 2013 г. Ассоциацией 5G-PPP был подписан договор с
Еврокомиссией (ЕК), представляющей государственную сторону,
и Ассоциацией инфраструктуры 5G, которая представляет частную
сторону в данном государственно-частном партнерстве (ГЧП). Госу-
дарственно-частное партнерство ЕК и Ассоциации инфраструктуры
5G для реализации исследовательской программы «Горизонт-2020»
предназначено для развития промышленности, укрепления евро-
пейской экономики и влияния на будущие глобальные стандарты,
основанные на исследованиях 5G в Европе.
Ассоциация 5G-PPP объединяет множество заинтересованных
сторон отрасли связи: крупнейших операторов сетей связи, малые и
средние предприятия, научно-исследовательские центры и универ-
ситеты. Ассоциация 5G-PPP основана на участии избранных членов
Европейской технологической платформы Networld2020 и поддер-
живает принципы открытости, прозрачности и репрезентативности
европейского сектора телекоммуникаций.
Общая цель другой Ассоциации инфраструктуры 5G (5G IA) со-
стоит в том, чтобы продвигать НИОКР для промышленности сетей
связи в целях укрепления этой индустрии в Европейском Союзе,
развития технологий в Европе путем привлечения студентов, повы-
шения конкурентоспособности европейской промышленности за
счет предоставления новых инструментов и возможностей произ-
водства оборудования 5G в Европе. Ассоциация 5G IA сотрудничает
с Еврокомиссией в разработке рабочей программы по 5G в рамках
программы «Горизонт-2020» через специальный партнерский со-
вет, в котором обсуждается программа работы 5G и другие виды
деятельности для продвижения проектов Ассоциации 5G-PPP и ре-
зультатов в глобальном масштабе. Кроме того, ассоциация работает
над интеграцией Европейского сообщества, и в частности малых и
средних предприятий, в европейские совместные исследовательские
проекты. Ассоциация 5G IA заключила меморандумы о взаимопони-
мании с контрагентами в Китае, Корее, Японии, Северной Америке
и Бразилии.
Ассоциация 5G-PPP в настоящее время осуществляет работы
второго этапа своей деятельности: так, в июне 2017 г. в Брюсселе был
46 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
запущен 21 новый проект. На втором этапе (в ближайшее десятилетие)
5G-PPP будет разрабатывать и поставлять решения, архитектуры,
технологии и стандарты для телекоммуникационной инфраструкту-
ры следующего поколения. Это обеспечит такие возможности, как
1000-кратное увеличение пропускной способности беспроводной
сети, обслуживающей более семи миллиардов человек (при подклю-
чении семи триллионов устройств Интернета вещей), и экономия 90%
энергии за предоставление услуг, создание безопасного, надежного
Интернета с нулевым временем простоя для услуг.
Задача государственно-частного партнерства 5G-PPP также со-
стоит в том, чтобы обеспечить лидерство ЕС в тех областях телеком-
муникаций, где Европа имеет сильные технологические позиции или
где есть потенциал для создания единого цифрового рынка: например,
в таких секторах, как умные города, электронное здравоохра нение,
интеллектуальный транспорт, образование или развлечения, СМИ.
Инициативы ассоциации 5G-PPP направлены на укрепление европей-
ской телекоммуникационной отрасли, чтобы успешно конкурировать
на мировых рынках и открывать новые инновационные возможности.
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части
исследовательских проектов создания 5G
Программа «Горизонт-2020» или Восьмая рамочная программа Ев-
ропейского Союза по развитию научных исследований и технологий
(FP8), – семилетняя программа финансирования Европейского Со-
юза для поддержки и поощрения исследований в Европейском иссле-
довательском пространстве в период с 2014 по 2020 гг. В рамках этой
программы выделены телекоммуникационные проекты, составившие
телекоммуникационный пакет, управляемый Ассоциацией 5G PPP,
в целях привлечения частных инвестиций в государственно-частое
партнерство с начальными инвестициями со стороны Еврокомиссии
(ЕК) в размере 700 млн евро.
Согласно плану Ассоциации 5G-PPP ведущие производители
мировой телекоммуникационной отрасли увеличат инвестицион-
ный фонд ЕК как минимум в пять раз, в результате чего общий объ-
ем инвестиций в исследовательские р аботы 5G-PPP составит более
4 млрд евро. В рамках первой фазы программы FP8 «Горизонт-2020»
(2015–2017 гг.) запланировано финансирование 19 проектов по различ-
ным направлениям создания сетей 5G, обобщенных на основе 83 пред-
ложений, полученных Е С от членов Ассоциации 5G PPP (рис. 2.1).
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 47
создания 5G
5G Ensure
Безопасность
5G Norma
5G NOvel мультисервисная
адаптивная сетевая архитектура
радио
COHERENT
Скоординированное управление
и управление спектром для 5G
гетерогенных сетей радиодоступа
SONATA
Сервисное программирование
и оркестрирование
виртуализованных
программных сетей
5GEх
Системы
роуминга 5G
mmMAGIC
Мобильные сети радиодоступа миллиметрового
диапазона волн для интегрированной связи 5G
FANTASTIC 5G
Гибкий радиоинтерфейс для пошаговой поставки
услуг в беспроводных сетях 5 го поколения
5G Xhaul
Динамические конфигурируемые оптико
беспроводные транспортные сети/ТС
с когнитивной плоскостью для малых сот
Xhaul
Интегрированные в 5G внешние
и внутренние транспортные сети
Euro 5G
5G PPP Coordination
and Support Action
Flrx5Gware
Гибкие
аппаратные/
программные
платформы
для сетевых элементов
и устройств 5G
SESAME
Координация малых сот
для мультитолерантных
и пограничных услуг
SPEED 5G
Предоставление QoS возможностей
охвата через расширенный DSA
для 5G
METIS II
Мобильная и беспроводная связь.
Факторы (2020) Информационного
сообщества II
VirtuWind
Прототип виртуальной
и программируемой промышленной
сети, развернутый в действующем
ветровом парке
SUPERFLUIDITY
Сверхтекучесть:
супертекучие,
с облачной природой,
конвергентные edge
системы
CHARISMA
Архитектура конвергентных гетерогенных
5G Cloud RAN для интеллектуального
и безопасного медиадоступа
SELFNET
Управление
для самоорганизующихся сетей SON
в виртуализованных и SDN сетях
Источник: 5G PPP
Проекты
Исследовательские
Инновационные
SDN & NVF проекты
СSA
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
R&I
I
I
I
EURO 5G
5G NORMA
5G Xhaul
5G ENSURE
CHARISMA
COGNET
COHERENT
FANTASTIC 5G
Flex5Gware
METIS II
mmMAGIC
SELFNET
SESAME
SPEED 5G
SUPERFLUIDITY
XHAUL
5GEx
SONATA
VirtuWind
Рис. 2.1. Первая фаза телекоммуникационных проектов программы FP8 «Горизонт-2020» (ис точник: 5G-PPP)
48 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
Первая фаза телекоммуникационных проектов программы FP8
«Горизонт-2020» стартовала в июле 2015 г., и большинство проектов
было завершено к середине 2017 г., а оставшаяся часть проектов
была завершена в середине 2018 г. Результаты этих проектов соста-
вили технологическую основу технических спецификаций релиза 15
(приложение 2) и преследовали следующие цели и задачи при их
реализации [5].
Проект 5G-ENSURE (5G Enablers for network and system security
and resilience). Общая цель 5G-ENSURE – стать эталонным проектом
по вопросам информационной и сетевой безопасности в экосистеме
5G, внося вклад в устойчивость сетей 5G. Проект был сосредоточен
на разработке архитектуры безопасности 5G, способной создать
необходимую гарантию и уверенность в том, что сети 5G будут ши-
роко использоваться и выполнять свои функции с помощью прило-
жений.
Проект 5G Exchange (5GEx). Общая цель проекта 5GEx – обе-
спечить эффективное междоменное оркестрирование служб через
несколько сетевых уровней, а также многодоменное оркестрирование
для отдельных административных слоев 5G. Такое объединенное
управление позволяет создавать сквозные виртуальные сети и службы
в средах при использовании нескольких поставщиков сетевого обо-
рудования и гетерогенных технологий. Чтобы преодолеть традици-
онное разделение сетевых ресурсов между процессами вычисления и
хранения, проект 5GEx также реализует составные сервисы, плавно
объединяя сети с функциями вычислений и хранения данных в раз-
ных сетевых доменах.
Проект 5G NORMA (NOvel Radio Multiservice adaptive network Architecture
for 5G networks). Основной целью проекта NORMA явля-
ется разработка концептуально новой, адаптивной и перспективной
архитектуры мобильной сети 5G. Используется инновационная
концепция адаптивной декомпозиции и распределения функций
мобильной сети, которая гибко распределяет функции сети и раз-
мещает их в наиболее подходящем месте в сетевой архитектуре.
Функции доступа и ядра сети больше не находятся в разных местах
и могут использоваться для совместной оптимизации работы сети,
когда это возможно. Архитектура обеспечивает высокий уровень
настройки сети, гарантирующий соблюдение жестких требований
к производительности, безопасности, стоимости и энергии, а также
предоставление управляемых API для архитектурной открытости,
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 49
создания 5G
способствующей экономическому выигрышу благодаря передовым
инновациям.
Проект 5G-XHaul (Dynamically Reconfigurable Optical-Wireless Backhaul
/ Fronthaul with Cognitive Control Plane for Small Cells and Cloud-
RANs). Целью проекта 5G-XHaul является конвергентное оптическое
и беспроводное транспортное решение, способное гибко подключать
микросоты (Small Cells) к базовой сети. Используя мобильность поль-
зователей, это решение должно позволять динамически распределять
сетевые ресурсы на «горячие точки». Проектирование транспортной
сети для плотной городской застройки с массивным развертыванием
малых сот является ключевым сценарием использования сети для
проекта 5G-XHaul.
Проект CHARISMA (Converged Heterogeneous Advanced 5G Cloud-
RAN Architecture for Intelligent and Secure Media Access Project name).
Целью проекта CHARISMA является объединение 10G беспроводной
сети (через MM-wave / 60-ГГц и свободную оптику, FSO) и фиксиро-
ванных оптических решений 100G (OFDM-PON) через интеллекту-
альную облачную сеть радиодоступа (C-RAN) и интеллектуальную
платформу управления ресурсами (RRH) с маршрутизацией IPv6 Trust
Node с очень низким уровнем трафика управления. Низкозатратный
Ethernet планируется использовать на первичной (front) и вторичной
(backhaul) транспортных сетях с виртуализированным оборудовани-
ем конечного пользователя (vCPE), разведкой, распределенной по
задним, фронтальным и периметрическим транспортным данным.
Кроме того, проект CHARISMA будет использовать сетевые возмож-
ности программирования и технологии виртуализации для обеспе-
чения многопользовательской работы и быстрого внедрения новых
сетевых приложений.
Проект CogNet (Cognitive networks). Цель проекта CogNet – ис-
следовать и разрабатывать платформу сетевого управления в режиме
реального времени с возможностью масштабирования для удовлет-
ворения потребностей будущей сети 5G, собирать и обрабатывать
большие данные из сети 5G в режиме реального времени, создавать
новые алгоритмы, использующие машинное обучение, чтобы об-
учаться на собранных данных и применять их к управлению сетью.
Проект COHERENT (Coordinated control and spectrum management
for 5G heterogeneous radio access networks) направлен на исследова-
ние, разработку и демонстрацию единой программируемой системы
управления для гетерогенных сетей радиодоступа 5G. Проект будет
50 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
посвящен трем нововведениям в области управления и координации
сетей 5G:
1) программно определяемая сеть для сети радиодоступа, чтобы
обеспечить масштабируемую и гибкую структуру управления
и координации для комплексной координации ресурсов и
управления использованием спектра в сетях 5G;
2) эффективное моделирование и управление радиоресурсами в
программируемых сетях радиодоступа с четко определенными
интерфейсами управления и протоколами, чтобы значительно
упростить управление гетерогенными мобильными сетями,
которые должны быть проверены различными вариантами
использования 5G;
3) гибкое управление спектра, основанное на использовании
спектра структуры управления COHERENT, поддерживающей
различные схемы доступа к спектру, включая, помимо прочего,
лицензионное совместное использование спектра (шеринг),
доступ к лицензиям и гибкий дуплекс в сетях радиодосту-
па 5G.
Проект EURO-5G (Supporting the European 5G Initiative). Главная
цель проекта EURO-5G – способствовать сотрудничеству и интегра-
ции проектов Ассоциации 5G PPP, Европейской комиссии, Ассоци-
ации инфраструктуры 5G AI, Networld2020 ETP, а также смежных
проектов EUREKA и национальных инициатив 5G. Эти проекты
максимизируют европейские усилия по созданию будущих интегри-
рованных обеспечивающих сплошное покрытие сверхскоростных
сетей 5G. Проект EURO-5G тесно связан с проектом Ассоциации
инфраструктуры 5G и обеспечивает интеграцию европейской про-
мышленной политики с планами работы проектов 5G в рамках
программы проекта EURO-5G, чтобы результаты были полезны и
актуальны.
Проект FANTASTIC-5G (Flexible Air iNTerfAce for Scalable service
delivery wiThin wIreless Communication networks of the 5th Generation).
Главная задача проекта FANTASTIC-5G – разработка модульного
радиоинтерфейса, который способен поддерживать все ожидаемые
возможности 5G с максимальной эффективностью и масштабиру-
емостью, не будучи чрезмерно сложным для сетевой реализации.
С этой целью в проекте разрабатываются технические компоненты
искусственного интеллекта (ИИ), например гибкая форма сигнально-
кодовой конструкции сигнала и конструкция кадра, масштабируемые
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 51
создания 5G
процедуры множественного доступа, адаптивные схемы повторной
передачи, усовершенствованные схемы с не сколькими антеннами
с/без взаимодействия, расширенное обнаружение множества пользо-
вателей, координация помех, поддержка сверхплотной структуры сот,
многоуровневое управление радиоресурсами, устройство – устройство
и интеграция их в общую структуру ИИ, в которой будет достигнута
адаптация к высокой степени гетерогенности 5G.
Проект FLEX5GWARE (Flexible and efficient hardware / software
platforms for 5G network elements and devices). Целью проекта
Flex5Gware было проведение исследований, разработки и прото-
типирования ключевых блоков, сетевых элементов и устройств 5G
как в аппаратных (HW), так и в программных (SW) доменах. Общая
цель проекта Flex5Gware заключалась в том, чтобы разработать вы-
сококонвертируемые аппаратные платформы HW вместе со средами
знаний HW и SW, ориентированными как на сетевые элементы 5G
Core, так и на устройства, а также, с учетом необходимости увели-
чения пропускной способности, снизить энергопотребление и обе-
спечить масштабируемость и модульность для плавного перехода от
4G к эпохе 5G.
Проект METIS-II (Mobile and wireless communications Enablers for
the Twenty-twenty Information Society-II). Цель проекта M ETIS-II –
было обеспечение общего проектирования сети радиодоступа 5G,
описывающего общую архитектуру стека протоколов со всеми
функциональными возможностями и интерфейсами, необходимыми
для обеспечения сети 5G. METIS-II преследует также следующие
ключевые цели: разработать общий проект 5G RAN, уделяя особое
внимание созданию технологии для эффективной интеграции кон-
цепций старой 4G и новой сети радиодоступа (RAN) в одну единую
систему 5G.
Проект mmMAGIC (Millimetre-Wave Based Mobile Radio Access
Network for Fifth Generation Integarated Communications). Цель про-
екта mmMAGIC заключается в разработке концепций и ключевых
компонентов для новой технологии беспроводного радиодоступа 5G,
которая будет работать в диапазоне частот от 6 до 100 ГГц, включая
миллиметровый диапазон волн. Области спектра, подходящие для
поддержки выявленных случаев использования 5G, должны быть
идентифицированы и оценены.
Проект SELFNET (Framework for Self-Organised Network Management
in Virtualised and Software Defined Networks). Целью проекта SELFNET
52 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
является внедрение функций самоконтроля и обнаружения сетевых
проблем, позволяющих своевременно информировать о состоянии се-
тевой инфраструктуры 5G с помощью настраиваемого и расширяемого
набора показателей функционирования высокого уровня и состояния
сети (HoN). К другим особенностям проекта SELFNET относится воз-
можность реализовать распределенный механизм автономной само-
организующейся сети 5G Self-Organizing Network (SON), основанной
на технологиях искусственного интеллекта (ИИ) и связанных с ними
технологиях, обеспечивающих посредством SON оркестрирование и
управление виртуальной инфраструктурой сети 5G.
Проект SESAME (Small cell coordination for multi-tenancy and edge
services). Целью проекта SESAME является создание инновации для
трех главных элементов сети 5G: внедрение искусственного интел-
лекта и приложений на границе сети для граничных вычислений Edge
Cloud Computing с использованием функций сетевой виртуализации
(NFV); пересмотр концепции Small Cell, уже используемой в сети
4G, для применения в сложных сценариях развертывания сетей 5G
в зонах с высокой плотностью сот и трафика; а также консолидация
многоуровневой работы в инфраструкт уре сетей связи, позволяющая
нескольким операторам/поставщикам услуг участвовать в новых
моделях совместного доступа с высокой пропускной способностью
и с возможностью использования граничных вычислений.
Проект SONATA (Service Programing and Orchestration for Virtualized
Software Networks). Цель проекта SONATA – обеспечение гибкой
программируемости программно определяемых сетей, поддержива-
ющих цепочки сетевых функций и оркестрирование сети 5G. Прово-
димые исследования должны сделать модульными и более легкими
сервисные платформы для удовлетворения потребностей различ-
ных поставщиков услуг, а также представить специализированную
модель DevOps для поддержки разработчиков, расширить возмож-
ности пропускной способности сети 5G и граничных вычислений.
Конкретные цели проекта SONATA также включают сокращение
времени выхода на рынок сетевых услуг за счет: a) оптимизации
разработки с использованием абстрактных моделей программиро-
вания и SDK и б) применения модели DevOps, которая объединяет
операторов, производителей и сторонних разработчиков прило-
жений.
Проект SPEED-5G (Quality of Service Provision and capacity Expansion
through Extended-DSA for 5G). Целью проекта SPEED-5G явля-
2.2. Обзор програмы ЕС FP8 «Горизонт-2020» в части исследовательских проектов 53
создания 5G
ется достижение значительно лучшей эксплуатации гетерогенных
беспроводных технологий, обеспечивающих более высокую про-
пускную способность вместе с технологией ультрауплотнения сот и
эффективного поддержания новых требований к качеству восприятия
услуг 5G (QoE).
Проект SUPERFLUIDITY (Superfluidity: a super-fluid, cloud-native,
converged edge system). Цель проекта SUPERFLUIDITY – создать
сетевой процесс виртуализации сетей по требованию из элементов
сторонней инфраструктуры, распределенный по всей сети Е2Е, и раз-
работать технологии, позволяющие таким услугам быть «сверхтекучи-
ми»: быстрое время инсталляции (миллисекунды), быстрая миграция
(сотни миллисекунд), высокая консолидация (запуск тысяч на одном
сервере), высокая пропускная способность (10 Гбит/с и выше).
Проект VIRTUWIND (Virtual and programmable industrial network
prototype deployed in operational Wind park). Целью проекта VirtuWind
является разработка экосистемы SDN и NFV для промышленных
доменов, основанной на открытой, модульной и безопасной инфра-
структуре сетей связи, что приведет к демонстрации прототипов для
внутридоменных и междоменных сценариев в реальных ветровых
парках в качестве типового случая использования промышленных
сетей и позволит количественно оценить экономические выгоды от
этих решений.
Вторая фаза телекоммуникационных проектов программы «Го-
ризонт-2020» включает 21 новый проект 5G PPP и составлена на
основе обобщения 101 предложения, полученного ЕС в ответ на
опрос участников Ассоциации 5G PPP (рис. 2.2) [6]. Дорожная карта
их выполнения запланирована на срок с 1 июля 2017 г. до середины
2020 г. к моменту завершения программы FP8.
Результаты этих проектов составили технологическую основу рели-
за 16 и соответствовали целям и задачам второй фазы развития сетей
5G, направленным на реализацию бизнес-моделей uRLLC и mIoT [7].
Проект 5GCAR (Fifth Generation Communication Automotive Research
and innovation). Координатор проекта – Dr. Mikael Fallgren из
компании Ericsson. Целью проекта 5GCAR является разработка общей
системной архитектуры 5G, обеспечивающей оптимизированную
сквозную V2X-сеть для высоконадежных и низкозатратных V2X-
сервисов, которая обеспечивает безопасность и конфиденциальность,
управляет качеством обслуживания и поддерживает управление пото-
ками трафика в многоканальной V2X-системе связи с возможностями
54 Глава 2. Международные исследовательские проекты по развитию технологий 5G
использования нескольких технологий радиодоступа (мульти-RAT),
а также межсетевое взаимодействие мультитехнологичных сетей
радиодоступа, которое позволяет внедрять существующие телеком-
муникационные решения и новое решение 5G V2X.
Проект 5GCity (A distributed Cloud & Radio Platform for 5G Neutral
Hosts). Координатор проекта – Dr. Sergi Figuerola из компании
FUNDACÍO I2CAT. Целью проекта 5GCity является максимизация
отдачи от инвестиций для всей цепочки цифрового рынка (поль-
зователи, приложения, облачные провайдеры (например муници-
палитеты), поставщики телекоммуникационных услуг и объектов
инфраструктуры). Таким образом, проект 5GCity будет разрабатывать,
развертывать и обеспечивать условия эксплуатации, распределенное
использование облачных и радиоплатформ для муниципалитетов и
владельцев инфраструктуры, которые являются нейтральными по
отношению к собственникам сетей 5G.
Проект 5G ESSENCE (Embedded Network Services for 5G Experiences).
Координатор проекта – Dr. Ioannis P. Chochliouros из ком-
пании Hellenic Telecommunications Organization S.A. – OTE (EL).
To Euro 5G
Global5G.org
5GCAR
5G ESSENCE
5G Transformer
5G MoNArch
5G PICTURE
5G Xcast
Bluespace
IoRL
METRO HAUL
NRG 5
ONE5G
SaT5G
SLICENET
5G MEDIA
5G PHOS
5GTANGO
MATILDA
NGPaaS
5GCity
5G Architecture WG
Pre standardization WG
Spectrum WG
SDN/NFVWG
Network Management & Qos WG
Vision and Societal Challenges WG
Security WG
SME WG
Trials WG
Connected Car WG
Рис. 2.2. Вторая фаза телекоммуникационных проектов 5G программы «Го-
ризонт-2020» (источник: 5G-PPP