Концепция 5G-инфраструктуры

Будущие беспроводные сети радиодиапазона

В современных сетях 4G предусмотрены антенны, которые передают данные на большое расстояние. В этой схеме задержка сигнала обратно пропорциональна расстоянию между передатчиком и приемником.

Передатчики 5G будут использовать миллиметровый диапазон волн и технологии MIMO для создания направленных радиоканалов связи с низкой задержкой, более высокой скоростью передачи данных (рис. 1) и пропускной способностью.

Рис. 1. Связь радиодиапазона станет гораздо быстрее

Преимущество состоит в том, что вместо передачи энергии во все стороны антенны MIMO излучают энергию в конкретном направлении. Это обеспечивает заданную зону покрытия, сосредоточенную на определенном оборудовании или небольших географических зонах.

Возможности 5G для технологий будущего

По прогнозам Ericsson, сеть 5G превратится в индустрию с оборотом в $1,2 трлн. Одна из самых очевидных отраслей, которая получит выгоду от этого тренда, — транспортный сектор. Увеличенная пропускная способность и скорость помогут инженерам создавать продвинутые информационно-развлекательные системы (рис. 2) и повышать безопасность беспилотных автомобилей.

Рис. 2. Пассажир управляет информационно-развлекательной системой беспилотного автомобиля

По аналогии с примером совместного использования видео на стадионе, информационно-развлекательные системы на оживленных улицах потребуют высокой пропускной способности каналов, чтобы каждый пассажир был доволен потоковой передачей мультимедиа.

Что касается беспилотных автомобилей, они будут постоянно накапливать данные с датчиков, камер, сонаров, лидаров и радаров. Компания Intel произвела расчеты и определила, что беспилотный автомобиль может генерировать 4 Tбайт данных ежедневно. Повышение скорости передачи данных и пропускной способности позволит передавать, обрабатывать и возвращать информацию в автомобиль достаточно быстро для того, чтобы он мог непрерывно взаимодействовать с окружающим миром.

Другое преимущество, связанное с безопасностью для автомобильного сектора, в том, что новые скорости передачи гарантируют быструю связь между автономными транспортными средствами.

Проблемы внедрения 5G-инфраструктуры

Сети 5G проходят испытания во многих городах мира. Эти тесты помогли выявить несколько сложностей, связанных с их внедрением.

Одна из самых больших проблем — близкое расстояние между антеннами (рис. 3). Обычно люди представляют себе вышки сотовой связи 3G и 4G, которые находятся на расстоянии нескольких десятков километров друг от друга. Требования к скорости и пропускной способности антенной инфраструктуры следующего поколения заставляют увеличивать ее плотность так, что передатчики должны находиться на расстоянии нескольких десятков метров.

Рис. 3. Одной из проблем внедрения 5G-инфраструктуры является расстояние между антеннами

Это значит, что для поддержания работоспособности сети крупному городу нужны антенны на каждом большом перекрестке или еще ближе. Во избежание жалоб вроде «только не в моем дворе» и затрат на установку антенн через каждые несколько домов инженерам придется проектировать инфраструктуру, которая будет недорогой, а также сочетающейся с существующей инфраструктурой и способной работать с нагрузкой, подходящей для города.

Еще одним важным, но сложным обновлением сетевой инфраструктуры станет необходимость замены оптоволоконных связей. Скорость беспроводного соединения будет столь же высокой, как скорость проводного соединения, с которым она обменивается данными. По этой причине более медленные соединения придется заменить.

Вернемся к примеру со стадионом. Если он был сооружен в последние несколько лет, то, вероятно, имеет оптоволокно, необходимое для работы с высокой пропускной способностью. Однако если стадион более ранней постройки, то соединения понадобится обновить, чтобы удовлетворить требования посетителей к беспроводным каналам радиосвязи.

Преимущества численного моделирования

Внедрение современных сетей станет очень масштабным начинанием. Создание, проведение испытаний и доработка этих систем может оказаться дорогой и занять много времени.

Виртуальное прототипирование и моделирование (рис. 4) может помочь сократить цикл разработки и стоимость тестирования этих систем. Численное моделирование также обеспечит дальнейшие инновационные разработки и модернизацию технологий радиочастотной связи.

Рис. 4. Моделирование 5G-инфраструктуры

Инженеры беспроводных сетей могут использовать численное моделирование и системный анализ для организации процесса и качественного улучшения разработки входных каскадов систем радиочастотной связи. Это позволит им прорабатывать и решать задачи, связанные с трехмерной физикой устройства и системной интеграцией. Используя различные инструменты, они смогут решать целый ряд задач, от улучшения конструкций и характеристик антенных решеток, установленных на объектах, до повышения целостности сигнала и питания, а также надежности печатных плат, используемых в серверах и крупных ЦОДах.