Використання систем радіозв'язку терагерцового діапазону в транспортних мобільних мережах 4-го і 5-го поколінь

17-18 листопада 2016 року представники кафедри мобільних та відеоінформаційних технологій університету взяли активну участь в регіональному семінарі МСЕ для країн СНД «Тенденції розвитку конвергентних мереж: рішення пост-NGN, 4G і 5G».

Завідувач кафедри д.т.н. Сайко Володимир Григорович виступив на ньому з доповіддю «Результати дослідження основних тенденцій розвитку і можливостей використання систем радіозв'язку терагерцового діапазону в рамках побудови мереж мобільного зв'язку 4G і 5G». Він зокрема зазначив, що в Україні швидкими темпами впроваджується мобільний зв'язок за стандартом UMTS HSРA +, що відноситься не просто до третього покоління, а до т. зв. "3.75G". Відповідно, логічно постає питання про наступний перехід на 4G. Однак деякі експерти пропонують відразу перейти на 5G, тобто «перестрибнувши» 4G. З цього приводу необхідно зазначити наступне.

Адже мережі LTE ще далеко не вичерпала свій ресурс. Саме зараз настає "розквіт" даної технології, коли виробники пристроїв починають включати її підтримку не тільки у флагманські, але і бюджетні пристрої. Згідно з прогнозом Ericsson Mobility Report з розвитку мобільних технологій в світі, очікується, що кількість абонентів, що використовують LTE, зрівняється з кількістю 3G-користувачів у світі аж в 2020-му. Вихід же нових стандартів планує глобальна громадська організація 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project). Згідно з її дорожній карті, поява 5G очікується в 14-му релізі 3GPP до кінця ц.р. і повноцінно запрацює в 2017-м, а 15-й реліз очікується, швидше за все, ближче до 2020 г. Перші ж повноцінні комерційні мережі 5G з'являться тільки в 2019 г. Таким чином, 5G отримає серйозну частку на ринку років через п'ять. А в 2017-му ще явно не буде спостерігатися достатку пристроїв, що підтримують 5G. Тому логічно було б запускати в Україні LTE, тим більше що для цього є всі передумови. Ще один важливий аспект проблеми - складність в охопленні великих територій 5G-зв'язком. Для значного збільшення швидкості передачі даних будуть потрібні набагато більші діапазони частот. Логічним виходом з даної ситуації є перехід в область десятків ГГц, тобто в т.зв. терагерцовий діапазон.

Але при переході до високошвидкісних мереж HSPА + і 4G / LTE розподільні транспортні мережі (Mobile Backhaul) часто стають "слабкою ланкою" мережевої інфраструктури. В ієрархії телекомунікаційних мереж мережі backhaul займають позицію проміжної ланки ( «середньої милі») між базовою мережею (Core Network) і малими подсетями на «краю» всієї мережі. Одним з рішень для побудови мереж мобільного зв'язку п'ятого покоління є використання телекомунікаційних систем фіксованого радіозв'язку терагерцового діапазону і перехід на малі стільники (мікростільники, пікостільники і фемтостільники), які представляють собою базові станції з обмеженим діапазоном дії і які встановлюються для розширення зони покриття базових станцій макрорівня . Маючи невелику дальність передачі, ці малі стільники дозволять задіяти технології багаторазового використання частот для більш ефективного витрачання доступного спектра. Системи малих стільники, також називаються гетерогенними мережами або HetNets, згодом можуть стати основою стільникового зв'язку п'ятого покоління (5G). Малі стільники можуть працювати в терагерцового діапазону, що дозволить отримати безцінний спектр, необхідний для розширення зони покриття.

З огляду на дані тенденції розвитку сучасних широкосмугових мереж мобільного зв'язку 4G і 5G кафедра «Мобільних і відеоінформаційних технологій» активно проводить НДР з вченими НТТУ «КПІ» та Інституту електроніки та зв'язку УАН по дослідженню основних тенденцій та перспектив розвитку транспортних розподільних мереж (Mobile backhaul) і можливостей використання телекомунікаційних систем фіксованого радіозв'язку терагерцового діапазону в рамках побудови мереж мобільного зв'язку 5G.

На підставі проведених досліджень, результатів частотно-територіального планування мережі LTE-800, які отримані спільно з фахівцями оператора мобільного зв'язку торговельної марки Lifecell, і з огляду на тенденції розвитку сучасних широкосмугових мереж мобільного зв'язку 4G і 5G був спроектований і експериментально досліджений радіоканал зв'язку терагерцового діапазону (130 -134ГГц) з можливістю застосування для побудови високошвидкісних (понад 1 Гбіт / с) транспортних розподільних мереж. Приймальний і передавальний тракти такий радіорелейного системи були побудовані на базі спеціально розроблених функціональних вузлів, модульне виконання яких з максимальним використанням монолітних мікросхем забезпечило компактність конструкції трактів. Таким чином, вперше в практичному плані виготовлено та проведено експериментальні дослідження вітчизняного лабораторного зразка цифрової симплексної радіорелейної системи терагерцового діапазону в складі приймального і передавального радиотракту в діапазону частот 130-134 ГГц для можливого подальшого використання в гетерогенної транспортної мережі мобільного зв'язку нового покоління.

В ході проведення регіонального семінару також була організована виставка, в якій взяли участь виробники телекомунікаційного обладнання, оператори стільникового і транкінгового зв'язку. Особливо хотілося б відзначити компанію «Доля і Ко ЛТД», яку представляв технічний директор Валерій Буркацький, яка займається вдосконаленням і розгортанням відомчих мереж; компанію National Instruments, яка представила кращі світові лабораторні комплекси для навчальних і наукових досліджень бездротових мереж 4-го і 5-го поколінь. Сучасний вимірювальний комплекс для мереж мобільного зв'язку, що використовується при плануванні мереж 3-го і 4-го поколінь, представив провідний експерт оператора стільникового зв'язку Lifecell Андрій Деркач.

Завідувач кафедри мобільних і відеоінформаційних технологій
Д.т.н., професор Сайко В.Г. (044) 249-25-04