Главная тема нового времени- это развитие Интернета вещей и поддержание им сети пятого поколения- 5G. Популяризация подключенных устройств является сильнейшим катализатором в развитии телеком- отрасли, особенно это касается высоких скоростей, виртуализации и облачных сервисов.
Когда 5G, пятое поколение сетей технологии беспроводной связи, наступит в 2020 году, инженеры ожидают, что сеть будет в состоянии обрабатывать примерно в 1000 раз больше мобильных данных, чем современные сотовые сети. Она также станет основой Интернета вещей (IoT), связывая стационарные и мобильные устройства-автоматы, став частью новой промышленной и экономической революции.
Новая архитектура, новые коммуникационные технологии и новое оборудование сделает это преобразование возможным.
1. Актуальность темы
Разговоры о скором появлении сетей пятого поколения активно ведутся последние 2-3 года. Что самое интересное, еще не все поняли, зачем нужны сети 4G, далеко не везде они внедрены, а там, где они есть, возврат инвестиций ожидается не ранее 2020 года. На начало 2016 года доля LTE по покрытию в сотовых сетях по всему миру пока е превышает 15%. Так нужно ли нам 5G?
По мнению экспертов, существующая мировая телекоммуникационная инфраструктура в виде LTE с течением времени достигает всоего технического потолка. Этому будет способствовать бурное развитие разнообразных устройств с выходом в интернет. На данный момент мобильные сети обеспечивают скорость передачи данных в клиентскую сторону вплоть до 1 Гбит/с. Однако есть сложности с четкой привязкой к конкретным полосам спектра частот и их агрегацией. Есть вопросы и с задержками сигнала. Все эти вопросы должен решить стандарт 5G.
Магистерская работа посвящена рассмотрению стандарта сотовой связи 5G, как системы которая может использоваться для внедрения в интернет вещей(IoT).
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Целью исследования является расcмотрение OFDM модуляции и как она поможет внедрению и развитию интернета вещей на базе сотовой связи 5G.
Основные задачи исследования:
- Анализ OFDM модуляции
- Рассмотрение межсимвольной интерференции ISI
- Стандарт IEEE 802.16-2004
- Агрегация частот широкого спектра
Объект исследования : стандарт 5G
Предмет исследования : определение стандартов в сетях сотовой связи 5G и дальнейшее внедрение их в интернет вещей
Исследование фонтанных скважин
... Р=20-40 МПа). 3.3 Исследование фонтанных скважин Исследование фонтанных скважин проводятся по двум методам. На установившихся и неустановившихся режимах. Исследование на установившихся режимах ... которым понимают максимальный дебит скважины, допустимый условиям рациональной эксплуатации залежи и обеспечиваемый продуктивной характеристикой скважин. Исследования на неустановившихся режимах заключается ...
Планируемая и научная новизна:
1. Дальнейшее развитие стандартов 5G
2. Дальнейшее развитие Интернета вещей
3. Обзор источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-g-2/
3.1 Обзор международных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-g-2/
Гараздо больше качественной информации находится именно в зарубежных источниках. В статье IoT needs 5G
[1 ] автор рассматривает проблемы сотовой связи в целом и описывает как с этими проблемами надо бороться. В статье IEEE 802.16 WiMAX standarts
[2 ] полностью описыватся стандарт протокола для пятого поколения сетей. В статье OFDM and MCCS
[3 ] автор рассматривает детально использование данной мадуляции на низких частотах. Так же в этой статье описывается расширение данного стандарта .
3.2 Обзор национальных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-g-2/
Анализ стандарта IEEE 802.16 приводится в статьях Пахомова С., Семенова Ю.[ 4 ]. В этих статьях авторы анализируют особенности стандарта и их подкатегорий.
В работе Васильева В. Г. [ 5 ] рассматривается ортогональное частотное разделение со многими поднесущими(OFDM).
Этим же автором в статье Структура стандартов 802.16
описывается структурное разделение стандарта.
4. Стандарты сетей пятого поколения для IoT
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) понимается технология операторского класса, которая основана на семействе стандартов IEEE 802.16, разработанных международным институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).
В стандартах IEEE 802.16 определяются физический уровень и уровень управления доступом для систем фиксированного беспроводного широкополосного доступа масштаба города.
Метод OFDM является сочетанием модуляции и мультиплексирования. Обычно мультиплексирование относится к независимым сигналам, прозошедшим от разных источников. В OFDM задача мультиплексирования применяется для отдельных сигналов, но эти отдельные сигналы являются множеством одного основного сигнала.
OFDM является частным случаем мультиплексной передачи с частотным разделением каналов. Основная концепция OFDM — это ортогональность поднесущих.
Стандарт IEEE 802.16 описывает построение сетей регионального масштаба в диапазоне до 66 ГГц. На физическом уровне стандарт предусматривает три различных метода передачи нанных:
1. Метод модуляции одной несущей.
2. Метод модуляции посредством ортогональных несущих(OFDM)
3. Метод мультиплексирования посредством ортогональных несущих
Режим OFDM — это метод модуляции потока данных в одном частотном канале шириной 1 — 2 МГц и более.
На таком диапаоне частот широкое применение данной модуляции позволит перевысить скорось уже существующих сетей.
В сетях пятогопоколения будут использоваться частотный спектр от 1 ГГц и ниже вплоть до миллиметрового диапазона.
Для интернета вещей предложенные частоты находятся ниже 1 ГГц. Низкие частоты позволят обеспечить надежный прием на дальних расстояниях, что в данный момент мешает LTE в области интернета вещей. Возросшая на несколько порядков допустимая плотность узлов вкупе с поддержкой IPv6 позволит вывести в Сеть огромное количество новых устройств.
Применение OFDM сигнала на физическом уровне сети wimax. В системах WiMAX, применяется широкополосный Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( OFDM ) сигнал, образованный из множества разнесенных по частотному спектру узкополосных сигналов. Применение OFDM сигнала обеспечивает системах WIMAX наивысшую в классе BWA спектральную эффективность ( скорость передачи данных в одном Герце полосы частотного спектра), возможность работы вне прямой видимости, наивысшие энергетические параметры связи, обеспечивающие высокую дальность связи, возможность эффективного обслуживания мобильных абонентов.
Важнейшим отличием OFDM технологии от простого разделения радиосигнала по нескольким параллельным частотным каналам является ортогональность поднесущих в групповом спектре OFDM сигнала. Физический смысл ортогональности заключается в подмешивании в структуру каждой поднесущей специальной метки –определенного уникального количества синусоидальных колебаний сигнала, различающихся по фазе на 90 град., (ортогональных функций), позволяющего демультиплексору на основе анализа данных меток разделять поднесущие сигналы даже в случае частичного перекрытия их частотных спектров. Выделение несущих в общем спектре обычного многоканального сигнала вследствие ограниченных технологических возможностей современных полосовых частотных фильтров требует достаточно большого частотного разноса несущих, что ограничивает увеличение их количества в заданной полосе частот. Выделение несущих в групповом спектре OFDM сигнала при демультиплексировании производится с помощью ортогональных преобразований сигналов. Это допускает возможность перекрытия спектров соседних поднесущих, что позволяет значительно увеличить частотную плотность их размещения в спектре сигнала и повысить спектральную эффективность.
| Стандарт | 802.16 | 802.16/a/d (802.16-2004) | 802.16е |
| Частотный диапазон | 16-66 ГГц | 2-11 ГГц | 2-6 ГГц |
| Тип сети | Стационарная | Стационарная | Подвижная |
| Зона покрытия | Зона прямой видимости | Вне зоны прямой видимости | |
| Радиус зоны покрытия | 2-4 км | 4-6 км (15-20 м на открытом пространстве | 4-6 км |
| Скорость передачи данных | 32-134 Мбит/с при полосе 28 МГц | До 75 Мбит/с при полосе 20 МГц | До 15 Мбит/с при полосе 5 МГц |
| Модуляция | QPSK, 16 QAM, 64 QAM | OFDM 256, OFDMA, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM | |
| Ширина канала | 20, 25 и 28 МГц | Избирательная ширина от 1,25 до 20 МГц | |
Таблица 1 – Спецификация стандарта
С самого начала стандарт IEEE 802.16 задумывался таким образом, чтобы развиваться как набор радиоинтерфейсов, базирующихся на общем протоколе управления доступом к среде передачи данных (Medium Access Control, МАС), но с различными спецификациями физического уровня, зависящими от используемой части спектра. МАС-уровень протокола разрабатывался для сетей доступа с топологией «точка—многоточка» (pointto-multipoint) с целью достижения высокой скорости передачи сигналов как в восходящем Up Link-потоке (поток от абонента к базовой станции), так и в нисходящем Down Link-потоке (поток от базовой станции к абоненту).
По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь также имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км. Для соединения базовой станции с абонентом необходимо устанавливаемое в помещении абонентское оборудование. С этого блока сигнал поступает по стандартному Ethernet- кабелю либо непосредственно на конкретный компьютер, либо на точку доступа стандарта IEEE 802.11, либо в локальную проводную сеть стандарта Ethernet. Одна базовая станция в сети стандарта IEEE 802.16 может обслуживать большое количество абонентов и предоставлять им услуги различного уровня.
Выводы
Протокол IEEE 802.16 разработан для организации беспроводного доступа на уровне мегаполисов, и призван решить проблему «последней мили», а также сократить финансовые расходы и временные затраты на разворачивание новых подключений, благодаря унификации решения. Если сегодня на подключение одного предприятия к сети может уходить несколько месяцев, то в будущем это будет возможно сделать за несколько часов или дней. Точки доступа IEEE 802.16 устанавливаются на высотных зданиях и мачтах сетей сотовой связи. Работая в частотном диапазоне от 2 до 11 ГГц, они позволяют развернуть беспроводной доступ с шириной канала до 70 мегабит в секунду на сектор одной базовой станции и обеспечить передачу данных вне зоны прямой видимости. Полоса пропускания, выделяемая клиентам, может контролироваться на стороне провайдера, что позволит, к примеру, обеспечить физическим лицам канал на уровне DSL, а организациям до уровня T1. Также стоит отметить, что протокол IEEE 802.16 предусматривает не только передачу данных, но и голоса, а также видео (в виде тех же данных), что позволит организовать на основе этого протокола сотовые сети с возможностью видеотелефонии (параллельный обмен голосовыми данными и видео), а также доступ к Интернету.
Магистерская работа посвящена актуальной задаче исследования основных частей для стандартизации пятого поколения сетей. Так же на основе этих данных можно предположить как будет выглядеть интернет вещей. В рамках проведенных исследований выполнено:
- Рассмотрен стандарт WiMAX.
- На основании анализа литературных источников описаны стандарты входящие в состав сотовой связи 5G.
Дальнейшие исследования направлены на следующие аспекты:
- Изучение реального оборудования.
- Совершенствование стандартных протоколов безопасности для внедрения нового поколения связи.
- Исследование и доработка существующих решений
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-g-2/
- Alexander Hellemans. Why IoT needs 5G [Электронный ресурс]. – Режим доступа: .
- Ian Poole IEEE 802.16 WiMAX standarts [Электронный ресурс].– Режим доступа:http://www.radio-electronics.com/info/wir…
- C. Richard OFDM and MCCS [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://www.ni.com/white-paper/3740/en/
- Семенов Ю. А. Стандарт широкополосной беспроводной связи IEEE 802.16 [Электронный ресурс].– Режим доступа: .
- Васильев В. Г. Технология фиксированного широкополосного беспроводного доступа WiMAX 802.16 [Электронный ресурс].– Режим доступа:http://unidata.com.ua/add/WiMAX_te…
- Иван Кущ Теория и практика 5G [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://nag.ru/articles/article/28884/teo…
- Ортогональное частотное разделение со многими поднесущими OFDM [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://systemseti.com/wimax/peredacha_signa…
- Андрей Архипкин Стандарт WiMAX [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.wireless-e.ru/articles/wifi/200….
- И. Шахнович Стандарт широкополосного доступа IEEE 802.16 для диапазонов ниже 11ГГц [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.electronics.ru/journal/articl…
- Сергей Пахомов Скоростная связь без проводов или Стандарт 802.16 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: .
