Развитие инновационных технологий 5G в телеиндустрии: проблемы и перспективы

Введение

На современном этапе технологического развития общества сети мобильной связи 5G становятся важной составной частью цифровой трансформации экономики и национальной инфраструктуры. Сети 5G отличаются от предыдущих поколений мобильных сетей своими функциональными возможностями: значительно усовершенствованный мобильный широкополосный доступ, надежные коммуникации с низкой задержкой, массивные межмашинные коммуникации [21].

Благодаря многообразию функциональных возможностей, скорости передачи данных сети пятого поколения могут широко использоваться как для целей большинства отраслей экономики, промышленных предприятий, так и для домашнего хозяйства. В частности, сети 5G в интеграции с другими сквозными технологиями цифровой экономики открывают широкие возможности для внедрения инновационных технологий в промышленность, они способны существенно повысить уровень автоматизации промышленного производства, его эффективность, появляется возможность массового использования промышленных роботов. На основе сетей 5G значительно расширяется спектр различных сервисов для решений «Умный дом», «Умное здание», «Умный город» и др. Эксперты прогнозируют, что в сетях 5G могут работать большое количество разнообразных устройств: смартфоны, планшеты, «камеры видеонаблюдения, погодные датчики, датчики «умных» электрических сетей, «умные» дома и автомобили» [21, 28] (Fomina, 2021). Согласно прогнозам, к 2025 году в мире будет более 150 млрд устройств, соединенных между собой и генерирующих данные в режиме реального времени [26].

Таким образом, внедрение нового поколения сетей важно как для индустрии «Интернета вещей», так и для «умного дома». К тому же сети нового поколения предоставят возможность людям обмениваться информацией в режиме реального времени вне зависимости от их места нахождения.

Проведенный нами анализ источников свидетельствует, что сети 5G могут широко применяться и в сфере телеиндустрии. Согласно прогнозам специалистов, на основе новых сетей будет создана инфраструктура для телепроизводства и вещания в формате 4K/8K UHD (экран сверхвысокой четкости, объемное видео, эффект присутствия), появится возможность работать в облачном хранилище, развивать сервисы дополненной и виртуальной реальности и др. Благодаря технологии 5G зрители смогут смотреть 3D-телевидение без очков, скачивать за секунды или смотреть онлайн-видео сверхвысокой четкости на самой быстрой скорости [21].

В последнее время появилось достаточно много публикаций, посвященных развитию и внедрению сетей 5G в сферу телеиндустрии. Однако большинство работ характеризуются фрагментарностью и отсутствием системного подхода к исследованию процессов развития технологий мобильной связи пятого поколения в телеиндустрии. Данное обстоятельство актуализировало тему исследования.

Предмет исследования – направления применения технологий сетей 5G в телеиндустрии.

Целью данного исследования является выявление и систематизация направлений применения сетей 5G в телеиндустрии; выявление факторов, сдерживающих развитие технологии 5G Broadcast; определение перспективных направлений развития технологии 5G Broadcast.

Методология исследования: основой исследования послужили работы зарубежных и отечественных ученых, научные и аналитические статьи в специализированных изданиях, официальные документы Правительства РФ, Минцифры, ресурсы сети Интернет, посвященные проблемам развития и внедрения сетей 5G.

Результаты исследования: выявлены и систематизированы направления применения сетей 5G в телеиндустрии; выявлены факторы, сдерживающие развитие технологии 5G Broadcast, определены перспективные направления ее развития; актуализированы и систематизированы меры государственной поддержки по развитию сетей 5G.

Состояние развития высокоскоростных сетей 5G в России и в мире

Сегодня характерной чертой цифровой трансформации экономики является развитие высокоскоростных сетей 5G. Лидерами по внедрению 5G-технологий являются Китай и Южная Корея, которые давно начали пилотировать 5G в виртуальной и дополненной реальности, в модернизации железнодорожного транспорта, в создании цифровых двойников, в обучении персонала и др. [30] (Shepeleva, 2021). Согласно экспертным оценкам, 70% мирового парка базовых станций стандарта 5G работают в Китае. В Южной Корее, по прогнозам аналитиков, 90% населения к 2026 году будут использовать 5G. Эксперты прогнозируют, что в 2023 году каждый третий житель Северной Америки будет использовать сети пятого поколения. По данным Ассоциации GSM, в октябре 2021 года автономные сети пятого поколения запустили 89 операторов в 44 странах. Доступ к 5G есть в каждой третьей стране, к 2025 году сетями 5G будет пользоваться половина населения планеты [17] (Kuznetsova, 2021).

В России развитие сетей 5G пока находится в экспериментальном режиме. Крупные игроки телеком-рынка (МТС, МегаФон, Теле2, Ростелеком, Билайн) запускают пилотные проекты в различных сферах, пытаясь прояснить экономический эффект от технологии 5G. Пилотные проекты запущены в отдельных локациях крупных городов – Казани, Москвы, Санкт-Петербурга. В частности, тестовая зона 5G запущена в особой экономической зоне в городе Иннополис Республики Татарстан, в метрополитене в Казани, в Петербурге в районе Невского проспекта и Экспофорума, на Тверской улице Москвы, в ближайшее время ожидается появление технологии 5G в московском метрополитене. К концу 2021 года в России насчитывалось более 30 частных сетей LTE и 5G. В начале 2022 года в России проведено тестирование первого в мире оборудования для сетей 5G, устройство разработано компанией Huawei и предназначено для работы в диапазоне 6,4–7,1 ГГц [11, 18, 21, 22] (Zhdanov, 2021; Kuznetsova, 2021; Roenkov, Plekhanov, 2020).

Согласно планам Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций, в 2024 году сети пятого поколения будут запущены во всех городах-миллионниках [18] (Kuznetsova, 2021).

Следует отметить, что развитие сетей пятого поколения во всем мире реализуется, прежде всего, в корпоративном сегменте (В2В) – это производство, добыча полезных ископаемых и морская логистика. На конец 2021 года в мире запущено 10 тыс. проектов с использованием 5G в корпоративном сегменте. В России мобильные операторы также делают ставку на корпоративный сегмент – большие производственные компании из энергетического сектора: «Алроса», «КАМАЗ» и «Газпромнефть». В частности, мобильная инфраструктура пятого поколения активно тестируется в угледобывающем секторе: в компании «СДС-Уголь», «Сибирской угольной энергетической компании» (СУЭК), «Южно-Верхоянской горнодобывающей компании» и др. Как отмечают эксперты, технология высокоскоростной связи эффективна для удаленного управления экскаваторами, буровыми станками и измерительными приборами, для диспетчеризация открытых горных пород, для управления беспилотной техникой и автоматизации производственной деятельности, для дистанционного контроля параметров и др. [11] (Zhdanov, 2021).

Основные тренды и перспективы развития сетей 5G в телеиндустрии

Вполне закономерно, что к сетям пятого поколения проявляют большой интерес специалисты телеиндустрии и, прежде всего, телевещатели, так как данная сфера является драйвером развития сквозных цифровых технологий. Сегодня цифровое эфирное телевидение транслируется посредством стандарта DVB-T2. Однако с появлением новых высокоскоростных технологий специалисты отечественного телевидения активно обсуждают перспективы внедрения технологии вещания поверх сетей мобильной связи пятого поколения (5G Broadcast). При этом важно подчеркнуть, что Международный союз электросвязи рассматривает возможность официального признания технологии 5G Broadcast в качестве международной технологии вещания [5, 14] (Bystrushkin, Tkachenko, 2021).

Анализ литературных источников свидетельствует о том, что вещательные компании намерены задействовать сети 5G в дополнение к сети эфирного цифрового вещания DVB-T2 ФГУП РТРС для решения следующих проблем:

– создание ИТ-инфраструктуры в редакции, объединив устройства беспроводным способом;

– организация удаленного продакшена;

– организация прямых трансляций через облачные сервисы с нескольких камер;

– использование сети 5G в качестве магистральных для передачи видеопотока;

– агрегация потоков с камер видеонаблюдения;

– передача телевизионного сигнала непосредственно к абоненту по сетям 5G вместо эфирного, спутникового или кабельного;

– предоставление VR-контента и приложений;

– передача видео в форматах HD, 4K и 8K каждому абоненту;

– резервирование каналов связи за счет 5G при транспортировке сигнала;

– предоставление OTT-сервисов посредством 5G [1, 3, 8, 16] (Abdelmotaleb, 2019; Borzenko, Borisov, 2020; Devyatkin, Bochechka, Tikhvinskiy, Borodin, 2020; Krasnotselskiy, Shavdiya, 2020).

По мнению экспертов в сфере телеиндустрии, применение технологии 5G будет способствовать удешевлению производства видеоконтента, эффективному использованию радиочастотного спектра, развитию информационных сервисов, созданию и производству отечественного абонентского и профессионального оборудования для сетей пятого поколения. Следует подчеркнуть, что появление сетей 5G окажет влияние на весь телевизионный рынок, предоставив возможности для появления новых типов тяжелого контента, например VR и AR или cloud gaming. Очевидно, что технология 5G Broadcast в целом поменяет отрасль производства контента, создав нечто новое, отличающееся от существующего телевидения.

Нами актуализированы и систематизированы основные направления применения технологии 5G Broadcast (табл. 1).

Таблица 1

Направления применения технологии 5G Broadcast

Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшие годы появятся сервисы трансляции телеканалов зрителям не через эфирное цифровое вещание в DVB-T2, а через эфирное цифровое вещание в 5G. По мнению экспертов, «перспективы телевещателей будут зависеть от способности адаптировать контент к мобильным приложениям и ориентировать его на "цифровую" аудиторию» [20].

Согласно мнению специалистов телеиндустрии, технология 5G:

– обеспечивает быстроту в передаче и обработке значительных объемов цифровой информации;

– способствует массовому переходу на облачную архитектуру информационных систем, систем автоматизации, АСУ ТП, т.е. обеспечивает постоянное взаимодействие с удаленными и виртуальными машинами/серверами;

– является наиболее предпочтительным способом дистрибуции вещательного контента и может успешно заменить традиционные способы телевещания, такие как DTT и спутник;

– телевидение станет более интерактивным, поможет увеличить емкости, доступные для мобильного телевидения

– технология 5G-вещания способна удовлетворить потребности большинства зрителей, а также тех, кто заинтересован в потреблении телеконтента на ходу;

– увеличивает количество конечных устройств потребителей услуг и платформ;

– обеспечивает огромную скорость для каждого пользователя и в целом для всех потребителей, низкую сетевую задержку (до 10 миллисекунд);

– потенциально может предоставлять услуги телевещания с качеством, необходимым для экранов телевизоров [6, 22, 27, 28, 31] (Roenkov, Plekhanov, 2020; Fomina, 2019; Fomina, 2021).

Таким образом, сети 5G обладают высокой пропускной способностью, надежностью, мобильностью, быстрым запуском услуг. Очевидно, что разработка 5G-технологий ускорит революционные изменения в цифровой телеиндустрии, появятся новые схемы телевещания, инновационные технологические подходы в производстве цифрового видеоконтента. Очевидно, что внедрение технологий 5G позволит телевидению вступить в инновационную интеллектуальную эпоху управления вещанием и телепроизводством.

Анализ цифровой трансформации телевещания позволяет выделить основные тренды и перспективы развития цифрового эфирного телевидения:

– создание гибридных сетей, объединяющих возможности эфирного вещания и сетей 5G в рамках технологии 5G Broadcast, для передачи в интерактивном режиме мультимедийного контента на мобильные и стационарные устройства;

– обеспечение доставки данных каждому пользователю (unicast) с широковещательной многоадресной доставкой (multicast, broadcast);

– использование технологии 5G Broadcast для развития линейного вещания наряду с DVB;

– переход на IP-платформу и интеграцию с интернет-сервисами (DVB-I);

– трансляция программ в формате сверхвысокой четкости;

– возможность мобильного приема сигналов средств массовой информации и развлечений, а также общественных услуг и сигналов оповещения на смартфоны и инфокоммуникационные комплексы в автомобилях [3, 5, 8, 9, 16, 22] (Borzenko, Borisov, 2020; Bystrushkin, Tkachenko, 2021; Devyatkin, Bochechka, Tikhvinskiy, Borodin, 2020; Ermakova, Babenko, Miroshnikova, 2021; Krasnotselskiy, Shavdiya, 2020; Roenkov, Plekhanov, 2020).

Государственная политика в сфере цифрового эфирного телевещания

Изучение опыта зарубежных стран свидетельствует о необходимости формирования четкой государственной политики в сфере цифрового эфирного телевещания. В большинстве государств разрабатываются и реализуются меры по поддержке национального телевещания, в том числе и по развитию сетей 5G.

По мнению отечественных экспертов, в России уже давно назрела потребность в разработке федерального проекта 5G Broadcast. Вполне очевидно, что проект 5G Broadcast должен быть комплексным проектом, предусматривающим организацию опытной зоны с использованием отечественного и зарубежного оборудования для сетей 5G, а также научно-техническую кооперацию университетов, научных организаций, предприятий промышленности и операторов мобильной связи для совместного решения задач, стоящих перед телеиндустрией. Не вызывает сомнений тот факт, что развитие технологии 5G-вещание возможно только при активной государственной поддержке и соответствующем финансировании. В данном контексте важно подчеркнуть, что на сегодняшний день отечественное телевещание испытывает большие трудности. Анализ состояния сферы телевещания позволяет выделить основные проблемы и факторы, сдерживающие развитие технологии 5G-вещания (табл. 2).

Таблица 2

Проблемы и факторы, сдерживающие развитие технологии 5G-вещания

Изучение официальных документов Правительства РФ, Минцифры, публикаций в специализированных изданиях позволяет определить актуальные задачи государства в сфере телеиндустрии:

– создание действующей основы для внедрения технологий 5G, способных соответствовать требованиям к производству и распространению аудиовизуального контента;

– организация широкомасштабного исследования перспективных технологий телевещания с целью их внедрения;

– обновление парка вещательного оборудования и приобретение новых цифровых ТВ-передатчиков;

– разработка и организация производства отечественного профессионального и абонентского оборудования для сетей 5G для обеспечения безопасности и суверенитета российской экономики;

– предоставление наиболее удобной для трансляции 5G частоты 3.4–3.8 ГГц, («золотого диапазона»), которая находится у силовых ведомств и спецслужб;

– строительство сетей для приема программ телевизионного вещания на мобильные устройства с использованием диапазона 694–790 МГц;

– полный или частичный перенос мультиплексов цифрового телевидения DVB-T2 из диапазона 700 МГц на более низкие частоты;

– строительство новых мультиплексов телевидения высокой и сверхвысокой четкости (HD, 4K, 8K);

– строительство совместной сети оператора ТВ-вещания (ФГУП РТРС) и операторов мобильной связи;

– разработка и внедрение новых технологий 5G-вещания совместно с зарубежными партнерами, создание специальных фондов при участии государства [16, 20, 24, 28, 30] (Krasnotselskiy, Shavdiya, 2020; Slastukhina, 2020; Fomina, 2021; Shepeleva, 2021).

С нашей точки зрения, в течение ближайших лет использование сетей пятого поколения приведет к новой индустриальной революции, к развитию умного производства во всех сферах жизнедеятельности общества, в том числе и в отрасли телеиндустрии.

Заключение

На основании изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Потенциал сетей 5G для телеиндустрии огромен, так как мобильные сети имеют национальное покрытие. Стандарт 5G обеспечивает высокую скорость передачи данных, предоставляет большую мобильность пользователям системы связи, возможность управлять цифровым телевидением. Он предназначен для предоставления услуг одновременно большому числу пользователей. Внедрение технологии 5G Broadcast обеспечивает мобильным абонентам доступ к вещательному и мультимедийному контенту, а также возможность пользоваться интерактивными сервисами высокого качества. Высокая пропускная способность, низкая задержка, мобильность, масштаб сети обеспечивают технологии 5G Broadcast значительные технологические преимущества, что позволяет предлагать абонентам более высокого качества мультимедийные услуги, значительно повысить уровень интерактивности контента и будет способствовать появлению новых телеформатов.

2. Развитие технологии высокоскоростной связи пятого поколения (5G) должно являться приоритетным направлением государственной технологической политики. Внедрение 5G в России находится на таком уровне, когда без помощи правительства не обойтись. Активное развитие сетей пятого поколения возможно при увеличении государственных инвестиций в их разработку и внедрение. Для быстрого перехода к сетям 5G требуется модернизация всей отечественной сетевой инфраструктуры, объединение всех ресурсов и усилий операторов и государства для скорейшего внедрения в России сетей 5G, которые являются движущей силой цифровой трансформации телеиндустрии и основой Экономики 4.0 в России.

3. Для масштабного запуска 5G необходимы следующие условия:

– выделенная частота: высвобождение необходимого радиочастотного ресурса; без «золотого диапазона» развитие сетей 5G и их массовое внедрение в принципе невозможно;

– наличие отечественного оборудования: необходимо развертывание отечественного производства и поставка отечественного оборудования для новых диапазонов, которые будут выделены операторам для развертывания 5G, строительство и пусконаладка произведенного оборудования, подготовка парка абонентских устройств, работы по подготовке сайтов;

– нормативная база: подготовка нормативно-правовой базы, регламентирующей правила использования базовых станций 5G.

Таким образом, активное развитие сетей пятого поколения возможно при увеличении государственных инвестиций в их разработку и внедрение. При этом государство должно исходить из понимания того, что развитие технологии 5G Broadcast имеет огромное экономическое, социальное и культурное значение для осуществления телевещания, что соответствует интересам населения и государства в целом.