Новый формат связи: 5 фактов о 5G

5G обеспечивает скорость передачи данных в десятки раз быстрее, чем доступные сейчас большинству населения планеты сети связи, и позволяет, например, смотреть прямую трансляцию спортивного соревнования в сверхвысоком разрешении прямо на экране телефона или скачать любимый фильм в максимальном качестве за пару минут.

До недавнего времени в мире существовало четыре поколения мобильной связи. Но сегодня операторы связи во всем мире активно тестируют возможности сетей пятого поколения, коммерческий расцвет которого ожидается уже в 2020 году.

Мобильная связь уже давно перестала быть просто звонками и sms. На сегодняшний день главная задача мобильных сетей – беспроводная передача данных и подключение к интернету. И все для того, чтобы как можно большее количество людей имело максимально быстрый и удобный доступ к важнейшему достижению этого века.

Для описания эволюции вычислительных мощностей цифровых устройств в технике широко применим так называемый «Закон Мура». Согласно ему (в современной формулировке) количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Согласно этому эмпирическому закону производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров (что и наблюдается на практике) .

Для описания же роста производительности сетей связи существует так называемое правило десяти лет. Если заглянуть немного в прошлое, можно заметить, что каждое новое поколение мобильной связи появлялось примерно через 10 лет после появления предыдущего: первое поколение появилось в начале 80-х годов, второе – в начале 90-х, третье – в начале нулевых, четвертое – в 2009 году. Таким образом, напрашивается вывод, что коммерческие сети 5G начнут заполнять мир именно в 2020 году.

Новый формат связи: 5 фактов о 5GКаждое новое поколение сотовой связи значительно увеличивает скорость передачи данных. Так рождаются новые услуги и новые форматы контента. Люди получают новые развлечения и новое качество жизни.

ИСТОРИЧЕСКИЙ ЛИКБЕЗ

Сети 1G были внедрены в 1984 году. Первое поколение, с которого все началось, было аналоговым и даже не предполагало передачи данных, ориентируясь на голосовые вызовы. Несмотря на тот факт, что именно это поколение интернет-соединения стало «массовым» для мобильной связи, спрос на мобильный интернет был низким. Причинами стали дороговизна и ужасное качество соединения, которое не шло ни в какое сравнение с кабелем.

Технологии 2G стали результатом цифрового бума 90-х и позволили мобильной связи конкурировать с проводной. США и Европа не сошлись на одной технологии и продолжили развиваться в разных направлениях. Американцы продвигали собственную D-AMPS (в итоге не получила широкого распространения) и ранние версии CDMA, а в Европе сделали ставку на GSM.

Ключевое отличие между этими стандартами – способ работы с частотным ресурсом. Можно сказать, что на ранних этапах формат CDMA имел определенные преимущества перед GSM.

Второе поколение мобильной связи (как GSM, так и CDMA) позволило миру открыть эру полноценной беспроводной передачи данных. Началось все с SMS и удивительного формата CSD. Эта технология первой позволяла совершать передачу цифровых данных на более высоких скоростях – 14 кБит/с, что на то время было просто невероятным прорывом.

Новый формат связи: 5 фактов о 5G1997 год стал переломным в истории мобильной связи. Появилась технология GPRS, которая обеспечивала непрерывный поток передачи данных и «уделывала» модемный CDS. Скорость теоретически могла достигать 100 кБит/с (при 14 кБит/с раньше) и позволяла операторам создавать тарифные планы на основе скорости мобильного интернета. GPRS появилась крайне вовремя – повальное увлечение электронной почтой обеспечило новой технологии огромную популярность. Гипотетически подобное нововведение тянуло на третье поколение связи, однако не дотягивало до него в силу ограниченной скорости, не позволяющей пользоваться мобильным интернетом в полную силу.

В 1990-х годах начал разрабатываться стандарт 3G, основанный на методе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA); он был внедрен только в 2000-х годах. Ключевым фактором стала скорость передачи данных, которая достигала 2 МБит/с. Именно с этого времени скорость становится главным двигателем изменений.

Сети поколения 4G стали разрабатываться в 2000 году и внедряться во многих странах с 2010 года. Четвертое поколение связи основано на IP-протоколе, который объединил отдельные компьютерные сети во Всемирную сеть интернет с отдельными IP-адресами. Именно IP (Internet Protocol) объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку пакетов данных между любыми ее узлами.

Основным преимуществом 4G стала скорость, превышающая показатели 3G в 200-500 раз. Кроме того, в отличие от предшественника, сети четвертого поколения не используют канал для передачи голоса, а работают только с цифровыми данными. Это значит, что звонки переходят в формат VoIP, что в будущем может привести к отмиранию классической сотовой связи в пользу интернет-телефонии.

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ СЕТЬ 5G?

Пятое поколение мобильных сетей – 5G – обещает стать особенно прорывным. Есть надежда, что именно благодаря ему беспилотные авто, виртуальная реальность и интернет вещей активно войдут в нашу повседневную жизнь.

Новый формат связи: 5 фактов о 5G5G (от англ. fifth generation – пятое поколение) – это сеть нового поколения, которая отличается значительным увеличением скорости, снижением задержек и увеличенной емкостью. Такие сети могут достигать пиковых скоростей до 10 Гбит в секунду в оптимальных радиоусловиях и 1 Гбит в секунду для мобильных пользователей, перемещающихся быстрее 300 км/ч. Сеть 5G также отличается устойчивой связью в условиях большого количества абонентов в пределах действия базовой станции, быстрым откликом устройства и незначительным энергопотреблением.

Помимо скорости передачи информации главным преимуществом данной сети является увеличение количества одновременных подключений, которые может поддерживать мобильная сеть. Пропускная способность 5G-сети дает возможность осуществлять до 100 млн. подключений на площади в 1 кв. км.

3G
3,6 МБит/с
(скорость передачи данных в сети)
голосовые и видеозвонки через интернет,
музыка и просмотр роликов онлайн

4G
1 ГБит/с
увеличенная площадь покрытия Wi-Fi, просмотр фильмов,
быстрая передача файлов

5G
20 ГБит/с
принцип работы мобильных устройств
«всегда онлайн»,
низкое энергопотребление,
альтернатива проводному интернету

Недавно в Швеции установили очередной рекорд – 15 Гбит/с. Это в 40 раз быстрее действующих беспроводных сетей.

Еще 5G уменьшает задержку сигнала (в зависимости от среды распространения и используемой частоты сигнал будет приходить к получателю с той или иной задержкой) до одной миллисекунды – против 10 миллисекунд в сетях 4G и 100 миллисекунд в 3G.

Внедрение пятого поколения мобильных сетей обещает стать революционным прорывом в области связи за счет следующих нововведений:

Массивные MIMO. Эта технология подразумевает использование нескольких антенн на приемопередатчиках. В результате скорость передачи данных и качество сигнала возрастут пропорционально количеству антенн за счет разнесенного приема.

Новые диапазоны. Сегодня сети LTE занимают частоты ниже 3,5 ГГц. Стандарты 5G подразумевают использование более высокочастотных диапазонов. Это позволит избавиться от помех, однако заставит увеличить мощность передатчиков и более плотно размещать базовые станции.

Network slicing (нарезка сети). Эта технология позволяет мобильным операторам разворачивать логически изолированные сети, каждая из которых будет выделена под определенные нужды – например, для интернета вещей, широкополосного доступа, трансляции видео и так далее. Таким образом, мобильная сеть нового поколения сможет более гибко подстраиваться под различные применения.

D2D (Device-to-device). Устройства, находящиеся неподалеку друг от друга, смогут обмениваться данными напрямую.

5G уменьшает задержку сигнала до 1 миллисекунды. Сейчас задержки могут достигать 10 миллисекунд в сетях 4G и 100 миллисекунд в 3G. Улучшение этого показателя позволит использовать мобильное подключение даже в тех ситуациях, когда критически важное значение имеет время отклика. Например, для дистанционного управления сельхозтехникой, промышленными роботами или беспилотными автомобилями.

Глобальное распространение сетей пятого поколения приведет, скорее всего, к постепенной смерти Wi-Fi. Но с помощью 5G ваш смартфон, планшет или ноутбук всегда и везде будут иметь доступ к интернету, независимо от того, есть рядом роутер или нет.

ЦИФРОВАЯ ЛОЖКА ДЕГТЯ

Связь нового поколения 5G обеспечит пользователям сверхбыстрый интернет – но только в том случае, если они владеют смартфонами последнего поколения. С 30 мая к серверам подключены шесть городов Соединенного Королевства – Лондон, Эдинбург, Кардифф, Белфаст, Бирмингем и Манчестер.

Первым оператором, предложившим связь 5G своим абонентам, стал EE, тогда как его конкурент Vodafone перейдет на новый стандарт буквально в ближайшие недели. Самый низкий тариф ЕЕ сейчас составляет 54 фунта стерлингов плюс единовременный сбор 170 фунтов за трубку, однако в этот пакет входят всего 10 гигабайт данных, которые сгорят за считанные дни, если абонент качает фильмы или игры.

«Пока что 5G-сеть будет действовать лишь на части территории шести крупных городов, включая Лондон, Эдинбург и Манчестер, до конца года она должна быть запущена еще в 10 городах», – говорится в сообщении оператора.

Запуск 5G-сетей в Великобритании проходит на фоне продолжающихся обсуждений о том, можно ли использовать для этого телекоммуникационное оборудование китайских компаний, таких как Huawei, которая недавно была обвинена в работе на китайские спецслужбы.

EE и Vodafone решили отказаться от использования 5G-оборудования Huawei, хотя другие телекоммуникационные устройства, произведенные китайской компанией, они используют. Рaзвepтывaниe нoвoй ceти 5G мoжeт быть несколько oтлoжeнo также из-зa пpoвepки пpaвитeльcтвoм иcпoльзуeмoгo для нoвoй тexнoлoгии oбopудoвaния.

И хотя последние скандалы изрядно подпортили репутацию Huawei, специалисты, тем не менее, признают за ней мировое первенство в развитии и освоении новой технологии.

В ходе прес-конференции Кен Ху, менеджер Huawei, изложил пять фундаментальных изменений, которые принесет эта технология.

  1.  5G превратит связь в платформу. 5G значительно изменит масштаб применения беспроводных сетей, предоставляя непрерывный, повсеместный и неограниченный доступ в сеть для каждого человека и вещи.
  2. Все будет онлайн. На данный момент множество приборов по умолчанию находятся в режиме офлайн, а большинство электронных устройств не соединены между собой. С технологией 5G все устройства изначально будут онлайн и взаимосвязаны.
  3. Все будет в облаках. Турбоскорость технологий 5G снабдит облачные решения повышенной производительностью и вычислительным ресурсом для мгновенной передачи файлов большого объема. Таким образом, информация будет доступна каждому и повсеместно. На рынке телекоммуникационных услуг начнут появляться новые бизнес-модели, такие как Cloud X, где все устройства будут усилены неисчерпаемыми облачными ресурсами.
  4. Устройства будут переосмыслены. С поддержкой ИИ между устройством, сетью и облачным сервером устройства перейдут из фазы «подключи и работай» на фазу «включи и думай». Они будут лучше понимать пользователя, смогут не только отвечать на команды, но и предугадывать потребности и взаимодействовать с человеком более естественным образом.
  5. Беспрепятственный опыт. Нынешние сети предоставляют ограниченный доступ к информации, а процесс использования фрагментирован от одного сценария к другому. Когда все устройства перейдут в онлайн и будут функционировать через облако, необходимость в этих сценариях отпадет, а взаимодействие будет плавным и непрерывным.

Новый формат связи: 5 фактов о 5GНесмотря на такие радужные перспективы, остаются и открытые вопросы.
Миллиметровые волны, используемые в 5G, позволяют в десятки раз повысить скорость передачи данных, не проникают сквозь монолитные препятствия и быстро затухают в атмосфере. Чем выше частота, тем меньше расстояние, на котором возможна уверенная передача.

Вышки, которые обеспечивали сотовую связь предыдущих поколений, могли передавать сигнал на большое расстояние, а в архитектуре 5G используют small cells, которые ранее применялись в обычной передающей технике для локального усиления сигнала. Максимальное расстояние от антенны до клиентского устройства в этом случае едва ли сможет превысить несколько километров, а поэтому вышек потребуется значительно больше.

Как с этими вызовами справятся разработчики, будет ли доступна новая технология в условиях гористой местности, например, в Шотландии – пока что открытый вопрос.

Новый формат связи: 5 фактов о 5GСмартфоны тоже надо будет конструировать иначе. Каждую трубку, по мнению инженеров, лучше всего снабжать четырьмя антеннами, иначе связь может оборваться просто потому, что человек обхватил аппарат ладонью. В некоторых смартфонах, например, Samsung Galaxy Note9, iPhone XS и XS Max, их и так по четыре штуки (а в iPhone XR — только две), но антенны для миллиметровых волн громоздкие — они займут больше места в забитых под завязку корпусах. Какой выход будет найден? Возможно, придется фундаментально пересматривать архитектуру антенн. На мой взгляд, несомненно, придется вновь обращаться к свойствам фрактальности, возможно даже, строить фрактальные излучатели (подробнее расскажу об этом в одном из следующих номеров).

Технический прогресс новых форматов связи имеет и вторую сторону медали: более двухсот европейских ученых выступили с призывом отказаться от разворачивания сети 5G на континенте из-за потенциальной угрозы для здоровья людей. По их мнению, мощные электромагнитные поля увеличивают вероятность развития раковых заболеваний.

Руководство Евросоюза заявило, что уровень излучения в сети значительно ниже стандарта, установленного Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения, а причинно-следственная связь между использованием мобильных телефонов и онкологией не доказана.

Неудивительно, что распространение новых технологий вызывает у общества не только интерес, но и закономерные опасения и даже фобии. Так было и с внедрением паровозов, электричества и радио, не говоря уже о ГМО и прочих экзотических разработках.
Но, как известно «и опыт, сын ошибок трудных». Будем наблюдать и тестировать.

Дмитрий Бурлуцкий

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *