Сети 5G: невероятные факты о следующей беспроводной революции

Десять лет назад никто из нас даже не мечтал о быстром мобильном интернете где-нибудь за городом на рыбалке. Или просмотре видео на YouTube в палатке в лесу. Абсурд! Но такова была реальность.

Сегодня мы можем делать это практически из любой точки страны прямо с экранов наших смартфонов. Комфортный веб-серфинг и прослушивание потоковой музыки – без проблем, а просмотр видео может быть затруднителен только в настоящей глуши. Мы быстро привыкли к хорошему, не так ли? В обозримом будущем нас ждет еще более интересное – цифровые беспроводные сети, которые в несколько раз быстрее сегодняшних и объединены под логичным названием 5G.

Пятое поколение – все онлайн

Мобильные сети пятого поколения (или 5G) – это своего рода последнее обещание, что интернет-соединения, наконец, освободятся от оков кабеля. И все устройства, имеющие операционную систему и интернет-потребности, смогут получать и отправлять данные без подключения к коммутатору. Новое поколение беспроводного стандарта сделает значительный и большой шаг вперед. Это позволит массово использовать автономные транспортные средства (без водителей), дроны для доставки заказов из интернет-магазинов, и, вероятно, вытеснит традиционный домашний Wi-Fi.

Но прежде чем вы радостно побежите в магазин, чтобы купить себе смартфон с поддержкой 5G, подождите. Этот стандарт пока не запущен в официальную эксплуатацию, и вряд ли это произойдет в ближайшее время – самое раннее в следующем году. Хорошая новость заключается в том, что гиганты, такие как Samsung, Nokia, AT&T и другие, вкладывают огромные суммы в развитие сети и устройств, которые будут поддерживать 5G.

По словам разработчиков, теоретически достижимая скорость загрузки данных в сетях 5G может достигать фантастических 10 000 Мбит/с. Это в несколько раз больше максимума 4G. Вот небольшое, но отличное сравнение: если через 3G (с его максимальными возможностями) скачивание песни в формате MP3 занимает около 15 секунд, то через 5G за то же время (и даже быстрее) можно будет скачать полнометражный фильм.

2, 3, 4… 5 скорость

Интересно, что телекоммуникационные компании создают всю необходимую инфраструктуру и внедряют новый стандарт в течение примерно 10 лет. В 1982 году появились первые так называемые 1G-сети, которые функционировали, связывая аналоговые сотовые телефоны. В 1992 году мы увидели запуск 2G – или цифровых мобильных сетей (GSM), а в 2003 году все говорили только о 3G. Нынешние скоростные 4G-сети стали реальностью в 2011 году, принеся комфорт в коммуникацию. Таким образом, следуя этой зависимости, мы можем предположить, что от запуска следующего поколения мобильных сетей нас отделяют два или три года.

Как и любой стандарт, 5G не является делом только одной компании. Для этой цели существует специально созданная организация под названием Next Generation Mobile Networks (NGMN), которая объединяет и синхронизирует работу ученых и инженеров, производителей и поставщиков услуг. Все они создают следующее поколение коммуникаций.

И хотя стандарт 5G еще не завершен, очевидно, он будет значительно лучше 4G. Он позволит отправлять и получать гораздо больше данных, чем предыдущие технологии, и сможет одновременно обслуживать гораздо большее количество пользователей без засорения частот. Если вы были на концерте, футбольном матче или на любом другом мероприятии с большим скоплением людей, уткнувшихся в свои смартфоны, то уже знаете, что в таких местах мобильный интернет может работать очень медленно.

Кроме того, новая технология будет потреблять меньше энергии и, следовательно, гаджеты будут работать дольше. Вам реже придется искать зарядный адаптер. А еще 5G будет способствовать дальнейшему расширению интеграции интернета в так называемый «Интернет Вещей» (Internet of Things), в котором с компьютерами и смартфонами будут соединены телевизоры, холодильники, автомобили, дроны и любая другая техника. Даже ваш тостер.

Между мостами поколений

Несмотря на свой огромный потенциал, технология 5G должна иметь обратную совместимость с предыдущем поколением, верно? В противном случае, кому нужна сеть, которая не «понимает» телефоны без поддержки 5G. Но для того, чтобы они «говорили на одном языке», необходимо, чтобы каждый имел привычную схему работы.

Сотовые телефоны представляют собой двухсторонние радиостанции. Они преобразовывают голос в цифровой сигнал в режиме реального времени и отправляют его в радиоэфир. И это касается не только голоса (телефона), но и всех видов современных коммуникаций – видео, чат, интернет.

Поскольку количество радиочастотных каналов (полос) ограничено, а число людей, которые хотят пользоваться «благами» телефонов постоянно растет, сотовая связь разделена на отдельные участки (ячейки), которые пересекаются и передают сигнал друг другу. Отвечают за это базовые станции и их антенны – большие серо-белые удлиненные прямоугольники, которые вы можете увидеть на любом высотном здании. Связавшись с такой станцией, телефон передает ей свои данные, а она в свою очередь отправляет их на следующую станцию. Когда вы перемещаетесь из одного места в другое, сигнал вашего телефона переключается на следующую станцию, когда охват предыдущей снижается или исчезает. Таким образом, одна и та же частота GSM может многократно использоваться миллионами пользователей в городе без перегрузок или существенного замедления.

Сегодня во многих городах мира и России обеспечено полное покрытие сетью 4G (LTE – Long-Term Evolution), которая настолько быстра, что без проблем позволяет проводить видеоконференции и смотреть потоковое видео без задержек. Однако массовое распространение смартфонов, сопровождаемое их низкими ценами и дешевизной мобильного интернета, приводит к тому, что все больше и больше людей общаются в видеочатах, делятся фотографиями и т.д. Все эти миллионы устройств используют одни и те же частоты; они заполняются, и, следовательно, у всех пользователей начинает падать скорость соединения.

Для решения проблемы отсутствия частот поставщики услуг решили переключиться на другие частоты, миллиметровые – типичные для поколения 5G.

Миллиметровый диапазон = больше пользователей и больше скорости

Радиосигналы характеризуются определенной длиной волны. Чем она короче, тем выше частота. Радиосигналы 5G будут использовать длину волны от 30 до 300 ГГц, которая попадает в миллиметровый диапазон. Таким образом, 5G считается технологией миллиметрового диапазона.

Очень высокая частота сигналов имеет огромное значение. Говоря другими словами, 5G будет достигать невероятной ширины полосы пропускания, т.е. сможет одновременно «принять» огромное количество людей (устройств), а также получать и отправлять неизмеримо большие объемы данных.

Но где же «подводные камни»? Есть ли минусы или недостатки?

Конечно, они есть. Более высокие частоты означают… меньший охват. И если, скажем, 3G и 4G могут покрыть целый район с одной ячейкой, то сигнал мобильной сети пятого поколения будет достаточно сильным в нескольких кварталах. 5G не может покрывать большие расстояния: из-за малой длины волны сигнал с большим трудом преодолевает препятствия. И любая бетонная стена или даже ветка дерева может существенно повлиять на его мощность. 5G – это технология, которая лучше всего работает в зоне прямой видимости и обеспечивает высокий уровень сигнала, если станция находится неподалеку.

Но давайте перейдем к положительным сторонам. 5G обещает минимальную задержку сигнала между двумя подключенными устройствами. Если у 4G задержка связи составляет около 70 миллисекунд, то у 5G этот показатель будет не более 1 миллисекунды. А это означает гораздо более высокую производительность, особенно в некоторых случаях. Возьмем, к примеру, автомобили без водителей. Безопасное дорожное движение множества таких машин может быть обеспечено только путем создания подходящих для этого условий. В частности, между ними должна быть налажена постоянная стабильная связь. А теперь представьте, к чему может привести задержка связи, когда беспилотные машины движутся на большой скорости, следя при этом за сотней сторонних объектов. Сокращение задержки примерно в 50-100 раз существенно улучшит «реакцию» беспилотных автомобилей и, соответственно, снизит риск несчастных случаев.

Новые правила, новая инфраструктура

Запуск мобильных сетей пятого поколения подразумевает создание новой инфраструктуры. Базовые станции этой технологии будут отличаться, работая на других частотах, потребляя меньше энергии и т.д. Но телекоммуникационные компании вряд ли начнут строить новые сотовые вышки для того, чтобы покрыть сигналом заданную область: скорее всего, они будут устанавливать новые миниатюрные ячейки на существующие вышки, здания и другие объекты. Ячейки 5G будут покрывать область около 250 метров в каждом направлении. Пользователи будут подключаться к ним через беспроводной модем (телефон или другое устройство), и благодаря огромным преимуществам, таким как скорость и ширина канала, домашние пользователи больше не будут нуждаться в каких-либо сетевых кабелях.

Однако, поскольку миллиметровые волны сигнала 5G имеют более слабую проникающую мощность, чем 4G, операторам придется создать очень плотную инфраструктуру для обеспечения хорошего обслуживания. Подобно Wi-Fi, 5G потребует большого количества базовых станций на близком расстоянии друг от друга, чтобы пользователи могли быть всегда онлайн. И это будет стоить денег. Много денег. В крупных странах, таких как США, инвестиции в 5G составят порядка 20-30 миллиардов долларов, за которые в конечном итоге заплатят пользователи.

Некоторые крупные мобильные операторы уже тестируют pre-5G версии стандарта (как это было во время зимних Олимпийских игр в Корее). Это может означать, что у них уже есть утвержденный стандарт, но это не так. На самом деле, никто не знает, какими будут окончательные спецификации. Таким образом, вопрос необходимости покупки 5G-совместимого телефона встанет перед нами не раньше, чем через несколько лет.

Давайте помечтаем о 5G и… даже о 6G

Что нам делать, когда появятся мобильные сети пятого поколения. Для начала всем нам придется купить новый смартфон. Наши текущие телефоны, скорее всего, будут работать в новой сети, но не будут поддерживать ее возможности.

5G сделает массовыми новые технологии, такие как виртуальная реальность. Почти наверняка через несколько лет вы сможете легко подключить комплект VR (очки, шлем) к своему телефону и наслаждаться полностью измененной реальностью.

Но технологичные компании всегда смотрят немного дальше, инвестируя в более серьезные и революционные системы, которые могут изменить образ жизни общества. Беспилотные автомобили, беспилотные летательные аппараты и системы коммуникации между ними смогут перевернуть наши представления о транспорте, и 5G поможет сделать их безопаснее. Автоматизированные поставки грузов дронами, скорее всего, станут частью повседневной жизни, а системы видеонаблюдения, направленные на повышение безопасности жизни и уровня правопорядка будут вездесущими. Если в настоящее время камеры наблюдения есть во многих местах, я гарантирую, через 10 лет они будут буквально повсюду.

Годом, когда 5G начнет захватывать планету, станет 2019-ый или более вероятно – 2020-ый. После этого можно будет начинать готовится к следующей революции – 6G, потому что финские инженеры из Университета Оулу уже работают над этим стандартом. Он называется 6Genesis, а его спецификации должны будут быть готовы через 8 лет. Пока ясно, что он, вероятно, будет использовать еще более высокие частоты – терагерцы, и будет основан на искусственном интеллекте.

Метки: 5G