Дай пять

Наш мир уже невозможно представить без скоростного мобильного интернета. Более 60 процентов читателей сайта N + 1 просматривают его материалы с мобильных устройств. Иногда трудно поверить в то, что эти технологии появились совсем недавно, — настолько прочно они вошли в нашу жизнь. N + 1 совместно с компанией ZTE подготовили разъяснительный материал, посвященный новому стандарту связи 5G.

Чем отличаются 3G, 4G и 5G? И были ли какие-то форматы до них?

Если посмотреть на историю поколений мобильной связи, то получается, что новое поколение появлялось примерно каждые восемь лет, при этом стандарты и технологии, обеспечивающие его, разрабатывались за десять лет до их воплощения. Так, самый первый аналоговый стандарт, который обеспечивал скорость 1,9 килобит в секунду, был реализован в 1984 году, в то время как разработка началась еще в 1970-е годы.

Каждое новое поколение увеличивало теоретическую скорость передачи данных почти на два порядка, и уже привычный нам стандарт 4G может обеспечивать до гигабита в секунду.

Гигабит в секунду! И такие скорости бывают в реальной жизни?

В реальности скорость становится в десятки раз меньше, так как электронных устройств, использующих интернет, с каждым днем становится все больше и базовые станции перегружаются абонентами. При этом каждое работающее мобильное устройство является источником не только полезного сигнала (даже если этот сигнал — мемы про котиков), но и помех для базовой станции.

В итоге на переполненных улицах в час пик мы имеем очень маленькую скорость передачи данных, иногда сигнал сети вообще пропадает и мы недобрым словом поминаем Dial-up. Масла в огонь праведного гнева добавляет современная манера дизайна сайтов и мобильных приложений, которые при каждом запуске грузят мегабайты интерфейса, картинок, рекламы и прочего мусора.

С покрытием сетей тоже все не так однозначно. Теоретически, тот же стандарт 4G (разработка которого началась еще в далеком 2000 году) позволяет одной базовой станцией покрыть круг радиусом в 20 километров и обеспечить на нем скорость от 1 мегабита в секунду. На первый взгляд, этого вполне хватает, чтобы парой-тройкой станций охватить крупный город. Но в реальности эти значения уменьшаются из-за рельефа местности, городской застройки и количества активных абонентов.

Какие параметры влияют на разницу между теоретическими и практическими значениями?

На скорость передачи данных влияют частоты радиосвязи, используемые мобильными операторами. Эти частоты являются важнейшим ресурсом: в данном случае физически не существующий эфир получил вполне себе реальное воплощение, которое продается за огромные деньги и является предметом споров и конфликтов.

Например, значительная часть диапазона частот, в которых могут работать сети 4G, занята военными, причем военные закрепили их за собой задолго до того, как появился мобильный интернет. И немало копий было сломано в боях за безымянную частоту.

Определенные частотные диапазоны являются более привлекательными по физическим причинам — например, сантиметровый диапазон радиоволн (частота свыше 3 гигагерц) плохо подходит для городов, так как волны этой частоты гораздо хуже «пробивают» стены зданий и для хорошего покрытия приходится устанавливать больше базовых станций.

По этой же причине, кстати, в подземных переходах и в метрополитене зачастую «ловится» 3G — так как волны этой сети длинные, они лучше «затекают» в подземное пространство.

И как это планируется решать в 5G?

Перед грядущей сетью нового поколения, в первую очередь, стоит вопрос не столько скорости передачи данных для одного абонента, сколько количества абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией. И речь тут вовсе не о людях, а об интернете вещей — ведь все идет к тому, что в ближайшем будущем каждая микроволновая печь будет в состоянии вести свой блог на тему того, какой гадостью питается ее хозяин.

Если отбросить юмор, то на самом деле это будут самые разнообразные датчики, сенсоры и другие электронные устройства, которые станут создавать магию XXI столетия и киберпанк, который мы заслуживаем.

Поэтому одно из наиболее важных требований к сетям 5G — это использование на базовых станциях цифровых антенных решеток (ЦАР) с большим количеством элементов.

Цифровые решетки в определенном смысле похожи на фазированные антенные решетки, которые мы привыкли видеть на современных истребителях. ЦАР позволяет посылать и принимать сигнал с минимальными количеством помех узким лучом в сторону приемного устройства, и за счет этого кратно увеличивается способность системы поддерживать связь с сотнями тысяч таких устройств.

Справедливости ради, ЦАР использовалась и раньше — но это не было обязательным условием стандарта 4G и решетки состояли из небольшого числа элементов. Именно в базовых станциях зарыта та собака, из-за которой сложно перейти на стандарт 5G. Этот вопрос не решается перепрошивкой оборудования — требуется совершенно новая технически сложная базовая станция, установку которой надо экономически обосновать.

Каковы технические параметры 5G? Сколько там будет качаться, например, кино?

Технически стандарт 5G позволяет передавать данные со скоростью до 35 гигабит в секунду. Представьте себе — за несколько секунд целиком скачивается двухчасовой фильм в качестве FullHD.

Но подводный камень заключается в том, что грядущее пятое поколение для самых высоких скоростей передачи данных будет использовать частоты свыше 25 гигагерц, что сразу означает, что в городских условиях, где этим сантиметровым и миллиметровым волнам придется «пробивать» стены, насладиться флажком 5G на индикаторе сигнала сети получится у немногих.

По сути, главной фишкой 5G для рядового пользователя будет использование новым оборудованием, которое гораздо лучше работает с большим количеством абонентов, частот 4G. И тогда на переполненной улице в час пик скорость мобильного трафика будет сотни мегабит в секунду — что в десятки раз превосходит сегодняшние показатели.

Более того, стандарт 5G позволит устанавливать устойчивое интернет-соединение на скоростях до 300 километров в час, что делает его очень удобной системой связи для высокоскоростных транспортных систем будущего.

Люди, занимающиеся разработкой и внедрением стандартов 5G, говорят, что это интернет не для людей, а для машин. Для грядущих систем «умных городов» с миллионами датчиков, «умных дорог» и «умных многоквартирных домов». Действительно, рассуждая логически, зачем обычному человеку скорость 35 гигабит в секунду? Да, можно будет скачать двухчасовой фильм с разрешением 4K за минуту, но вряд ли кто ухитрится за ту же минуту этот фильм посмотреть.

А где-то уже есть 5G?

В США с 1 октября 2018 года сеть 5G уже запущена для жителей нескольких крупных городов. Коммерческий запуск сети 5G в России ожидается в ближайшие два года, и начнется этот праздник с Москвы.

Следует понимать, что в реальности огромный потенциал технологий 5G будет раскрываться не сразу, как и в случае с любой другой новой технологией.

Сергей Иванов