Как работает 5G и в каких странах применяют этот стандарт связи

  • Post category:Новости

Новый iPhone 13 продолжил тренд на поддержку пятого поколения сотовой связи. Того самого, из-за которого ‌жгут‌ ‌вышки, ‌боятся‌ ‌прививаться‌ ‌и‌ ‌закапывают‌ ‌археологов.‌ В поисках истины мы отправились в Дубай — Мекку 5G

Мы в Дубае — эмирате победившего если не коммунизма, то всеобщего благоденствия. Да, благосклонного в основном к своим, а не приезжим, но мобильная связь пятого поколения здесь доступна без имущественной дискриминации — были б только дирхамы на мобильном счету.

«Сейчас каждый тест сожрет по два гига трафика, будьте осторожны», — напутствует ведущий аналитик Mobile Research Group Эльдар Муртазин, перезаряжая обойму с сим-картой — с московской на местную. Мы ловим сеть пятого поколения — в правом верхнем углу экрана смартфона realme GT загорается 5G, а стрелка в приложении Speedtest ползет до 854 (!) Мбит/сек.

В то время как Москва продолжает довольствоваться куцыми зонами 5G и то в основном в метро — в силу массы причин, включая жадность Минобороны до выделения необходимых радиочастот, — арабы последовательно ведут свою страну от кишлаков в будущее из книжек фантастов.

Благодаря многомиллиардным вложениям в инновации национальный провайдер ОАЭ Etisalat смог побить рекорд по скорости интернета в 2020 году: был достигнут показатель свыше 70 Гб/с для частотного диапазона 2 ГГц. Etisalat занимает первое место в мире по процентному покрытию 3G и 4G сетей в стране. Полное покрытие страны сетью 5G к 2025 году не просто слова, а вполне осуществимое будущее: к 2022 году здесь намерены вообще отказаться от стандарта 2G.

© Shutterstock

Как работает 5G

Главный принцип работы сетей пятого поколения не отличается от предшественников: данные на локальную антенну какого-либо устройства передаются от «соты», или сотовой вышки. Соединяясь друг с другом по радиоволнам определенного частотного диапазона, они образуют глобальную сотовую сеть.

Какая тогда разница между поколениями? Усовершенствованная техническая составляющая. Растет количество антенн, что значительно увеличивает скорость, пропускную способность и уменьшает задержку между отправлением и принятием сигнала. Но ключевое отличие — в частотных диапазонах. Впервые в истории мобильной сети сотовая техника будет использовать миллиметровый диапазон, с помощью которого достигается максимальная теоретическая скорость в сумасшедшие 20 Гбит/с — это в 20 раз быстрее, чем пиковые скорости четвертого поколения.

Реальная скорость 5G сегодня колеблется в пределах от 50 Мбит/сек до 3 Гбит/сек, тогда как сети 4G в среднем показывают менее 10 Мбит/сек. На том же тестовом realme GT загрузка даже тяжелых игр занимала несколько секунд, и 5G позволял запускать не только мобильные версии, но и современные AAA-тайтлы. Само собой, для этого у смартфона должны быть еще и передовой процессор (на сегодня самый мощный — у Qualcomm, модель Snapdragon 888), экран с поддержкой частоты обновления до 120 Гц (иначе не будет эффекта от крутой графики), достаточно оперативной памяти и батарея с быстрой зарядкой не менее чем на 4500 мАч, которая выдержит часы гейминга и не попросит розетку спустя полчаса.

© Данила Мельников

Но у миллиметрового диапазона есть слабость — низкая проходимость сквозь препятствия. Охват площади одной такой сотой невелик, поэтому их требуется большое количество, что в свою очередь ведет к росту себестоимости всей системы для оператора сотовой связи.

Расширение диапазона — не единственное новшество. Разделение сигнала позволяет получить абоненту те данные, которые изначально предназначались ему, без искажений и потерь — если бы сигнал был один общий на всех, то устройства просто не смогли бы декодировать его в исходные данные, случилась бы мешанина.

Технология разделения сигнала менялась вместе с поколениями сотовой связи. В 1G каждому абоненту выделялся свой собственный диапазон частот, через который он и получал сигнал от оператора. В 2G частоты были общими, однако получение данных происходило в различный для всех пользователей промежуток времени. В 3G рабочий диапазон также общий, но для каждого абонента данные кодируются по-своему — это позволило повысить скорость передачи.

Но когда вычислительные процессы перебрались на мобильники, это повысило скорость соединения, одновременно снизив энергоэффективность девайса. С приходом 4G разделение сигнала стало осуществляться при помощи цифровой обработки: канал, по которому проходят сигналы, разделяется на подканалы, в которых и обслуживается каждое устройство.

В 5G используется технология разделения, схожая с 4G, однако подканалы стали расположены ближе друг к другу, что значительно повысило эффективность сети. Главную роль в процессе играет технология Massive MIMO. Принцип ее работы основан на том, что сота передает несколько сигналов одновременно. Из-за того, что каждая такая волна сигнала проходит разный путь за разное время, то один сигнал, поступая к приемнику (например смартфону), накладывается на другой. В итоге оба сильно искажают друг друга — это так называемая межсимвольная интерференция. Проблема легко решается и в 4G, однако Massive MIMO — технология, которая позволяет создавать множество параллельных сигналов благодаря множеству антенн в соте. В то же время в современных смартфонах, планшетах и ноутбуках стоит не одна приемная антенна, как было раньше, а две, что позволяет технике анализировать каждый сигнал и правильно восстанавливать исходные сигналы. Итог — невероятный прирост в скорости приема различных сигналов.

1

из
6

У смартфона realme GT в процессор интегрирован чип 5G. Архитектура телефона требует мощного охлаждения

© пресс-служба realme

© пресс-служба realme

© пресс-служба realme

© пресс-служба realme

© пресс-служба realme

Другая «свежая» технология — BeamForming, «формирование луча». В прошлых поколениях сигнал от соты передавался практически по всем направлениям, для чего требовались избыточные мощности. С приходом 5G передатчик при помощи множества антенн подает сигнал с небольшим сдвигом фазы — таким образом часть волн гасят друг друга, другие наоборот усиливаются, и в итоге образуется луч, направленный непосредственно к устройству. Это в первую очередь влияет на пропускную способность источника сигнала.

Одно из следствий — развитие интернета вещей, когда устройства образуют между собой собственную сеть и взаимодействуют друг с другом без постоянного вмешательства человека. Одна из веток этой эволюции — интернет транспортных средств. Учитывая тренд на беспилотный транспорт, технология Device-to-Device (устройство к устройству), поддерживаемая в 5G, должна создать безопасную и эффективную дорожную сеть, благодаря которой транспортное средство в режиме реального времени подает и принимает сигналы от других девайсов, более грамотно строит маршрут и адекватно реагирует на дорожную обстановку.

© Shutterstock

Распространенность 5G

Россия

Разворачивание сетей 5G в России сегодня все еще в зачаточном состоянии. Испытания проводятся уже больше пяти лет, однако коммерческий запуск откладывается. Проблем много, но главная — наиболее выгодные по скорости и радиусу распространения сигнала для операторов диапазоны частот (3,4–3,8 и 4,4–4,8 ГГц) заняты государством и военными. Вторая причина — низкая рентабельность для сотовых операторов из-за высокой стоимости оборудования. Впрочем, в определенном виде развертывание 5G заложено в план развития страны «Цифровая экономика».

США

В США первая в мире коммерческая 5G сеть развернулась еще в 2018 году в четырех городах. На данный момент благодаря трем крупнейшим операторам мобильной связи — Verizon, AT&T и T-Mobile — 5G работает большом количестве городов, а благодаря контракту между T-Mobile и оператором GCI сеть работает и на Аляске. Однако столь резвое расширение в итоге разочаровало потребителей: оборудование работает в низком диапазоне частот, поэтому прирост скорости относительно сетей LTE не такой внушительный.

5G используется в новом iPhone 13. Впервые компания внедрила 5G в iPhone 12 в 2020 году

© apple

Китай

Благодаря политике популяризации 5G количество подключений к сети 5G в конце 2020 года достигло 200 млн абонентов. Всего в Китае на конец прошлого года было построено свыше 700 тыс. базовых станций. Благодаря программе «Совместное строительство» в стране действует система, при которой базовые станции строит один оператор, а используют несколько — это значительно уменьшает капиталовложения в инфраструктуру.

Южная Корея

Если до июля 2021 года вся коммерческая 5G сеть в Корее была неавтономной, иначе говоря, строилась на базе 4G LTE-систем, то сейчас благодаря Samsung и KT Corporation появились первые автономные базовые станции, так называемый 5G SA (Standalone) — эти станции позволяют более глубоко раскрыть потенциал, заложенный в пятое поколение.

Перспективы 5G

Тенденция на реализацию пятого поколения мобильной связи закономерна и даже вынуждена. С появлением контента высокого качества и интернета вещей требования к интернет-соединению и пропускной способности с низкой задержкой стали более серьезными, поэтому развитие 5G-сетей вошло в программу цифрового развития многих стран. Да, многие системы основаны на 5G NSA, в некоторых странах все еще идут переговоры по выделению частотных диапазонов, как в РФ, но этот локомотив уже не остановить — периодически слышны разговоры и о 6G.