Что такое 5G и как он работает?
5G — это «пятое поколение» беспроводных систем связи. Для передачи цифровой информации на большое расстояние. 5G использует радиоволны.
Как и 4G, пятое поколение мобильной связи построено на основе компактных антенн, которые устанавливаются на вышках. В зависимости от высоты и особенностей рельефа, такая станция может передавать сигнал на расстояние от 1 до 500 километров. Каждая антенна обслуживает 10–1000 пользователей. При максимальной нагрузке сигналы устройств разделяются по времени приема-передачи, частоте и даже мощности. В антеннах стандарта 5G также используется технология Beamforming, знакомая по домашним роутерам. Станция формирует сигнал в виде узкого луча, направленного точно к устройству, а пользователь получает стабильно высокую скорость передачи информации.
Зачем нам технология 5G?
Число смартфонов, планшетов и других мобильных устройств продолжает расти. По состоянию на начало 2020 года 59% опрошенных взрослых в 100 странах пользовались такими девайсами. По статистике мобильных операторов, в мире насчитывается более 4,3 миллиардов активных абонентов. Уже сегодня в мегаполисах есть проблемы с приемом 3G- и 4G-сигналов. К примеру, в часы максимальной нагрузки скорость передачи данных в американских городах падает до 15–20 Мбит/с при теоретическом потенциале в 200–600 Мбит/с. В горных регионах и других местах со сложным рельефом, где невозможно развернуть 3G- и 4G-сети из-за особенностей рельефа, сотовая связь 5G решит эту проблему. Ведь она легко адаптируется к неблагоприятным условиям за счет гибкой регулировки мощности и направленности.
Также сейчас развивается «интернет вещей» — это вся «умная» бытовая техника — от холодильников до видеокамер. Объем передаваемых данных увеличивается на 8–15% ежегодно. Но к 2025 году эксперты ожидают стабильного прироста до 25–50%. Интернету вещей уже сейчас необходим специальный канал связи, чтобы работать в автономном режиме.
Мы постоянно говорим о беспилотном транспорте. Электромобили Tesla уже обходятся без водителей, квадрокоптеры ведут съемку по заранее составленным сценариям, а прототипы летающих такси вскоре планируют передвигаться над европейскими и азиатскими городами. От стабильной связи с диспетчерским центром и другими транспортными средствами зависит безопасность пассажиров. Для этого также нужен 5G.
Преимущества и отличия 5G
Главная особенность новой сети — скорость от 600 Мбит/с до 2 Гбит/с. С ней можно смотреть 8K-видео «по воздуху» и играть на слабом компьютере, транслируя изображение через интернет.
В 5G используют другие частоты, способы кодировки для повышенной скорости. В сетях пятого поколения используют как дециметровые, так и сантиметровые волны. В отличие от метровых, они распространяются на небольшое расстояние и отражаются от препятствий, а не огибают их. Но у них есть и преимущества — устойчивость к помехам и возможность «упаковать» больше информации в одну секунду сигнала. Такое решение позволяет избавиться от помех — существующие каналы Wi-Fi, 3G и 4G перегружены, а в густонаселенных районах постоянно «падает» интернет. Поэтому задача 5G — обеспечить стабильную и быструю связь для большего количества пользователей.
В сети 5G также снижены задержки при передаче и обработке сигнала — с 20–25 до 4–5 миллисекунд. Это преимущество оценят как геймеры, стремящиеся свести пинг к минимуму, так и офисные работники, для которых видеоконференции стали необходимостью. Переход на новый частотный диапазон снизит уровень помех — подключение станет более стабильным, а число разрывов уменьшится.
При внедрении новой технологии всегда возникает вопрос о безопасности данных. В сетях 5G уровень защиты повысится по сравнению с коммуникациями прошлого поколения. Во-первых, планируется заменить трехстороннюю «модель доверия» четырех- или пятисторонней. Перед обменом информацией подтверждение будут давать мобильный оператор, поставщик услуг, устройство абонента, местный узел связи и сервис «интернета вещей». Это поможет защититься от подмены базовой станции, перехвата сигнала и других хакерских атак. Во-вторых, увеличится число точек маршрутизации. Если один участок сети будет скомпрометирован, его можно будет отключить, не нарушив нормальную связь. В-третьих, планируется привлечь «искусственный интеллект» для своевременного выявления киберпреступлений и блокировки злоумышленников.
Еще одна особенность 5G — конструкция антенн. Можно будет легко увеличить или уменьшить площадь распространения сигнала. Цифровые антенные решетки позволяют гибко менять диаграмму направленности и мощность сигнала, выбирая необходимую зону покрытия. В городах можно получить широкий луч с малой дальностью, а за их пределами — узкую полосу.
Говорят, 5G опасен. Это так?
В сети гуляет масса картинок о людях в шапочках из фольги, комментирующих опасности 5G. Еще в 2017–2018 годах говорили, что высокоскоростные коммуникации вредны для здоровья людей. В интернете появлялись разные сведения — о том, что они вызывают рак мозга, бесплодие, снижение умственных способностей и даже позволяют взять человека под контроль. Из-за этих слухов их долгое время не внедряли в Швейцарии, Нидерландах, Италии и Венгрии. Исследования ВОЗ подтвердили, что высокочастотные радиоволны проникают лишь в поверхностные слои кожи. Даже при излучении в 10 раз больше, чем у среднестатистического смартфона, они лишь точечно повышают температуру тела на сотые доли градуса. Прямой взаимосвязи между возможными заболеваниями и 5G не обнаружили.
Этой весной противники нового стандарта утверждали, что радиоволны подавляют иммунитет человека и делают организм более восприимчивым к вирусам. Но пока никаких прямых доказательств или опровержений этой теории нет.
Противники 5G также утверждали, что запуск новых мобильных сетей «сведет с ума» автопилоты самолетов и повлияет на работу радаров. Однако при появлении новых мобильных коммуникаций их обязательно проверяют на совместимость с существующим оборудованием. При возникновении конфликтов частоты либо меняют, либо предварительно «расчищают».
Техническая сторона вопроса
В спецификации сетей пятого поколения выделены два диапазона частот. В первый — FR1 — попадают частоты от 600 до 6000 МГц. Ширина полосы — от 100 до 300 МГц. Это в 5–15 раз больше по сравнению с 4G. Поэтому антенны и смартфоны могут реагировать на помехи и поддерживать стабильное соединение даже при плохой погоде и предельной загруженности сети.
Второй диапазон 5G/IMT-2020 — FR2 — охватывает частоты от 24 до 100 ГГц. Ширина полосы в нем еще больше — 1 ГГц. Сантиметровые радиоволны передают сигнал на небольшое расстояние — от 50 до 1000 метров. Однако они увеличивают скорость, снижают задержку при обмене информацией и уменьшают число разрывов. Такая особенность позволит улучшить соединение с клиентскими устройствами на улицах крупных городов и в общественных зданиях, например, государственных учреждениях, ТРЦ и школах.
В каких странах уже есть 5G и когда появится в России?
Сети пятого поколения работают в 42 странах. Первыми их протестировали в США еще 1 октября 2018 года. В начале 2019 года к ним присоединились Южная Корея и Япония. За год они охватили 80% территории стран интернетом 5G. В Европе 5G уже есть в Швейцарии, Великобритании, Австрии, Италии, Венгрии, Польше, Нидерландах и Бельгии. Во второй половине этого года Китай развернул 5G-сети в 40 крупнейших городах. На африканском континенте новое подключение получили крупнейшие города Мадагаскара — Антананариву и Туамасина.
В России экспериментальные мобильные сети развернули в Москве в начале 2019 года. Сегодня они работают в исследовательских центрах и на предприятиях — на ВДНХ, в «Лужниках» и на Тверской улице — от Арбата до Кремля.
Пионерами во внедрении 5G были компании «МТС» и «Tele2». Чуть позже лицензии получили «Ростелеком», «Мегафон» и «Билайн». Для них выделены частоты в диапазонах 4,8–4,99 ГГц и 24,25–24,65 ГГц. Однако пропускная способность этих каналов невысока — они не будут полноценной заменой 3G и 4G по количеству обслуживаемых одновременно устройств. Операторы предложили выделить диапазон 3,4–3,8 ГГц, но получили отказ. Сегодня эти частоты используются российской армией и службами быстрого реагирования. Проблему обещают решить в конце 2021 или начале 2022 года, когда планируется решить вопрос с «расчисткой» диапазонов. До 2024 года мобильные операторы планируют запустить сети 5G во всех регионах страны, потратив на это более 200 миллиардов рублей. Они прогнозируют, что к 2030 году высокоскоростными коммуникациями будут пользоваться 50 миллионов россиян.
Какие смартфоны поддерживают 5G?
Начнем с новинок. Мобильная связь нового поколения доступна всем владельцам iPhone 12 — как в миниатюрной, так и в самой большой версии. Кроме того, ее поддерживают некоторые модификации Samsung Galaxy S20 и Galaxy Note 20 — в их названии нужно искать упоминание 5G. Высокоскоростными сетями могут пользоваться владельцы Huawei P40 и Mate 40 Pro. С ними совместимы и смартфоны бюджетной линейки — Honor 30. Но самыми доступными устройствами с поддержкой стандарта 5G остаются Xiaomi Mi 10 и Mi 10T. Их Lite-версии — единственные смартфоны среднего класса, имеющие доступ к сетям пятого поколения осенью 2020 года. Вы можете пользоваться всеми этими девайсами уже сегодня. Однако подключение к сетям 5G за пределами указанных выше территорий появится только после выделения новых частот и установки дополнительного оборудования.
