что дает 5 джи
5G. Реальность и перспективы
Содержание
Содержание
2G, 3G, 4G, 5G — что это значит и в чем разница?
Так обозначаются различные поколения мобильной связи. Цифра — номер поколения, а буква G — Generation (поколение). Объединяет их одно — это цифровые сети (в отличие от аналогового первого поколения, которое передавало только аудиоинформацию). Основное отличие между поколениями — скорость.
Поколение
Стандарт
Максимальная скорость
Однако скорость не может расти сама по себе. Для того, чтобы радиоволна передавала больше информации за одну единицу времени, её частота должна быть выше и/или ширина канала должна быть больше. Используемые мобильными сетями частоты росли с каждым поколением, но 5G в этом смысле совершил прорыв — его частоты как минимум вдвое выше, чем у 4G.
Поколение
Частота
Ширина диапазона
3,4 – 3,8 ГГц / 24,65 – 29,5 ГГц
Здесь кроется одна из причин предвзятого отношения к новым стандартам: чем больше частота радиосигнала, тем эффективнее её энергия поглощается препятствиями, находящимися на пути радиоволны. И речь идет не только о стенах. Человеческое тело так же хорошо поглощает высокочастотные радиоволны.
Единственным доказанным воздействием ВЧ-излучений на человека является повышение температуры тела, причем оно возникает лишь при мощностях излучения, на порядки превышающих те, что используются в мобильных сетях. Пока ни статистика, ни исследования здравоохранительных организаций не подтверждают вредность высокочастотных излучений. И 5G продолжает распространяться — слишком велики его преимущества, чтобы отказываться от них из-за недоказанного вреда и страхов обывателей.
Скорость 5G
5G использует широкий спектр частот — от 40 до 100 МГц в диапазоне 3,4 – 3,8 ГГц. Это обеспечивает скорость передачи данных до 25 Гбит/с. Пятое поколение отличается минимальными задержками передачи сигнала — около 1 – 5 мс. Значение внушительное, даже чересчур — не всякое оптоволоконное подключение поддерживает такую скорость.
Возникает вполне закономерный вопрос: а нужна ли настолько высокая скорость в мобильной сети? Ведь даже для онлайн-просмотра видео в формате 8К потребуется в разы меньше. Но высокая скорость нужна! 20 Гбит/с — это теоретически достижимая максимальная скорость между сотой и единичным пользователем.
С каждым новым клиентом скорость сети будет снижаться, и в условиях плотной городской среды составит «всего лишь» 50, максимум 100 Мбит/с. Но и в этом случае 5G становится серьезным конкурентом для проводных и оптоволоконных провайдеров.
Интернет вещей
5G не только предоставит мобильный широкополосный доступ, который станет более быстрым, стабильным и качественным, но и обеспечит поддержку массового интернета вещей (IoT). Ожидается, что благодаря 5G к 2025 году количество устройств вырастет с 7 млрд (на 2018 год) до 22 млрд.
Увеличившаяся пропускная способность позволит удаленно управлять большим количеством устройств в тех сферах, где критически важна производительность сети в реальном времени, например, дистанционное управление различной техникой. Со временем станет возможным провести медицинскую операцию при участии врача, который находится в одной стране, а пациент и автоматизированная медицинская система — в другой.
Стационарный «интернет вещей» можно организовать с помощью Wi-Fi, но мобильным устройствам он не подходит. В их числе дроны, очки виртуальной реальности, а также «подключенные» автомобили, дополненные технологиями для обмена информацией с инфраструктурой и другими участниками движения.
Они требуют широкополосного подключения на площадях, заметно превышающих область распространения Wi-Fi пусть даже от сети роутеров. Новый стандарт обеспечит поддержку до 1 миллиона клиентов на квадратный километр. Для сравнения, 4G на той же площади поддерживает лишь до 100 000 устройств.
Основными отличиями 5G является сверхнадежная связь с малой задержкой, значительно более высокая скорость передачи данных и поддержка массовых машинных коммуникаций, при которых большое количество устройств способно обмениваться данными без какого-либо участия человека.
На сегодняшний день устройства IoT в основном подключают при помощи кабелей. Между тем, 5G позволит установить гораздо больше датчиков: станет возможным использовать беспроводное подключение без потери качества соединения. Технология предполагает высокую плотность датчиков. Их могут быть миллионы, что существенно повысит точность полученных ими данных.
Кроме того, 5G позволит использовать облачную сеть радиодоступа, благодаря чему сети обеспечат передачу данных от одного узла сети к другому с помощью меток. Это расширит возможности для таких технологий, как автономные автомобили или дроны, которые находятся вне поля зрения оператора. Подобного рода техника в процессе передвижения собирает огромное количество данных, которые следует быстро обрабатывать, чтобы избежать аварийных ситуаций.
В «умных» городах светофоры будут регулировать движение, получая от автомобилей данные о плотности транспортных потоков. Это уменьшит количество пробок и повысит безопасность на городских дорогах, а заодно снизит уровень загрязнения окружающей среды.
Возможные сценарии использования 5G включают автономное управление транспортным средством на любой дороге и в любых условиях. Автономные автомобили, включая и летающие модели, будут самостоятельно передвигаться от одного водителя к другому, а также сами смогут подключиться к беспроводной зарядной станции для восполнения заряда аккумулятора.
В результате одним транспортным средством смогут пользоваться несколько человек. Автомобиль можно сдать в аренду другим пользователям, пока владелец авто находится на работе. В результате стоимость владения автомобилем станет существенно ниже. Изменится не только городская мобильность, но и отношение к приобретению транспорта в собственность, да и к собственности в целом. Это будет не всегда удобно и выгодно.
Развитие транспорта, всеобщая доступность медицины, образования и других сфер, необходимых для комфортной жизни, могут привести к оттоку населения из городов в пригороды и небольшие комфортные поселения, что окажет влияние на дальнейшее развитие цивилизации.
Возможности, которые открывает 5G, могут стать основой новой экономики и технологической революции. С сетями нового поколения станет возможна автоматизация на всех уровнях — от «умного» дома и города до страны и планеты в целом.
Массовое распространение сетей нового поколения станет основой нового технологического уклада, который проявится в широком применении искусственного интеллекта, беспилотного транспорта, развитии робототехники, всеобщей цифровизации и автоматизации.
Разумеется, триумф технической революции случится не в один миг, а постепенно. Технология 5G обеспечит лишь нужный задел. Остальное продолжат 6G и последующие поколения мобильной связи.
Особенности 5G
Низкая проникающая способность высокочастотных радиоволн неизбежно приведет к сокращению радиуса охвата отдельной соты. Для покрытия одной и той же площади 5G потребуется куда больше сот, чем 4G. С одной стороны, это увеличит стоимость внедрения технологии. С другой стороны, из-за массовости изготовления и меньшей мощности 5G-ретрансляторы со временем будут стоить заметно дешевле, чем их предшественники.
Операторы сотовой связи при внедрении 5G планируют отказаться от привычной практики установки вышек. Новые ретрансляторы будут устанавливать в соответствии с застройкой местности: на площадях, в торговых центрах, на стенах зданий. Причем многие из них будут направленными. Это приведет к снижению необходимой мощности передатчика смартфона — батарейка будет «тянуть» дольше, а сам телефон станет тоньше и легче.
Цена перехода
Переход на новый стандарт потребует от операторов значительных вложений, поэтому (как минимум, первое время) цены на подключение 5G не будут ниже, чем на 4G. А еще стандарт не совместим с предыдущим, поэтому потребуется покупать новые смартфоны, планшеты и модемы для ПК. Зато 5G позволит отказаться от «проводного» интернета без потери качества связи.
Пора выкидывать роутер?
Сети 5G в тестовом режиме запускаются во многих странах, и Россия — не исключение. Первые испытания 5G были проведены в 2016-2017 годах. Компания «Мегафон» совместно с Nokia и Huawei тестировала оборудование для организации мобильных сетей 5G. При этом была достигнута скорость около 5 Гбит/с.
На чемпионате мира по футболу, который проходил в России в 2018 году, компании «МТС» и Ericsson развернули связь 5G для обеспечения доступа к высокоскоростному интернету. Базовые станции были установлены в крупных городах: Москве, Санкт-Петербурге, Ростове-на-Дону, Казани, Самаре, Екатеринбурге и Нижнем Новгороде.
В настоящее время в Санкт-Петербурге и Москве сети пятого поколения разворачивают четыре оператора сотовой связи. 5G пришел в Казань, Набережные челны, Екатеринбург, Томск и Абакан. Но зона покрытия весьма невелика даже в столицах. О коммерческом запуске речи пока не идет: операторы планируют его не раньше 2022 года.
Основной загвоздкой являются частоты: диапазон 3,4 – 3,8 ГГц, используемый для 5G в большинстве стран мира, в России занят силовыми структурами, которые вовсе не собираются отдавать частоты сотовым операторам. Поэтому оборудование для России придется либо заказывать специально, либо производить самим. В любом случае это будет дольше и дороже, чем покупать стандартное.
Пока под пилотные сети 5G в России выделяют частоты под стандарт mmWave: в диапазоне 24,65 – 29,5 ГГц. Такая частота обеспечивает высочайшую скорость передачи данных, но дальность действия соты не превышает сотен метров. И тут возникают те же проблемы, что и у Wi-Fi: плохое покрытие в сложном рельефе и необходимость в огромном количестве ретрансляторов. Это очень дорогое решение, и вряд ли в ближайшее время оно выйдет за пределы ограниченных пилотных зон.
Так что не торопитесь выкидывать роутер и покупать iPhone 12. В ближайшие несколько лет 5G в России точно не станет доминирующей технологией. А жаль.
Зачем нужен 5G? Преимущества сетей нового поколения
Для начала ознакомимся с технической стороной вопроса. 5G (или пятое поколение беспроводной мобильной связи) – это набор технических характеристик сотовой сети. В настоящее время согласованные стандарты для 5G выглядят следующим образом:
Где будет применяться 5G?
Откровенно говоря, для простого пользователя вполне достаточно 4G – этот стандарт позволяет смотреть потоковые видео и играть в ресурсоемкие игры без существенных неудобств. К тому же, было бы странно, если бы технология, названная революционной, была разработана для применения только в развлекательной сфере (хотя и ее, конечно, не оставили без внимания). На самом деле все гораздо серьезнее, и пятое поколения мобильных сетей охватывает куда более важные сферы жизни, чем просмотр сериалов на Netflix.
Человек с каждым годом потребляет все больше данных. Существующие полосы спектра становятся перегруженными, что приводит к сбоям в обслуживании, особенно когда множество людей пытаются получить доступ к услугам сети одновременно. 5G гораздо лучше справляется с тысячами синхронно подключенных устройств: от мобильных телефонов до датчиков оборудования, видеокамер и уличных фонарей.
С другой стороны, затраты на переход к инфраструктуре 5G будут огромными. Минимальная оценка стоимости строительства и поддержки сетей 5G в России оценивается НИИР в 164 млрд рублей (в США предполагаются затраты свыше 200 млрд долларов в год в течение следующих 5-10 лет, и почти все из них будут оплачены частными инвесторами). А это означает, что такие затраты должны быть оправданы действительно революционными изменениями во всех сферах жизни.
Что же нас ждет в глобальном смысле, когда сети 5G окончательно будут развернуты?
Энергетика и коммунальное хозяйство
Энергетические установки требуют постоянного обслуживания, от этого зависит их правильное функционирование и безопасность. Быстрая и надежная связь 5G позволит непрерывно следить за системами с помощью датчиков (детекторы утечек на трубопроводах и др.). Это значительно сократит потребность во вмешательстве человека и повысит безопасность энергосистем.
5G улучшит удаленный мониторинг энергетических объектов, таких как ветряные электростанции и солнечные фермы
Благодаря масштабному подключению большего числа устройств в рамках растущего Интернета вещей (IoT) энергетические компании смогут работать эффективнее и лучше обслуживать клиентов. Например, использование интеллектуальных счетчиков обеспечит поставщикам и клиентам онлайн-доступ к данным и аналитике потребления энергии, что позволит экономичнее распределять ресурсы. По оценкам Европейской комиссии, к 2020 году будет выпущено уже около 200 млн интеллектуальных счетчиков электроэнергии и 45 млн «умных» газовых счетчиков. При этом рассчитано, что примерно у 72% потребителей в Европе будут интеллектуальные счетчики электроэнергии и у 40% — газа.
Интернет вещей
В настоящее время продукты IoT включают в себя автономные устройства: интеллектуальные термостаты, программируемые дверные замки, лампочки и другие полезные гаджеты. По мере того, как в течение следующих нескольких лет в сеть поступят еще миллиарды устройств, они будут использовать сети 5G для отправки и получения огромных объемов новых данных.
Высокие скорости 5G помогут внедрить системы умного дома повсеместно
Умный дом выйдет за рамки простого включения обогревателей к приходу хозяев и превратится в пространство, которое адаптируется к потребностям каждого члена семьи, обеспечивая безопасность, оптимизируя потребление ресурсов (электроэнергии и воды), а также персонализируя развлечения.
Умные города
В умных городах сверхнизкая задержка передачи данных в сетях 5G будет иметь решающее значение для интеллектуальных энергосистем и подключенной инфраструктуры. Это не только улучшит качество государственных и коммунальных услуг, но и повысит общественную безопасность. Уже сейчас в Барселоне (Испания), Колумбусе (штат Огайо, США) и Сингапуре используются интеллектуальные уличные фонари и датчики, которые отслеживают такие вещи, как качество воздуха, наличие парковочных мест и сбор мусора.
Для обеспечения безопасности в умных городах датчики мгновенно оповещают о произошедших преступлениях
Колумбус, работающий по гранту Министерства транспорта США, уже внедряет и тестирует приложения, которые применяются для снижения пробок, автоматически сообщают о необходимости ремонта дорог и обеспечивают связь между беспилотными автомобилями. Так что, «умные» города – это уже не будущее, а вполне себе настоящее.
Беспилотные автомобили
Tesla способна ездить по городским улицам, пока ее водитель (или, скорее, пассажир) спокойно спит в салоне. Но что будет, если таких беспилотных машин на дорогах будут тысячи?
Использование автономных транспортных средств раскрывает одну из важнейших потребностей современной беспроводной инфраструктуры: на дороге любая секундная задержка может привести к трагедии.
Низкая задержка при передачи данных обеспечит мгновенный обмен информацией между беспилотными транспортными средствами
Способность автомобилей мгновенно реагировать и «общаться» с себе подобными с помощью 5G выведет беспилотные транспортные средства на новый уровень и обеспечит безопасность на дорогах.
Здравоохранение
С прицелом на будущее технология 5G способна повысить доступность медицинских услуг для населения и в целом увеличить продолжительность жизни человека.
Если в настоящее время фитнес-трекеры уже стали нормой, то с полноценным внедрением 5G носимые устройства (не только браслеты, но и умная одежда и обувь) смогут использовать преимущества высоких скоростей передачи данных и позволят врачам дистанционно контролировать и анализировать параметры пациента и даже мониторить, принял ли он лекарство вовремя.
5G в медицине позволит сократить время, необходимое для выявления проблем со здоровьем, и повысить точность диагнозов
5G также позволит реализовать дистанционные консультации для пациентов, которые не имеют быстрого доступа к лечебным учреждениям, например, в городах, удаленных от центра региона. Дистанционные консультации могут применяться также для профессиональной подготовки медицинских работников по всему миру, а использование виртуальной реальности с высокими скоростями 5G поможет студентам-медикам практиковать удаленный уход за пациентами в режиме реального времени.
К революционным направлениям, которым 5G открывает большие перспективы, относится роботизированная хирургия. Ее возможности поистине огромны. Например, оператор-хирург может находиться от пациента на расстоянии многих километров и успешно проводить при этом сложнейшие операции с помощью хирургических роботов, виртуальной реальности и тактильных перчаток.
Сельское хозяйство
Интеллектуальное фермерство – это не просто техническое новшество: оно необходимо, чтобы накормить постоянно растущее население планеты. 5G сможет без перебоев предоставлять данные о хозяйстве в режиме реального времени, и эти новые возможности для мониторинга и автоматизации систем приведут к «умному сельскому хозяйству».
Сельскохозяйственные устройства IoT позволят фермерам производить более точные измерения влажности, состояния почвы и жизненных показателей растений, а также точнее прогнозировать погодные условия. Что касается животноводства, то с помощью датчиков будет осуществляться мониторинг зрелости и контроль за здоровьем скота.
Сельское хозяйство относится к отрасли экономики высокого риска, который можно снизить, используя высокоточный мониторинг
В целом, 5G позволит фермерам отслеживать огромное количество факторов окружающей среды для достижения наилучших результатов в работе.
Виртуальная и дополненная реальность
Развитие 5G, как прогнозируют эксперты, поможет вывести виртуальную и дополненную реальность в массы, сделав технологии доступными широкому кругу пользователей. Быстрые скорости и низкая задержка позволят полностью погрузиться в VR/AR.
Благодаря скорости соединения транслировать VR-контент и играть в VR-игры можно будет где угодно
Кроме того, не стоит забывать, что виртуальная реальность с успехом используется не только в сфере развлечений, но также в образовании, медицине, промышленности, военной и авиационной подготовке.
Когда мы это увидим?
В Великобритании и США основные мобильные операторы уже тестируют сети пятого поколения, а в Японии операторам предоставили бесплатный доступ к 5G-частотам. Как дело обстоит у нас?
Государственная программа «Цифровая экономика» предусматривает устойчивое покрытие 5G во всех крупных городах-миллионниках к 2024 году. В настоящее время Тele2 и Ericsson развернули пилотную зону в Москве на Тверской улице, до конца года готовятся подобные зоны в Санкт-Петербурге и Казани. Что касается коммерческих сетей, то ожидается, что они появятся в России уже через два года.
Есть и сложности. Дело в том, что наиболее подходящий диапазон для быстрого и дешевого запуска 5G (3,4-3,8 ГГц) в настоящее время занят силовыми ведомствами и требует решения об освобождении на государственном уровне.
Преимущества и возможности сетей 5-го поколения поистине огромны. Но, в любом случае, не стоит ожидать молниеносной революции. Ранние развертывания уже начались, и о перспективах 5G знает все больше людей. Однако полностью работающие сети 5G, которые могут поддерживать передовые сценарии использования, все еще находятся в стадии разработки. Что ж, ожидаем невероятного цифрового будущего на высоких скоростях.
Что такое 5G, зачем это нам, чем опасно и где найти
Не успев толком добраться до наших смартфонов, связь 5G уже у всех на слуху. Кроме того, вокруг технологии возник один из коронавирусных мифов. Давайте во всём разберёмся — и в мифах тоже.
5G и 4G — в чём разница
Со стандартом 4G мы уже сжились и вполне оценили его плюсы. Казалось бы, куда уж лучше. Оказывается, есть куда. Даже простое сравнение главных показателей 4G и 5G даст вам вполне красноречивую картину.
Скорость передачи данных
В сетях 5G пиковая скорость в 20 раз выше, чем у 4G. Пример для наглядности: пока на устройстве с четвёртым поколением вы скачиваете один фильм в качестве Full HD, ваш сосед с 5G за это время загрузит с два десятка таких же фильмов. И пусть это идеальная ситуация, но и при неблагоприятных условиях всё будет примерно так же: сотовые сети 5G окажутся гораздо быстрее.
Задержка сигнала
Это такой зверь, которого особенно «ценят» любители многопользовательских игр и потоковых видео. Задержка — промежуток времени между вашими действиями на гаджете и реакцией на них со стороны приложения, в котором вы работаете или играете. Этот параметр имеет заметное влияние на качество онлайн-игр, видео и аудиоконференций, которые ведутся через мобильный интернет.
У 4G задержка сигнала составляет около 40 миллисекунд, и этого достаточно, чтобы промахнуться в подвижной игре, даже точно прицелившись: пока система отреагирует, противник уже поменяет местоположение и вы промажете при, казалось бы, верном ударе. Это, конечно же, раздражает.
У сетей пятого поколения задержка в идеале составляет одну миллисекунду и не превышает пяти — разница с 4G минимум в восемь раз. Это очень много.
Ёмкость сети
С каждым днём растёт количество мобильных устройств, которые мы используем в разных целях. Смартфоны, планшеты, ноутбуки, фитнес-браслеты, игровые консоли — все они работают через мобильные сети. Интернет вещей сулит нынешним трудные времена: многочисленные датчики, видеокамеры и прочие устройства, которые активно применяются в умных технологиях, также нуждаются в подключении к мобильной сети. 4G c таким нашествием в обозримом будущем не справится, а вот 5G — вполне.
5G позволяет создать до миллиона подключений на каждый квадратный километр, это на порядок выше, чем у предыдущего поколения сетей.
Ёмкости сети 5G достаточно, чтобы обеспечить связью все наши умные лифты, светофоры, автомобили, медоборудование и т. д. Домашняя сеть 5G избавит вас от подвисаний и торможений личных гаджетов и другой техники: ПК, мобильных телефонов, видеокамер, умных холодильников и т. д. — подключайте их хоть все сразу и наслаждайтесь бесперебойной работой.
Энергоэффективность
Сети 5G смогут работать с маломощными устройствами интернета вещей. Множество микродатчиков и сенсоров будут служить автономно месяцами без смены или подзарядки батареи питания. Это важно, так как обеспечить миллионы доступом к электросети было бы крайне сложной инженерной задачей, часто вовсе не решаемой: она бы свела на нет все плюсы от возникновения интернета вещей.
Степень мобильности
Современный человек на месте не сидит и значительную часть своей жизни проводит в движущемся транспорте — и в эти моменты ему тоже хочется выйти в интернет. Особенно когда предстоит провести несколько часов в поезде. Если это пассажирский состав — ещё ладно, но уже для скоростей «Сапсанов» и «Ласточек» современный стандарт 4G не очень хорош. И снова 5G в приоритете — эта связь может нормально работать даже в японских экспрессах, летящих со скоростью 500 км/ч.
Новому поколению сетей не страшно постоянное повышение нашей с вами собственной мобильности, они обеспечат передачу данных без потери качества.
Области применения 5G
Сети пятого поколения позволят объединить в единую высокоскоростную систему все устройства умного дома. Счётчики, дверные замки, игровые и телеприставки, системы климат-контроля и безопасности — всё это можно будет подключить через мобильную сеть к одному управляющему устройству.
Да что там умный дом — 5G в силах объединить устройства целого умного города. Светофоры, камеры наблюдения, банковские терминалы, паркоматы, навигаторы в автомобилях, арендуемые транспортные средства (в том числе беспилотные) — умные устройства в режиме реального времени будут обмениваться информацией между собой. За счёт этого перемещение по городу станет максимально комфортным и безопасным, заработают новые удобные сервисы, городские коммунальные службы получат современные инструменты мониторинга, что скажется на качестве и эффективности работы.
Владельцы гаджетов, подключённых к 5G, почувствуют невиданную ранее свободу взаимодействия друг с другом. У вас будет практически мгновенный доступ к облачным сервисам, потоковому видео, многопользовательским облачным играм, покупкам в дополненной и виртуальной реальности, совместной удалённой работе в режиме онлайн и многое другое.
Вред от сетей 5G, когда они будут в России, где можно протестировать сейчас
5G и опасность для здоровья
Действующие санитарные нормы по электромагнитному излучению никто не отменял, а потому сети 5G просто не могут быть опаснее существующих сетей связи — базовый принцип их работы один и тот же. Любые сотовые сети опасны только в байках, которым люди верят лишь по незнанию. Шапочки из фольги вам не требуются.
Миф (увы, расхожий) про 5G и коронавирус — лишь один из множества примеров того, как без всяких на то оснований сотовую связь винят в болезнях всех мастей — от головной боли до рака. При этом к нам время от времени приходят даже жалобы на недомогания базовых станций, которые пока не включены.
Где можно протестировать работу 5G в России сегодня
В годах в России было запущено несколько пилотных полигонов для испытаний сетей пятого поколения. Компания МТС получила десять таких зон. В частности, есть зоны на столичной ВДНХ и в Кронштадте. Вот только гаджетов, которые будут работать в тестовых сетях 5G, очень немного, а предназначены эти сети пока для специалистов по связи.
Да, уже сейчас можно найти смартфон с поддержкой 5G. Но в России такой функцией воспользоваться пока негде.
Когда 5G появится в России повсеместно
Сроки коммерческого внедрения 5G в России во многом зависят от предоставления частот, а решение об этом принимает государство. Вряд ли нас с вами ждёт тесное знакомство с 5G в 2020 году. Однако МТС уже получила право развернуть сети 5G по всей стране. Мы предполагаем, что первые коммерческие сети появятся уже в следующем году. Поначалу доступ к новым технологиям получат крупные промышленные предприятия. Постепенно с формированием потребностей и доступностью совместимых устройств доступ к 5G будут получать всё новые и новые пользователи.