Что такое 5g связь. Что скрывается за аббревиатурой «5G». Зачем нужны такие скорости

В последний день осени 2017 года появилась любопытная новость: два крупных российских мобильных оператора «Мегафон» и «Ростелеком» рассчитывают создать кооперацию ради более быстрого развёртывания 5G-сетей. В пресс-релизе компании уточнили, что сотрудничество позволит им минимизировать технические расходы – например, на установку новых вышек.

Новость удивила многих россиян. Удивительным оказался не факт кооперации – большинство отечественных пользователей и вовсе не знало, что ведутся какие-то работы над 5G. На самом деле за рубежом обустройство 5G-сетей – одна из самых обсуждаемых и актуальных тем, имеющих отношение к мобильной связи. Пора восполнить информационный пробел – в этой статье мы расскажем, чем отличается 5G и когда его стоит ждать в России.

5G – это 5-ое поколение мобильной связи. Мы подробно рассказывали обо всех стандартах от 1G до 4G – новый стандарт будут куда более быстрым, чем существующие. Скорость у 5G-соединения, по предварительным данным, будет в 20 раз выше, чем у актуального на сегодня LTE. Какие возможности это даёт пользователю, станет понятно из следующей схемы:

Впечатляющая скорость интернета – лишь одно из достоинств 5G. Отмечается, что соединение будет характеризоваться минимальной задержкой сигнала (латентностью) – всего в 1 миллисекунду. Уточним, что на 4G задержка составляет 10 миллисекунд, а на 3G – и вовсе 100 миллисекунд. Низкая латентность 5G-сети позволит более эффективно использовать технологии дополненной реальности и даже, как поговаривают, поможет сделать большой шаг в разработке массового беспилотного автомобиля.

Есть мнение, что 5G-смартфоны смогут похвастать лучшей автономностью за счёт того, что режим «сна» на них (в котором гаджет не подключается к интернету) окажется усовершенствованным. Однако эксперты к этому предположению относятся крайне скептически – экономия заряда в данном случае наверняка будет компенсирована тем, что пользователь станет выполнять на 5G-смартфоне больше энергозатратных операций (вроде просмотра видео с высоким разрешением).

Для чего нужен 5G-интернет?

Стандарт 5G предоставит пользователям огромное количество дополнительных возможностей:

Режим Device-to-Device – позволит производить обмен данными в обход станций мобильного оператора. Это значит, что смартфоны смогут работать аналогично рациям – то есть передавать кодированные сигналы на определённое расстояние. Для пользователя не окажется проблемой отправить SMS, даже если он находится вне зоны покрытия мобильной связи.
Стабильная работа интернета при движении на высокой скорости. Сейчас проблемы со стабильностью подключения испытывают те юзеры, которые, например, едут на авто по загородной трассе со скоростью выше 100 км/ч – телефон в данном случае вынужден то и дело переключаться между разными «башнями» оператора. 5G будет работать отменно, даже если пользователь с гаджетом движется на скорости в 500 км/ч – очевидно, что при разработке 5G принималось в расчёт распространение высокоскоростных поездов в будущем.
Интернет вещей. 5G призван объединить все беспроводные объекты в одну сеть. Сейчас это невозможно, потому что носимые девайсы управляются через Блютуз, домашние устройства — через Вай-Фай, прочие гаджеты – сразу через несколько протоколов. 5-Джи приведёт технику к «общему знаменателю» и позволит пользователю дистанционно управлять любыми своими девайсами – со смартфона.

С появлением 5G существенно расширятся и возможности в сфере виртуальной реальности. Новый стандарт станет настоящим подарком, скажем, для геймеров – им окажутся доступны многопользовательские VR-игры.

Кто-то уже занимается разработкой 5G?

5G разрабатывают достаточно давно, с 2008 года – и в этом нет ничего странного, ведь на создание каждого из поколений мобильной связи уходило примерно по десятилетию. Работы по 3G, например, начались ещё в 1990 году – в ту пору, когда вообще о мобильных телефонах знали единицы.

На конец 2017 года над 5G работают:

Исследовательские лаборатории. В немецком городе Дрезден, например, есть лаборатория, которая занимается исключительно технологией 5G.
Крупные мобильные операторы из разных стран – в их числе и всемирно известные Verizon и AT&T, и Vodafone. Российские провайдеры тоже «держат руку на пульсе» – о чем и говорилось в начале статьи.
Производители мобильной электроники и оборудования телеком – Huawei , Nokia , Ericsson. Без участия телеком-компаний промежуточное тестирование наработок было бы невозможным. Наибольшее рвение проявляет Nokia, которая уже вступила в сотрудничество со многими операторами – в том числе с российскими МТС, Теле2, Мегафон.

IT-гиганты, не имеющие прямого отношения к мобильной электронике, также вносят посильную лепту. Скажем, Google тестирует 5-Джи на дронах.

Когда сеть 5G появится в мире и в России?

5G в Японии и Южной Корее появится в 2019 году – об этом уже заявили операторы этих восточных стран. Чуть позже об аналогичной инициативе сообщил и Гонконг. На материковом Китае, как и в Европе, 5G рассчитывают запустить в 2020 году. Любопытно то, что первым европейским государством, где появится новый стандарт, станет крошечная страна Сан-Марино. Дело здесь вовсе не в том, что у карликового государства есть выдающиеся умы или какие-то уникальные ресурсы – просто у Сан-Марино наиболее лояльное законодательство, ограничений на использование радиочастот здесь нет.

Тестировать 5G в ближайшие годы будут и на крупных спортивных мероприятиях – на зимних Олимпийских Играх 2018 года (в Корее), на летних Олимпийских Играх 2020 года (в столице Японии Токио) и на футбольном Чемпионате Мира 2018 года в России.

Полноценный 5G-интернет в России, увы, появится нескоро – точной даты выхода, разумеется, никто не называет, но эксперты говорят о 2022 годе. В РФ и LTE покрывает-то всего 30% территории – логично, что операторам сначала нужно здорово поработать над стандартом 4-го поколения.

Почему бы не запустить 5G прямо сейчас?

Минкомсвязи России даёт более оптимистичный прогноз – представитель министерства в мае сообщил порталу «Газета.Ру», что в 2020 году 5G будет присутствовать в 8 российских городах-«миллионниках». Однако пока такой прогноз выглядит несбыточным – и вот почему:

Не определена частота . Для 5G придётся задействовать более высокие радиочастоты, нежели те, которые используются операторами связи сейчас. Говорят, что 5G захватит 28, 37 и 39 ГГц – в то время как 4G занимает диапазон от 700 до 2100 МГц.
Не построены вышки . Существующим оборудованием обойтись не удастся – придётся строить новые «башни». Эксперты рынка отмечают, что на 5G операторы будут вынуждены потратить не меньше, чем на 4G – и это при том, что российские провайдеры расходы на LTE до сих пор не окупили. Есть предположение, что покрытие 5G не будет повсеместным (по крайней мере в России) – станции поставят возле дорог и крупных торговых центров.
Нет подходящих смартфонов . Пользователи, которые жаждут скорого появления 5G, почему-то упускают из виду серьёзный момент: девайсов, способных работать с этим стандартом, нет . ZTE в начале 2017 года, конечно, показала Gigabit Phone, окрестив его первым 5G-смартфоном, но этот девайс пока не вышел в массовую продажу.

Итоги

5G станет действительно прорывной технологией, которая даст пользователям массу новых возможностей – например, позволит централизованно управлять всевозможными беспроводными девайсами и загружать 4K-фильмы за несколько минут. Однако ожидать скорого появления 5G в России наивно – уж слишком много препятствий стоит перед мобильными операторами. Главный вопрос, разумеется, финансовый: провайдеры не успели окупить 4G, а тут уже новые расходы. Рядовым пользователям остаётся надеяться, что решаться этот вопрос будет не за счёт их кошельков – то бишь не путём повышения цен на услуги связи.

Продолжаем обсуждать вместе с вами, что происходит в области 5G в российских реалиях, начали мы это делать в нескольких статьях, которые вышли чуть ранее.

В сентябре случилась примечательная история, в МТС провели демонстрацию оборудования для 5G, партнером выступила компания Nokia. В пресс-релизе компания заявила о достижении рекорда по загрузке данных в 4.5 Гбит/с при полосе 200 МГц. Это исключительно лабораторные испытания, причем для демонстрации этой скорости показывался ролик в разрешении 8К (7680х4320 точек), который сняли специально для этого случая. Чтобы понимать масштаб скоростей, скажу, что за пару секунд вы можете загрузить 1 ГБ данных. Другое дело, что ни одно устройство в данный момент просто не поддерживает такие скорости, все упирается в скорость работы памяти, которая имеет свои ограничения. Но так как технология на перспективу, то можно ожидать, что технические моменты выправятся.

Опыт ставили на обычном оборудовании от Nokia – AirFame и AirScale: сигнал передавался в диапазоне 4,65–4,85 ГГц по двум агрегированным радиоканалам шириной 100 МГц между приемо-передающими устройствами, имитирующими работу базовой станции и мобильного терминала. Необычным являлось то, что для работы на такой скорости нужно восемь антенн на каждом устройстве (MIMO 8x8). В большинстве современных LTE-устройств используется MIMO 2x2. Ни одного устройства с такой конфигурацией антенн на рынке нет и пока не предвидится, все упирается в отсутствие рабочих сетей.

Для Nokia подобные демонстрации давно стали рутиной, компания показывает подобные конфигурации вместе с операторами по всему миру, ничего необычного в этом нет. В России диапазон около 4.5-5 ГГц не является распределенным между операторами, эти частоты пока ими не используются. Поэтому вопрос распределения частот встанет остро, также как и их последующая агрегация.

Но история с демонстрацией МТС «рекордных» скоростей интересна в другом аспекте. Проходит меньше недели, и в Нижнем Новгороде уже МегаФон вместе с Nokia на международном бизнес-саммите показывает скорость 4.94 Гбит/с. То же самое оборудование, те же частоты и большая скорость. Мне это чем-то напоминает анекдот, в котором говорят: «А сейчас мы медленно спустимся с горы…». Современные технологии позволяют выигрывать любые PR-состязания, и тот, кто скажет что-то первым, гарантированно проиграет, так как в тестовых, по сути, лабораторных условиях можно добиться практически любой скорости. Почему это важно для некоторых операторов? Ответ следует искать в сложившейся конфигурации рынка.

По количеству распределенных частот лидером в России является МегаФон, что дает оператору возможность комфортно развивать существующие LTE-сети, а также обеспечивает задел на будущее. Для МТС, Билайн, Теле2 наступает необходимость объединять свой частотный ресурс, чтобы приблизиться к возможностям МегаФона, причем тут необходимо отметить другой важный момент. Экономический эффект от такого объединения частот вовсе не положительный, как это может показаться, стоимость совместной эксплуатации примерно сравнима с содержанием своей сети. А ограничения понятны, ни один из партнеров не может планировать свой рост без оглядки на другого, и тут вероятны различные коллизии.

С появлением тестовых зон в диапазоне 4.5-5 ГГц можно ожидать вялой борьбы за него со стороны операторов, но трагедий тут не будет. Почему? Ответ следует искать в том, что без наличия опорной LTE-сети развитие 5G невозможно. В любом случае, тот самый LTE Advanced останется рабочей лошадкой в ближайшем будущем, а такие сети, кроме МегаФона, никто массово в стране не разворачивает, другие операторы только должны будут пройти по этому пути.

И вот тут мы натыкаемся на очень интересную штуку, ведь каждый оператор – это прежде всего бизнес, который приносит деньги своим акционерам. Нет ни одного оператора в мире, что строит свои сети исключительно ради технологий и утверждает, что работает из чистого альтруизма. Поэтому стратегия развития каждого оператора может отличаться, и компании могут не повторять ходы друг друга, а развиваться независимо, усиливая те или иные свои стороны.

Основными игроками в России в долгосрочной перспективе остаются МТС и МегаФон, по абонентской базе эти операторы №1 и №2 соответственно, отрыв Билайна от них увеличивается, а Теле2 пока еще не вырос до уровня Билайна, хотя быстро нагоняет. Но если МегаФон делает упор на техническую составляющую услуг, качество развития новых технологий, то в МТС ставка сделана на средний, удовлетворительный уровень сетей, они не стремятся стать пионерами во всех технологиях, скорее адаптируют те решения, что прошли обкатку у множества операторов. Это вовсе не значит, что МТС не инвестирует деньги в новые технологии, они это делают. Но в меньших объемах, и для них эти технологии не так уж важны, так как оператор, равно как и АФК «Система», сделали ставку на контент. То есть, средством для роста доходов оператора должен стать контент, который распространяется как через мобильные подключения, так и через домовый интернет. Эта стратегия отличается от того, что делает МегаФон, хотя и у последнего есть контент-проекты и интерес в этой сфере. Но это вопрос распределения инвестиций, в МегаФоне они идут на строительство сетей, в МТС стараются вложить деньги в дополнительные направления, чтобы заработать на них. С точки зрения менеджмента это правильный подход. Почему это важно знать нам с вами?

Ответ очевиден – зная стратегию каждой компании, мы можем понимать и оценивать, что с ними будет происходить. Каждый оператор старается нивелировать в глазах потребителя свои слабые стороны. Для МТС такой уязвимой точкой становится строительство новых сетей, адаптация новых технологий. Причем началось это не сегодня и даже не вчера. Хорошая сеть европейского качества, которая заметно уступает тому, что предлагает МегаФон в области мобильного интернета. Но для многих абонентов этого достаточно за глаза, им не нужно лучшее качество или они о нем просто не знают, что также вероятно. Исходя из этого происходит компенсация, когда будет возникать множество надуманных поводов из области PR с демонстрацией высоких скоростей передачи данных, новых технологий и тому подобного. Но проблема МТС только в одном, эти демонстрации затем не превращаются в реальные, работающие сети. Во всяком случае, сегодня это выглядит так, развитие LTE Advanced сетей и реальные скорости на них говорят именно об этом. Даже стратегически ставка МТС сделана так, что LTE Advanced на их частотах позволяет получить только cat.4, в то время как у МегаФона это стабильно cat.6, то есть выше скорость передачи данных.

Поэтому мы наверняка еще не один раз будем наблюдать сходные ситуации, когда МТС будет заявлять какие-то рекорды, потом с горы будет спускаться МегаФон и показывать новые рекорды. Лабораторные. В этой истории позиция Nokia очень проста и понятна, они выбирают партнера, который будет первым покупать оборудование, и в больших количествах, и как следует из моего рассказа, это явно будет не МТС, так как их стратегия строится совсем на ином подходе к рынку.

Кто-то может сказать, что потребителю это все неинтересно, но это не совсем так. Обсуждение рекордных скоростей часто накладывается в головах людей на существующие сети, возможности операторов. Это как фанаты, которые болеют за свой любимый спортивный клуб, они выискивают подтверждение правильности своего выбора и приводят массу аргументов. Большая часть из которых к реальности никак не относится. Тут ровно та же история.

Появление первых участков и зон 5G случится к Чемпионату мира по футболу, который пройдет в 2018 году. Уже сейчас можно сказать, что двумя компаниями, которые покажут участки 5G, станут МегаФон и МТС. У кого будет больше покрытие 5G? На этот вопрос также можно ответить. Уверен, что вы, прочитав текст, знаете правильный ответ. Будущие победы и проигрыши уже заложены в конфигурации рынка, который существует сегодня. Просто необходимо понимать, по какому пути идет каждый из российских операторов, на кого и на что они ориентируются. Мне как человеку, который хочет получать самые технологичные игрушки, конечно же, ближе подход МегаФона, который делает упор на технологическое превосходство над всеми. Кому-то это не нужно, и выбор останавливается на других операторах. Классно, что сама возможность выбора дана нам рынком. Было бы грустно, если у нас была бы ситуация, как на Украине, где 3G появился совсем недавно, а люди серьезно обсуждают, что мобильный интернет не очень нужен, так как Wi-Fi лучше. Да и появление 4G-сетей там придется на время, когда у нас будет 5G. Пусть наши операторы конкурируют, развивая свои сильные стороны, это даст нам богатство выбора, и именно это в рынке является самым ценным.

О скором запуске мобильных сетей пятого поколения (5G) в Европе.

Давайте вместе разберемся, нужно ли ждать технологию в России, чем она хороша и какие проблемы поможет решить.

Что скрывается за аббревиатурой «5G»

Европейский запуск и тестирование 5G начнется в карликовом государстве Сан-Марино. Эта страна не является локомотивом технологического прогресса, её ученые ничего не изобретали и не придумывали для развития сетей пятого поколения.

Просто на территории этого государства самые лояльные в Европе ограничения на использование радиочастот. Оператор, Telecom Italia Mobile, занимающийся тестовым запуском, практически не будет ограничен в выборе частот вещания и сможет проверить работу стандарта при различных настройках оборудования.

Не факт, что 5G дойдёт до потребителя с полным набором потенциальных возможностей

Разумеется, за основу будут браться доступные в Европе и мире частотные диапазоны, но никто не отрицает, что максимальный потенциал 5G раскроет на военных или авиационных частотах.

Это может сильно сказаться на дальнейшем развитии технологии. Она может стать исключительно правительственной для обеспечения нужд внутренних ведомств. Глаз на новую технологию могут положить корпорации, если 5G, например, поможет сильно сократить расходы на эксплуатацию транспорта.

В чем отличия от 4G

На данный момент нет четких рамок и стандартов для развертывания 5G-сетей. Нельзя точно назвать максимальную пропускную способность стандарта, используемые частотные диапазоны и прочие нюансы.

Ожидается, что 5G предоставит большую пропускную способность для широкополосной мобильной связи, обеспечит меньшее время задержки сигнала и позитивно скажется на расходе энергии у передающего и принимающего оборудования.

Для нас в первую очередь важна лишь большая скорость приема/передачи данных, чем в 4G. На существенное сокращение энергопотребления рассчитывать не приходится. Наивно полагать, что условный iPhone 10 с поддержкой 5G будет работать существенно дольше предшественников с LTE модулем.

Потенциально крутая фишка 5G – режим device-to-device . Он позволяет обмениваться пакетами данных в обход базовых станций оператора

Специальный диапазон частот может быть выделен под такой обмен. Устройства в таком режиме будут работать по аналогии с рациями, передавая и принимая кодированный сигнал на определенном расстоянии.

Это удобно, ведь так повышается скорость обмена информацией, а в случае падения связи со стороны оператора или нахождения пользователей вне зоны доступа сети можно будет, например, отправить сообщение или голосовой вызов ближайшим абонентам.

Что реально крутого в 5G

Уже сейчас в некоторых регионах нашей страны мобильный 4G интернет по скорости передачи превосходит предложения от кабельных операторов связи. При этом смартфон пользователя является модемом, который всегда с собой.

Для более комфортного использования можно выбрать специализированные решения, чтобы не разряжать мобильное устройство за несколько часов раздачи сигнала.

С ростом популярности стриминговых сервисов необходимость в загрузке аудио- и видео-контента на устройство через несколько лет практически отпадет.

Так получится, что iPhone, iPad или компьютер со слотом для сим-карты станет главной точкой для выхода в сеть, а из квартир начнут пропадать Wi-Fi роутеры и маршрутизаторы.

Когда ждать 5G

Исследователи и аналитики полагают, что 5G для бизнеса и рядовых потребителей станет доступным не ранее 2020 года. К этому времени сети нового поколения могут появиться лишь в крупных городах.

Следует понимать, что для активного развития технологии нужна не только инициатива операторов и провайдеров. Производители техники тоже должны внедрять новые модули связи для поддержки стандартов связи следующего поколения.

Российские тесты 5G показали скорость до 35 ГБ в секунду при работе на частоте 70 ГГц

Отечественные операторы в этом направлении не отстают от иностранных коллег, в этом году компания Мегафон совместно с Huawei провела ряд тестов, демонстрирующих возможности 5G сетей.

Есть и подводные камни

Для повсеместного внедрения 5G понадобится полная замена оборудования на стороне оператора, а пользователи для получения возможности подключения будут вынуждены обновить парк своих устройств. Пока нет общепринятых стандартов 5G, говорить об этом слишком рано.

Сети нового поколения будут использовать высокочастотные диапазоны, при этом вырастет плотность базовых станций, а это дополнительные затраты для операторов.

Для глобальной модернизации представители отечественного рынка должны сначала окупить текущие затраты, связанные с развитием и переходом на 4G

Простым пользователям остается ждать новостей о европейских тестах 5G и следить за презентациями новинок техники ведущих компаний. Кто знает, возможно, через год или два в мы увидим поддержку 5G сетей, а может, Samsung станет первым в этом направлении с очередным обновлением линейки Galaxy.

Сотовая совершенствуется рывками. Переход от одной технологии к другой свидетельствует о вводе нового поколения. Именно поэтому, если упрощать, стандарты называются 1G, 2G, 3G и так далее - буква «g» в данном случае происходит от слова «generation». Давайте же постараемся понять, как развивалась мобильная связь. Заодно мы выясним, почему операторы не отказываются от поддержки старых стандартов.

Сейчас самое первое поколение сотовой связи принято называть 1G . Но в годы действия этих сетей никто о таком понятии не подозревал, тогда многие люди не думали о том, что в ближайшем будущем сотовая связь станет совсем другой. Итак, что же представляло собой первое поколение?

Фактически это была аналоговая связь. Её запуск был осуществлён компанией AT&T , а первый звонок состоялся 3 апреля 1973 года - его совершил Мартин Купер, являвшийся главой мобильного подразделения Motorola . Как и в случае со стационарной аналоговой связью, теоретически сотовый телефон можно было задействовать в качестве модема. Но решиться на это мог только какой-нибудь миллионер, ведь минута разговора в те времена стоила огромных денег.

Как и в случае с последующими поколениями, 1G - это лишь название, объединяющее под собой несколько разных стандартов. В Канаде, США, Австралии, а также Южной и Центральной Америке применялся стандарт AMPS . В странах Скандинавии и некоторых государствах получил распространение стандарт NMT и его разновидности. Ну а в Италии, Испании, Англии, Австрии, Ирландии и Японии применялось сотовое оборудование стандарта TACS . И это только три самых популярных варианта реализации сетей! Все эти стандарты были совершенно несовместимы друг с другом. Поэтому британец, приехавший в Америку, не мог разговаривать по своему собственному телефону. Друг от друга разные стандарты отличались не только диапазоном частот, но и радиусом соты, мощностью передатчика, временем переключения на границе соты и соотношением сигнала к шуму. Подробнее со всеми спецификациями вы можете ознакомиться в прилагающейся табличке.

Обычным людям сотовая связь первого поколения стала доступной далеко не сразу. Первое десятилетие некоторые компании занимались только экспериментами. Коммерческая реализация произошла только в 1984 году. Достаточно быстро стало ясно, что аналоговая сотовая связь имеет ряд недостатков. Во-первых, каждая сота имела малую ёмкость - при подключении к ней большого количества абонентов начинались серьезные проблемы. Во-вторых, качество сигнала было далеко от идеала, особенно если абонент находился не на улице, а в здании. Первыми об этих проблемах задумались европейцы. Они начали разрабатывать цифровую связь.

Второе поколение сотовой связи

В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств начала разрабатывать стандарт GSM . Вскоре его начали называть 2G-связью. Изначально GSM предназначался для стран-членов Европейского института стандартов в телекоммуникации. Но позже разработкой заинтересовались Средний Восток, Африка, Азия и Восточная Европа. Коммерческий релиз сетей стандарта GSM состоялся в 1991 году. Цифровой метод передачи данных позволял абонентам обмениваться SMS-сообщениями. А чуть позже им стал доступен выход в Интернет через протокол WAP .

Этот стандарт покорил не всех. Некоторые государства пошли по своему пути. Например, в США многие 2G-сети использовали стандарт D-AMPS . Лишь спустя какое-то время американцы перешли на GSM1900 . А в некоторых странах надолго завоевал популярность стандарт CDMA . Он не был совместим с GSM, поэтому под него разрабатывались отдельные мобильные телефоны.

Постепенно на прилавках магазинов стало появляться всё большее количество портативных устройств, умеющих выходить в глобальную паутину. В связи с этим сотовым операторам нужно было что-то делать, так как в 2G остро не хватало скорости передачи данных. Поэтому вскоре появилось промежуточное поколение сотовой связи, которое принято называть 2, . В этот стандарт внедрили поддержку технологии GPRS , а затем и EDGE . Отныне мобильным телефоном осуществлялась пакетная передача данных - абонент платил за конкретный объем трафика, а не за время соединения с сервером. Это не только сэкономило людям деньги, но и увеличило скорость передачи и приема данных. В 2G-сетях этот параметр равнялся 9,6 Кбит/с, тогда как поддержка телефоном поколения 2,5G позволяла выходить в интернет на скорости до 170 Кбит/с (GPRS) или даже 384 Кбит/с (EDGE). В некоторых странах эти две технологии называли совершенно по-разному, но суть от этого не менялась.

Выше вы видите табличку, в которой указаны конкретные отличия всех стандартов, принадлежащих к поколениям 2G и 2,5G.

Третье поколение сотовой связи

В IMT-2000 (так принято называть 3G в профессиональной среде) входят пять стандартов: CDMA2000 , W-CDMA , TD-CDMA/TD-SCDMA и DECT . Последний не является стандартом сотовой связи, так как он используется в домашней и офисной беспроводной телефонии. Остальные стандарты применяются для обеспечения связью владельцев мобильных телефонов. Все они имеют похожие спецификации. Интересно, что метод работы таких сетей был изобретён в СССР ещё в 1935 году. Однако долгое время данной технологией пользовались лишь военные. В гражданский сегмент она вышла только в середине 1980-ых годов, в силу необходимости развивать мобильную связь.

От 2G третье поколение в первую очередь отличалось повысившейся скоростью передачи данных. Если абонент стоит на месте, то он может скачивать данные на скорости около 2 Мбит/с. При неспешном шаге трафик загружается со скоростью примерно 384 Кбит/с. В транспортном средстве скорость падала ещё сильнее - до 144 Кбит/с.

С появлением смартфонов стало мало и вышеуказанных скоростей. Поэтому достаточно быстро стал популярным стандарт HSPA . Он ознаменовал собой приход поколения 3,5G. Наделенные его поддержкой сотовые телефоны научились передавать данные со скоростью 14,4 Мбит/с. И это было только начало! В дальнейшем стандарт совершенствовался, в результате чего теоретически оказалась достижима скорость 84 Мбит/с. В основе HSPA заложена многокодовая передача данных при сопоставимых размерах сот.

Четвертое поколение сотовой связи

В конце 2000-ых годов на свет стали появляться «айфоны» и «андроиды». Эти смартфоны отличались от предшественников крупным ЖК-дисплеем. Теперь уже никому не хотелось просматривать скромные WAP-странички. Отныне встроенных комплектующих вполне хватало для того, чтобы браузер без каких-либо проблем отображал полноценную страницу, насколько бы тяжелой она не было. Но для её быстрой загрузки требуется высокая скорость. Обеспечить её мог только совершенно новый стандарт. Активная популяризация 4G, или IMT-Advanced , началась в марте 2008 года.

Результатом работы ученых стали два стандарта: WiMAX и LTE . Сейчас вы сами знаете о том, какой из них получил наибольшее распространение. Внедрение LTE позволило существенно увеличить емкость каждой соты, хотя ареал её действия при этом уменьшился. Теперь минимальная скорость передачи данных составляла 100 Мбит/с, чего хватает большинству среднестатистических владельцев смартфон. В дальнейшем этот параметр вырос ещё сильнее. Случилось это за счет реализации технологии LTE-Advanced . В зависимости от категории поддерживаемой аппаратом технологии, может достигаться скорость 400 Мбит/с или даже 1 Гбит/с!

В отличие от предыдущих поколений, стандарт LTE изначально предназначался только для пакетной передачи данных. Но со временем стала доступной и цифровая передача голоса - за это ответственна технология VoLTE . Качество звука при этом гораздо выше, нежели при разговоре посредством сетей 2G или 3G. Однако до сих пор эту технологию поддерживают далеко не все смартфоны.

Пятое поколение сотовой связи

Сейчас идет активная разработка 5G. Возможностей LTE в плане передачи данных вполне хватает. Поэтому при разработке нового стандарта наибольший упор делается на ёмкость сот. Ведь количество абонентов растёт всё сильнее. Больше всего 5G облегчит жизнь создателям носимых устройств и девайсов, объединяющихся в систему «Умный дом». Ожидается, что только на площади в 1 км 2 будет возможно подключение к сети одного миллиона гаджетов! По состоянию на начало 2017 года новое поколение только тестируется. Когда нас ждет полноценная его эксплуатация - не ясно.

Поддержка старых стандартов

Как известно, сотовым операторам приходится размещать на своих вышках гору оборудования. В теории можно было бы заменить 2G-передатчики на 3G-передатчики. Но сделать это - значит лишить связи владельцев мобильных телефонов, работающих только в стандарте GSM. Это привело бы к огромным убыткам, так как даже сейчас подобными аппаратами пользуется огромное число людей - все они тут же перешли бы к другому оператору. Вот и получается, что оборудование приходится дополнять, а не менять.

В обозримом будущем отказа от устаревших стандартов не случится. Объясняется это двумя причинами:

Кнопочные телефоны до сих пор производятся, а они зачастую не поддерживают даже 3G, не говоря уже о сетях четвертого поколения;
2G-оборудование покрывает сетью более обширную территорию, нежели 3G- или 4G-передатчики аналогичной мощности - это позволяет избавить определенную территорию от «белых пятен».

Теперь вы знаете об основных отличиях разных стандартов. Если вкратце, то в первую очередь изменению подвергались ёмкость сот, ширина покрытия (каждый раз в меньшую сторону, так как таковы законы более высокочастотных сигналов) и скорость передачи данных.

На заре быстрого и стремительного развития сферы телекоммуникаций уже сложно представить жизнь без мобильных систем. Не так давно в 2012 году на конференции в Женеве были представлены технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMAX 2 (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m), которые были признаны технологиями четвертого поколения или как уже привыкли их называть - технологии четвертого поколения 4G. Было заявлено, что данные технологии позволяют осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с — подвижным абонентам и 1 Гбит/с — стационарным. И не успели операторы перевести дух, как уже в 2015 году появляются сообщения о разработке сетей следующего поколения 5G. Так что же такое 5G и настолько ли нам необходимы эти технологии?

На данный момент нет четкого стандарта для сетей пятого поколения, однако, телекоммуникационные компании, среди которых такие как: Huawei, Ericsson, Nokia, уже сейчас предлагают концепцию будущих 5G сетей. Предполагается, что 5G станет последним и обобщенным стандартом для беспроводных технологий.

Возвращаясь к разговору о сетях четвёртого поколения (4G) стоит сказать, что их ключевой особенностью для привлечения абонентов стала высокая скорость. Но, как показала практика, скорость не является ключевым фактором. Не стоит также забывать о таких параметрах как ёмкость сети, задержки при передаче пакетов и прочих факторов. И так как в сетях 5G планируется работа колоссального количества устройств, начиная от кофемашин, холодильников и заканчивая автомобилями, то необходимо серьезное улучшение основных параметров беспроводных сетей, а именно увеличение скорости передачи данных к множеству абонентов, увеличение ёмкости сетей и уменьшение задержек.

Добиться этого планируется следующим образом:

Увеличение пропускной способности сети более 10 Гбит/сек.;
Количество одновременных подключений до 100 миллионов устройств на 1 квадратный километр;
Обеспечение уменьшения задержки в сети до 1 мс;
Выделение каждому сервису определённой ёмкости ресурса.

Виртуализация в 5G-сетях

Одной из основных технологий в сетях пятого поколения станет "Интернет вещей". Интернет вещей - это не просто множество различных приборов и датчиков, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет, это более тесная интеграция реального и виртуального миров, в которых общение производится между людьми и устройствами. Для реализации этого будут применяться такие технологии как беспроводные сенсорные сети и RFID (метод автоматической идентификации объектов). Таким образом, внедрение "Интернет вещей" в сети пятого поколения 5G позволит не только взаимодействовать в единой сети кругу бытовых гаджетов и устройств (смарт-часы, устройства VR, планшеты и смартфоны), но и позволит охватить все сферы деятельности человека (технология умный дом и умный город).

Рисунок 1 - Охват технологии 5G в жизни человека

Стоит также отметить, что технология 5G планирует стать по-настоящему конвергентной технологией. Конвергенция подразумевает под собой группировку отдельных компонентов сети, в единый оптимизированный вычислительный комплекс. Организация этого комплекса планируется с помощью виртуализации оборудования. То есть операторы за счёт набора серверов и DATA-центров будут организовывать виртуальное оборудование для обработки и хранения данных, в то время как физическое оборудование будет использоваться лишь для передачи пользовательского трафика. Таким образом будет уменьшение количества оборудования для одной базовой станции, а если учесть что всё это будет являться неким облаком, то оператор будет иметь доступ в любую точку сети для динамической настройки того или иного сегмента сети.

В основу всего этого будет положена технология SDN - сеть передачи данных, в которой уровень управления сетью отделен от устройств передачи данных и реализуется программно, и NVF - это концепция сетевой архитектуры, предлагающая использовать технологии виртуализации целых классов функций сетевых узлов в виде составных элементов, которые могут быть соединены вместе или связаны в цепочку для создания телекоммуникационных услуг (сервисов).

Рисунок 2 - Виртуализация сетей 5G

За счет виртуализации сети появляется возможность организации такой функции как "сети по запросу".

Рисунок 3 - Сети по запросу в 5G

Как известно, под организацию конкретной задачи сети (сеть смартфонов, умный дом и т.д.) существуют уже готовые решения с набором параметров и конкретным оборудованием. Сети 5G за счет виртуализации и технологии сети "по запросу" предлагают заранее организовать серверы и DATA-центры для операторов с учетом всех требований для сети. Этакое коробочное решение для оператора.

Архитектура сетей пятого поколения

Проблему с покрытием и доступностью к сети было решено изменить путем ориентирования на абонентов, то есть радиопокрытие сети будет подстраиваться под нужды абонентов в отличие от сетей прошлого поколения. Планируется применение автоматических фазированных антенных решёток, способных динамически изменять диаграммы направленности антенных систем. Также планируется использование всего доступного частотного диапазона, в частности использование миллиметрового диапазона на коротких расстояниях.

Что касаемо вопроса о сетевой архитектуре 5G, то тут стоит выделить три подсистемы (облака), да - облачные технологии, куда без них в современном мире:

Облако доступа (Access) - подразумевается включение как распределенных, так и централизованных технологий и систем доступа. Также планируется обратная совместимость с сетями 4G и 3G;
Облако управления (Control) - управление сессиями, мобильностью и качеством услуг;
Транспортное облако (Forward) - физическая передача данных в сеть с высокой надежностью, скоростью и балансировкой нагрузки.

Рисунок 4 - Архитектура сети 5G.

Радиоинтерфейс

Что касается радиоинтерфейса 5G, то планируется увеличение спектральной эффективности в 3 раза по сравнению с сетями четвертого поколения (4G). Это способствует тому, что при одной и той же ширине полосы пропускания передается до 3 раз больше данных, то есть около 6 бит/сек на 1 Гц. Новый радиоинтерфейс планируется быть гибким, легко конфигурируемым и обратно совместимым с сетями 4G и 3G.

Рисунок 5 - Концепция нового радиоинтерфейса

Компанией Huawei было предложено следующее решение для нового интерфейса:

Рисунок 6 - Базовые технологии для радиоинтерфейса в 5G по мнению компании Huawei

Как видно из рисунка, предполагается применение следующих технологий:

SCMA (Sparse Code Multiple Access) - разделение абонентов на базе разреженного кода, при этом нет необходимости в подтверждении о доставке. В этой технологии битовые потоки разных пользователей в одном частотном ресурсе, напрямую преобразуются в кодовое слово при помощи так называемой кодовой книги из определённого набора. Эти коды условно называются квазиортогональными и количество этих кодов довольно большое, и имеет двухмерную структуру. То есть исходный сигнал накладывается на кодовую книгу и уже преобразованный сигнал попадает на радиоинтерфейс. Восстановление сигнала на приемной стороне также производится по кодовой книге.

Рисунок 7 - Алгоритм технологии SCMA

F-OFDM (Flexibel OFDM) - усовершенствованная технология OFDM позволяющая организовать гибкое разбиение на поднесущие, гибкое изменение длины символов и гибкое изменение циклического префикса. То есть под каждую задачу будет использоваться свой набор параметров.

Рисунок 8 - Сравнение технологии OFDM и F-OFDM

Polar Code - линейный корректирующий код, основанный на явлении поляризации канала.
На иллюстрации ниже представлены также дополнительные, но, несомненно, важные технологии для сетей 5G.

Дополнительные технологии в сетях 5G

Massive MIMO - передача к одному абоненту до 8 потоков данных. В Massive MIMO абонент может работать с большим количеством антенн одновременно, которые будут формировать очень острые диаграммы направленности. Использование пространственного мультиплексирования нескольких лучей позволит увеличить принимаемый уровень сигнала и подавить интерференцию от других пользователей, тем самым увеличить пропускную способность и спектральную эффективность;

Рисунок 9 - Massive MIMO

Novel Multiple Access - новые технологии доступа, например, SCMA;
New Full Duplex - позволяет применять одну частоту в разных сотах для разных задач (UpLink и DownLink);

Рисунок 10 - Принцип работы New Full Duplex

Flexibel Duplex - позволяет организовать гибкую передачу трафика. То есть, например, в UPLink передавать информацию для DownLink;

Рисунок 11 - Принцип работы Flexibel Duplex

FBMC/UFMC (Filter Bank Multicarrier, Universal Filter Multi-Carrier) - увеличивает спектральную эффективность, улучшает канальную селективность, позволяет использование в "когнитивном радио";
Adv. Coding and Modulation - применение совокупности технологий модуляций и кодирования, среди которых такие как Non-binary coding, Bit-mapping techniques, Joint coding & modulation;
Ultra-dense networking - позволяет за счет виртуализации организовать сверхплотные сети, за счёт которых на n-ой площади можно будет обслуживать большое количество абонентов, что в свою очередь позволяет строить сложные иерархии сети. Также данная технология позволяет одновременное взаимодействие сот между собой;

Рисунок 12 - Технология Ultra-dense

Low latency & high reliability - снижение задержки и повышение надежности;
M2M/D2D - передача информации напрямую между устройствами (машинами, девайсами) без участия человека. Расширение покрытия за счет устройств абонентов Построение децентрализованной сети;
High frequency communication - частоты ниже 6 ГГц будут первичными диапазонами для сети 5G. Частоты выше 6ГГц для универсального доступа и магистральной связи. Как видно из рисунка ниже, планируется задействовать частотный диапазон вплоть до 100 ГГц;

Рисунок 13 - Частотный план 5G

Spectrum sharing - совместное использование спектра на разных уровнях разными технологиями доступа.

Управление сетями в 5G будет осуществляться за счет разрабатываемой TelecommunicationOS. То есть различные отрасли и категории пользователей будут использовать одну операционную платформу для доступа к инфраструктуре сети.

Рисунок 14 - Управление сетями 5G

Экспериментальные данные при тестировании технологии 5G

Те, кто следят за новостями развития беспроводных технологий, наверняка уже слышали о том, что не так давно, в июне 2016 года, МегаФон продемонстрировал передачу данных в 1 Гбит/сек на Петербургском международном экономическом форуме. Преодоление порога в гигабит было долгожданным событием еще со времен выхода стандарта для 4G сетей. Но что же творится на мировом рынке?

Меньше месяца назад, на испытании оборудования 5G сетей в Швеции оператор связи Telia совместно с компанией Ericsson продемонстрировали передачу данных на скорости в 15 Гбит/сек на одного пользователя. Время отклика составляло менее 3 мс. Эти показатели более чем в сорок раз выше показателей функционирующей 4G сети. К слову сказать, для сетей пятого поколения разработанной дорожной картой предусмотрены пиковые скорости передачи данных в 20 Гбит/сек. По заявлению руководства оператора Telia, запуск коммерческих 5G сетей планируется уже в 2018 году в Стокгольме и столице Эстонии — Таллине.

Но неизменным лидером на рынке беспроводного оборудования по-прежнему остается компания Huawei. Почти все значимые рекорды в скорости мобильного интернета принадлежат ей и уже несколько лет подряд специалисты Huawei не отдают никому пальму первенства. В июле этого (2016) года на официальном сайте компании появилась информация о том, что совместно с Vodafone им удалось разогнать скорость в сети до 20 Гбит/сек в E-диапазоне. И что самое удивительное, компания Huawei объявила, что к 2018 году в России будет завершено строительство 5G сетей. Естественно сеть будет обслуживать города, в которых пройдет чемпионат мира по футболу. Скорее всего, демонстрация гигабитных скоростей в июне этого года компанией МегаФон является первым шагом на пути к реализации этого проекта.

Несмотря на то, что скорость в 20 Гбит/сек определена Международным союзом электросвязи в качестве базовой, Huawei собирается создать гораздо более скоростные сети, так как на форумах презентуются прототипы базовых станций и приемников, позволяющих поддерживать передачу данных на скорости 115 Гбит/с.

Также гигабитные скорости не являются исключением и для движущихся абонентов, ведь пару месяцев назад Huawei передал 10 Гбит/сек абоненту, движущемуся со скоростью 120 км/ч. Естественно главный успех эксперимента зависит от точности сопровождения абонента диаграммой направленности базовой станции, поддерживающей MIMO и Beamforming.

Заключение

Сейчас довольно сложно говорить о возможностях и сроках реализации коммерческих сетей 5G, при условии, что пока даже не введен стандарт, но производители взялись за сети нового поколения очень резко, и их разработки даже опережают выход стандарта. Если компаниям, участвующим в проекте, удастся добиться поставленных целей, то весь мир сможет получить единую, стабильную, конвергентную и высокодоступную сеть нового поколения, после введения которой уже долгое время не придется создавать и разрабатывать сети нового поколения. Во всяком случае представители Международного союза электросвязи заявляют свои надежды на то, что 5G станет точкой в развитии беспроводных сетей, существенной переделки архитектуры не будет, и нас ждет лишь минорная доработка радиочасти.