Что такое технология 5G и как она работает? Каким будет 5G-интернет: преимущества и риски

Содержание статьи:

1. Что такое стандарт 5G?
2. Внедрение сетей 5G в России и мире — текущее состояние дел
3. Как работают сети 5G?
4. Преимущества технологии 5G
5. Опасность технологии 5G: новый виток развития или инструмент контроля?
6. Подведем итог

Технология 5G придет на смену существующим сейчас 3G и 4G. В 5G собраны все самые последние и совершенные разработки человечества с точки зрения коммуникаций и IT. Это предел существующих технологий микроэлектроники и радиопередачи данных.

Новое поколение мобильной связи 5G, обладает рядом принципиальных преимуществ по сравнению с 4G:

• Более высокая скорость передачи данных;
• Низкая задержка сигнала;
• Возможность подключения большего числа девайсов;
• Высокая энергоэффективность;
• Многократно возросшая пропускная способность;
• Высокая мобильность пользователей.

Внимания заслуживает ещё одно важное отличие 5G — масштабная виртуализация. Новая технология выходит за рамки одних лишь аппаратных решений. Многие функции в ней реализованы не на уровне физической инфраструктуры, а программным способом.

Что такое стандарт 5G?

5G — молодой стандарт, технические спецификации для которого все еще разрабатываются консорциумом 3GPP. Все текущие проекты с применением 5G пока что построены на одном преимуществе нового поколения связи — на его сверхвысокой скорости — eMBB. Но полная реализация всех характеристик mMTC и uRLLC не за горами — запуск полноценных сетей 5G планируется в начале 20 годов.

5G не просто новый стандарт мобильной связи, внедрение сетей 5-го поколения в долгосрочной перспективе преобразует наше восприятие мира и приведет к социальной трансформации общества. При этом изменится экономика сетей: средняя скорость передачи увеличится в 40 раз, а себестоимость доставки напротив уменьшится в 30 раз.

Уже к 2024 году, по мнению аналитиков, до 30% мобильного трафика будет идти через устройства с поддержкой 5G. На технологию 5G к 2025 году будет приходиться 15% всего мирового сектора мобильной телефонии (прогноз GSMA, www.gsma.com); на Европу и Китай этот показатель составит 30%, а на США 50%.

Стандарт 4G актуален до сих пор, удовлетворяет многим требованиям пользователей и распространен еще далеко не повсеместно. Поэтому сегодня идет активное строительство 4G-сетей. Тем не менее 5G перспективен, поскольку обещает новое качество не только коммуникаций, но и всей цифровизации общества.

Ключевым аспектом технологии 5G наряду с параметрами мощности сети является продуктовый подход. Частотные диапазоны, конструктивные особенности станций и программные компоненты будут адаптированы к потребностям различных категорий потребителей — от пользователей гаджетов до промышленных предприятий и городской инфраструктуры.

Раньше каждое поколение мобильной связи опережало предшествующее главным образом по физическим характеристикам. 5G расширяет контекст, предлагая новое понимание технологии: инновационная платформа, на основе которой дополнительный импульс к развитию получат сразу многие отрасли. Это означает появление совершенно новых сервисов, бизнес-моделей, типов взаимодействия между устройствами, производственных цепочек и инфраструктуры.

В чём главные отличия 5G от существующих стандартов?

Новый стандарт использует не только новые технологические, но и программные функции:

• Во-первых, в 5G используется несколько антенн на приемопередатчиках, поэтому растет скорость и качество сигнала. Сигнал 5G занимает более высокие частоты — это значит, что помех будет меньше, но передатчики должны быть мощнее, а станции — ближе.
• Во-вторых, в 5G используется network slicing (нарезка сети) — это значит, что в будущем могут появиться логически изолированные сети для определенных задач: например, отдельная — для интернета вещей, а другая — для видеотрансляций. Под каждую задачу выделяются нужные ресурсы и технологии. Так можно будет избежать перегрузок и задержек передачи сигнала. Именно поэтому 5G — это в первую очередь не потребительский тренд (по крайней мере пока), а бизнесовый.

Внедрение пятого поколения мобильных сетей обещает стать революционным прорывом в области связи за счёт следующих нововведений:

• Массивные MIMO. Эта технология подразумевает использование нескольких антенн на приёмопередатчиках. В результате скорость передачи данных и качество сигнала возрастёт пропорционально количеству антенн за счёт разнесённого приёма.
• Новые диапазоны. Сегодня сети LTE занимают частоты ниже 3,5 ГГц. Стандарты 5G подразумевают использование более высокочастотных диапазонов. Это позволит избавиться от помех, однако заставит увеличить мощность передатчиков и более плотно размещать базовые станции.
• Network slicing (нарезка сети). Эта технология позволяет мобильным операторам разворачивать логически изолированные сети, каждая из которых будет выделена под определённые нужды, например для интернета вещей, широкополосного доступа, трансляции видео и так далее. Таким образом мобильная сеть нового поколения сможет более гибко подстраиваться под различные применения.
• D2D (Device-to-device). Устройства, находящиеся неподалёку друг от друга, смогут обмениваться данными напрямую.

Что мы получим от внедрения стандарта 5G?

Один из главных достоинств сетей нового поколения — скорость передачи данных. Для рядовых пользователей этот показатель достигнет порядка 10 Гбит/c. Стоит отметить, что рекордные показатели 5G выдали цифру в 25,3 Гбит/c, в том время как сети LTE едва ли превышают отметку в 100 Мбит/с.

Такие скорости позволят смотреть и транслировать видео в 4К и 8К — это придется весьма кстати, учитывая нынешнюю популярность стримов. Фильмы в формате Full HD и должны будут скачиваться в течение минуты. С подобными скоростями сети 5G сделают большой шаг вперед в развитии виртуальной реальности.

Для сравнения: сейчас максимальная скорость 4G у абонентов редко превышает 100 Мб/с. Большая пропускная способность сети пригодится для прямых трансляций видео высокой чёткости, работы приложений виртуальной реальности, организации систем удалённого обучения.

Ещё 5G уменьшает задержку сигнала до 1 миллисекунды. Напомним, что сейчас задержки могут достигать 10 миллисекунд в сетях 4G и 100 миллисекунд в 3G. Улучшение этого показателя позволит использовать мобильное подключение даже в тех ситуациях, когда критически важное значение имеет время отклика. Например, для дистанционного управления сельхозтехникой, промышленными роботами или беспилотными автомобилями.

Глобальное распространение сетей пятого поколения приведёт, скорее всего, к постепенной смерти Wi-Fi. Ваш смартфон, планшет или ноутбук всегда и везде будут иметь доступ к интернету, независимо от того, есть рядом роутер или нет.

Обычный смартфон будет поддерживать 5G?

Нет. Для использования всех возможностей сетей следующего поколения понадобится приобрести смартфон, который их поддерживает. Уже известно о скором выпуске нескольких таких устройств.

Компании Xiaomi, Motorola, Huawei, Samsung и Nokia уже планирует выпустить гаджеты с поддержкой 5G, однако не стоит бросаться за ними в магазин. Первые годы сети будут тестироваться, и полноценно воспользоваться их возможностями удастся только через несколько лет. Поэтому смысла в покупке таких гаджетов сейчас нет, особенно учитывая запоздалую локализацию технологии на территории России.

Какие риски несет внедрение технологии 5G?

Как и любая новая технология, 5G несёт в себе риски. Оправданы они или нет, сказать трудно — в большинстве случаев мы имеем дело со стадией исследований.

Основными угрозами можно считать:

Кибератаки

Интернет вещей подвержен атакам точно так же, как любые электронные устройства. Пользователи должны будут позаботиться об обеспечении безопасности своих девайсов, а компании и государственные органы — предпринять серьёзные усилия для обеспечения защиты умных городов и IIoT.

Пересечение частот

Несмотря на планируемый рефарминг, многие спектры частот всё ещё эксплуатируются специальными службами и учреждениями, среди которых научные лаборатории, космические и военные ведомства. Выделение диапазонов для коммерческого использования потребует тщательного всестороннего согласования.

Ущерб здоровью

В июле 2019 года ряд российских ведомств заявили, что намерены проанализировать влияние сетей 5G на здоровье населения. Минздрав, Минкомсвязь, Роспотребнадзор, Федеральное медико-биологическое агентство (ФМБА) и департамент информационных технологий Москвы (ДИТ) проведут исследования и сформулируют актуальные нормативы.

Внедрение сетей 5G в России и мире — текущее состояние дел

Процесс внедрения сетей 5G в коммерческую эксплуатацию начался уже с 2019 года, правда, пока покрытие таких сетей весьма скромное. На начало 2020 года, сети 5G запущены в эксплуатацию у 47 операторов в 22 странах мира, а вместе с теми, кто запланировал запуск или ведет тестирование будет 279 операторов в 109 странах.

Количество базовых станций 5G-NR в коммерческом обращении:

Коммерческие, запланированные и пилотные сети 5G:

Что касается абонентского оборудования, то в продаже уже имеется множество моделей 5G смартфонов, роутеров и CPE.

Первые пользователи уже оценили значительный рост скорости передачи в режиме 5G. Результаты тестов Qualcomm (май 2019) показывают повышение скорости скачивания у 5G устройств по сравнению с LTE устройствами в 3.3 раза. В будущем этот показатель будет выше за счет более плотного покрытия и перехода от LTE EPC ядра к пакетному 5G ядру сети.

В России «большая четверка» операторов в период с августа по сентябрь 2019 года уже провели первые тесты и запуск пилотных сегментов 5G сетей. По результатам тестов на данном этапе задержки в сети в движении вышли менее 10 мсек, а скорости достигали 2 Гбит/Сек на скачивание.

Пилотные зоны 5G можно найти на улицах Москвы (Парк Зарядье, Москва Сити, Воробьевы горы, ВДНХ, Сколково, GMS-Hospital, СК Лужники, ст.м.Горький), Казани, Кронштадта и в лабораториях операторов сотовой связи.

Согласно российской программе «Цифровая экономика», устойчивое покрытие сети 5G должно быть обеспечено к 2024 году во всех крупных городах с населением от 1 миллиона человек. В настоящий момент модель развития российских сетей 5G до конца не определена. Проблема, как и в прочих странах, заключается в выборе радиочастотных полос.

Операторы считают наиболее привлекательным для 5G диапазон 3,4-3,8 ГГц (n78 и n79), однако он занят другими пользователями, в основном, военными и спецслужбами, и требует работы по высвобождению. Больше ясности с частотными диапазонами появится в 4-м квартале 2020 после открытых торгов, на которых Роскомнадзор должен распределить радиочастоты в формате аукциона.

Как работают сети 5G?

Нередко для сетей нового поколения будет использоваться существующая инфраструктура, доставшаяся в наследство от 4G и более ранних поколений. Благодаря более гибкому кодированию и расширенным каналам передачи данных скорость 5G NR будет на 25-50% превосходить показатели LTE.

Вместе с тем нас ожидает масштабное внедрение как физической инфраструктуры, так и программных решений, которые позволят выжать максимум из 5G.

Small cells

Для развёртывания standalone сетей будут установлены новые типы станций и передающих устройств. Так как речь идёт о более коротких волнах, которые менее устойчивы к помехам и препятствиям, порождаемым окружающей средой, радиус покрытия каждой базовой станции будет снижаться. В связи с этим потребуется более плотная инфраструктура, состоящая из так называемых Small cells — малых сот.

Как правило, для мобильной связи используются станции мощностью 20-40 Ватт. Их заменят более экономичные станции с низким энергопотреблением, мощность которых колеблется от 2 до 10 Ватт — именно они обеспечат массовое покрытие в высокочастотном диапазоне и гигабитные скорости.

Small cells лучше вписываются в городскую среду, могут быть установлены на мачтах освещения, стенах зданий, остановках общественного транспорта, быть выполнены в виде простого объекта — рекламного лайтбокса или урны.

Сами по себе антенны миллиметрового диапазона выдают быстро затухающий сигнал, имеющий ограниченную направленность — всего 4 градуса. Но, отражаясь от аналогичных антенн на протяжении своего пути, сигнал может сохранять силу и менять направление, достигая пользователя.

Для обеспечения стабильной работы малых сот в зданиях, где конструкции не позволяют сигналу свободно распространяться, применима технология Distributed Antenna System. Базовая станция займёт своё место в техническом блоке, и, будучи соединённой посредством проводной связи с антеннами, сможет передавать сигнал в каждое помещение.

Beamforming / Massive MIMO

В радиосвязи существует понятие Beamforming — формирование луча. Это процесс направления и концентрации сигнала с определёнными параметрами в определённом направлении. В рамках 5G одним из практических решений для этого станет технология Massive MIMO (Multiple-In Multiple-Out). Она поможет избежать избыточной повсеместной установки микросот.

Под Massive MIMO понимаются станции, состоящие из большого массива антенн, которые смогут более адресно направлять сигнал и обслуживать одновременно нескольких пользователей, избегая помех и потери качества сигнала.

«Сегодня очевидно, что внедрение 5G — эволюционный процесс. Как минимум до 2022 года мы видим экономически оправданным запуск фрагментов 5G на базе сети LTE с использованием неавтономной архитектуры — Non-Standalone — от LTE-A к LTE-Evo и далее к 5G NR. Это произойдёт за счёт внедрения отдельных технологий 5G, таких как Massive MIMO, Cloud Air, Short TTI». — Алексей Меркутов, Руководитель отдела по работе со СМИ ПАО «МТС», Пресс-секретарь Группы МТС

Виртуализация

Одним из ключевых прорывов сетей нового поколения можно назвать виртуализацию. Благодаря таким концепциям, как SDN (Software Defined Networks / Программно-конфигурируемая сеть) и NFV (Network Function Virtualization / Виртуализация сетевых функций), целые классы функций будут реализованы не на физическом оборудовании, а на программном уровне.

Не менее важную роль играет облачная архитектура — C-RAN (Cloud/Centralized RAN). Облачные платформы возьмут на себя функции, которые ранее выполняло оборудование базовых станций, что сильно оптимизирует инфраструктуру и отразится на затратах операторов.

Облачная платформа требует меньших расходов энергии на поддержание работоспособности и охлаждение, нежели базовые станции. C-RAN знает местонахождение всех пользователей и может оптимально распределять ограниченные сетевые ресурсы между ними.

Японский оператор NTT DOCOMO благодаря использованию облачной инфраструктуры планирует сократить энергопотребление станций более чем на 75%.

Преимущества технологии 5G

Технология 5G в первую очередь нацелена на достижение высокой скорости передачи данных, уменьшение задержки при передаче пакета данных, снижение энергопотребления, повышение пропускной способности системы и, самое главное, расширение возможностей подключения устройств.

Высокая скорость

До тех пор, пока не будут озвучены стандарты технологии 5G, любое названое значение скорости – всего лишь спекуляция. Однако, недавно на Международном Конгрессе Мобильных технологий Qualcomm, лидер в индустрии производства чипов, представил тестовую модель, которая может симулировать скорости 5G.

С помощью этой имитационной модели было спрогнозировано значение средней скорости в 490 Мбит/с для конфигурации 3,5 ГГц 5G MIMO, а также невообразимую среднюю скорость в 1,4 Гбит/с для конфигурации с использованием миллиметровых волн 28 ГГц.

Понимаю, что это очень специфичные термины. Поэтому поясню — в ваших смартфонах обычно используются 3,5 ГГц, а вот частота 28 ГГц характерна для стационарного соединения, например, через беспроводной 5G -модем.

MIMO означает то, что ваше устройство будет содержать несколько входов и несколько выходов. То есть вы сможете  встроить внутрь больше антенн.

Уменьшение задержки при пересылке пакета данных

Уменьшение задержки при пересылке пакета данных – еще одно преимущество технологии 5G. Если вы пролистывали различные технические статьи или книги по телекоммуникациям, то натыкались на термин ‘latency’. Условно говоря, это время отклика системы. Чтобы было понятнее, рассмотрим это в контексте.

Допустим вы нажимаете на кнопку «проиграть видео» на YouTube, видео начнет проигрываться через какое-то время. Когда вы нажимаете на кнопку, вы посылаете запрос в сеть, потом сеть реагирует на запрос и видео начинает транслироваться. Время, которое нужно, чтобы проделать все эти шаги и есть задержка, о которой мы говорим.

В современных 4G-сетях эта задержка практически незаметна и составляет около 20 миллисекунд. Разработчики технологии 5G намерены снизить эту задержку до 1 миллисекунды. Это означает, что даже потоковая передача видео в качестве 4K будет происходит без задержек и буфферизации.

Такая ответная реакция важна и для геймеров, которые играют в видеоигры с графикой высокой точности. Также, низкая задержка при передаче пакета данных, сыграет на руку хирургам из Чикаго.

Они надеются, что смогут провести операцию, с помощью пары роботизированных рук, на пациенте, который находится в Сан Диего. К сожалению, есть одна «но» — задержка все равно будет зависеть от мощности сети и качества соединения.

Больше устройств, соединенных друг с другом

Это одно из самых важных преимуществ 5G-технологии. Сеть 5G смоделирована таким образом, чтобы было возможным подключать большее количество устройств, чем в случае с традиционной мобильной сетью.

Помните тренд, о котором вы недавно слышали, он назывался Интернет Вещей (IoT)? 5G будет питать все устройства, которые являются частью IoT. Будь то ошейник вашего питомца на основе RFID (радиочастотных меток) или умный кондиционер, каждое подключенное устройство получит свою долю высокоскоростного интернета.

Сеть 5G специально разработана для обслуживания большого количества типов оборудование, например, банкоматов. Кроме того, сеть 5G оптимизирована для обеспечения того чтобы устройства, для которых не требуется постоянное подключение к интернету, не занимали большую полосу пропускания, чем им нужно.

5G значительно повлияет на основные отрасли, включая СМИ, издательское дело, здравоохранение, игровую индустрию, автомобилестроение, на работу общественного транспорта и оказание коммунальных услуг. Ожидается, что 5G в сочетании с IoT будет играть важнейшую роль в нашей повседневной жизни, а также произведет революцию в способах взаимодействия компаний с их клиентами.

Области применения технологии 5G

Про сферы применения 5G сказано более чем достаточно — это популярная тема, и детали интересных кейсов вы можете найти без труда. Перечислим основные из них.

Интернет вещей (IoT)

Сюда входит концепция умного дома, производственные и вычислительные мощности (IIoT), инфраструктура умного города. Устройства и системы объединяются в общую сеть с дистанционным управлением и контролем при минимальных задержках.

В первом случае это могут быть бытовые приборы, климат-контроль, системы экстренного оповещения. На индустриальных объектах 5G обеспечит быструю качественную связь между станками, измерительными приборами и ЦОДами. Жители городов смогут воспользоваться бесперебойным оперативным доступом к различным сервисам: центрам государственных услуг, городскому транспорту и не только.

Беспилотный транспорт

Автономные грузоперевозки, городское такси, сельскохозяйственная техника — множество видов транспорта может быть переведено на беспилотный режим с целью обеспечения большей точности, надёжности и безопасности процессов.

Облачные технологии

Хранение больших данных, моментальная загрузка и вычисления. Широко применимыми станут облачные приложения, для которых раньше требовалась установка on-premise. Благодаря скоростной передаче данных пользователи и разработчики смогут совершать операции, требующие высокой аппаратной мощности, имея под рукой только мобильный интернет.

Здравоохранение

Качественная связь с удалёнными регионами позволит оказывать высококлассную поддержку в случае экстренных ситуаций. Во время сложных операций или диагностики с использованием видеопотока 5G обеспечит высокую скорость и разрешение.

Также с помощью фитнес-трекеров пользователи смогут передавать свои биометрические параметры в непрерывном режиме для хранения и обработки.

Виртуальная и дополненная реальность (VR/AR)

Речь не просто о развлечениях, но и о вполне ответственном применении — системы интерактивного обучения, навигационные системы, сложные инженерные процессы и даже тактильный интернет.

Если заглянуть в более далёкое будущее, то с появлением 5G будут активно развиваться такие «умные» системы, как дом, город, производство. Отдельно стоит отметить тренд на использование голосовых помощников. Кроме того, с распространением 5G искусственный интеллект получит вторую жизнь и станет доступен гораздо большему числу пользователей.

Опасность технологии 5G: новый виток развития или инструмент контроля?

Как показывает исторический опыт, внедрение каких-то глобальных нововведений крайне редко преследует интересы простых людей, а чаще всего — выполняет какие-то задачи, необходимые для сильных мира сего. К тому же, как правило, в погоне за одним-двумя плюсами игнорируются десятки минусов того или иного нововведения.

В ходе проведённых опытов было установлено, что новые технологии мобильной связи способны разрушить внутреннюю систему координации животных в пространстве. Чем это грозит?

Попробуйте себе представить, что будет со всеми мигрирующими животными, которые мгновенно потеряют данную им природой способность ориентироваться в пространстве? Это то же самое, что подложить магнит под компас корабля, — гибель экипажа неминуема. Также было установлено, что электромагнитное излучение нарушает обмен веществ в растениях, а это значит, что весь растительный мир будет под угрозой.

Первые жертвы сети 5-G уже появились в Голландии: после запуска вышки там в радиусе 400 метров вымерли несколько сотен скворцов. Также странный эффект запуск вышек произвёл на коров: в районе, где проводилось тестовое использование вышек, коровы на фермах начинали впадать в сильное беспокойство, и вышки пришлось отключить. Швейцарская организация ProNature установила, что излучение 5-G-вышек повышает температуру тела насекомых. Стоит отметить, что частота, которая соответствует диапазону связи 4-G, уже сейчас используется для защиты зерна от вредителей, проще говоря, убивает их. А частота 5-G является ещё более губительной.

Частота связи 5-G оказывает влияние на потовые протоки и железы человека, принцип действия которых во многом повторяет действие антенн. Физик Пол Бен-Ишай поясняет, что потовые протоки человека работают по принципу спиральных антенн. И когда вместо обычного электромагнитного излучения в тело проникают неестественно короткие электромагнитные импульсы, заряды сами становятся излучателями электромагнитных волн и направляют их глубже в тело.

Частота связи 5-G может влиять на ДНК и ускорять процесс старения организма. К такому выводу пришёл доктор Мартин Полл, которые специализируется в области биохимии и медицины. Также в ходе своих исследований он установил, что электромагнитное поле разрушает мозг и нарушает работу сердца. По его словам импульсное электромагнитное поле, которое свойственно именно 5-G, более опасно, чем непрерывное.

Также Мартин Полл говорит о том, что электромагнитные волны глубоко проникают в тело человека, поражая и разрушая его ткани. В этом вопросе он ссылается на профессора Хессинга, исследования которого показывают, что у телят тех коров, которые пасутся непосредственно рядом с вышками-излучателями, уже с первых дней жизни формируется катаракта.

Действие вышек 5-G очень похоже по своему принципу на действие так называемых СВЧ-пушек, которые применяют для разгона демонстраций. В обоих случаях целенаправленное излучение способно разогревать тело человека (и любого живого существа в принципе) и негативно влиять на самочувствие.

5-G может вызывать мутации, причём такие, которые будут передаваться потомкам тех, кто подвергся излучению. Онколог Леннарт Харделл исследовал воздействие на человека технологии предыдущих поколений мобильной связи и отметил любопытную статистику, что опухоль мозга развивается преимущественно с той стороны, с которой к уху прикладывается телефон.

Любопытно, что страховые компании отказываются страховать ответственность телекоммуникационных корпораций в случае подачи против них исков о нанесении вреда здоровью по причине использования технологий 5-G. Одна из крупнейших страховых компаний составила отчёт, согласно которому есть риски, что 5-G может нанести человечеству непоправимый вред.

За любым глобальным нововведением стоят интересы транснациональных корпораций. И совершенно очевидно, что в подавляющем большинстве случаев эти интересы противоречат интересам простых людей. Ведь задача транснациональных корпораций — постоянно повышать объёмы потребления за счёт снижения уровня нашей с вами осознанности.

Наша осознанность против их технологий! Это постоянная гонка вооружений, и следует любое нововведение, такое как 5-G, рассматривать объективно, не впадая в восторг и эйфорию, наслушавшись лживой рекламы, но и не стоит видеть во всём теории заговора. Возможно, 5-G действительно просто улучшит качество жизни. Но вопросов, которые пока что остаются без ответов, слишком много.

Подведем итог

Стандарт 5G обещает в корне изменить жизнь человечества, внедрив широкий перечень новых технологий. Благодаря высоким скоростям, пропускной способности и низкому отклику станет доступно много интересных технических нововведений, включая интернет вещей, беспилотные автомобили и прогрессивные шлемы виртуальной реальности.

Сейчас остается только ждать окончания испытаний и запуска сетей 5G в мировом масштабе. Вероятнее всего до России интернет пятого поколения доберется традиционно с задержкой в несколько лет.