Сколько ггц в 5g

Обновлено: 02.07.2024

Пока Китай и США активно развивают 5G, российские операторы находятся в догоняющих из-за проблем с военными.

Тим Кук рассказывает о 5G в iPhone 12 Скриншот из презентации Apple

13 октября Apple представила четыре модели iPhone 12 и все — с поддержкой 5G-сетей. На связь нового поколения явно сделали серьёзную ставку: глава компании Тим Кук назвал её «новой эрой» и даже анонсировал раньше самих устройств. Всего «5G» за часовую презентацию упомянули не меньше 60 раз.

К выходу новых iPhone TJ рассказывает главное о 5G — как технология устроена, чем она лучше и хуже предшественников, и что происходит со стандартом в России.

Как работает 5G и чем отличается от предшественников

5G — новый стандарт сотовой связи, который должен прийти на замену 4G (в него входят LTE Advanced и WiMAX). Сотовые операторы и производители смартфонов, включая Apple, часто называют главным преимуществом 5G в разы выросшую скорость по сравнению с 4G. К примеру, они утверждают, что двухчасовой фильм на 5G можно будет скачать за пару секунд.

Согласно стандарту 5G, сети нового поколения действительно должны работать на скорости до 20 Гбит в секунду в идеальных условиях и до 50 Мбит в секунду в плотной застройке. Но на самом деле всё не так просто.

Сотовая связь пятого поколения, как и все предыдущие, работает за счёт радиоволн — тех же, которые позволяют слушать FM-радио, но с более высокими частотами. Главное отличие 5G в использовании самого широкого и одновременно высокого диапазона в истории сотовой связи. Если LTE работал в промежутке от 700 до 2100 мегагерц, то 5G может работать на частотах до 100 гигагерц.

Вопреки мнению конспирологов, 5G не наносит вреда здоровью — по своей сути это такие же радиоволны, как и в старых мобильных телефонах, только распространяющиеся на других частотах.

Сети пятого поколения формально делятся на два типа в зависимости от использования разных частот. Первый работает с диапазоном от 600 до 6000 МГц, а второй — от 24 до 100 ГГц. У каждого из них есть преимущества и недостатки.

5G на частотах от 600 до 6000 МГц с лёгкой руки сотовых операторов и СМИ называют Sub-6GHz. Среди плюсов этой реализации — хорошее покрытие и простое внедрение: операторам достаточно обновить оборудование на уже имеющихся базовых станциях. Среди минусов — лишь незначительный прирост в скорости соединения, то есть пользователи могут не заметить эффекта. Например, если оператор развернёт 5G на частоте 600 МГц, она вряд ли окажется быстрее LTE, работающего с теми же частотами.

Куда более серьёзный прирост в скорости даёт диапазон 24-100 ГГц: с увеличением частоты уменьшается длина каждой волны, таким образом можно передать больше данных за то же время. Например, FM-радио передаёт только аудиозвук на частотах от 87,5 до 108 МГц, а LTE не только транслирует, но и принимает более крупные данные, однако работает на частотах до 2,1 ГГц.

Среди операторов и журналистов 5G на более высоких частотах (30-300 ГГц) прозвали миллиметровыми волнами или mmWave. Это та самая реализация связи нового поколения, которую любят показывать в рекламе и на презентациях: именно она даёт очень высокий прирост скорости по сравнению с 4G. Кроме того, mmWave позволяют использовать более компактные передатчики в смартфонах.

Антенна mmWave в американской версии iPhone 12 (вставка на правой грани корпуса) Скриншот из презентации Apple

Но у миллиметровых волн есть серьёзный минус: они не способны проходить через почти любые препятствия, включая стены, окна, здания и даже капли дождя. Кроме того, короткие волны не могут распространяться на большие расстояния: на такой частоте потребуется намного больше оборудования, чтобы обеспечить приемлемое покрытие.

На самом деле главным преимуществом 5G может стать вовсе не скорость передачи данных: на бумаге даже 4G-связь должна выдавать гигабитные скорости, однако в реальности этого не происходит даже в идеальных условиях. Потому что на мобильную связь влияет слишком много разных факторов: от загруженности конкретной вышки до искажения сигнала из-за неудачного положения абонента.

Современные 4G-сети формально не могут считаться 4G: согласно спецификациям, они должны выдавать до 100 Мбит/с при движении до 115 км/ч и от 1 Гбит/c при движении менее чем до 10 км/ч. На самом же деле гигабитных скоростей пока нет даже в идеальных условиях.

Прирост скорости может пригодиться в отдельных сценариях для бизнеса: например, в сотни раз ускорить коммуникацию и сбор данных на предприятии, чтобы потом всё автоматизировать. Но массовым абонентам 5G позволит избавиться от задержки соединения — одного из главных минусов 4G.

Средняя задержка при использовании LTE обычно составляет 50 миллисекунд. Из-за неё при вводе поискового запроса результаты в выдаче отображаются не сразу, а онлайн-игры могут выдавать картинку с временным лагом. Для сравнения: человеческому мозгу достаточно 10 миллисекунд, чтобы обработать изображение, полученное глазами.

По стандарту 5G задержка должна составлять не больше миллисекунды — в 50 раз меньше, чем у LTE. Это может оказаться полезным не только для игр, но и для любых технологий, где важно время отклика: например, для самоуправляемых автомобилей, которые должны реагировать на изменения ситуации мгновенно.

Низкая задержка также может ускорить развитие облачного гейминга. Сейчас для комфортного использования сервисов вроде Google Stadia нужны максимально идеальные условия — лучше всего они работают только при стабильном домашнем интернете. Apple не зря уделила играм столько внимания на презентации: 5G действительно может вывести онлайн-гейминг на смартфонах на новый уровень.

Внедрение нового стандарта важно и для индустрии «интернета вещей» и «умного дома». Сейчас эти устройства работают на разных технологиях — через Wi-Fi, Bluetooth и LTE, а также зависят от их ограничений. 5G позволит серьёзно расширить возможности: к сети можно будет подключить всё — от зубных щёток до уличного освещения, она справится с нагрузкой.

Ключевое отличие 5G от 4G и предыдущих поколений заключается в работе на более высоких частотах. Это позволяет стандарту обеспечивать более высокую скорость и более низкую задержку, но в то же время заставит операторов использовать больше оборудования для покрытия той же территории;
5G может помочь в развитии облачного гейминга, самоуправляемых машин, интернета вещей и умного дома: самые быстрые скорости технология обеспечивает на коротких дистанциях, когда передатчик находится в прямой видимости. Из-за этого для рядовых пользователей в повседневных сценариях это может быть не так заметно;
Внедрение 5G не означает отказ от LTE. Пока что операторы только подбираются к соответствию стандарту 4G: пока его продолжат развивать наравне с 5G, а смартфоны и другие устройства будут поддерживать смешанное соединение и переключаться при необходимости.

На самом деле 5G во всём мире развивают уже не один год. Требования к стандарту сформировали ещё в 2015 году, а активное коммерческое внедрение началось в 2018 году, когда Verizon запустила сеть в четырёх городах США.

В 2020 году у каждого крупного производителя смартфонов в мире есть как минимум по одной модели устройств с поддержкой нового стандарта. Крупнейшие операторы США, Verizon, T-Mobile и AT&T, заявляют о покрытии почти всей территории Штатов. Об этом же говорят в ряде стран Европы, включая Германию и Великобританию.

В США сети разворачивают как в миллиметровом диапазоне, так и в Sub-6GHz — операторы уже поделили между собой частоты. При этом самый высокоскоростной вариант собираются использовать только в местах массовых скоплений людей — в парках, на стадионах и в аэропортах, а в городской застройке массово запускают лишь медленный вариант 5G.

Одним из лидеров по внедрению 5G остаётся Китай, где в 2019 году запустили 5G сразу в 50 городах. В сентябре 2020 года в стране насчитывалось более ста миллионов пользователей 5G, там уже работают над 6G. Китай быстрее всех развернул сети нового поколения благодаря использованию собственных технологий: местная Huawei — один из крупнейших поставщиков телеком-оборудования в мире, который рано начал осваивать стандарт.

Поначалу именно на аппаратуре Huawei работали почти все 5G-сети во всём мире, но потом китайскую компанию фактически запретили в США — и операторам пришлось отказаться от приобретённых антенн и найти других поставщиков. Примеру Штатов последовали и в европейских странах — из-за этого развёртывание сетей затормозилось: нынешние 5G-станции придётся заменять и закупать новые с нуля.

В России технологию хотели внедрять одними из первых в мире, но операторы столкнулись с административными преградами: выяснилось, что самые востребованные частоты (до 6 ГГц) зарезервированы под военные нужды. Из-за этого развитие 5G в стране за последние годы так и не сдвинулось с мёртвой точки.

Главная проблема заключается в гибкости стандарта: высокие частоты можно использовать только для точечного покрытия крупных предприятий и бизнеса, а самые «удобные» частоты до 6 ГГц, но выше LTE (2,1 ГГц) в разных регионах заняты под разные нужды.

Сегодня понятно, что в зоне 300 километров от западных границ, да и рядом с Турцией большая часть нашей европейской территории не будет покрыта 5G, и эта зона распространяется почти до Москвы, ничего нельзя построить и в Санкт-Петербурге. Это, конечно, очень существенный минус, который мы должны учитывать.

Когда ждать 5G в России и будут ли с ним работать новые iPhone

TJ узнал у «большой четвёрки» российских мобильных операторов, когда ждать появления 5G-сетей в России и уточнил, насколько iPhone 12 совместимы с отечественными решениями. Представители Tele2, «Билайна» и «Мегафона» дали разные прогнозы о запуске 5G в стране, но сошлись в том, что причиной задержки стали власти. В МТС на запрос не ответили.

Если говорить конкретно об iPhone 12, то в России и других странах, не считая США, продаются только модели, работающие с 5G-частотами до 6 ГГц. Сигнал миллиметрового диапазона они ловить не могут — это эксклюзивная американская возможность. При этом региональной блокировки в iPhone 12 нет: если в России развернут сети нужного диапазона, смартфоны смогут с ними работать.

Tele2 — не знает, когда в России появится 5G и по какому сценарию будет развиваться

В Tele2 рассказали, что хотели бы развивать сети 5G в диапазоне 3,4-3,8 ГГц, но пока не могут этого сделать «из-за общеизвестных ограничений по доступности спектра». Представители оператора также отметили, что пока нет ни окончательного решения регуляторов, ни нормативных документов в отношении диапазонов для 5G. Из-за этого оператору «сложно предположить», по какому сценарию будет развиваться технология в России.

Сроки запуска 5G полностью зависят от регулятора и его готовности выделить частоты под коммерческое развертывание сетей. Как только будет определенность с частотами, мы сможем разработать план развития сетей и обозначить сроки запуска.

Как пояснили в Tele2, сейчас у большинства операторов в России 5G развёрнуто только на уровне тестовых зон. Своя пилотная зона есть и у Tele2, она находится в Москве и охватывает Тверскую улицу от Кремля до Садового кольца, а также помещение флагманского салона на Тверской, 25/9.

Тестовая зона Tele2 работает на оборудовании Ericsson с 2019 года и использует миллиметрового диапазон 27 ГГц в режме NSA — формально она развёрнута на базе LTE и якорного диапазона (2600 МГц). При этом подключиться к 5G Tele2 пока можно с помощью специального инженерного смартфона, который подключается к 5G-роутеру.

Представители оператора также отметили, что 5G превосходит сети прошлого поколения по скорости, но стандарт нельзя оценивать только по этому параметру. Tele2 назвал плюсами технологии устойчивость связи для большого количества абонентов на одну базовую станцию, большую ёмкость и быстрый отклик. Кроме того, 5G адаптируется к типу передаваемого контента и может работать на более низких скоростях, чтобы экономить энергопотребление, а потом возвращаться на высокую мощность.

5G — технология, преимущества которой пока не очевидны для простого пользователя мобильного интернета. Весь платежеспособный спрос сегодня удовлетворяет технология 4G. Да, с 5G фильм можно скачать примерно в 20 раз быстрее, но это преимущество не столь критично для обычного человека, тем более на фоне популярности стриминговых платформ.

«Удалёнка» во время пандемии спровоцировала рост трафика и увеличению потребности в цифровых сервисах, что привело к новым нагрузкам на 4G-сети, рассказали в Tele2, не раскрыв точные данные. 5G должен разгрузить сети и закрыть пробелы предыдущего стандарта: обеспечит минимальный отклик и даст преимущество технологиям интернета вещей, промышленности, «умного» транспорта, телемедицины и «умного» города.

В Tele2 не смогли объяснить, сможет ли 5G в iPhone 12 работать в России: представители оператора отметили, что в стране пока нет коммерческих сетей, а в тестовых зонах всё меняется от случая к случаю. Теоретически новые модели смогут работать с оборудованием компании на Тверской, но проверить это можно только на месте.

В «Билайне» рассказали TJ, что на первых этапах хотели бы развивать 5G в диапазоне 3,4-3,8 ГГц, а в дальнейшем рассматривают внедрение миллиметровых частот в локальных хот-спотах, где абонент находится в прямой видимости с базовой станцией.

Представители оператора назвали преимуществами 5G более высокие пиковые скорости передачи данных — до нескольких гигабит в секунду, а также низкие задержки при передаче трафика. Это позволяет реализовать сервисы виртуальной и дополненной реальности, развивать облачный гейминг и не только, отметили в пресс-службе «Билайна»

Значительно выше пиковые скорости передачи данных (порядка нескольких Гбит/с). Низкие задержки при передаче трафика делают возможным реализацию сервисов на основе виртуальной/дополненной реальности (VR/AR), развитие облачного гейминга и т.д. Представители оператора также отметили, что ситуация с развитием коммерческих сетей в стране остаётся непонятной.

Коммерческих сетей 5G в РФ нет, условия и сроки выдачи лицензий непонятны. Есть несколько пилотных зон, в частности, в Москве. Ждать широкого распространения 5G в России стоит не раньше 2024 года.

«Мегафон» — основную выгоду от 5G получит промышленность и бизнес, но пока неясно, когда

В «Мегафоне» не смогли уточнить даже примерных сроков запуска 5G в России. В разговоре с TJ представители оператора объяснили, что смогут запустить сети нового поколения после решения «вопроса с дефицитом частотного ресурса». Желающим попробовать 5G оператор предложил съездить за рубеж и перечислил конкретные страны, где работает с сетями в роуминге.

Пока в России сеть нового поколения недоступна, владельцы телефонов с поддержкой 5G могут пользоваться этой опцией в поездках за рубежом. На сегодняшний день 5G-роуминг МегаФона доступен в девяти странах: Румынии, Латвии, ОАЭ, Саудовской Аравии, Финляндии, Швеции, Швейцарии, Польше и Китае.

В компании отметили, что 5G обеспечит более высокие скорости мобильного интернета, но основную выгоду от сетей пятого поколения получат промышленность и корпоративные клиенты, а не рядовые абоненты. Для них использование 5G приведёт к увеличению эффективности производства и управления, пояснили в «Мегафоне». Внедрение 5G окажет влияние на развитие самых разных отраслей экономики, начиная с розничных сетей и заканчивая внедрением сложных интеллектуальных систем управления промышленностью, энергетикой и умным городом, считает оператор.

Частоты 5G в каждой отдельной стране выделяют местные власти. Безусловно, при этом учитывается мнение экспертов и мобильных операторов. С точки зрения технологий, наибольшее значение имеет тот факт, будет ли выделенный диапазон 5G находиться ниже 6 ГГц или выше. Это важно, потому что от длины волны зависит особенности распространения и отражения сигнала, а также дальность работы устройств и базовых станций, плотность подключений и трафика, которую можно использовать.

При этом, есть некоторые сложности для выделения диапазона частот 5G с частотой ниже 6 ГГц, поскольку, там уже работают не только сети 4G и 3G, но и Wi-Fi, который сегодня присутствует в каждом здании. Естественно, что никакие чиновники не будут отдавать эти частоты для запуска сетей пятого поколения, так как, старые стандарты будут востребованы еще минимум 10 лет, а то и больше.

На каких частотах работает 5G в мире сегодня?

Разработчики сетей связи нового поколения хотят использовать широкий спектр частот, в зависимости от задач и подключаемых устройств. Диапазон 700 МГц вместе с 3,4-3,8 ГГц планируется отдать под использование в беспилотных автомобилях, роботах и автоматизированном оборудовании в промышленности. Это связано с тем, что именно в этих частотных диапазонах 5G может передавать данные без задержек и поддерживать максимально устойчивое соединение даже с быстродвижущимися объектами.

Дополнительное преимущество частот ниже 1 ГГц – это легкость и дешевизна построения инфраструктуры, оборудования, а также же гарантировано хорошее покрытие на местности. Скорее всего, именно в этом диапазоне будут работать умные датчики, счётчики и техника, интернет вещей (IoT).

Высокие частоты необходимы для достижения максимальной пропускной способности, вплоть до 20 Гбит/сек. Именно, здесь будут работать устройства 3D-видео, технологии дополненной и виртуальной реальности, связь с использованием голографических и тактильных технологий, мощные облачные сервисы для игр и бизнес-задач.

Плюсы различных диапазонов частот

Легко обеспечить хорошее покрытие территории, сигнал хорошо проникает в здания и внутрь помещений.

Низкая стоимость построения инфраструктуры, требуется меньшее количество базовых станций.

5G частоты в России

Полный спектр частот и диапазонов еще не определен правительством России. Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) рекомендует для выделения и использования частотный диапазон 27,1-27,5 ГГц.

Помимо требований российского законодательства, Международный союз электросвязи выдвигает свои требования к стандарту 5G. В их числе:

Скорость передачи данных в режиме Downlink – до 20 Гбит/сек.
Скорость передачи данных в режиме Uplink – до 10 Гбит/сек.
Количество поддерживаемых устройств на территории площадью 1 квадратный километр – не менее 1 миллиона.
Задержка для услуг eMBB (высокоскоростной связи) – не более 4 мс.
Задержка для услуг URLLC (ультранадежной связи) – не более 0,5.

Для соединения точка – точка планируется также задействовать дополнительные диапазоны 71-76 и 81-86 ГГц. Оборудование и соответствующие стандарты уже разработала компания Huawei.

Поколения сотовой связи сменяются одно за другим. Меньше десяти лет назад только начали строить сети 3G. В середине десятых появилось 4G. Сейчас на повестке дня уже 5G с его заоблачными скоростями 10 Гбит/сек и более . Однако как и с прошлыми стандартами, с пятым поколением остро встал вопрос о выборе частотного диапазона.

Разработчики стандарта предложили на выбор несколько частотных диапазонов для 5G: 0,8 ГГц, 3,4-3,8 ГГц, 28 ГГц и 38 ГГц - это самые распространенные. Есть также множество других вариантов, но, как показывает практика, производители телефонов не могут вложить в их способности работу в очень широком диапазоне частот, и ограничиваются 5-7.

Ниже на картинке показаны частотные диапазоны , которые уже лицензированы для операторов сотовой связи с целью строительства 5G в разных странах :

Казалось бы: какая разница в каких частотах будет вещать стандарт: высоких или низких? Выбрали бы первый попавшийся - свободный и ударили по рукам! Но диапазон - это краеугольный камень !

Чем ниже частота, тем лучше волны огибают препятствия и лучше покрытие в помещениях. Следовательно, меньше нужно будет строить базовых станций, а скорости будут выше💹 0,8 ГГц уже занят другими стандартами сотовой связи в России. Поэтому все сильно надеялись на диапазон 3,4-3,8 ГГц, который бы дал широкие перспективы для 5G.

В России первые частотные разрешения для 5G выдаются в диапазоне 28ГГц В России первые частотные разрешения для 5G выдаются в диапазоне 28ГГц

Однако в августе 2019 года Государственный комитет по радиочастотам разрушил наши надежды и запретил использовать 3,4-3,8 ГГц. Вместо этого, предложено развивать сети 5G в 28 ГГц диапазоне 😥 .

По своему опыту скажу, что далее чем на 100-200 метров сигнал 5G от вышки сотовой связи будет сложно поймать на таких высоких частотах. Даже если 5G антенны будут стоять на крыше, сигнала внутри этого же здания уже не будет.

Таким образом, пока перспективы 5G в России туманные . Конечно сети будут построены, но о качественном покрытии в диапазоне 28 ГГц говорить пока не приходится.

Передатчики 5G используют радиоволны миллиметрового диапазона и антенные системы с множественным входом и множественным выходом (системы Multiple Input - Multiple Output, MIMO). Преимущество таких систем заключается в том, что вместо излучения энергии вокруг антенны, система MIMO может обеспечить множественную передачу и прием сигнала, а совместно с технологией beamforming направленно передавать и принимать энергию с разных направлений. Beamforming позволяет концентрировать энергию на отдельном оборудовании или в небольших географических районах. Таким образом с развитием "Интернета вещей" и "Умных устройств", совместная работа MIMO и Beamforming становится все более актуальной:

Антенны остаются ключевым элементом сетей 5G. Вместе с этим активно идут работы по освоению диапазонов сверхвысоких частот. В декабре 2019 года в официальном релизе возможностей нового стандарта систем пятого поколения, диапазон их работы добрался до отметки 100 ГГц.

На этот спектральный диапазон возлагают большие надежды. Например, GSA (Ассоциация поставщиков GSM) дала рекомендации, которые дополняются GSMA (Ассоциацией глобальной системы мобильной связи) о том, что количество смежных спектров, выделенных для 5G, должно составлять от 20 до 100 МГц на каждую лицензию спектра.

Поэтому, операторы должны будут полагаться на Carrier Aggregation и Massive MIMO для наиболее эффективного использования частотных ресурсов. Многие операторы делают разумные шаги в направлении 5G, используя 5G NSA (non-standalone).

NSA, он же неавтономный стандарт, является своего рода переходной инфраструктурой с использованием нового железа 5G на платформе 4G. Тот же подход применялся и раньше, когда провайдеры переходили c 2G на 3G, и далее на 4G.

По данным ABI Research мобильные сети уже генерируют сотни эксабайт данных в год. И объемы мобильного трафика продолжают расти. Ожидается, что полноценный запуск 5G наберет критическую массу к 2025 году и будет генерировать около 1,7 зеттабайт данных в год. Причины такого роста очевидны. По прогнозам, к 2025 году видео трафик, передаваемый по мобильным сетям будет составлять почти 80 процентов от всего объема передаваемых данных. К тому же большее количество устройств, включая смартфоны, начинают поддерживать 4K-разрешение.

C-B диапазоны

В настоящее время мы наблюдаем удивительную картину, когда почти в каждом мобильном устройстве находится целый спектр радио-технологий (LTE, Wi-Fi, GPS, Bluetooth, NFC и др.). Они могут как дополнять друг друга, так и решать совершенно разные задачи. Кроме того, одни и те же технологии могут работать в разных частотных диапазонах.

Например, на очень низких частотах сигнал может проникать в здания и обеспечивать широкий охват территории, на более высоких частотах - допускается использование большей мощности, но ограничивается дальность связи.

Большая часть используемого спектра в настоящее время работает на частотах до 3 ГГц. При увеличении рабочих частот до 10 ГГц, оборудование нужно располагать так, чтобы оно работало в пределах прямой видимости.

Ожидается, что корейские и японские операторы будут агрессивно использовать диапазон 3,5 ГГц для обеспечения своего национального радиопокрытия. Для этого может потребоваться в 4 раза больше сотовых базовых станций, но такие решения как UL/DL-развязка от компании Huawei, могли бы смягчить эти ограничения. Для достижения тех же целей возможно использовать микро- и пико-соты.

Что касается диапазонов миллиметровых волн, то здесь правила игры во многом определяют компании на североамериканском рынке, такие как AT&T и Verizon. Особенно важное значение будет иметь фиксированный беспроводной доступ, а также возможность охвата жилых районов и малых предприятий в городских и сельских населенных пунктах, обеспечивая пропускную способность, эквивалентную волоконно-оптическому.

Также есть понимание потребности в спектре до 1 ГГц, который может обеспечить очень широкую зону покрытия. В ближайшие несколько лет мы также увидим потенциальный интерес к обновлению спектра 3G и 4G. Однако это, скорее всего, будет происходить в каждой стране в зависимости от установленной базы пользователей 3G и 4G. T-Mobile USA недавно объявили, что они рассматривают свой 600 МГц спектр в качестве дополнения к 5G, чтобы обеспечить повышенную мобильность некоторых IoT устройств.

Что касается диапазона десятков гигагерц, то США сосредоточены в основном на полосах частот 24 ГГц, 28 ГГц, 37 ГГц, 39 ГГц и 48 ГГц.

Диапазон

Отдельное внимание многих стран, принимающих активное участие в разработке 5G систем, уделено частотному диапазону 25-29 ГГц:

Со временем в этом диапазоне будет работать большинство смартфонов и других клиентских устройств. Сценарий применения тот же, что и сейчас в смартфонах Samsung и iPhone с антенными решетками из 4-х активных компонентов. Внимание экспертов уделено анализу эффективности использования данного диапазона и его влияния на человека.

Сделать подобные заключения позволяют презентации флагманского программного обеспечения по разработке в том числе и радиоустройств - ANSYS HFSS, в последнем релизе которого была добавлена библиотека 5G компонентов, а в качестве демонстрационной тестовой задачи рассматривалась антенная решетка, работающая на частоте 28 ГГц:

Вид решетки и формируемая диаграмма приведены на рисунке ниже:

В частности в демонстрационной задаче рассматривается влияние излучения на человека:

Антенные модули, работающие на частотах 26-28 ГГц рассматриваются в качестве основных активных элементов в беспроводных системах следующего поколения:

Развитие антенной части

формирование абонентских сот, в которых антенный луч может быть использован как для равномерного покрытия, так и для узконаправленной передачи данных в сторону приемного оборудования;
векторная секторизация, которая заключается в переходе от стандартной 3-секторной к 6-секторной конфигурации базовой станции. Би-секторные базовые станции можно было реализовывать и ранее на оборудовании 2G-4G, однако именно с переходом на 5G, в более высоко-гигагерцовый диапазон, секторизация становится особенно актуальной;
Переход на антенны MIMO. Многие существующие антенны LTE имеют формат 2×2 MIMO, который обычно является стандартом для многих сетей LTE, но при этом наблюдается переход к формату 4×4. Также проводятся испытания по использования в смартфонах систем 8×2 и даже 8×8 MIMO.

Решение Massive MIMO явно будет и дальше набирать обороты. Например, уже сейчас мы видим и потребность в схемах MIMO 16×16, . 64×64, а в долгосрочнойдолгосройной перспективе и более высокие комбинации. Для смартфонов принципиальными остаются ограничения по форм-фактору. Многие из флагманские продукты (Samsung S8 и S9, iPhone X) могут поддерживать конфигурацию 4×4, что обеспечивает более высокую пропускную способность.

Антенны с малым количеством портов уже никому не интересны. Поэтому нас ожидает увеличение количества антенн до 12-16, проектируемых такими поставщиками, как Kathrein. Кроме того, по мере перехода в 5G, появятся дополнительные возможности для ретрансляторов, которые могут обеспечить покрытие в небоскребах и жилых домах. В связи с новыми форм-факторами и новыми спектральными диапазонами необходимо будет модернизировать объекты связи.

Одним из наиболее интересных моментов является эволюция пассивных и активных компонентов антенн. Активная антенна как правило имеет электронные компоненты, а пассивная - состоит не простых металлических проводников. В категорию активных входят интеллектуальные антенны и системы для автоматического формирования луча (Beamforming). Со временем активные антенны будут играть все более важную роль в беспроводных сетях. Во многом этот рост будет обусловлен конфигурациями MIMO и Massive MIMO. На рисунке ниже возможные варианты исполнения Massive MIMO в привычном форм-факторе:

5G в России

Не так давно компания "Мотив" протестировала оборудование для 5G в Харитоновском парке города Екатеринбурга. Скорость передачи данных достигла 2,07 Гбит/сек. Некоторые страны уже используют 5G, но Россия еще только подключается к этому движению.

В целом ситуация в РФ с 5G такая же как и во всем мире. Сетей не так много, в тестовом режиме они были обкатаны на крупных спортивных событиях. Однако, для России традиционно сложным вопросом остается распределение частот.

С одной стороны бесплатно раздают диапазоны 24,25–24,65 ГГц для создания сетей 5G, в том числе технологических сетей связи. То есть Роскомнадзор самостоятельно решает, кому разрешать устанавливать радиоэлектронные средства связи в данном диапазоне.

С другой стороны, ГКРЧ отклоняет заявки операторов на частоты 3,4-3,8 ГГц для проведения исследований.

"Пока по 3,4-3,8 Ггц мы воздерживаемся от каких-либо выделений и даже присвоений до окончательного решения вопроса о возможности или невозможности использования данного диапазона в интересах 5G. Прежде всего у нас - интересы национальной безопасности, и если есть хоть малейшая угроза этим вопросам есть, ГКРЧ решение в ущерб национальной безопасности не принимает" , - (с) замглавы Минкомсвязи Олег Иванов.

Также в марте 2020 года стало известно о том, что российским сотовым операторам не разрешили использовать уже имеющиеся у них частоты для запуска 5G-сетей.

Все это говорит о том, что внедрение технологии в стране может замедлиться. Но следует отметить, что ведущие производители оборудования 5G всегда шли навстречу и оказывали помощь в недрении своих технологий, как это уже было показано на примере сетей четвертого поколения. Сколько времени продлится война технологий и административного аппарата на этот раз - время покажет.

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.

Читайте также: