Шкала миллиметровых волн и диапазоны, работы протоколов 4G и 5G. Хотя физически миллиметровые волны начинаются с 30 ГГц, в 5G к ним обычно относят диапазон частот 24— 100 ГГц. На рисунке: Sub-6-GHz — диапазон частот до 6 ГГц; 5G NR — 5G Новое Радио, 5G NR mm Wave — 5G Новое Радио, миллиметровые волны.
Первые сотовые телефоны появились в продаже в 1983 году, в 2015 году число их владельцев достигло 3,6 млрд, и к 2020 году ожидается 4,6 млрд — примерно 60% населения Земли. В США только 46% домов всё ещё имеют наземные телефонные линии. Эксперты компании «Эриксон» предсказывают, что месячный трафик на один смартфон в Северной Америке возрастёт с 7,1 Гбайт в конце 2017 года до 48 Гбайт к концу 2023 года. Спрбсите, зачем так много? А уже к 2020 году половина телезрителей будут смотреть ТВ не по объявленной сетке вещания, а выбирая стриминговый контент разных каналов или архивов через свой смартфон. Да и тактильный интернетуже на подходе. Он сможет в ближайшем будущем передавать на расстояние ощущение материала, его сопротивление и т.д.
Впрочем, главная проблема с передачей данных, конечно, не в тактильном интернете. Частот передачи остро не хватает для связи производственных объектов между собой. Кроме интернета людей теперь стремительно развивается интернет вещей (Internet of Things — loT). В минимальном варианте это сеть объединённых через интернет объектов, способных не просто собирать и передавать данные, но и взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой. В более продвинутом варианте сети, который называют «промышленный интернет вещей» (Industrial Internet of Things, MoT), обязательно присутствуют аналитические средства искусственного интеллекта, а также хранилища данных. На производственной стороне его использование предполагает минимизацию участия человека. Ожидается, что к системам loT уже в 2020 году будет подключено более 20 млрд устройств. Совокупный рынок для них составит свыше 7 трлн долларов (больше четырёх годовых валовых продуктов России).
Действующий протокол Интернета IPv4 позволяет иметь только 4,3 млрд адресов в 32-битном формате. Идущий сейчас постепенный переход на IPv6 позволит в 128-битном формате иметь адресное пространство величиной 3,4x1038. Однако для большинства устройств loT выход в большой интернет совсем не обязателен, достаточно местного сервера, да и безопасность локальной сети выше.
Проблема loT — задержка сигнала, что при движении, например, беспилотного автомобиля может определять, выживут его пассажиры или нет в чрезвычайной ситуации. Если сигнал идёт по беспроводной мобильной сети 4G LTE (от англ. Long-Term Evolution), то его задержка составляет не менее 55—70 мс, что во множестве случаев совершенно неприемлемо. Поэтому связь в loT, по мере его развития, будет всё больше переходить на беспроводной стандарт 5G (то есть пятого поколения), работающий на миллиметровых волнах. Такой переход даёт несколько решающих преимуществ: низкую задержку сигнала (1—2мс), малое потребление энергии и высокую скорость передачи данных.
Свободных частот в ныне используемых диапазонах уже не осталось, а миллиметровые волны охватывают огромный, почти не занятый диапазон. Но 5G приносит и множество проблем, которые ещё предстоит решать. В отличие от более длинных волн нынешних стандартов, миллиметровые волны обладают меньшей проникающей способностью, так что стены и даже листва практически полностью их экранируют — не обязательно поглощают, но частично рассеивают. Есть вариант развешивать на проводах множество алюминиевых отражателей — что-нибудь да пробьётся в разных направлениях. Для использования широкой публикой (в отличие от loT) 5G придётся сочетать с более длинными волнами и резко увеличивать плотность размещения ретрансляторов, впрочем, гораздо меньшего размера и мощности, чем действующие. Внутри зданий беспроводная сеть останется, вероятно, примерно в том виде, как она есть сейчас.
При этом никто не ждёт, что 5G полностью заменит и вытеснит 3G/4G/4G LTE в быту. В сельской местности просто нерационально создавать по всей стране гексагональную сетку с ячейкой 250 м для ретрансляторов 5G. Но там, где будет плотный трафик самоуправляемых машин и передача большого количества видеовещания, 5G появится в первую очередь и в ближайшем будущем. Собственно, будущее уже наступило. С 1 октября 2018 году «Verizon», одна из ведущих телекоммуникационных компаний США, начала продавать услуги через систему 5G на частоте 28 ГГц более чем в десятке крупных американских городов, включая второй по величине в стране Лос-Анджелес. Однако до 2020 года это будет ещё не мобильная телефонная связь, а подключение к интернету всего дома. Это конкуренция с кабелем: что дешевле — подключить дом к 5G сети (в качестве приманки включают бесплатный сервис ТВ) или протянуть к нему кабель? Другие сети отстают на месяцы, но не на годы. В Китае в шести главных городах в конце 2017 года запущены пилотные программы, и к 2020 году они должны начать приносить доход.