Десять лет назад никто из нас даже не мечтал о быстром мобильном интернете где-нибудь за городом на рыбалке. Или просмотре видео на YouTube в палатке в лесу. Абсурд! Но такова была реальность.
Сегодня мы можем делать это практически из любой точки страны прямо с экранов наших смартфонов. Комфортный веб-серфинг и прослушивание потоковой музыки – без проблем, а просмотр видео может быть затруднителен только в настоящей глуши. Мы быстро привыкли к хорошему, не так ли? В обозримом будущем нас ждет еще более интересное – цифровые беспроводные сети, которые в несколько раз быстрее сегодняшних и объединены под логичным названием 5G.
Пятое поколение – все онлайн
Мобильные сети пятого поколения (или 5G) – это своего рода последнее обещание, что интернет-соединения, наконец, освободятся от оков кабеля. И все устройства, имеющие операционную систему и интернет-потребности, смогут получать и отправлять данные без подключения к коммутатору. Новое поколение беспроводного стандарта сделает значительный и большой шаг вперед.
Это позволит массово использовать автономные транспортные средства (без водителей), дроны для доставки заказов из интернет-магазинов, и, вероятно, вытеснит традиционный домашний Wi-Fi.
Но прежде чем вы радостно побежите в магазин, чтобы купить себе смартфон с поддержкой 5G, подождите.
Этот стандарт пока не запущен в официальную эксплуатацию, и вряд ли это произойдет в ближайшее время – самое раннее в следующем году. Хорошая новость заключается в том, что гиганты, такие как Samsung, Nokia, AT&T и другие, вкладывают огромные суммы в развитие сети и устройств, которые будут поддерживать 5G.
По словам разработчиков, теоретически достижимая скорость загрузки данных в сетях 5G может достигать фантастических 10 000 Мбит/с. Это в несколько раз больше максимума 4G. Вот небольшое, но отличное сравнение: если через 3G (с его максимальными возможностями) скачивание песни в формате MP3 занимает около 15 секунд, то через 5G за то же время (и даже быстрее) можно будет скачать полнометражный фильм.
2, 3, 4… 5 скорость
- Интересно, что телекоммуникационные компании создают всю необходимую инфраструктуру и внедряют новый стандарт в течение примерно 10 лет. В 1982 году появились первые так называемые 1G-сети, которые функционировали, связывая аналоговые сотовые телефоны. В 1992 году мы увидели запуск 2G – или цифровых мобильных сетей (GSM), а в 2003 году все говорили только о 3G.
- Нынешние скоростные 4G-сети стали реальностью в 2011 году, принеся комфорт в коммуникацию. Таким образом, следуя этой зависимости, мы можем предположить, что от запуска следующего поколения мобильных сетей нас отделяют два или три года.
- Как и любой стандарт, 5G не является делом только одной компании. Для этой цели существует специально созданная организация под названием Next Generation Mobile Networks (NGMN), которая объединяет и синхронизирует работу ученых и инженеров, производителей и поставщиков услуг. Все они создают следующее поколение коммуникаций.
И хотя стандарт 5G еще не завершен, очевидно, он будет значительно лучше 4G. Он позволит отправлять и получать гораздо больше данных, чем предыдущие технологии, и сможет одновременно обслуживать гораздо большее количество пользователей без засорения частот.
Если вы были на концерте, футбольном матче или на любом другом мероприятии с большим скоплением людей, уткнувшихся в свои смартфоны, то уже знаете, что в таких местах мобильный интернет может работать очень медленно.
Кроме того, новая технология будет потреблять меньше энергии и, следовательно, гаджеты будут работать дольше.
Вам реже придется искать зарядный адаптер. А еще 5G будет способствовать дальнейшему расширению интеграции интернета в так называемый «Интернет Вещей» (Internet of Things), в котором с компьютерами и смартфонами будут соединены телевизоры, холодильники, автомобили, дроны и любая другая техника. Даже ваш тостер.
Между мостами поколений
- Несмотря на свой огромный потенциал, технология 5G должна иметь обратную совместимость с предыдущем поколением, верно? В противном случае, кому нужна сеть, которая не «понимает» телефоны без поддержки 5G. Но для того, чтобы они «говорили на одном языке», необходимо, чтобы каждый имел привычную схему работы.
- Сотовые телефоны представляют собой двухсторонние радиостанции. Они преобразовывают голос в цифровой сигнал в режиме реального времени и отправляют его в радиоэфир. И это касается не только голоса (телефона), но и всех видов современных коммуникаций – видео, чат, интернет.
- Поскольку количество радиочастотных каналов (полос) ограничено, а число людей, которые хотят пользоваться «благами» телефонов постоянно растет, сотовая связь разделена на отдельные участки (ячейки), которые пересекаются и передают сигнал друг другу. Отвечают за это базовые станции и их антенны – большие серо-белые удлиненные прямоугольники, которые вы можете увидеть на любом высотном здании.
- Связавшись с такой станцией, телефон передает ей свои данные, а она в свою очередь отправляет их на следующую станцию. Когда вы перемещаетесь из одного места в другое, сигнал вашего телефона переключается на следующую станцию, когда охват предыдущей снижается или исчезает. Таким образом, одна и та же частота GSM может многократно использоваться миллионами пользователей в городе без перегрузок или существенного замедления.
Сегодня во многих городах мира и России обеспечено полное покрытие сетью 4G (LTE – Long-Term Evolution), которая настолько быстра, что без проблем позволяет проводить видеоконференции и смотреть потоковое видео без задержек.
- Однако массовое распространение смартфонов, сопровождаемое их низкими ценами и дешевизной мобильного интернета, приводит к тому, что все больше и больше людей общаются в видеочатах, делятся фотографиями и т.д. Все эти миллионы устройств используют одни и те же частоты; они заполняются, и, следовательно, у всех пользователей начинает падать скорость соединения.
- Для решения проблемы отсутствия частот поставщики услуг решили переключиться на другие частоты, миллиметровые – типичные для поколения 5G.
Миллиметровый диапазон = больше пользователей и больше скорости
- Радиосигналы характеризуются определенной длиной волны. Чем она короче, тем выше частота. Радиосигналы 5G будут использовать длину волны от 30 до 300 ГГц, которая попадает в миллиметровый диапазон. Таким образом, 5G считается технологией миллиметрового диапазона.
- Очень высокая частота сигналов имеет огромное значение. Говоря другими словами, 5G будет достигать невероятной ширины полосы пропускания, т.е. сможет одновременно «принять» огромное количество людей (устройств), а также получать и отправлять неизмеримо большие объемы данных.
Но где же «подводные камни»? Есть ли минусы или недостатки?
- Конечно, они есть. Более высокие частоты означают… меньший охват. И если, скажем, 3G и 4G могут покрыть целый район с одной ячейкой, то сигнал мобильной сети пятого поколения будет достаточно сильным в нескольких кварталах. 5G не может покрывать большие расстояния: из-за малой длины волны сигнал с большим трудом преодолевает препятствия. И любая бетонная стена или даже ветка дерева может существенно повлиять на его мощность. 5G – это технология, которая лучше всего работает в зоне прямой видимости и обеспечивает высокий уровень сигнала, если станция находится неподалеку.
Но давайте перейдем к положительным сторонам. 5G обещает минимальную задержку сигнала между двумя подключенными устройствами. Если у 4G задержка связи составляет около 70 миллисекунд, то у 5G этот показатель будет не более 1 миллисекунды. А это означает гораздо более высокую производительность, особенно в некоторых случаях. Возьмем, к примеру, автомобили без водителей. Безопасное дорожное движение множества таких машин может быть обеспечено только путем создания подходящих для этого условий. В частности, между ними должна быть налажена постоянная стабильная связь. А теперь представьте, к чему может привести задержка связи, когда беспилотные машины движутся на большой скорости, следя при этом за сотней сторонних объектов. Сокращение задержки примерно в 50-100 раз существенно улучшит «реакцию» беспилотных автомобилей и, соответственно, снизит риск несчастных случаев.
Новые правила, новая инфраструктура
- Запуск мобильных сетей пятого поколения подразумевает создание новой инфраструктуры. Базовые станции этой технологии будут отличаться, работая на других частотах, потребляя меньше энергии и т.д.
- Но телекоммуникационные компании вряд ли начнут строить новые сотовые вышки для того, чтобы покрыть сигналом заданную область: скорее всего, они будут устанавливать новые миниатюрные ячейки на существующие вышки, здания и другие объекты. Ячейки 5G будут покрывать область около 250 метров в каждом направлении.
- Пользователи будут подключаться к ним через беспроводной модем (телефон или другое устройство), и благодаря огромным преимуществам, таким как скорость и ширина канала, домашние пользователи больше не будут нуждаться в каких-либо сетевых кабелях.
- Однако, поскольку миллиметровые волны сигнала 5G имеют более слабую проникающую мощность, чем 4G, операторам придется создать очень плотную инфраструктуру для обеспечения хорошего обслуживания. Подобно Wi-Fi, 5G потребует большого количества базовых станций на близком расстоянии друг от друга, чтобы пользователи могли быть всегда онлайн. И это будет стоить денег. Много денег.
- В крупных странах, таких как США, инвестиции в 5G составят порядка 20-30 миллиардов долларов, за которые в конечном итоге заплатят пользователи.
Некоторые крупные мобильные операторы уже тестируют pre-5G версии стандарта (как это было во время зимних Олимпийских игр в Корее). Это может означать, что у них уже есть утвержденный стандарт, но это не так. На самом деле, никто не знает, какими будут окончательные спецификации. Таким образом, вопрос необходимости покупки 5G-совместимого телефона встанет перед нами не раньше, чем через несколько лет.
Давайте помечтаем о 5G и… даже о 6G
Что нам делать, когда появятся мобильные сети пятого поколения. Для начала всем нам придется купить новый смартфон. Наши текущие телефоны, скорее всего, будут работать в новой сети, но не будут поддерживать ее возможности.
5G сделает массовыми новые технологии, такие как виртуальная реальность. Почти наверняка через несколько лет вы сможете легко подключить комплект VR (очки, шлем) к своему телефону и наслаждаться полностью измененной реальностью.
Но технологичные компании всегда смотрят немного дальше, инвестируя в более серьезные и революционные системы, которые могут изменить образ жизни общества. Беспилотные автомобили, беспилотные летательные аппараты и системы коммуникации между ними смогут перевернуть наши представления о транспорте, и 5G поможет сделать их безопаснее.
Автоматизированные поставки грузов дронами, скорее всего, станут частью повседневной жизни, а системы видеонаблюдения, направленные на повышение безопасности жизни и уровня правопорядка будут вездесущими. Если в настоящее время камеры наблюдения есть во многих местах, я гарантирую, через 10 лет они будут буквально повсюду.
Годом, когда 5G начнет захватывать планету, станет 2019-ый или более вероятно – 2020-ый. После этого можно будет начинать готовится к следующей революции – 6G, потому что финские инженеры из Университета Оулу уже работают над этим стандартом.
Он называется 6Genesis, а его спецификации должны будут быть готовы через 8 лет. Пока ясно, что он, вероятно, будет использовать еще более высокие частоты – терагерцы, и будет основан на искусственном интеллекте.
