Написать на тему 5G, меня заинтересовало письмо, которое прислали в Watsappе. Думаю возможно многие его получили.
Давайте попробуем разобраться с этим вопросом и начнём с того, что же такое 5G?
5G (от англ. fifth generation — «пятое поколение») — пятое поколение мобильной связи, действующее на основе стандартов телекоммуникаций, следующих за существующими стандартами 4G/IMT-Advanced. Телекоммуникационный стандарт связи нового поколения.
Технологии 5G должны обеспечивать более высокую пропускную способность по сравнению с технологиями 4G, что позволит обеспечить бо́льшую доступность широкополосной мобильной связи, а также использование режимов device-to-device (букв. «устройство к устройству», прямое соединение между абонентами), сверхнадёжные масштабные системы коммуникации между устройствами, а также меньшее время задержки, скорость интернета 1—2 Гбит/с, меньший расход энергии батарей, чем у 4G-оборудования, что благоприятно скажется на развитии Интернета вещей (англ. IoT).
Сама сотовая связь зародилась в первой половине XX века, в США. Детройт, город известный не только своими "автогигантами", но и высокой преступностью, нуждался в лучшей борьбе с ней. Для этого местная полиция стали использовать радиостанции, но только с односторонней связью. И даже такие меры помогли улучшить борьбу с преступностью. Впоследствии в 1933 году, появилась и двусторонняя связь, но она работала на разных частотах, поэтому обмен сообщениями был возможен только между участком и патрульной машиной, но не между разными машинами.
Первая сеть мобильной телефонной связи была открыта в городе Сент-Луис (США) в 1946 году. Вскоре такие же системы появились в других крупнейших городах США, а затем в Европе.
Тяжелая, но достаточно надежная рация устанавливалась в автомобиле. Радиоблок отправлялся в багажник, а трубку вместе с панелью управления монтировали в кабине водителя. Конструкция портативностью не отличалась, но от нее того не требовалось.
Позвонить по телефону было непросто: водитель поднимал трубку и... начинал переключать каналы, стремясь найти свободный. (В Сент-Луисе каналов было всего три, а, например, в Нью-Йорке — 12). Затем нужно было поговорить с оператором и назвать городской номер. И только после этого наконец-таки удавалось пообщаться не с барышней на узле связи, а с тем, кого, собственно, и разыскивал.
Следует отметить, что и в СССР так же шли свои разработки.
В СССР в 1957 г. московский инженер Л. И. Куприянович создал опытный образец носимого автоматического дуплексного мобильного радиотелефона ЛК-1 и базовую станцию к нему. Мобильный радиотелефон весил около трех килограммов и имел радиус действия 20—30 км. В 1958 году Куприянович создаёт усовершенствованные модели аппарата весом 0,5 кг и размером с папиросную коробку. В 1960-х гг. Христо Бочваров в Болгарии демонстрирует свой опытный образец карманного мобильного радиотелефона. На выставке «Интероргтехника-66» Болгария представляет комплект для организации местной мобильной связи из карманных мобильных телефонов РАТ-0,5 и АТРТ-0,5 и базовой станции РАТЦ-10, обеспечивающей подключение 10 абонентов.
В конце 50-х гг в Воронежском НИИ Связи разработали первую в мире систему полностью автоматической мобильной связи «Алтай», введённая в опытную эксплуатацию в 1963 г. Система «Алтай» первоначально работала на частоте 150 МГц. В 1970 г. система «Алтай» работала в 30 городах СССР и для неё был выделен диапазон 330 МГц. Принцип связи был таков: город обслуживала одна базовая станция. Оборудование устанавливалось, как правило, на одном из самых высоких зданий в городе. В зависимости от высоты, рельефа и этажности застройки, устойчивый сигнал в городе мог быть в радиусе до 50 — 60 км, а кое-где и до 100 км вокруг базовой станции. В этом радиусе и можно было звонить, причём как с «Алтая» на «Алтай», так и на городские номера АТС, и даже по межгороду и за рубеж.
Разработки же первого поколения (1G) начались в 70-ые годы, сам же стандарт был введён в эксплуатацию в 1984 году. Стандарт связи был только аналоговый и были возможны лишь речевые сообщения. Скорость передачи данных же была крайне низкой 1,9 кбит/с. В России ряд мобильных операторов так же использовали эту технологию, но в 2008 году последняя такая прекратила своё существования.
Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот — применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access — FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем — относительно низкая ёмкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений.
Таким образом мобильная связь вышла из аналоговая поля в цифровое и появились сети второго поколения (2G). Его реализация наступила достаточно быстро, в начале 90-ых годов. По мимо обычного телефонного общения появилась возможность отправлять СМС сообщения, а скорость передачи данных существенно возросла с 9,6-14,4 кбит/с. Следует отметить, что в США переход от аналога к цифре был постепенным и изначально была создана двухрежимная система аналог-цифра. В Европе же, для перехода разработали единой стандарт связи, тот самый пресловутый GSM с частотой в 900 МГц. Так что, кто помнит ещё сотовые телефоны из двухтысячных (или у кого сохранились коробки или документы от них) так вот на коробках всегда были указаны частоты в которых данный телефон работает.
Различия в диапазонах частотах зависели от регионов использования, так как в ряде стран, они уже были задействованы под какие-то другие цели. Например в США диапазон частот 1800 МГц была занята другими пользователями и поэтом использовались диапазоны частот 1900 МГц.
Мир не стоял на месте и мобильная связь продолжила своё совершенствование, поэтому к GSM стали делать различные "надстройки". И в начале 2000-ых появились системы 2,5G. Скорость передачи данных возросла практически в 10 раз до 115 кбит в секунду! Таким образом интернет пришёл в мобильные телефоны.
GPRS (англ. General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не времени.
EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - дальнейшее развитие GPRS, отличающееся только способом кодирования данных, что позволяет за один таймслот передавать больший объем данных. EDGE иногда называют 2.75G.
XRTT (One Times Radio Transmission Technology) — 2.5G мобильная технология передачи цифровых данных основанная на CDMA-технологии. Использует принцип передачи с коммутацией пакетов. Теоретически возможная скорость передачи 144 Кбит/сек, но на практике реальная скорость менее 40-60 Кбит/сек. XRTT использует лицензируемый радиочастотный диапазон и, подобно другим мобильным технологиям, широко распространена.
Но мобильные технологии стали прогрессировать ещё быстрее и вот уже появилось новое третье поколение связи 3G. И здесь скорость передачи данных была уже не в килобитах, а в мегабитах и достигала 3,6 Мбит/с! Примечательно, то что здесь уже использовались несколько иные технологии.
Принципиальное отличие сетей 3G заключается в использовании технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA).
В то же время был разработан стандарт UMTS, получивший наибольшее распространение в странах Европы и СНГ. Основой этого стандарта стала технология W-CDMA, являющаяся одним из вариантов CDMA. Стандарт UMTS разработан для совместной работы с GSM - для доступа к обеим сетям используется SIM-карта. Таким образом, в зависимости от поддержки телефоном сетей UMTS, а также в случае нахождения в зоне покрытия этой сети, связь может обеспечиваться либо посредством GSM, либо посредством CDMA.
Практически все смартфоны и мобильные телефоны, которые присутствуют на рынке, имеют доступ к технологии 3G.
Пользователей становилось всё больше, и потребность в более скоростной передачи данных росла, а значит и технологии нуждались в доработке, поэтому в 2006-2007 годах появилась улучшенное поколение связи 3,5G. Благодаря которому скорость передачи данных выросла до 42 Мбит/с.
HSPA (High Speed Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных) — технология, являющаяся дальнейшим развитием стандарта UMTS, который относится к 3G. HSPA основан на стандартах HSDPA, который регламентирует передачу данных от базовой станции к абоненту и HSUPA, регламентирующий передачу от абонента к базовой станции.
Несмотря на быстрое развитие технологий беспроводной передачи данных, они по прежнему уступали скорости передач данных по оптоволоконному кабелю. И компании, занимающиеся прокладкой кабелей и доступом в интернет через широкополосные каналы, всё больше и больше расширяли аудиторию своих клиентов. Но минусом у проводного интернета, является как раз то, что обязательно нужно либо прямое подключение к кабелю, либо подключение к Wi Fi роутеру. Следовательно и зона, где пользователь может использовать скоростной интернет не так велика, как хотелось бы.
Поэтому с 2008-2010 годы, на рынках разных стран стало появляться четвёртое поколение связи 4G. Скорость передачи данных должна быть от 100 Мбит/с, а предел был обозначен в 1 Гигабит в секунду!!! Таким образом достигая скорости проводного интернета, но тут есть свои "НО".
Технологии, претендующие на роль 4G (и очень часто упоминаемые в прессе в качестве 4G):
LTE
TD-LTE
Mobile WiMAX
UMB
HSPA+
В настоящее время запущены сети WiMAX и LTE. Первую в мире сеть LTE в Стокгольме и Осло запустил альянс TeliaSonera/Ericsson — расчётное значение максимальной скорости передачи данных к абоненту составляет 382 Mbps и 86 Mbps — от абонента. Насчёт UMB планы внедрения не известны, так как ни один оператор (в мировом масштабе) не заключил контракт на его тестирование. Стоит отметить, что стандарт WiMAX не все относят к 4G, так как он не интегрирован с сетями предыдущих поколений таких как 3G и 2G, а также из-за того, что в сети WiMAX сами операторы не предоставляют традиционные услуги связи, такие как голосовые звонки и SMS, хотя и пользование ими возможно при использовании различных VoIP сервисов. IMT разрешил сетям HSPA+ называться 4G, т. к. они обеспечивают соответствующие скорости.
Вот так мы и подошли к пятому поколению 5G, которое должно вывести скорость передачи данных на новый уровень. Средняя скорость должна достигать 1 Гбит/с, предел 6,5 Гбит/с. По мимо этого среднее количество подключений до 1 млн на квадратный километр покрытия. Для тех кто начинал пользоваться первыми 4G модемами, могут вспомнить, что во время внедрения, на первом этапе скорость была действительно высокой, но как только, пользователей стало много, то скорость передачи данных падал, до такого минимума, что пользоваться беспроводным интернетом не хотелось. Так вот в пятом поколении этого быть не должно. Так же повышается энергоэффективность, а значит смартфон с 5G будет расходовать меньше энергии, как и любое другое устройство, которое поддерживает технологию.
Технологии для сетей 5 поколения 5G в апреле 2019 г. были развернуты в Южной Корее (первая страна, которая запустила коммерческие услуги пятого поколения 5G), Швейцарии, Китае и России. Основным разработчиком оборудования является китайская компания Huawei. «Основной задачей для сетей пятого поколения станет расширение спектра используемых частот и увеличение ёмкости сетей. Ожидается, что новая технология решит задачу, над которой работают все операторы в мире, — повысит эффективность сетевой инфраструктуры», — заявили в Huawei.
Так развивалось поколение мобильной связи, продолжение во второй части статьи!
Продолжение:
Вторая часть: 5G сети. Взгляд на технологию
Третья часть: 5G сети. Мифы и Конспирология
Верите ли вы в технологию пятого поколения?! Какие мысли вызывает у вас история развития мобильной связи?!
