19 мая 2020 года.
Во всем мире , из-за боязни мобильных сетей пятого поколения , сожжено уже больше 80 вышек сотовой связи.
Петицию о прекращении развертывания 5g сетей подписали больше
110 000 тысяч человек, даже, несмотря на то, что её признали лженаучной и удалили еще в начале апреля.
Противников новой технологии становятся все больше и больше.
Кажется, что мир потихоньку сходит с ума и о вреде 5G говорят уже чуть ли не из каждого утюга.
Мы то, с вами конечно прекрасно понимаем, что это полный бред. Что новая технология абсолютно безопасна и никакого вреда здоровью не несет. Так что не будем на этом особо заострять внимание.
Интересно тут другое. Вот смотрите, с одной стороны, ничего интересного не происходит. Обычное развитие технологий.
Была 3G, сейчас 4G, скоро 5G будет. Но с другой стороны, вы посмотрите на спецификации, скорость до двадцати гигабит в секунду.
Представим мобильный интернет - плотность покрытия до миллиона абонентов на квадратный километр. Это если всех поставить в метре друг от друга, даже меньше, чем безопасная дистанция. Сейчас задержка сигнала, то есть пинг, одна миллисекунда, плюс к этому, сниженный разряд батарей, режим подключения «устройства к устройству» и куча других Фишек.
Это вообще, что за цифры такие Фантастические? У меня дома проводной интернет в 40 раз медленнее.
Неужели 5g и правда будет способен на такое и всего через несколько лет.
На самом деле, все это правда, все закономерно.
Просто нам повезло и именно в наши дни сложились все условия для возникновения такого чуда инженерной мысли. Сейчас вы узнаете насколько гениальное решение лежат в основе 5g! Мы разберемся зачем на вышках нужно больше 200 антен. Какие паразитные эффекты, замедлявшие интернет, теперь наоборот его ускоряют. Как фокусируют радиоволны прямо на вашем телефоне и кому пригодятся настолько
чудовищные скорость. Мы обсудим самые хитрые приемы уловки и манипуляции с законами физики которые использует 5G. Разберемся, как работает сама революционность стандарта связи, которая скоро изменит мир навсегда.
Все-таки, сначала давайте быстро, емко и максимально эффективно проговорим, почему 5G не представляет никакой опасности и обо что разбиваются все аргументы конспирологов.
5G это все те же радио волны в диапазоне от сотен до нескольких тысяч мегагерц. Их уже используют в WiFi и bluetooth, 3G, 4G, GPS и другие технологии. Да есть отличие в кодировке распределение каналов, сложности оборудования. Но волны абсолютно такие же что были раньше. Единственное, что новые поколение в добавок будет использовать волны миллиметрового диапазона с частотой до 40000 мегагерц.
У непросвещенных это может вызвать тревогу.
А вдруг они опасны?!
Но нет, такие радиоволны уже используют РЛС fair портах многие
спутники и даже полиция в радарах для определения скорости. К тому же чем больше частота, тем меньше проникающая способность излучения. Так что этот диапазон не может быть более опасен. Но постичь на самом глубоком уровне воздействия радиоволн можно с помощью квантовой физики.
Мы знаем, что любая энергия поглощается порциями, квантами. А энергия единичного кванта зависит от частоты. Например у рентгеновского излучения настолько большая частота, что высокоэнергетичные кванты разрушают атомы и молекулы. А вот один квант радиоволны, даже в сотни гигагерц, настолько слабенький, что при поглощении, максимум заставит молекулу колебаться быстрее но точно ее не разрушит. Так что это приводит только к нагреву. Ничего другого радиоволны с нами сделать не могут. Главное, нет ни одного доказанного факта влияния 5G сетей на людей.
Например новость 2018 года, когда массовую гибель птиц в Гааге, связали с тестированием сетей нового поколения - банальный фейк.
Оказалось, что это чей-то пост на фейсбуке, а тесты проводились совершенно в другие даты.
И таких примеров можно найти еще очень много, но при детальном рассмотрении, оказывается, что это всегда неправда, ошибка или случайное совпадение, и причина совсем в другом.
Главный вопрос кому вообще нужны такие огромные скорости 20 гигабит в секунду. Вроде сейчас уже все нормально работает и видосики качаются, и все грузится.
Для кого нужны такие огромные скорости?
На самом деле в большей мере не для кого, а для чего?
Дело в том, что сейчас к сети, больше подключены ни мобильники и компьютеры, а другие вещи. Это холодильники, шлагбаумы,
велосипеды и душевые кабинки, кондиционеры, аппараты с едой, терминалы оплаты, ошейники, лампочки, чайники, пылесосы. И все они взаимодействуют уже не только с человеком, но и друг с другом.
Условно говоря, автомобиль подъезжает к дому – шлагбаум открывается, кондиционер включаются, шторы раздвигаются, кофеварка заваривает кофе.
Интернет вещей, этот сегмент глобальной сети уже
огромен. Такие устройства не потребляют большой трафик, но их много.
К тому же, они часто обращаются к серверам, что может оказывать значительную нагрузку на сеть. От части, для этого и нужна высокая пропускная способность 5G, а не только для того чтобы мы видосики качали. К тому же, в новом поколении возможна, так называемая нарезка сети, создание нескольких логических подсетей, которые никак не мешают друг другу. Например, одна для людей, другая для вещей. Главное, чтобы они там в этой сети друг с другом сильно не подружились, ну конечно договорились.
Благодаря низкой задержки, сети 5-го поколения дают огромные возможности для развития теле медицины. когда доктор находится в одном месте а пациент в тысячах километрах от него. Таких ситуаций точно не мало и это будет спасать жизни. Часто говорят про развитие беспилотного транспорта
Ну тут, на самом деле, больше делается акцент на автономность. Так что 5g пока не играет решающей роли, но все равно огромный поток передаваемых данных дает невероятные возможности для мониторинга и диагностики. Ну и к тому же, в случае чего диспетчер может взять управление на себя. Что еще?
Ви-ар трансляции в гипер огромном разрешение, станут привычным делом. И даже на самых слабых телефонах и ноутбуках, будут запускаться самые крутые игры на самых мощных настройках. Игра запускается на
сервере, а вам передается только картинка. Такое в принципе и уже есть, но с внедрение 5g скорее всего станет стандартной
практикой.
Неужели все это возможно, только благодаря добавлению новых диапазонов?
И да и нет!
На самом деле, те гигантские скорости в 20 гигабит в секунду будут доступны только в миллиметровом диапазоне волн. Он не так перегружен и канал это можно сделать шире.
Единственное что такие волны уже практически не огибают препятствие, поэтому распространяются на небольшие расстояния в несколько сотен метров.
Так что их будут использовать в маленьких ячейках в местах большого скопления людей. Это центры городов, стадионы, аэропорты и тому подобное. В остальных диапазонах, скорости будут поменьше, но тоже обещают быть внушительными. И вот
это уже интересно, потому что достигается
это настолько хитрыми методами и настолько изящными технологиями, просто фантастика. Порой даже кажется что мы обманули физику, но обо всем по порядку. Что же за технологии?
Первое
- неортогональное разделение каналов. В предыдущих поколениях связи, абоненты занимали разные частоты, разные временные слоты и между ними были большие промежутки. Делается это для того, чтобы сигналы не перемешивались и не мешали друг другу и спектр использовался не очень эффективно. В сетях пятого поколения все сигналы, даже наслаиваются друг на друга, но с помощью огромной вычислительной мощности их можно все-таки и разделить. Иными словами, в новом поколении весь спектр
радиоволн используется с кпд, ну как бы,
чуть ли не больше 100 процентов и от этого
скорости конечно же только растут.
Второе
- Massive MIMO. Развитие этой технологии, вообще похоже на драму. Мне кажется, что можно даже сериал снимать. Дело в том, что сигнал от вышки компоненту идет разными путями, отражаясь от стен,
Земли, деревьев. В предыдущих поколениях, это создавало только неудобства. Ведь по разным путям волны идут разное время и приходя к абоненту, смешиваются уже как попало, что размазывает и искажает сигнал. К пятому поколению научились распознавать эти отдельные пути, посылать
по ним разные данные и получаются создавать много потоковую передачу. Что, конечно же, только увеличивает скорость. То есть взяли этот недостаток, который всех мучил и переконвертировали в преимущество, заставив работать на себя.
Третье
- Beam FORMING. Это вообще просто
«пушка»! Причем в прямом смысле, потому что
базовые станции пятого поколения
посылают радиоволны не во все стороны, а
фокусирует именно на вашем телефоне. Это
вообще фантастическая технология, которая
позволяет и дальность повысить, и не засорять эфир
для других оппонентов. Есть конечно другие хитрости и приемы, но именно эти три, дают самый большой прирост скорости и эффективности.
Теперь давайте перейдем к познанию на еще более глубоком уровне. Разберемся как именно все это работает?
Начнем с неортогонального доступа.
Звучит страшно, но понять можно. Для этого стоит разобраться, как разделяется канал связи между абонентами в разных поколениях мобильных сетей. В первом поколении, из далеких 80-х, использовалась частотное разделение вдм и каждому абоненту выделялась определенная несущая
частота из рабочего диапазона, некоторая полоса частот. Вокруг нее все разделялось большими защитными
интервалами, чтобы никому не мешать. И каждый трещал на своей частоте сколько хочется. Вроде как на рации выбрать, только тут автоматически. Во втором поколении, то есть привычным нам GSM, все частоты сделали общими.
Но доступ к ним выдавался по очередь каждому по 577 микросекунд. То есть все одновременно подключены к базовой станции, но в каждый момент только кто-то один
пересылает данные остальные ждут и так по кругу. Это называют – повременным разделением DTM. В третьем поколении, еще интересней, все частоты общие. Все
подключены одновременно и все принимают и свой сигнал и чужие, но каждый закодирован специальным псевдослучайным кодом, который ни у кого не
повторяется. Поэтому из всей какофонии можно выделить
именно ваш сигнал. Это называют кодовым разделение
cdma. Это можно сравнить с коктейль - вечеринкой где, допустим, все разбились по парам и общаются на разных языках. В помещении может стоять сильный гул и вы слышите голоса всех присутствующих, но они говорят на языках, которых вы не понимаете. Так что вам не сложно
разобрать речь именно вашего собеседника. Примерно так и работает сети третьего поколения. Это позволяет достичь уже нормальных скоростей, но все-таки требует вычислений. Поэтому 3g батарейку ест прилично. А в четвертом поколении произошла революция! Электроника достигла такой производительности, что стала доступна цифровая обработка сигналов и понеслась. В таком случае, можно один канал разбить на много мелких подканалов на
расстоянии всего в 15 килогерц, которые даже будут перекрываться друг с другом. Их часто называют поднесущими и они имеют такую конфигурацию, что складываясь, гасят друг друга.
Ну то есть они перекрываются, но таким образом никак не мешают одна
другой. Это и называют ортогональностью.
Каждое поднесущие, это отдельный канал передачи данных, не очень
скоростной, но их много. Все абоненты подключены ко всем поднесущим и на каждый из них могут передавать пакет информации. Это супер удобно, так как позволяет гибко перенаправлять трафик, раздавать поднесущие в зависимости от приема. Да и диапазон используются без
зазоров.
Это очень удобная система называется, ортогональное частотное разделение OFDMA. Казалось бы что можно придумать еще круче? А вот для пятого поколения нашлось! Оказывается, можно поднесущие
сдвинуть еще ближе и в таком случае они будут уже мешать друг другу. Но ведь не сильно. Шум от соседних поднесущих можно будет удалять и восстанавливать исходный сигнал. Это конечно же сложнее в вычислениях, но современная техника с этим справится. Собственно это и называется неортогональным разделением NOMA. Вдобавок, в пятом поколении можно будет разделять канал по уровню мощности. Выглядит примерно так, двум абонентам на одной частоте посылаются разные сигналы только одному слабый, а другому сильный.
Каждый примет некое лютое месиво из двух сигналов, но по уровню мощности их можно будет разделить и каждый
выделить свое. В общем концепция неортогонального разделения в том, что сигналы могут жутко мешать друг другу, перекрываться. Но если у них есть хоть какая-то различающаяся характеристика, мы
по ней можем их разделить.
Это уже отлично работает и повышает эффективность сети, но это ещё цветочки. Настоящая магия начинается с применением
технологий Massive Mimo, который использует много лучевое распространение. Это вообще удивительная находка!
Но что за драма там с ее историей?
Как я уже говорил раньше, сигналы, идущие от вышки к абоненту разными путями проходят разное расстояние, поэтому сдвигаются
относительно друг друга. В итоге соседние символы, нули и единицы как бы накладываются внахлёст, сигнал расплывается и порой распознать его
вообще невозможно. Это называют межсимвольной интерференции и вроде, как, с ней поделать ничего нельзя. Против физики не попрешь.
Печаль в том, что это сильно ограничивает скорость передачи информации. Ведь чем больше мегабит в секунду, тем
короче должны быть символы. Соответственно, при таком вот наложение они сильнее расплываются и чаще пропадают вообще. Но в один момент появилось спасение, уже известное вам, ортогональное частотное разделение.
Там много мелких каналов с небольшой скоростью и символы
довольно длинные, и даже чуть наслаиваясь они все равно остаются разборчивыми. А раз каналов много, суммарная скорость довольно большая. Казалось бы проблема решена! Ура товарищи! Радуйтесь и наслаждайтесь. Но многолучевое распространение должно было понести наказание за доставленные неудобства и начать работать на нас.
Так появилась технология MIMO, множественный вход множественный выход. Если на вышке установить, например, две антенны, волны так же идут разными путями. Тут ничего нового, но если еще и на приеме две антенны, то можно вычислить как меняется и искажается сигнал от каждой из них. Поэтому мы подаем разные сигналы на разные антенны, принимаем их смесь, но программным способом обратно можем их разделить, и это кажется фантастикой. Но даже вот такого небольшого расстояния, в половину длины волны, хватает чтоб все это сделать.
В общем давайте прорезюмирую.
Получается что на одной частоте, одновременно можно передавать два потока данных и ту же скорость умножаем на два.
Ну круто же ведь?
Благодаря fdmi это происходит. Потому что на определенных поднесущих передаются пилотные сигналы для вычисления хода всех этих лучей.
Это уже применяется в 4g и вай-фай. Если у роутера несколько антенн, это оно. Думаю, вы уже поняли, что чем больше антенн приема-передачи, тем больше параллельных потоков данных. В сетях пятого поколения базовые станции будут использовать до 256 антенн. Это есть технология Massive Mimo. Но для сравнения посмотрите как выглядит базовые станции разных поколений внутри. Если раньше это было несколько дипольных излучателей под пластиковым кожухом, то теперь это примерно вот такие вот
антенные решетки. Согласитесь глядя на такое, верится что в 5G скорости возрастут прилично. Но такие заросли из антенн умеют ещё кое-что. И это моё любимое. Вот смотрите, базовые станции нынешних поколений испускает радиоволны, чуть ли не на все направления, соответственно
это неэффективное использование мощности. Если вы хотите направленного распространения радиоволн, то нужно
использовать направленную антенну. Но в таком случае ее необходимо перемещать за движущимся объектом. А если их десять, сто, тысяча. Базовые станции пятого поколения позволяют сделать такое, без единой подвижной части. Они тоже формируют направленный луч, причем он
может двигаться в любом направлении.
Как они это делают?
В основе лежит принцип фазированной антенной решетки.
Он давно применяется в радарах как военными так и гражданскими. Так что радар это не только крутящаяся тарелка, но такой антенна в вида блинчика.
Теперь этот принцип дошел и до мобильной связи если у нас есть массив из антенн, то мы можем подавать сигнал на каждую с небольшим сдвигом фазы. Тогда мы добьемся того, что в одном направлении волны будут идти в противофазе и накладываясь гасить друг друга.
А в другом направлении они будут идти наоборот симфазно, как бы с синхронным и накладываясь, будут только усиливать друг друга. Вот она
интерференция в действие. Честно говоря, сформировать луч можно и двумя антеннами, но это будет крайне неэффективно. Чем их больше тем лучше. В итоге получается что, волна идет не во все стороны, а распространяется только в одном направлении.
Это так и называют - формирование луча.
Выигрыш от этого колоссальный. Во-первых увеличивается дальность приема. Во-вторых, абонентов находящихся под разными углами
к вышке можно подключать к одному каналу и они никак не будут мешать друг другу. От этого, конечно же, растет пропускная способность сети. В общем одни плюсы. Разумеется это далеко не все хитрости и
тонкости нового поколения связи.
Пока на этом все про сети нового поколения 5G.
Теперь у вас есть довольно подробное представление об этой технологии и вы сами сможете решить, опасно это для человека или полезно.
Если вам понравилась статья, отметьте понравилось и посоветуйте друзьям.
Напишите свои комментарии, что вы думаете по поводу 5G.