5G - можно перевести, как 5 поколение (generation) мобильной связи. Отсюда следует, что уже существовало несколько поколений связи до выпуска нового. Первое поколение появилось в 1980-х годах. Пятое поколение имеет стандарт телекоммуникаций (5g/IMT-2020), скорость работы интернета при этом 25Гбит/с с очень маленькими задержками (1-2мс).
Требования IMT-2020
Требования для технологий радиодоступа 5g IMT-2020 (я опишу только одно из требований). Эти требования не ограничивают все возможности кандидата на IMT-2020, и не описывают реальные условия работы технологий.
Максимальная возможная скорость передачи данных - 20 Гбит/с, сценарий использования eMBB.
eMBB - Enhanced mobile broadband - “Расширенная мобильная широкополосная связь». Впервые использовано в 4G LTE, которое дает высокую скорость в широкой зоне покрытия. Такая связь обеспечивает поддерживает высокую скорость как для работы в зоне большого количества людей, или для индивидов, которые находятся в движении.
Диапазоны радиочастот
3GPP определила для 5g радиоинтерфейс (New Radio - NR), существует две полосы частот: FR1 (600-6000 МГц) и FR2 (24-100ГГц). Полосы частот имеют разные возможности.
3GPP - (англ. 3rd Generation Partnership Project) - консорциум, который создает спецификации для мобильной связи. Работает с 1998 года.
Полоса частот FR2
FR2 работает на частоте 24 ГГц и выше, такой сигнал не способен качественно передаваться на расстояние между передатчиком и приемником равное больше нескольких сотен метров (мобильная связь 4G и 5g более низкой частоты работают на большем расстоянии). Поэтому базовые станции 5g должны располагаться более часто при работе на высоких частотах.
Ключевая технология
Основная технология сети сотовой связи 5g - наличие в составе базовых станций многоэлементных цифровых антенных решеток (128, 256 антенных элементов). Такие системы стали называться Massive MIMO.
Цифровая антенная решетка - антенная решетка с цифровой обработкой сигнала.
Сигнал от излучающих элементов обрабатываются аналого-цифровым преобразованием, а после подвергаются преобразованию по алгоритмам.
Для того, чтобы направить радиоволны используется объединение элементов в антенной решетке так, что сигналы подвергаются конструктивной и деструктивной интерференции радиоволн. Синфазное сложение сигналов улучшает качество сигнала по отношению к шуму, и повышает скорость передачи данных. Формирование луча выполняется с помощью фазированных антенных решеток, либо с помощью более продвинутых цифровых антенных решеток.
NOMA
В 5g используются технологии неортогонального множественного доступа.
NOMA - англ. Non-Orthogonal Multiple Access - в одно и то же время, на одинаковых частотах, с одними и теми же методами расширения спектра и кодирования сигналов может быть осуществлен множественный доступ к использованию сети при распределении мощности сигналов. То есть разные степени мощности используются разными пользователями.
5g реализуется ввиде системы малых ячеек (с диапазоном от 10 метров до нескольких километров) так как 5g использует высокие радиочастоты, радиоволны не могут распространяться далеко.
Развитие 5g в России
В соответствии с планом Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации:
В 2024 года - в 3 крупных российских городах будет размещена сеть 5g
В 2025 г. - в семи,
В 2026 г. - в 15,
В 2027-2030 гг. - в 16.
Утверждена «Дорожная карта развития 5g в России», на эти технологии выделяется 21,463 млрд. рублей из Федерального проекта «Цифровые технологии».
Основная сложность, связанная с развитием 5g в России - это то, что частоты данного стандарта уже заняты силовыми структурами. Были найдены свободные диапазоны частот, но к сожалению, в них не работает оборудование, разработанное за рубежом. Из-за этого было решено, что сети 5g будут работать на отечественном оборудовании. «Ростех» организует консорциум российских производителей оборудования 5g.