Что такое 5G и как оно изменит мир?

Мобильные сети пятого поколения называются 5G. Это совершенно новая, всеобъемлющая технология беспроводной связи, совместимая с сетями 1G, 2G, 3G и 4G. Сеть 5G представляет собой следующее поколение беспроводных сотовых сетей, выходящее за рамки нынешней 4G Long Term Evolution (LTE). Ожидается, что она предложит более высокую скорость передачи данных 1-10 Гбит/с, большую ширину полосы 4000 Мбит/с, меньшую задержку в 1 мс, энергоэффективность 90%, надежность 99,9%, емкость мобильных данных 10 Тб и более длительное время автономной работы по сравнению с сетями 4G. Благодаря уникальным услугам широкополосной передачи данных и приложениям реального времени, 5G обещает удовлетворить постоянно растущие потребности пользователей, обеспечивая миллиарды надежных соединений и массовую ко1TP15туникацию Интернета вещей (IoT). В него можно будет интегрировать множество современных технологий и техники, которые предыдущие поколения не могли поддерживать из-за их ограниченной пропускной способности и совместимости.

Кто изобрел и владеет 5G

5G является частью эволюционного пути развития сотовых беспроводных сетей. Он не был изобретен или принадлежит какой-либо конкретной компании или стране, а является результатом усилий, приложенных различными исследователями, производителями и поставщиками услуг. Проект партнерства 3-го поколения (3GPP) - это организация, отвечающая за определение спецификаций каждой технологии сотовой связи, включая 5G. Она играет важную роль в проектировании сетей 5G, учитывая технологию воздушного радиоинтерфейса, стандарты communication, спектр, уровни обслуживания и т. д. Однако телекоммуникационная отрасль каждой страны стремится первой объявить о полном коммерческом развертывании сети 5G в соответствии со стандартами 3GPP.

Как работает 5G?

Первоначально сеть 5G развертывается поверх существующих сетей 4G для базовых коммерческих запусков. Эта часть сетевого стандарта 5G называется Non-Standalone (NSA). Она представляет собой дополнительный канал передачи данных, подключенный к существующей инфраструктуре 4G LTE для управления плоскостью управления и интенсивным трафиком. По мере развития технологии 5G будет создана новая архитектура ядра 5G, которая позволит управлять всей сетью в одиночку и будет называться автономной сетью 5G (SA).

Технология и принципы работы 5G такие же, как у 4G LTE, но более усовершенствованные. Как и 4G, 5G использует технологию ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM) для быстрой и ресурсоэффективной передачи и приема данных. Инновационные и улучшенные сетевые услуги 5G обусловлены использованием нового радио (NR), которое представляет собой более гибкий, способный, масштабируемый и расширяемый воздушный интерфейс. Он обеспечивает высокоскоростные мобильные широкополосные услуги, что значительно улучшает пользовательский опыт и качество обслуживания (QoS).

Архитектура сети 5G

Архитектура сети 5G состоит из двух основных частей:

1. Сеть радиодоступа (RAN): 

RAN охватывает часть сети доступа, включающую малые соты, макросоты, базовые станции (eNB), сотовое оборудование, а также оборудование зданий и домов, которое используется для передачи данных пользователей в опорную сеть. 5G расширит возможности подключения пользователей на границе сети за счет развертывания различных малых сот, фемто сот, пико сот и микро сот над уровнем макро сот, обеспечивая сильное покрытие сети и заполняя дыры, особенно на границе сети. Эти малые соты будут работать в диапазоне миллиметровых волн (mmWave) - новая функция 5G, которая будет полезна в местах, требующих меньшего радиуса действия сигнала, например, на рабочих станциях.

Макросоты будут работать так же, как и в 4G LTE, однако уровень производительности вышек будет повышен благодаря технологии multiple-input-multiple-output (MIMO). Как видно из названия, MIMO состоит из большого количества антенн, обеспечивающих одновременную передачу и прием нескольких сигналов. Массивная конструкция антенн обеспечивает многочисленные преимущества для пользователей и поставщиков услуг, такие как подключение большего числа пользователей, более эффективное использование ресурсов сети, более быстрый доступ, лучшее управление трафиком данных и меньшая задержка.

2. Основная сеть:

Основная сеть 5G разрабатывается таким образом, чтобы в нее можно было интегрировать множество инновационных облачных технологий, с помощью которых пользователи будут оставаться на виртуальной связи друг с другом и управлять всеми своими данными и операциями через Интернет с более быстрым откликом и меньшим уровнем потери данных. Основная сеть 5G также включает в себя распределенные серверы, предоставляющие услуги мгновенно и с меньшей задержкой. Основная сеть также отвечает за управление фундаментальными функциями 5G, включая виртуализацию сетевых функций (NFV), программно-определяемую сеть (SDN) и нарезку сетей.

Какие частотные диапазоны 5G существуют в мире

Ранее мы уже подробно рассказывали что такое частотные диапазоны 5G. В настоящее время рабочие частотные диапазоны 4G LTE составляют до 6 GHz. Однако технология 5G сможет работать в диапазоне частот от 30 GHz до 300 GHz. Именно это и является причиной сверхбыстрой скорости сети и постоянного подключения. Однако первоначальный диапазон частот для 5G ниже 6 GHz, в частности, от 3,3 GHz до 3,8 GHz. Технология mmWave для 5G будет работать выше 6 GHz, в диапазоне от 26 GHz до 28 GHz. mmWave обеспечит меньшую дальность покрытия и большую пропускную способность для максимального количества пользователей с бесспорно лучшей производительностью, чем предыдущие сотовые сети. Более того, согласно некоторым исследованиям, в будущем 5G будет использовать существующие низкочастотные диапазоны, поскольку использование обычных сетей сокращается из-за их неспособности поддерживать приложения и услуги следующего поколения.

Ключевые особенности 5G

5G - это эра связи, когда все и вся будут подключены друг к другу, включая людей, устройства, предметы и машины. Эта грядущая технология включает в себя множество функций, которые являются ключевыми факторами, определяющими ее высокую производительность и эффективность. Давайте подробно обсудим, что это за особенности:

1. Массивный MIMO

Это одна из важных особенностей сетей 5G - способность поддерживать одновременную передачу и прием нескольких данных через большое количество антенн. Размеры массивной MIMO-антенны аналогичны обычным антеннам 3G или 4G, но ее возможности будут значительно выше по сравнению с ними. Она охватывает более высокий диапазон частот Sub-6 GHz (например, 3,5 GHz) и оснащена большим коэффициентом усиления мультиплексирования для достижения большей пропускной способности и надежного соединения.

2. Sub-6 GHz

Частота Sub-6 GHz включает в себя частоты среднего диапазона, такие как Wi-Fi, в диапазоне от 3 до 6 GHz. антенны для сетей 5G будут в основном использовать этот спектр среднего диапазона, поскольку он позволяет малым сотам предоставлять услуги внутри помещений, а также мощным развитым узлам (eNB) выполнять требования по покрытию вне помещений. Технология 5G, покрывающая большие расстояния, будет работать в низкочастотном диапазоне, например ниже 800 MHz.

3. Формирование луча

Среди многих других эффективных технологий 5G, формирование луча играет ключевую роль в обеспечении максимального потенциала сети. Она позволяет направленным антеннам 5G передавать узкие направленные лучи в сторону конкретного пользовательского устройства после выбора наиболее эффективного канала передачи данных, идущего к нему. Beamforming также уменьшает помехи для соседних пользователей благодаря сфокусированным лучам, обеспечивая высокое качество услуг и общее покрытие сети. Для этого используется массив фазированных антенн, которые фокусируют луч в нужном направлении.

4. ммВолна

Как уже говорилось, mmWave обеспечивает очень высокую пропускную способность и частоту в диапазоне от 17 GHz до 110 GHz. Будучи технологией ближнего радиуса действия, она будет в основном развернута в густонаселенных районах, чтобы обеспечить максимальное количество пользователей высокой скоростью и пропускной способностью, а также снизить уровень помех.

5. Нарезка сети

Способность 5G поддерживать большое количество пользователей, одновременно получающих доступ к разным услугам, обусловлена нарезкой сети. Сетевая нарезка создает несколько виртуальных сетей на основе общей физической архитектуры. Затем эти виртуальные сети выделяются для конкретных пользователей, служб, приложений или операторов в зависимости от их требований.

6. Виртуализация сетевых функций (NFV)

Она позволяет виртуализированному программному обеспечению на готовом коммерческом оборудовании заменить сетевые функции на специализированных устройствах, таких как балансировщики нагрузки, маршрутизаторы и брандмауэры. NFV упрощает сетевые функции и улучшает проектирование сети и предоставление услуг. Это позволяет поставщикам услуг создавать такие сервисы, которые приносят больший доход и повышают производительность.

7. Программно-определяемая сеть (SDN)

Это позволяет эффективно проектировать, управлять и контролировать сеть 5G. SDN разделяет плоскость управления и плоскость пересылки сети, что позволяет напрямую программировать управление сетью. Проще говоря, плоскость управления больше не связана с сетевым оборудованием, а потоком данных можно управлять извне через программный объект, называемый контроллером, расположенный между сетевыми устройствами и приложениями.

Где используется 5G?

Три основные сферы услуг 5G включают: усовершенствованный массовый IoT, мобильная широкополосная связь и критически важная ко1TP15туникация. 5G тестируется и внедряется во многих областях для обеспечения различных приложений и повышения эффективности их работы. Ниже приведены некоторые из особенностей применения 5G:

1. Высокоскоростная мобильная сеть

5G обеспечит исключительную высокую скорость передачи аудио и видео в реальном времени. Он значительно сократит время задержки до 1 мс, что очень важно для автономного вождения и критически важных приложений. Все сферы, от производства до судоходства, будут эффективно работать в мобильных сетях 5G.

2. Интернет вещей (IoT)

IoT будет развиваться с помощью 5G, поскольку он обеспечивает сверхбыструю скорость и пропускную способность для сотен и тысяч устройств, чтобы они могли общаться друг с другом и постоянно оставаться на связи. 5G IoT улучшит то, как люди управляют своими личными и рабочими задачами бок о бок. Он позволит создавать высокоскоростные промышленные сети, передавать потоковое видео и выполнять мобильные вычисления. К отраслям, которые получат выгоду от 5G IoT, относятся автомобилестроение, транспорт, умные города, умные фабрики, умное сельское хозяйство, умные коммунальные службы, умные сети, сельское хозяйство, розничная торговля, безопасность, видеонаблюдение и здравоохранение.

3. Развлечения и мультимедиа

5G обеспечит передачу видео сверхвысокой четкости из любой точки мира на ваше мобильное устройство. Загрузка 4K-видео не займет много времени, а прямые трансляции событий будут проходить в режиме реального времени, поскольку 5G способно обеспечить 120 кадров в секунду и качество видео с высоким динамическим диапазоном (HDR) без буферизации.

Различия между предыдущими поколениями сотовой связи и 5G?

Сотовая сеть 1G появилась в 1984 году со скоростью передачи данных 2,4 Кбит/с. Это была аналоговая технология с базовыми голосовыми услугами. 2G появилась в 1990 году со скоростью передачи данных 64 Кбит/с. Она ввела цифровые стандарты и была предназначена для передачи голоса. Затем в 1998 году появилась сеть 3G со скоростью передачи данных 2 Мбит/с. Она предоставляла пользователям голосовые и широкополосные мобильные услуги, но качество сервиса было снижено. 5G обеспечивает гораздо более высокую скорость передачи данных и пропускную способность по сравнению с предыдущими поколениями. Сеть 4G появилась в 2011 году со скоростью передачи данных 100 Мбит/с. В ней были представлены протоколы на основе IP и высококачественные широкополосные услуги. Ожидается, что грядущая эра 5G превзойдет все предыдущие поколения благодаря сверхбыстрой скорости передачи данных от 10 до 100 Гбит/с, чрезвычайно низкой задержке и высокой пропускной способности.

Насколько быстрым будет 5G?

Скорость передачи данных 5G на стороне пользователя будет зависеть от различных факторов, таких как местоположение пользователя, его устройство и количество пользователей, подключенных к сети одновременно. Однако можно с уверенностью сказать, что скорость передачи данных 5G будет значительно выше, чем у 4G/4G LTE. 4G поддерживает пиковую скорость передачи данных 150 Мбит/с и среднюю скорость передачи данных 10 Мбит/с. 4G LTE поддерживает пиковую скорость передачи данных от 300 Мбит/с до 1 Гбит/с и среднюю скорость передачи данных от 15 Мбит/с до 50 Мбит/с. В то время как 5G, как ожидается, будет поддерживать пиковую скорость передачи данных до 20 Гбит/с и среднюю скорость более 100 Мбит/с. Это означает, что 5G будет как минимум в 100 раз быстрее, чем технология 4G LTE. Однако это теоретическая скорость передачи данных в сети 5G. Реальные скорости передачи данных будут отличаться в зависимости от роста и типа сети 5G. Согласно аналитическому отчету компании Ookla, собранному во втором квартале 2022 года, скорость загрузки данных 5G в США составила 187,33 Мбит/с, достигнутая компанией T-Mobile, которая находится на первом месте. На втором месте - Verizon Wireless со скоростью загрузки 113,52 Мбит/с, на третьем - AT&T с 71,54 Мбит/с. Таким образом, ожидается, что 5G потребуется некоторое время, чтобы достичь таких высоких пиковых скоростей, поскольку в настоящее время он находится на начальной стадии развертывания.

Доступно ли 5G уже сейчас?

Хотя первоначальное развертывание 5G уже началось во многих развитых странах, включая Южную Корею, Китай, Японию, Европу и США, его полное коммерческое развертывание ожидается к 2025 году, когда будет установлено 3,6 миллиарда 5G-подключений. Китай и США внедряют 5G гораздо более высокими темпами по сравнению с другими странами.

Заключение

5G обещает совершить революцию в мире коммуникаций благодаря высокоскоростному соединению и инновационным технологиям, которые еще не применялись ранее. Он сделает людей намного ближе друг к другу и изменит методологию работы в каждой сфере, сделав ее более эффективной и продуктивной.