Антенны 4G и 5G: Ключевые различия, производительность и будущие тенденции

Эра 4G все еще продолжается, а 5G уже на горизонте. Скорость, эффективность и возможности, предоставляемые мобильными устройствами за короткое время, поражают воображение. Эта статья поможет читателям разобраться в различиях между антеннами 4G и 5G и их особенностях.

Это будет значительный скачок в скорости подключения, скорости и возможностях в эволюции беспроводных технологий communication от 4G к 5G. Обеспечение этих беспроводных систем стало возможным благодаря антеннам. В этой статье рассказывается о различиях в частотных диапазонах, типах, различных преимуществах и недостатках антенн 4G и 5G, а также об их характеристиках, касающихся задержки, пропускной способности, пропускной способности и энергоэффективности. В ней также рассматриваются сценарии применения и будущие тенденции, указывающие на то, что антенны являются основой современной телекоммуникационной1TP15связи.

Сравнительная таблица: Антенны 4G против антенн 5G

Характеристика	Антенны 4G	Антенны 5G
Частотные диапазоны	700 MHz - 2,6 GHz (например, Band 12/20/3/7)	Sub-6 GHz (600 MHz - 6 GHz) и mmWave (24 GHz и выше, например, 28/39 GHz)
Латентность	30-50 мс	<1 мс (Сверхнизкий уровень для приложений реального времени)
Пиковые скорости передачи данных	До 100 Мбит/с (загрузка), 50 Мбит/с (выгрузка)	10+ Гбит/с (Теоретический пик)
Ключевые технологии	MIMO, базовое формирование луча	Массивное MIMO, Усовершенствованное формирование луча, mmWave, Малые ячейки
Покрытие	Широкая зона покрытия; лучшее проникновение через препятствия	Небольшой радиус действия (особенно mmWave); борется с препятствиями
Вместимость	Поддержка ~2 000 устройств на км²	Поддерживает Более 1 миллиона устройств на 1 км² (Массовая масштабируемость IoT)
Энергоэффективность	Низкая мощность на единицу продукции, но неэффективность при больших объемах данных	Более высокое начальное энергопотребление, но оптимизированное за счет формирования луча/режима сна
Стоимость развертывания	Низкий (развитая инфраструктура)	Выше (требуются плотные сети малых сот и современное оборудование)
Типовые применения	Мобильная широкополосная связь, потоковое HD-вещание, IoT (носимые устройства, интеллектуальные счетчики).	VR/AR, автономные автомобили, дистанционная хирургия, умные города
Преимущества	- Широкий охват - Экономичный - Надежность для сельских районов	- Сверхвысокие скорости - Низкая латентность - Широкие возможности подключения устройств
Недостатки	- Ограниченная скорость/мощность - Более высокая латентность	- Высокая стоимость развертывания - Ограниченный диапазон (mmWave) - Плохое проникновение через препятствия

Что такое антенна 4G?

4G - это четвертое поколение технологий мобильной связи. По сравнению с предыдущими поколениями, технология беспроводной мобильной связи 4G отличается более высокой скоростью передачи данных, более стабильным доступом к сети, а также расширенными возможностями голосовых и видеозвонков. В сетях 4G скорость загрузки данных может достигать 50 Мбит/с, а скорость скачивания - до 100 Мбит/с. Благодаря низкой задержке и незначительной буферизации пользователи могут легко получать доступ к приложениям, требующим больших объемов данных, онлайн-играм и потоковому HD-видео на мобильных устройствах.

Антенна для 4G специально предназначена для приема и передачи сигналов в сотовой сети 4G. Антенна 4G используется для увеличения мощности сигнала и покрытия сети 4G для повышения скорости и надежности передачи данных. Эти антенны поддерживают технологии множественных входов и множественных выходов (MIMO), которые обеспечивают высокую скорость передачи данных и лучшую эффективность использования спектра. Антенны 4G обычно обеспечивают широкое покрытие территории, относительно небольшие скорости и надежность; они обычно работают в частотных диапазонах от 700 MHz до 2,6 GHz. Для улучшения качества связи и производительности сети антенны 4G часто устанавливаются в тех сельских или отдаленных районах, где сигнал довольно слабый или нестабильный.

Что такое антенна 5G?

5G - это пятое поколение технологий беспроводных сотовых сетей. По сути, это замена 4G LTE, обеспечивающая более высокую пропускную способность, меньшую задержку и сравнительно более высокие скорости. Сеть 5G необходима таким приложениям, как виртуальная реальность, расширенная реальность, автономные автомобили и Интернет вещей (IoT), использующим высокочастотные диапазоны и сложные антенные технологии для достижения более высокой скорости передачи данных.

Антенна 5G играет важную роль в обеспечении высокоскоростного и низкозамедленного соединения в устройствах архитектуры сетей 5G для передачи и приема сигналов. Эти антенны поддерживают такие передовые технологии, как beamforming, massive MIMO, и частоты миллиметровых волн (mm Wave), что позволяет реализовать высокостандартные функции. В основном они работают в частотных диапазонах от суб-6 GHz до mmWave (24 GHz и выше).

Эта антенна для беспроводной связи 5G communication, передающая и принимающая сигналы как в волновом диапазоне mm, так и в суб-6GHz, помогает сохранить ее характеристики. Антенны 5G зависят от частотного диапазона и специфических требований сети 5G.

Частотные диапазоны

Диапазон частот антенны 4G

Антенны 4G предназначены для работы в частотных диапазонах 700 MHz и 2600 MHz, что позволяет использовать их по всему миру. Однако конкретные диапазоны могут зависеть от региона и поставщика услуг. Общая производительность антенны зависит от ее частотного диапазона, который играет важную роль в определении зоны покрытия и проникновении сигнала через препятствия.

Наиболее используемые диапазоны частот для сетей 4G следующие: 700 MHz (Band 12/13/17), 800 MHz (Band 20), 900 MHz (Band 8), 1800 MHz (Band 3), 2100 MHz (Band 1), 2600 MHz (Band 7).

Эти диапазоны используются многими технологиями 4G, такими как WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) и LTE (Long-Term Evolution). То, в каких именно частотных диапазонах будет работать антенна 4G, зависит как от поставщика услуг связи, так и от района, в котором она используется.

Диапазон частот антенн 5G

В зависимости от области применения в 5G используется широкий диапазон частот, включая диапазоны ниже 6 GHz и mmWave (24 GHz и выше).

• Sub-6 GHz: сюда относятся такие частоты, как 600 MHz, 2,5 GHz и 3,5 GHz, которые все ниже 6 GHz. Эти частоты относительно хорошо проникают через стены и другие преграды; их можно использовать для обеспечения широкого покрытия.

• Волна mm (миллиметровая волна): К ним относятся частоты выше 24 GHz, например 28 GHz и 39 GHz. Эти частоты имеют ограниченное покрытие, легко блокируются препятствиями, но используются для высокоскоростной ко1TP15Туникации на коротких расстояниях и обеспечивают очень высокую скорость передачи данных.

Низко-, средне- и высокочастотные диапазоны - это еще один способ классифицировать 5G. Для достижения оптимальной производительности 5G может использовать больше частот во всех трех диапазонах, а в перспективе - несколько частот одновременно. Благодаря этому диапазоны 5G более адаптируемы по сравнению с предыдущими поколениями сотовой связи и обеспечивают лучшее покрытие и надежность. Каждый частотный диапазон имеет свои характеристики и возможности.

1. Низкий диапазон:

По сравнению с другими диапазонами, низкочастотный диапазон 5G обеспечивает большее покрытие, но более низкую пропускную способность, поскольку использует частоты ниже 1 GHz. Передача сигнала на большие расстояния и проникновение сигнала через препятствия, такие как деревья и здания, являются особенностями антенн низкого диапазона. Как правило, они больше и имеют меньший коэффициент усиления, чем более высокочастотные антенны.

2. Средний диапазон:

Частоты, используемые в среднем диапазоне 5G, варьируются от 1 GHz до 6 GHz. Благодаря меньшей площади покрытия, чем в низких диапазонах, они обеспечивают более высокую скорость передачи данных при сохранении баланса между пропускной способностью и площадью покрытия. Антенны среднего диапазона обеспечивают лучший коэффициент усиления и имеют меньшие размеры, чем антенны низкого диапазона. Они часто используются в городах, чтобы предоставить многим клиентам доступ к быстрому интернету.

3. Высокий диапазон:

mmWave (millimeter Wave), или high band 5G, относится к 5G на частотах выше 24 GHz. Несмотря на то, что его зона обслуживания очень ограничена и легко блокируется зданиями и другими препятствиями, он обеспечивает очень высокие скорости. Высокочастотные антенны имеют небольшие размеры и очень высокий коэффициент усиления, чтобы компенсировать ограниченное покрытие. Они обычно устанавливаются в густонаселенных городах и обеспечивают очень быструю связь с низкой задержкой.

Точный диапазон частот может измениться, поскольку в разных странах и регионах для 5G могут использоваться разные частотные диапазоны.

Типы антенн

Обзор common Типы антенн 4G

• Антенна MIMO (с несколькими входами и несколькими выходами)

Этот тип антенн 4G использует несколько передающих и принимающих антенн для повышения скорости передачи данных и надежности. Чтобы обеспечить чрезвычайно высокую скорость передачи данных, в мобильных сетях 4G используется технология MIMO как в восходящем, так и в нисходящем каналах. Основой технологии MIMO является использование нескольких антенных систем как на базовой станции, так и на мобильном терминале.

• Формирование луча:

Направляйте сигналы непосредственно к пользователям, чтобы увеличить емкость и зону покрытия. Технология Beamforming, сложная технология обработки сигнала, используется антеннами 4G для направления энергии передачи на конкретного пользователя или устройство. Это не только улучшает качество покрытия и эффективность сигнала, но и снижает уровень помех и потерь энергии.

Обзор Типы антенн 5G

• Массивное MIMO:

В антеннах 5G обычно используется технология Massive Multiple-Input Multiple-output (Massive MIMO). Благодаря использованию десятков или даже сотен антенных элементов для передачи и приема сигнала эта технология повышает пропускную способность и эффективность сети, позволяя одновременно обслуживать большее количество клиентов. По сравнению с технологией MIMO в 4G, это означает значительное увеличение количества и сложности антенн.

• Малые ячейки:

Антенны 5G можно сделать меньше и компактнее, поскольку высокочастотные передачи имеют меньшую длину волны. Это позволяет более свободно размещать их в самых разных местах, включая внутренние помещения, поверхности зданий и фонарные столбы.

Преимущества антенны 4G и антенны 5G

Антенны 4G

• Широкий охват территории:

По сравнению с традиционными Wi-Fi роутерами, антенны 4G обеспечивают большую зону покрытия. Благодаря этому даже на больших расстояниях от источника сети пользователи ощущают минимальную деградацию сигнала. Это особенно полезно в местах, где широкополосные услуги ограничены, или в удаленных местах, где проводное подключение к Интернету может быть недоступно.

• Зрелая технология с развитой инфраструктурой

Установка и настройка антенны 4G намного проще, чем антенны 5G. Их можно легко подключить к компьютеру или сети с помощью кабеля Ethernet или USB-порта, и они часто поставляются с прямыми инструкциями. Поэтому они являются хорошим практичным выбором для пользователей, которые не разбираются в технологиях или не хотят заниматься хлопотами, связанными с настройкой обычного интернет-соединения.

• Экономически эффективное развертывание

Антенны 4G могут стать доступным вариантом для пользователей, не имеющих доступа или не желающих платить за стандартное подключение к Интернету. Обычно такие антенны предоставляют регулируемые тарифные планы, позволяющие клиентам выбирать объем используемых данных и соответствующим образом оплачивать счет. Пользователи с переменным режимом использования интернета или те, кому он нужен только на короткий промежуток времени, обычно находят это особенно полезным.

• Надежность

По сравнению с обычными сетями, Wi-Fi роутерами, 4G антенны могут предложить более надежное и устойчивое интернет-соединение. Это происходит благодаря использованию сотовой связи, которая зачастую менее подвержена помехам и более надежна, чем Wi-Fi. Поэтому пользователи реже сталкиваются с неожиданными отключениями или падениями скорости интернета.

Антенны 5G

• Сверхвысокая емкость и скорость

По сравнению с антеннами 4G, антенны 5G рассчитаны на гораздо более высокую скорость передачи данных. Благодаря этому клиенты смогут загружать и скачивать данные с большей скоростью, что позволит им играть в онлайн-игры, смотреть HD-видео и быстрее загружать большие файлы.

• Низкая задержка в приложениях реального времени

5G имеет гораздо меньшую задержку по сравнению с 4G благодаря усовершенствованию антенной технологии и архитектуры сети. Латентность - это разница во времени между отправкой запроса и получением ответа. Благодаря снижению задержки пользователи могут практически мгновенно со1TP15Туниковаться. Такая задержка востребована в таких приложениях, как виртуальная реальность, удаленная хирургия и автономные транспортные средства.

• Возможность подключения IoT с широкими возможностями масштабирования

Поскольку антенны 5G обладают большей емкостью, они могут одновременно обслуживать большее количество устройств. Это очень важно в местах, где к сети одновременно подключено множество людей, например на стадионах, в торговых центрах и аэропортах.

• Использование технологии Beamforming

Антенны 5G оснащены передовой технологией beamforming, которая позволяет фокусировать сигнал на определенном направлении. Это позволяет повысить общую производительность за счет снижения помех и улучшения качества сигнала.

Недостатки антенны 4G и антенны 5G

Антенны 4G

• По сравнению с 5G, ограниченные скорость и емкость

Антенна 5G способна обрабатывать данные со скоростью до 10 Гбит/с, в то время как антенны 4G останавливаются на 100 Мбит/с. Именно по этой причине антенны 4G работают немного медленнее и не могут обрабатывать столько информации, сколько антенны 5G.

• Более высокая латентность

Латентность антенн 4G выше по сравнению с антеннами 5G. Задержка - это время, необходимое для прохождения данных от источника до места назначения. Антенны 5G имеют задержку менее 1 миллисекунды, в то время как антенны 4G обычно имеют задержку более 50 миллисекунд. Такие приложения, как удаленная хирургия или автономные транспортные средства, требующие связи в реальном времени, должны иметь более низкую задержку.

• Ограниченные возможности

Антенны 4G имеют ограниченные возможности для одновременной поддержки большого количества устройств. Это является проблемой во время мероприятий, где все люди используют свои устройства, или в местах с высокой плотностью населения. С другой стороны, антенны 5G больше подходят для густонаселенных районов, поскольку они могут поддерживать большое количество устройств одновременно.

Антенны 5G

• Высокая стоимость развертывания

По сравнению с антеннами 4G, антенны 5G дороже в производстве и настройке. Это связано с тем, что технология 5G требует более совершенного и сложного оборудования.

• Ограниченный ассортимент

По сравнению с сигналами 4G, сигналы 5G имеют меньший радиус действия из-за меньшей длины волны. Чтобы обеспечить покрытие, необходимо установить больше антенн 5G на определенной территории.

• Проникновение через препятствия

Препятствия, такие как деревья и здания, затрудняют прохождение сигналов 5G. Поэтому для надежного покрытия 5G требуется больше антенн, расположенных с большей плотностью, часто при поддержке технологии малых сот.

Латентность

Задержка - это время, необходимое для прохождения данных от отправителя к получателю и обратно. В системах 4G задержка обычно находится в диапазоне от 30 до 50 миллисекунд. Эта задержка вполне достаточна для большинства традиционных приложений, таких как потоковое видео и просмотр интернет-страниц. Однако она является ограничением для приложений реального времени или критически важных приложений, таких как онлайн-игры и дистанционное управление устройствами.

Системы 5G рассчитаны на задержку до 1 миллисекунды. Такое значительное снижение задержки позволяет обеспечить бесперебойную связь в реальном времени и, следовательно, позволяет использовать автономные транспортные средства, дополненную реальность и даже удаленную хирургию. Снижение задержек в 5G достигается за счет внедрения передовых технологий, таких как нарезка сетей, пограничные вычисления и оптимизированные архитектуры антенн.

Среди антенных технологий 5G - beamforming и massive MIMO, которые повышают уровень сигнала и снижают уровень помех, что значительно сокращает время ожидания и гарантирует высокую скорость передачи данных.

Производительность и пропускная способность

Емкость и пропускная способность беспроводной сети очень важны для ее обработки и управления трафиком данных, а также для поддержки ряда приложений. Для 4G скорость передачи данных в идеальных условиях достигает 1 Гбит/с. Хотя этого достаточно для многих современных приложений, включая потоковое видео высокой четкости и общее пользование Интернетом, 4G чаще всего приходится бороться с высокой плотностью пользователей и постоянно растущими требованиями к передаче данных.

Сети 5G гарантируют увеличение пропускной способности и производительности. Пиковая скорость превысит 10 Гбит/с, а система сможет поддерживать массовое подключение, до миллиона устройств на квадратный километр. Все это обеспечивается передовыми технологиями: такими как массивное MIMO с возможностью одновременной передачи множества потоков данных и более широкой полосой пропускания с более высокими частотными диапазонами.

Сценарии применения

Типичные приложения, в которых используются антенны 4G

• Беспроводные маршрутизаторы и мобильный широкополосный интернет: С помощью антенн 4G беспроводной маршрутизатор подключает к интернету одновременно несколько устройств.

• Мобильные телефоны: Чтобы обеспечить устойчивую голосовую связь и быструю передачу данных, мобильные телефоны оснащаются встроенными антеннами 4G.

• Приложения для Интернета вещей: Некоторые устройства IoT, такие как носимые устройства, интеллектуальные счетчики и камеры безопасности, зависят от антенн 4G для подключения к интернету и передачи данных.

• Общественный транспорт: Антенны 4G устанавливаются на автобусах, поездах и трамваях, чтобы обеспечить доступ в интернет для пассажиров и позволить отслеживать и контролировать транспортные средства в режиме реального времени.

• Промышленное применение: Антенны 4G используются в промышленности для межмашинной связи, отслеживания активов и удаленного мониторинга.

• Аварийные службы: Автомобили экстренных служб используют антенны 4G для обеспечения непрерывной связи и передачи данных во время опасных для жизни ситуаций.

• Удаленные и сельские районы: Антенны 4G обеспечивают высокоскоростным интернетом предприятия и домохозяйства в тех районах, где проводное соединение слабо развито.

• Морская и авиация: Антенны 4G устанавливаются на лодках, кораблях и самолетах, чтобы обеспечить доступ в интернет пассажирам и членам экипажа.

• Общественные места: Рестораны, отели и магазины используют антенны 4G для обеспечения беспроводным интернетом клиентов и сотрудников.

• Временное развертывание: Антенны 4G используются на концертных, спортивных мероприятиях и строительных площадках, чтобы обеспечить интернетом посетителей и рабочих.

Новые приложения, поддерживаемые антеннами 5G

• Виртуальная и дополненная реальность: антенны 5G помогут удовлетворить требования к высокой пропускной способности и сверхнизкой задержке, возникающие в виртуальной и дополненной реальности. Будь то игры, просмотр фильмов или виртуальные встречи, антенны обеспечат пользователям плавную и интерактивную сессию.

• Автономные транспортные средства: Антенны 5G могут использоваться автономными транспортными средствами для со1TP15Взаимодействия с инфраструктурой, такой как дорожные знаки и светофоры. Эти антенны позволяют обмениваться информацией между автомобилями в режиме реального времени, что повышает навигацию, скорость движения и безопасность.

• Умные города включают в себя интеллектуальные уличные фонари, системы управления отходами, сети общественного транспорта и многие другие системы и устройства, к которым подключаются антенны 5G, чтобы сделать умные города реальностью. Антенны облегчают со1TP15Туникацию и обеспечивают более эффективную передачу данных.

• Удаленная хирургия и телемедицина: Антенны 5G позволяют реализовать широкий спектр приложений в здравоохранении - от удаленного мониторинга пациентов до телемедицины. Это позволяет транспортировать пациентов и передавать медицинские данные в режиме реального времени медицинским работникам или осуществлять удаленный мониторинг, диагностику и лечение виртуально.

• Интернет вещей: Антенны 5G могут поддерживать и подключать множество устройств IoT - от носимых вещей и промышленных датчиков до умной бытовой техники. Они помогают плавно и эффективно передавать данные от этих устройств в интернет.

• Фиксированный беспроводной доступ: Антенны 5G используются для обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет в домах и на предприятиях без использования традиционных кабельных соединений. Антенны гибкие и легкие, они легко заменяют кабельные соединения, принимая сигнал 5G и распространяя его по беспроводной сети внутри здания.

• Промышленная автоматизация: Антенны 5G в промышленных средах обеспечивают беспроводное соединение между устройствами и системами. Эти антенны способствуют повышению производительности, эффективности и безопасности, обеспечивая дистанционный мониторинг и управление, а также передачу информации между машинами в режиме реального времени.

• Мобильные сети: Антенны 5G упрощают беспроводное соединение мобильных устройств на высоких скоростях, позволяя пользователям обмениваться сообщениями, совершать звонки и получать доступ к данным с большей скоростью по сравнению с предыдущими технологическими поколениями.

• Общественная безопасность и экстренные службы: Службы экстренной помощи, включая полицию, пожарную службу и скорую помощь, поддерживаются антенной 5G. Время реакции и координация действий в чрезвычайных ситуациях улучшаются благодаря более быстрым и надежным каналам связи между диспетчерскими центрами и службами экстренного реагирования.

• Развлечения и игры: антенны 5G обеспечивают низкую задержку и высокую скорость работы приложений для развлечений и игр. Эти антенны улучшают пользовательский опыт геймеров благодаря потоковой передаче высококачественного видеоконтента без буферизации, а также обеспечивают плавное воспроизведение онлайн-игр без задержек.

Потребление энергии

Хотя антенны 4G потребляют меньше энергии на единицу, им сложно эффективно справляться с большими объемами данных. Несмотря на первоначальное энергопотребление, антенны 5G оптимизируют расход энергии за счет использования таких технологий, как эффективное формирование луча и спящий режим. По сравнению с 4G, технология 5G потребляет больше энергии. Это означает, что антеннам 5G может потребоваться больше энергии, что может привести к увеличению эксплуатационных расходов. Более экологичные и устойчивые антенные системы становятся возможными как в сетях 4G, так и в сетях 5G благодаря разработкам в области материалов, управления сетями на основе искусственного интеллекта и технологий сбора энергии.

Заключение

Антенны 4G и 5G, обладая соответствующими возможностями и требованиями, знаменуют собой значительный прогресс в области беспроводной со1TP15Туникации. Антенны 5G обеспечивают превосходную скорость, емкость и низкую задержку, в то время как антенны 4G превосходят по охвату и стоимости. Антенны 5G являются неотъемлемой частью беспроводных сетей следующего поколения, поскольку они обеспечивают более высокую скорость, емкость, зону покрытия и общую производительность сети по сравнению с антеннами 4G. Будущее телекоммуникаций будет определяться достижениями в области энергоэффективности и дизайна антенн по мере развития технологий, открывая революционные приложения и ликвидируя цифровой разрыв. В целом, в этой статье представлен полный обзор ключевых особенностей и различий антенн 4G и 5G.