Что такое 5G и как оно изменит мир?

Мобильные сети пятого поколения называются 5G. Это совершенно новая, всеобъемлющая технология беспроводной связи, совместимая с 1G, 2G, 3G и Сети 4G. Сеть 5G представляет собой следующее поколение беспроводных сетей сотовой связи, выходящее за рамки нынешнего поколения 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 связь Интернета вещей (IoT). Он сможет 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. Она не изобретена и не принадлежит какой-либо конкретной компании или стране, а является результатом усилий, приложенных различными исследователями, производителями и поставщиками услуг. 3^рд Проект "Партнерство поколений" (3GPP) - организация, отвечающая за определение спецификаций каждой технологии сотовой связи, включая 5G. Она играет значительную роль в разработке сети 5G, учитывая технологию воздушного радиоинтерфейса, стандарты связи, спектр, уровни услуг и т. д. Однако телекоммуникационная отрасль каждой страны стремится первой объявить о полном коммерческом развертывании сети 5G в соответствии со стандартами, определенными 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 множественных входов и выходов (multiple-input-multiple-output).MIMO) технология. Как видно из названия, MIMO состоит из большого количества антенн, обеспечивающих одновременную передачу и прием нескольких сигналов. Массивная конструкция антенн обеспечивает пользователям и поставщикам услуг многочисленные преимущества, 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 - это Она разрабатывается таким образом, что сможет 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

Мы представили что такое частотные диапазоны 5G Если говорить подробнее, то в настоящее время рабочие диапазоны частот 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 не превышает 6 GHz, в частности от 3,3 GHz до 3,8 GHz. Технология mmWave для 5G будет работать на частотах выше 6 GHz, в диапазоне от 26 GHz до 28 GHz. mmWave обеспечит меньшую дальность покрытия и большую емкость для максимального количества пользователей с бесспорно лучшей производительностью, чем предыдущие сотовые сети. Более того, согласно некоторым исследованиям, в будущем 5G будет повторно 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

Одна из важных особенностей сетей 5G - способность поддерживать одновременную передачу и прием нескольких данных через большое количество антенн. Размер массивных MIMO-антенна похож на обычный 3G или Антенны 4G но его возможности будут по сравнению с ними гораздо выше. Он охватывает более высокий диапазон частот Sub-6 GHz (например, 3,5 GHz) и оснащен 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 В основном будет использоваться 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. Оно позволяет направленные антенны 5G для передачи узких направленных лучей 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 в себя: расширенный массивный IoT, мобильной широкополосной связи и критически важной связи. 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.