5G: что это такое в телефоне. История и плюсы нового стандарта

Устройства 4G/LTE уже работают на пределе своих возможностей из-за резкого увеличения числа подключенного к сети оборудования. Это стало толчком для разработки и внедрения нового стандарта 5G, который существенно отличается от предыдущих поколений.

Эволюция сотовых сетей: 2G, 3G, 4G и 5G

Стандарты мобильной связи прошли длинный путь с момента появления, с каждым обновлением улучшая скорость, качество и возможности передачи данных. Рассмотрим каждое поколение сотовых сетей, их принцип работы и ключевые отличия.

2G: введение цифровой связи

Второе поколение сотовых сетей, известное как 2G, появилось в начале 1990-х годов и стало первой цифровой мобильной сетью, заменив аналоговые системы 1G, которые были, по сути, простыми карманными рациями. О доступе в интернет тогда даже не думали. 2G использует цифровую модуляцию и позволяет осуществлять передачу данных и голосовых вызовов. Основные технологии 2G включают GSM (аббр. от Global System for Mobile Communications) и CDMA (аббр. от Code Division Multiple Access).

Характеристики:

• Голосовая связь. Основная функция 2G — передача голоса. Цифровая природа этой сети позволила улучшить качество звука и повысить уровень безопасности связи.
• Передача данных. 2G также поддерживает текстовые сообщения (SMS) и простую передачу данных (GPRS и EDGE).

В 1997 году появился сервис под названием General Packet Radio Service (GPRS), который представлял собой новую технологию передачи данных через мобильные сети. Он был разработан как дополнение к телефонным каналам связи и предназначался для обмена данными. Максимальная скорость обмена информацией через GPRS теоретически достигала 171,2 кбит/с, однако на практике была намного ниже. В то время это было весьма высоким показателем, особенно учитывая растущую популярность электронной почты среди пользователей планшетных компьютеров и других мобильных устройств.

Сети, использующие GPRS, были классифицированы как поколение 2,5G, так как они не дотягивали до значений, установленных стандартом 3G. Позднее была разработана и внедрена технология EDGE, которая также считалась частью 2,5G. EDGE отличалась от GPRS способом кодирования данных и более высокой скоростью их передачи. Она достигала 474 кбит/с теоретически и до 220 кбит/с на практике. В некоторых случаях технологию EDGE даже относили к 3G, если ее реализация удовлетворяла требованиям этого стандарта, включая скорость передачи данных до 384 кбит/с.

3G: расширение возможностей

Третье поколение сотовых сетей было запущено в начале 2000-х годов. Оно использует улучшенные протоколы передачи данных, что позволяет значительно увеличить скорость и объем передаваемой информации. Основные технологии 3G включают UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) и CDMA2000.

Характеристики:

• Высокоскоростная передача данных. 3G обеспечивает скорость до 2 Мбит/с, что позволяет использовать интернет на мобильных устройствах для веб-серфинга, видеозвонков и потоковой передачи мультимедиа.
• Мультимедийные возможности. Появление 3G позволило внедрить такие услуги, как видеозвонки, мобильное телевидение и более сложные приложения.

Одной из важных характеристик технологии 3G является возможность перехода пользователя между базовыми станциями (БС) в процессе его движения или удаления от одной из них. Когда абонент перемещается, другая базовая станция автоматически переводит его на себя, принимая часть потока передаваемых данных. В то же время первая БС постепенно снижает объем трафика, пока человек полностью не выйдет из ее зоны действия. Этот процесс позволяет уменьшить вероятность обрыва связи, особенно при наличии хорошего покрытия сети. В сравнении с технологией GSM, где используется жесткое переключение пользователей между базовыми станциями, технология 3G предоставляет более плавный и непрерывный переход от одной точки доступа к другой.

4G: эра мобильного интернета

Четвертое поколение сотовых сетей (4G) было запущено в конце 2000-х и начале 2010-х годов. Оно основано на технологии LTE (Long Term Evolution), которая использует многопользовательскую цифровую модуляцию OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) для передачи данных, обеспечивая более высокие скорости и повышенную емкость сети.

Характеристики:

• Передача данных. 4G обеспечивает скорость загрузки до 100 Мбит/с и выше, что позволяет без проблем смотреть HD-видео, играть в онлайн-игры и использовать другие ресурсоемкие приложения.
• Низкая задержка. Четвертое поколение сотовой связи значительно снижает задержку (латентность) до 30–50 мс, что улучшает качество видеозвонков и интерактивных приложений.
• Широкие возможности. 4G поддерживает VoIP (Voice over IP), что позволяет передавать голосовые вызовы через интернет-протокол, улучшая качество связи и снижая стоимость звонков.

Одной из ключевых особенностей технологии 4G является запуск сетей LTE для передачи данных. LTE представляет собой стандарт беспроводной высокоскоростной связи с повышенной пропускной способностью, основанный на EDGE и HSPA. Важным его отличием является способность передавать только данные, не поддерживая голосовые вызовы. Это связано с тем, что он основан на коммутации пакетов данных, а не каналов, как в GSM и UMTS.

Изначально сети LTE использовались в мобильниках и планшетах исключительно для интернета, в то время как голосовая связь осуществлялась через сети 3G или даже 2G. Однако в дальнейшем была разработана технология VoLTE (Voice over LTE) для передачи голоса. Это позволило использовать сети четвертого поколения для обычных телефонных звонков. Постепенно сотовые операторы расширяют зону покрытия 4G, делая его наиболее массовым и эффективным стандартом в наше время.

5G: будущее мобильной связи

Пятое поколение сотовых сетей (5G) начало внедряться в конце 2010-х годов. Оно использует более высокие частоты (миллиметровые волны), широкую полосу пропускания и новые технологии, такие как MIMO (Multiple Input Multiple Output) и Beamforming, для обеспечения непревзойденной скорости и надежности связи. Радиоинтерфейс, разработанный для 5G, называется New Radio (NR) и делится на две частотные группы: FR1 (диапазон 600–6000 МГц) и FR2 (диапазон 24–100 ГГц), каждый из которых имеет особенности.

Характеристики:

• Передача данных. 5G обеспечивает скорость загрузки до 10 Гбит/с, что в десятки раз быстрее 4G и сопоставимо с последними поколениями технологии Wi-Fi. Это позволяет передавать огромные объемы данных практически мгновенно.
• Очень низкая задержка. Она составляет менее 1 мс, что открывает новые возможности для приложений в реальном времени, таких как автономные транспортные средства и телемедицина.
• Большое число устройств. 5G поддерживает подключение множества телефонов и других гаджетов на единицу площади, что особенно важно для Интернета вещей (IoT).
• Энергоэффективность. 5G оптимизировано для снижения энергопотребления, что продлевает время работы устройств на батарее и уменьшает нагрузку на сеть.

Краткое сравнение поколений приведено в таблице:

Каждое новое поколение сотовых сетей приносит значительные улучшения в скорости, надежности и возможностях связи. Эти инновации открывают новые горизонты для пользователей и промышленных приложений, делая нашу повседневную жизнь более удобной и эффективной.

Различия между 4G и 5G

Рассмотрим более детально разницу между актуальным четвертым и перспективным пятым поколением мобильной связи. Мы привыкли к стандарту 4G и оценили его преимущества. Но оказывается, всегда есть куда расти. Даже простое сравнение ключевых характеристик 4G и 5G при решении повседневных пользовательских задач показывает значительные различия:

• Передача данных. В сетях пятого поколения максимальная скорость в 20 раз выше, чем у четвертого. Для сравнения: пока ваше устройство с 4G загружает одно кино в формате FullHD, устройство с 5G за это время скачает два десятка таких же фильмов.
• Задержка сигнала. Этот параметр важен для любителей многопользовательских игр и потокового видеоконтента. Задержка — это время между вашими действиями на устройстве и реакцией приложения. Она существенно влияет на качество онлайн-игр и видео- или аудиоконференций. В сетях 4G задержка составляет около 40 мс, что может привести к промахам в подвижных шутерах из-за медленного отклика системы. В 5G пинг в идеальных условиях составляет 1 мс и не превышает 5 мс в реальной обстановке. Это в восемь раз лучше, чем у 4G.
• Емкость сети. С каждым днем увеличивается количество мобильных гаджетов, которые мы используем: смартфоны, планшеты, ноутбуки, фитнес-браслеты, игровые консоли и многое другое. Все они требуют подключения к сотовой сети. Интернет вещей (IoT) добавляет еще больше устройств: датчики, видеокамеры и прочие «умные» девайсы также нуждаются в беспроводной связи. 4G не справится с таким ростом подключений, а 5G — вполне. Пятое поколение поддерживает до миллиона устройств на каждый квадратный километр, что значительно превосходит возможности предыдущего стандарта.
• Энергоэффективность. Сети 5G могут работать с маломощными устройствами Интернета вещей. Множество микродатчиков и сенсоров будут автономно работать месяцами без подзарядки. Это важно, так как обеспечение миллионов IoT-устройств доступом к электросети было бы крайне сложной задачей.
• Мобильность. Сегодня люди много времени проводят в транспорте, и им тоже нужно быть онлайн. Особенно это актуально для дальних железнодорожных путешествий на поездах. 4G справляется с этим не всегда, особенно на высокоскоростных поездах типа «Сапсан» или «Ласточка». 5G, наоборот, обеспечивает стабильную связь даже в сверхбыстрых японских экспрессах, разгоняющихся до 500 км/ч.

Применение 5G

Сети 5G смогут объединить все устройства умного дома в единую высокоскоростную систему. Счетчики, замки, игровые приставки, системы климат-контроля и безопасности можно будет связать через одну сеть. Владельцы гаджетов с поддержкой 5G ощутят новую свободу взаимодействия. Мгновенный доступ к облачным сервисам, потоковому видео, многопользовательским играм, покупкам в дополненной и виртуальной реальности, совместной удаленной работе и многим другим возможностям станет реальностью.

Но потенциал 5G выходит за пределы вашего жилья, объединяя целые города в единое информационное пространство. Дорожные светофоры, камеры наблюдения, банковские терминалы, навигаторы и даже арендованные беспилотные транспортные средства смогут обмениваться данными в реальном времени, делая передвижение по городу более комфортным и безопасным. Городские службы получат современные инструменты для мониторинга и улучшения качества своей работы, а врачи смогут проводить дистанционные операции с использованием роботизированных систем.

Планы по внедрению качественной связи 5G в России

По словам главы Министерства цифрового развития Максута Шадаева, в течение ближайших шести лет в крупнейших городах России планируется обеспечить качественную связь пятого поколения. Для создания сетей 5G необходимо серийное производство отечественного оборудования. Однако в настоящее время такой техники еще нет. Российские вендоры все еще работают над разработкой оборудования и программного обеспечения для сетей 4G/LTE.

Кроме того, лицензионные и другие требования для развертывания систем пятого поколения еще находятся в стадии разработки и требуют законодательного закрепления. Только после появления отечественного оборудования можно будет прогнозировать сроки, необходимые для создания покрытия 5G.

Еще одним важным фактором для развития нового стандарта является доступность частотного диапазона. Дело в том, что в РФ частоты 3,4–3,8 ГГц, используемые сетями пятого поколения в большинстве стран, заняты специальными службами, что усложняет ситуацию.

Согласно базовому сценарию, к 2030 году услуги связи 5G будут доступны на территориях, где проживает 10 % населения, а по целевому сценарию — 25 %. К 2035 году эти показатели должны достигнуть 30 % и 60 % соответственно. Активное развертывание российских базовых станций 5G в мегаполисах начнется в 2026 году, а серийное производство этих станций — в 2025 году. В городах с населением более 100 тысяч человек сети пятого поколения на отечественном оборудовании планируется развернуть в период с 2031 по 2035 год.

Где в России уже работает 5G

Полноценное коммерческое использование стандарта 5G в России пока не реализовано. В настоящее время в Москве функционирует 19 зон пятого поколения. В марте 2020 года компания МТС запустила пилотную сеть 5G в столице, охватывающую 14 публичных мест, где скорость интернета достигает 1,5 Гбит/с. Однако не каждый абонент оператора может подключиться к этой ней автоматически. МТС сама выбирает участников пилотного проекта.

Московские локации с 5G:

• Лубянская площадь и окрестности;
• Никольский пассаж, Ветошный переулок;
• улицы Никольская, Кузнецкий мост, Театральный проезд, Большая Дмитровка;
• Москворецкая и Раушская набережные, Большой Москворецкий мост, Зарядье;
• Тверской бульвар, Новопушкинский сквер;
• Фрунзенская и Пречистенская набережные, парк культуры им. Горького, Крымский мост, парк «Музеон»;
• мост «Багратион», набережная Шевченко, Пресненская и Краснопресненская набережные;
• Университетская площадь;
• Ходынский бульвар;
• смотровая площадка на Воробьевых горах;
• развлекательный центр «Остров мечты»;
• Главная аллея ВДНХ;
• «Сколково».

В мае 2021 года МТС развернула пилотную сеть 5G в Санкт-Петербурге. Связь нового формата доступна в следующих точках города:

• Дворцовая площадь;
• «Экспофорум»;
• Площадь у стадиона «Газпром Арена»;
• Технопарк «Ленполиграфмаш»;
• Яхтенный мост;
• Итальянская улица;
• Ботанический сад;
• Офис МТС на Малой Монетной улице;
• площадь Искусств;
• Сквер у Музея истории Кронштадта;
• Летний сад (Кронштадт);
• улицы Восстания, Посадская, Ленина в Кронштадте;
• Кронштадтский хлебозавод.

5G и здоровье

Как и многие новые технологии (тот же Вай-Фай, например), внедрение 5G сопровождается появлением разнообразных мифов и слухов. Представления о том, что сеть пятого поколения опасная и вызывает коронавирус, является лишь одним из многих примеров необоснованных обвинений сотовой связи в различных болезнях — от тошноты до рака. Более того, жалобы на недомогания из-за базовых станций нередко поступают даже в тех случаях, когда станции еще не включены.

Текущие санитарные нормы по электромагнитному излучению остаются в силе, поэтому 5G представляет собой не большую опасность по сравнению с уже существующими системами связи — они работают по аналогичным принципам. Рассказы о вредных сотовых сетях основаны лишь на мифах и заблуждениях.