4G vs 5G. Що змінить наступне покоління мережі

Раз на десятиріччя людство продукує нове покоління бездротових мереж, яке має забезпечити нас більш швидкою передачею даних та більшою функціональністю.

І якщо перше покоління наділяло лише можливістю стільникового зв’язку, а друге покращувало його та давало можливість обмінюватися текстовими повідомленнями, то з епохою 3G ми вже отримали (більш-менш) якісний доступ в інтернет, а 4G в свою чергу зробив можливим все, чого ми очікуємо від мобільної мережі: потокове відео та аудіо, вибух соціальних медіа, тощо. Тепер, на порозі 2020-х, людство очікує на наступний прорив: 5G.

Але перш, ніж говорити про наступне покоління, варто поглянути на те, що ми маємо зараз, тобто “четвірку”, і нагадати собі, що українські реалії — ще не зовсім 4G, згідно стандартам. Чому ж? Детальніше про це ви можете дізнатися у матеріалі “4G, 4G+ чи LTE. Чим відрізняються технології та що насправді пропонують українцям”.

То що ж таке це 5G?

5G - це п'яте покоління (а G у позначках мобільних мереж 3G, 4G, 5G означає слово Generation (з англ "покоління"), яке має забезпечити надшвидку передачу від кількох до 20 Гбіт / сек та зменшити затримку сигналу до однієї мілісекунди - проти 10 мілісекунд в мережах 4G і 100 мілісекунд в 3G. ​

5G не замінить 4G, а буде працювати паралельно з існуючою інфраструктурою.  Що потрібно зробити для впровадження:

• розробити стандарти 5G
• виділити частоти
• оновити інфраструктуру
• здійснити активну розробку смартфонів з підтримкою 5G і забезпечення їх доступності

Як це працює?

Ваш смартфон та інші бездротові пристрої використовують частоти у діапазоні, як правило, менші від 6 GHz, але в міру збільшення таких пристроїв ці частоти переповнюються. Результатом стає зменшення швидкості з’єднання і погіршення якості передачі даних.

Вирішити питання можуть нові полоси частот, тому зараз проходять експерименти з більш короткими “міліметровими хвилями” в діапазоні від 30 до 300 GHz.

Раніше такі частоти не використовувалися для мобільних пристроїв. Вони мають забезпечити більшу пропускну здатність, але мають чимало недоліків, основним з яких є погана спроможність проходити через перешкоди на кшталт стін будівель та листя дерев.

Щоб вирішити попередню проблему інженери пропонують зменшити радіус дії стільникових базових станцій — це назвали “small cell”. Наразі стільникові станції користуються великою потужністю для трансляції сигналу на великі відстані, і це рішення може виглядати на перший погляд дивним, але враховуючи погане подолання перешкод міліметровими хвилями, зменшення потужності на користь збільшення кількості є логічним: мала відстань між станціями дозволить ретранслювати сигнал, допомагаючи йому оминати перешкоди.

Massive MIMO – мається на увазі технологія, коли передача і прийом даних здійснюються за допомогою великої кількості антен. Станції четвертого покоління мають близько 10 антен, натомість 5-те покоління зможе похизуватися кількома сотнями, що збільшить пропускну здатність у кілька разів. Більше антен = більше даних.

Але минуле рішення породжує наступну проблему: з урахуванням того, що базові станції передають сигнал у всіх напрямках, рішення з кількома сотнями антен може створити чималі перешкоди.

Щоб це подолати пропонується використати наступну технологію: Beamforming (автоматичне формування діаграми скерування в сторону абонента). Це щось типу системи сигналізації трафіку, коли дані йдуть до конкретного користувача, що попереджає виникнення перешкод.

Уявіть, що ви у центрі міста, йдете поміж десятків будівель. Ви намагаєтеся подзвонити по телефону, але сигнал відбивається від будівель і накладається на сигнали інших користувачів. Базова станція з масивом MIMO отримує ці сигнали і відслідковує час їхнього прибуття та напрямок, визначає звідки вони прийшли і визначає найкращий маршрут передачі даних у повітрі для кожного окремого абонента.

Ну, і на завершення 5G-комплекту інженери використовують Full Duplex-технологію, що реалізує двобічний спосіб зв'язку, коли пристрій може в будь-який момент часу і передавати, і приймати інформацію. Передача і прийом ведуться пристроєм одночасно за двома фізично розділеними каналами зв'язку (по окремим провідникам, на двох різних частотах і т. д).

Навіщо це все?

Подальше покращення мережі — це не про швидке завантаження фільму в HD-якості на ваш смартфон, це більше про тотальну глобалізацію людства та неухильні суспільні й економічні зміни. Уявіть світ, в якому пов'язані не лише люди, а й всі речі: автомобілі "спілкуються" між собою на дорогах, лікарі завжди мають доступ до особистих медичних показників своїх пацієнтів. Це така собі "розширена" реальність, яка допомагає людям робити покупки, вчитися і досліджувати, де б вони не знаходилися.

5G в першу чергу розглядається як можливість вивести нарешті безпілотні автівки, повністю автономні міста, “інтернет речей” та ще безліч можливостей з папірців та експериментальних лабораторій на звичайні вулиці.

Ця статистика показує кількість прогнозованих підключених абонентів до 5G у всьому світі з 2020 по 2025 рік. У 2025 році кількість підписок на 5G прогнозується на рівні 2,61 мільярда осіб.

Наразі світ потроху розгортає технологію, але і досі у "лабораторних" умовах. Першу тестову мережу формату 5G запустили 23 квітня 2018 року в мегаполісі Чунцин в Південно-Західному регіоні Китаю. Відповідні експерименти проходять також у Південній Кореї, Японії, США. 

Тим часом в Україні на питання Еспресо. TV про впровадження 5G та розподілення частот представники компаній Kyivstar та Vodafone відповіли, що поки не володіють жодною інформацією з цього приводу. До того ж, "ще 4G не по всій країні розгорнули", - зазначили фахівці.

5G: Що зміниться

• Розвиток безпілотних авто:  5G ліквідує небезпечні затримки сигналу.
• Навчання: люди отримають можливість отримувати досвід у VR-середовищі під безпосереднім керівництвом наставника.
• Медицина: з'явиться можливість "віддаленої хірургії". Це може врятувати тисячі життів, коли провідний фахівець галузі знаходиться в іншому куточку світу, а обставини не дозволяють транспортувати людину.
• Спілкування: інтерактивна віртуальна реальність дозволить створювати ілюзію присутності в одному просторі.
• Розваги: надшвидка трансляція відео у форматі 4К, 8К, можливість трансляції подій з ефектом VR.

Оперувати з будь-якого куточку планети

Окремої уваги заслуговує розвиток за допомогою 5G мережі медичних послуг, зокрема і віддаленої хірургії, коли лікар може знаходитися у будь-якій точці світу, оперуючи людину за допомогою роботизованих маніпулятрів.Так, фахівці з Китаю вже повідомили про першу віддалену хірургічну операцію в рамках тестування обладнання, яку провели за допомогою 5G -мережі. 

Звісно, на людях експеримент не ставили - операцію провели на тварині, якій  успішно видалили печінку без безпосередньої присутності лікаря в операційній. Хірург віддалено керував роботизованими маніпуляторами, зв'язок з якими тримав за допомогою п'ятого покоління мережі.

Затримка передачі даних між роботом та лікарем склала приблизно 0,1 сек, і на думку фахівців, цього достатньо, щоб зменшити ризик потенційно смертельних медичних помилок. 

Як нове покоління мережі вплине на економіку?

Однією з головних перешкод на шляху до глобального впровадження п’ятого покоління зв’язку є законодавство. Країнам необхідно спершу гармонізувати стандарти в сфері зв’язку. Деякі країни, наприклад, Південна Корея чи США вже виділили цей спектр мобільним операторам, створивши для них можливості тестування нового покоління зв’язку.

Інші країни рухатися в цьому напрямку має підштовхнути Світова конференція радіокомунікацій (WRC). Це орган ООН, який збереться наступного року в Єгипті, і, за словами представника GSMA Бретта Тарнутцера, він буде дуже важливим для індустрії. У GSMA рекомендують за підсумками WRC прийняти використання для 5G частотних діапазонів 26, 40 та 66-71 гігагерц.