Главное о 5G: как устроены сети нового поколения, чем они лучше 4G и появятся ли в России

Пока Китай и США активно развивают 5G, российские операторы находятся в догоняющих из-за проблем с военными.

13 октября Apple представила четыре модели iPhone 12 и все — с поддержкой 5G-сетей. На связь нового поколения явно сделали серьёзную ставку: глава компании Тим Кук назвал её «новой эрой» и даже анонсировал раньше самих устройств. Всего «5G» за часовую презентацию упомянули не меньше 60 раз.

К выходу новых iPhone TJ рассказывает главное о 5G — как технология устроена, чем она лучше и хуже предшественников, и что происходит со стандартом в России.

5G — новый стандарт сотовой связи, который должен прийти на замену 4G (в него входят LTE Advanced и WiMAX). Сотовые операторы и производители смартфонов, включая Apple, часто называют главным преимуществом 5G в разы выросшую скорость по сравнению с 4G. К примеру, они утверждают, что двухчасовой фильм на 5G можно будет скачать за пару секунд.

Согласно стандарту 5G, сети нового поколения действительно должны работать на скорости до 20 Гбит в секунду в идеальных условиях и до 50 Мбит в секунду в плотной застройке. Но на самом деле всё не так просто.

Сотовая связь пятого поколения, как и все предыдущие, работает за счёт радиоволн — тех же, которые позволяют слушать FM-радио, но с более высокими частотами. Главное отличие 5G в использовании самого широкого и одновременно высокого диапазона в истории сотовой связи. Если LTE работал в промежутке от 700 до 2100 мегагерц, то 5G может работать на частотах до 100 гигагерц.

Сети пятого поколения формально делятся на два типа в зависимости от использования разных частот. Первый работает с диапазоном от 600 до 6000 МГц, а второй — от 24 до 100 ГГц. У каждого из них есть преимущества и недостатки.

5G на частотах от 600 до 6000 МГц с лёгкой руки сотовых операторов и СМИ называют Sub-6GHz. Среди плюсов этой реализации — хорошее покрытие и простое внедрение: операторам достаточно обновить оборудование на уже имеющихся базовых станциях. Среди минусов — лишь незначительный прирост в скорости соединения, то есть пользователи могут не заметить эффекта. Например, если оператор развернёт 5G на частоте 600 МГц, она вряд ли окажется быстрее LTE, работающего с теми же частотами.

Куда более серьёзный прирост в скорости даёт диапазон 24-100 ГГц: с увеличением частоты уменьшается длина каждой волны, таким образом можно передать больше данных за то же время. Например, FM-радио передаёт только аудиозвук на частотах от 87,5 до 108 МГц, а LTE не только транслирует, но и принимает более крупные данные, однако работает на частотах до 2,1 ГГц.

Среди операторов и журналистов 5G на более высоких частотах (30-300 ГГц) прозвали миллиметровыми волнами или mmWave. Это та самая реализация связи нового поколения, которую любят показывать в рекламе и на презентациях: именно она даёт очень высокий прирост скорости по сравнению с 4G. Кроме того, mmWave позволяют использовать более компактные передатчики в смартфонах.

Но у миллиметровых волн есть серьёзный минус: они не способны проходить через почти любые препятствия, включая стены, окна, здания и даже капли дождя. Кроме того, короткие волны не могут распространяться на большие расстояния: на такой частоте потребуется намного больше оборудования, чтобы обеспечить приемлемое покрытие.

На самом деле главным преимуществом 5G может стать вовсе не скорость передачи данных: на бумаге даже 4G-связь должна выдавать гигабитные скорости, однако в реальности этого не происходит даже в идеальных условиях. Потому что на мобильную связь влияет слишком много разных факторов: от загруженности конкретной вышки до искажения сигнала из-за неудачного положения абонента.

Прирост скорости может пригодиться в отдельных сценариях для бизнеса: например, в сотни раз ускорить коммуникацию и сбор данных на предприятии, чтобы потом всё автоматизировать. Но массовым абонентам 5G позволит избавиться от задержки соединения — одного из главных минусов 4G.

Средняя задержка при использовании LTE обычно составляет 50 миллисекунд. Из-за неё при вводе поискового запроса результаты в выдаче отображаются не сразу, а онлайн-игры могут выдавать картинку с временным лагом. Для сравнения: человеческому мозгу достаточно 10 миллисекунд, чтобы обработать изображение, полученное глазами.

По стандарту 5G задержка должна составлять не больше миллисекунды — в 50 раз меньше, чем у LTE. Это может оказаться полезным не только для игр, но и для любых технологий, где важно время отклика: например, для самоуправляемых автомобилей, которые должны реагировать на изменения ситуации мгновенно.

Низкая задержка также может ускорить развитие облачного гейминга. Сейчас для комфортного использования сервисов вроде Google Stadia нужны максимально идеальные условия — лучше всего они работают только при стабильном домашнем интернете. Apple не зря уделила играм столько внимания на презентации: 5G действительно может вывести онлайн-гейминг на смартфонах на новый уровень.

Внедрение нового стандарта важно и для индустрии «интернета вещей» и «умного дома». Сейчас эти устройства работают на разных технологиях — через Wi-Fi, Bluetooth и LTE, а также зависят от их ограничений. 5G позволит серьёзно расширить возможности: к сети можно будет подключить всё — от зубных щёток до уличного освещения, она справится с нагрузкой.

На самом деле 5G во всём мире развивают уже не один год. Требования к стандарту сформировали ещё в 2015 году, а активное коммерческое внедрение началось в 2018 году, когда Verizon запустила сеть в четырёх городах США.

В 2020 году у каждого крупного производителя смартфонов в мире есть как минимум по одной модели устройств с поддержкой нового стандарта. Крупнейшие операторы США, Verizon, T-Mobile и AT&T, заявляют о покрытии почти всей территории Штатов. Об этом же говорят в ряде стран Европы, включая Германию и Великобританию.

В США сети разворачивают как в миллиметровом диапазоне, так и в Sub-6GHz — операторы уже поделили между собой частоты. При этом самый высокоскоростной вариант собираются использовать только в местах массовых скоплений людей — в парках, на стадионах и в аэропортах, а в городской застройке массово запускают лишь медленный вариант 5G.

Одним из лидеров по внедрению 5G остаётся Китай, где в 2019 году запустили 5G сразу в 50 городах. В сентябре 2020 года в стране насчитывалось более ста миллионов пользователей 5G, там уже работают над 6G. Китай быстрее всех развернул сети нового поколения благодаря использованию собственных технологий: местная Huawei — один из крупнейших поставщиков телеком-оборудования в мире, который рано начал осваивать стандарт.

Поначалу именно на аппаратуре Huawei работали почти все 5G-сети во всём мире, но потом китайскую компанию фактически запретили в США — и операторам пришлось отказаться от приобретённых антенн и найти других поставщиков. Примеру Штатов последовали и в европейских странах — из-за этого развёртывание сетей затормозилось: нынешние 5G-станции придётся заменять и закупать новые с нуля.

В России технологию хотели внедрять одними из первых в мире, но операторы столкнулись с административными преградами: выяснилось, что самые востребованные частоты (до 6 ГГц) зарезервированы под военные нужды. Из-за этого развитие 5G в стране за последние годы так и не сдвинулось с мёртвой точки.

Главная проблема заключается в гибкости стандарта: высокие частоты можно использовать только для точечного покрытия крупных предприятий и бизнеса, а самые «удобные» частоты до 6 ГГц, но выше LTE (2,1 ГГц) в разных регионах заняты под разные нужды.

Операторы могли бы выбирать подходящие частоты в зависимости от ситуации, но на это не готовы в правительстве, где одобрили под 5G только два узких диапазона — 4,8-4,99 ГГц и 27,1–27,5 ГГц. Наиболее привлекательным для операторов остаётся диапазон 3,4-3,8 ГГц, под который есть оборудование, он может обеспечить прирост скорости при хорошем покрытии и остаётся самым «свободным».

Однако именно эти частоты уже заняты Минобороны: об этом сообщал Совет безопасности в письме Путину, который согласился с позицией совбеза. Многие операторы отмечали, что диапазон не подойдёт для развёртывания 5G-сетей из-за отсутствия коммерческого оборудования под эти частоты, но правительство всё равно начало расчистку диапазона 4,8-4,99 ГГц, его планируют закончить к 2021 году.

В октябре 2020 года глава Ростелекома Михаил Осеевский также заявил, что связь нового поколения не получится развернуть во всей европейской части России — выяснилось, что диапазон 4,8-4,99 ГГц, предлагаемый властями, на приграничных территориях занят системами «свой-чужой» для самолётов. По его словам, для развёртывания 5G в таких местах потребуется разрешение каждого сопредельного государства. При этом без договорённостей сети нельзя будет строить в радиусе 300 километров от границы.

TJ узнал у «большой четвёрки» российских мобильных операторов, когда ждать появления 5G-сетей в России и уточнил, насколько iPhone 12 совместимы с отечественными решениями. Представители Tele2, «Билайна» и «Мегафона» дали разные прогнозы о запуске 5G в стране, но сошлись в том, что причиной задержки стали власти. В МТС на запрос не ответили.

Если говорить конкретно об iPhone 12, то в России и других странах, не считая США, продаются только модели, работающие с 5G-частотами до 6 ГГц. Сигнал миллиметрового диапазона они ловить не могут — это эксклюзивная американская возможность. При этом региональной блокировки в iPhone 12 нет: если в России развернут сети нужного диапазона, смартфоны смогут с ними работать.

В Tele2 рассказали, что хотели бы развивать сети 5G в диапазоне 3,4-3,8 ГГц, но пока не могут этого сделать «из-за общеизвестных ограничений по доступности спектра». Представители оператора также отметили, что пока нет ни окончательного решения регуляторов, ни нормативных документов в отношении диапазонов для 5G. Из-за этого оператору «сложно предположить», по какому сценарию будет развиваться технология в России.

Как пояснили в Tele2, сейчас у большинства операторов в России 5G развёрнуто только на уровне тестовых зон. Своя пилотная зона есть и у Tele2, она находится в Москве и охватывает Тверскую улицу от Кремля до Садового кольца, а также помещение флагманского салона на Тверской, 25/9.

Тестовая зона Tele2 работает на оборудовании Ericsson с 2019 года и использует миллиметрового диапазон 27 ГГц в режме NSA — формально она развёрнута на базе LTE и якорного диапазона (2600 МГц). При этом подключиться к 5G Tele2 пока можно с помощью специального инженерного смартфона, который подключается к 5G-роутеру.

Представители оператора также отметили, что 5G превосходит сети прошлого поколения по скорости, но стандарт нельзя оценивать только по этому параметру. Tele2 назвал плюсами технологии устойчивость связи для большого количества абонентов на одну базовую станцию, большую ёмкость и быстрый отклик. Кроме того, 5G адаптируется к типу передаваемого контента и может работать на более низких скоростях, чтобы экономить энергопотребление, а потом возвращаться на высокую мощность.

«Удалёнка» во время пандемии спровоцировала рост трафика и увеличению потребности в цифровых сервисах, что привело к новым нагрузкам на 4G-сети, рассказали в Tele2, не раскрыв точные данные. 5G должен разгрузить сети и закрыть пробелы предыдущего стандарта: обеспечит минимальный отклик и даст преимущество технологиям интернета вещей, промышленности, «умного» транспорта, телемедицины и «умного» города.

В Tele2 не смогли объяснить, сможет ли 5G в iPhone 12 работать в России: представители оператора отметили, что в стране пока нет коммерческих сетей, а в тестовых зонах всё меняется от случая к случаю. Теоретически новые модели смогут работать с оборудованием компании на Тверской, но проверить это можно только на месте.

В «Билайне» рассказали TJ, что на первых этапах хотели бы развивать 5G в диапазоне 3,4-3,8 ГГц, а в дальнейшем рассматривают внедрение миллиметровых частот в локальных хот-спотах, где абонент находится в прямой видимости с базовой станцией.

Представители оператора назвали преимуществами 5G более высокие пиковые скорости передачи данных — до нескольких гигабит в секунду, а также низкие задержки при передаче трафика. Это позволяет реализовать сервисы виртуальной и дополненной реальности, развивать облачный гейминг и не только, отметили в пресс-службе «Билайна»

Значительно выше пиковые скорости передачи данных (порядка нескольких Гбит/с). Низкие задержки при передаче трафика делают возможным реализацию сервисов на основе виртуальной/дополненной реальности (VR/AR), развитие облачного гейминга и т.д. Представители оператора также отметили, что ситуация с развитием коммерческих сетей в стране остаётся непонятной.

В «Мегафоне» не смогли уточнить даже примерных сроков запуска 5G в России. В разговоре с TJ представители оператора объяснили, что смогут запустить сети нового поколения после решения «вопроса с дефицитом частотного ресурса». Желающим попробовать 5G оператор предложил съездить за рубеж и перечислил конкретные страны, где работает с сетями в роуминге.

В компании отметили, что 5G обеспечит более высокие скорости мобильного интернета, но основную выгоду от сетей пятого поколения получат промышленность и корпоративные клиенты, а не рядовые абоненты. Для них использование 5G приведёт к увеличению эффективности производства и управления, пояснили в «Мегафоне». Внедрение 5G окажет влияние на развитие самых разных отраслей экономики, начиная с розничных сетей и заканчивая внедрением сложных интеллектуальных систем управления промышленностью, энергетикой и умным городом, считает оператор.

#разборы #5g #iphone12 #apple #iphone #интернет