5g: какие перспективы в россии?

Формирование диаграммы направленности

Формирование луча – это система сигнализации базовых станций сотовой связи, которая определяет наиболее эффективный маршрут доставки данных конкретному пользователю и снижает помехи для соседних пользователей в этом процессе. В зависимости от ситуации и технологии, для сетей 5G есть несколько способов ее реализации.

Beamforming может помочь massive MIMO более эффективно использовать спектр. Основная задача для massive MIMO – уменьшить помехи, передавая больше информации от многих антенн одновременно. На массивных базовых станциях MIMO алгоритмы обработки сигналов прокладывают оптимальный маршрут передачи по воздуху каждому пользователю. Затем они могут отправлять отдельные пакеты данных во многих различных направлениях, отражая их от зданий и других объектов в точно согласованном порядке. Хореографируя движения пакетов и время прибытия, формирование луча позволяет многим пользователям и антеннам в массиве MIMO обмениваться гораздо большим количеством информации одновременно.

Для миллиметровых волн формирование луча используется для решения другого набора проблем: сотовые сигналы легко блокируются объектами и имеют тенденцию ослабевать на больших расстояниях. В этом случае формирование луча может помочь, фокусируя сигнал в концентрированном луче, который отправляется только в направлении пользователя, а не вещает во многих направлениях одновременно. Такой подход может повысить шансы получения сигнала в целости и уменьшить помехи для всех остальных.

Помимо повышения скорости передачи данных за счет широковещательной передачи на миллиметровых волнах и повышения эффективности использования спектра с помощью мощного MIMO, инженеры беспроводной связи также пытаются добиться высокой пропускной способности и низкой задержки, требуемых для 5G, с помощью технологии, называемой полным дуплексом, которая изменяет способ доставки и приема данных антеннами.

Ретрансляция со спутника федеральных телеканалов

В настоящее время Роскомнадзором зарегистрировано порядка 500 земных спутниковых станций связи (ЗССС), работающих в Си-диапазоне. Но этот показатель не учитывает крупнейшего владельца ЗССС в этом же диапазоне — госпредприятие «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» (РТРС). Такие станции работают только на прием и, как правило, не регистрировались.

Узлы РТРС принимают со спутника сигнал двух мультиплексов федеральных телеканалов для его дальнейшего распространения по эфирным сетям. Общее число земных спутниковых станций, которыми обладает предприятие, составляет 6 тыс.

Зарегистрированные ЗССС, в основном, расположены за пределами крупных городов. А вот РТРС на каждой телевизионной вышке, расположенной на территории крупных городов, имеет по два ЗССС. Следовательно, без решения проблемы работы ЗССС в С-диапазоне запуск сетей 5G будет невозможным, предупреждают в НИИР.

В то же время С-диапазон является безальтернативным для тропических и субтропических зон с высокой вероятностью выпадения осадков, но в России такие зоны есть только в узкой полосе на Черноморском побережье. Кроме того, в крупных городах РТРС может заменить ЗССС на оптоволоконные каналы связи.

Почему некоторые сети Wi-Fi говорят, что они «5G»

Чтобы сделать вещи немного более запутанными, люди иногда называют свои сети такими именами, как «My Network» и «My Network — 5G». Это вводит в заблуждение, но не было слишком запутанным до появления стандарта 5G в мобильных сетях. Здесь «5G» – это просто сокращение от «5 Ghz».

Это связано с тем, что маршрутизаторы Wi-Fi, которые поддерживают Wi-Fi 5 ГГц, можно настроить несколькими различными способами. Эти маршрутизаторы могут одновременно работать в сетях 2,4 ГГц и 5 ГГц, что полезно для более старых устройств, которые поддерживают только 2,4 ГГц, или более крупных областей, где устройства могут выходить за пределы диапазона 5 ГГц, но при этом оставаться в диапазоне 2,4 ГГц.

Если обе сети Wi-Fi названы одинаково – например, если обе ваши сети 2,4 ГГц и 5 ГГц названы «My Network» – каждый подключенный смартфон, ноутбук или другое устройство автоматически переключится между сетями, выбрав сеть 5 ГГц или 2,4 ГГц при необходимости. В любом случае, это цель. На самом деле, многие устройства не делают этого должным образом и просто подключаются к сети 2,4 ГГц, или они могут попытаться подключиться к сети 5 ГГц и потерпеть неудачу.

Вот почему пользователи часто настраивают свои маршрутизаторы, чтобы иметь две отдельных имени сети Wi-Fi. Одна из них может быть названа как «My Network — 2,4G», а другая – как «My Network — 5G». Обе размещаются на одном маршрутизаторе, но одна работает на частоте 2,4 ГГц, а другая – 5 ГГц. Затем вы можете выбрать, к какой сети вы хотите подключить ваши устройства.

5G: что это меняет?

В теории максимальная скорость 5G-сети достигает 20 Гбит/сек, то есть она в 20 раз выше, чем в случае 4G. Понятно, что реальные значения несколько отличаются от идеальных: на самом деле скорости колеблются от 50 Мбит/сек до 3 Гбит/сек (у 4G в среднем менее 10 Мбит/сек).

Однако 5G – это не только повышение скорости обмена данными, но и настоящий скачок в увеличении пропускной способности. А оптимизация работы сети в свою очередь обеспечивает совершенно новые возможности для участия в коммуникации сразу огромного количества пользователей. Вместо нескольких тысяч устройств с квадратного километра новый стандарт может вывести в онлайн миллион или даже больше, а значит, и переполненный стадион легко может одновременно участвовать в онлайн-событиях.

Выделяют три основных сферы, которые трансформирует 5G:

1. Улучшенная мобильная широкополосная связь с более высокой скоростью передачи данных. Это способствует внедрению первой версии смартфонов 5G и услуг фиксированного беспроводного доступа;
2. Сверхнадежное соединение с малой задержкой, необходимое для автономного вождения, промышленной автоматизации и приложений удаленной медицинской помощи;
3. Massive Machine Type Control – технология, которая гарантирует, что мобильные сети 5G могут подключать миллионы устройств на квадратный километр, а значит, сможет обеспечить создание и работу умных городов будущего.

Переход на новый стандарт обещает очередную смену парадигмы в пользовательском поведении – в Wi-Fi больше не будет необходимости, виртуальное пространство обретет новые измерения, стриминг выйдет на новый уровень качества, пространство вокруг нас «поумнеет», научиться лучше анализировать и учитывать наши привычки и поведение, чтобы сделать жизнь более комфортной. Технические характеристики 4G не позволяли все это организовать.

Конечно, новый технологический скачок также значительно повлияет на бизнес и трансформирует многие отрасли в связи с потенциальной оптимизацией процессов и издержек, повышением скорости всех транзакций. Появятся бизнес-модели, которые будут лучше отвечать новой среде, расцветут кластеры инновационных приложений и сервисов.

По оценкам аналитиков, в связи с распространением 5G мы будем наблюдать рост глобального ВВП более чем на 2 триллиона долларов и появление новых товаров и услуг совокупной стоимостью более 13 триллионов долларов. Каждую из сфер человеческой деятельности ждут оптимизация и повышение эффективности: например, производства станут на 20-30% более продуктивными, срок службы оборудования увеличится на 20%, обнаружение брака станет на 90% более эффективным и вполовину вырастет эффективность сборки; на 80% сократится количество аварий на дорогах, они станут на 25% менее загруженными, а на ремонте получится сэкономить больше 3,5 миллиардов долларов.

Особенности и принцип работы

В настоящее время, ещё нет устоявшихся практик использования сетей пятого поколения, но уже сейчас можно отметить преимущественно таких особенностей, как:

• полный дуплекс,
• massive MIMO,
• маленькие соты,
• миллиметровые волны с длиной волны 5G от 1 до 10 мм (от 30 до 300 ГГц),
• формирование луча.

К числу минусов можно отнести то, что миллиметровые волны не способны легко проходить сквозь стены зданий, а также серьезно затухают в дождь, снег и листопад. Чтобы это обойти эти особенности 5G, будет использована такая разработка, как малые соты. Это миниатюрные базовые станции, которые будут располагаться каждые 250 метров в зоне покрытия. Подобная сеть из тысяч маленьких ретрансляторов от базовых станций, способа обойти все сложности рельефа и погодных условий. Скорее всего, они будут размещены на зданиях и фонарных столбах.

При прямой видимости, дальность 5G можно оценить в 1-2 километра. В городских условиях России, 300-700 метров. Для профессионалов более детальная информация представлена на график ниже.

Ещё одна новая технология 5G сети – это massive MIMO. Например, существующие базовые станции 4G сегодня поддерживают, в среднем, 12 портов. Восемь портов на передачу данных и 4 порта на приём. Базовые станции сети связи 5G могут иметь 100 портов и соответствующее количество узконаправленных антенн. За счёт этого пропускная способность увеличивается в 22 раза.

Ещё более продвинутыми стандарт связи делает технология beamforming или «формирование луча». Эта система сигнализации, развернутая между базовыми станциями, которая помогает определить и задействовать оптимальный маршрут передачи сигнала к конкретному пользователю. Один из её дополнительных плюсов – это снижение помех в передаче данных при использовании большого количества антенн.

Современные смартфоны должны принимать и передавать данные по очереди, если они работают на одной частоте. Либо, если устройство хочет передавать и принимать сигнал одновременно, оно должно делать это на разных частотах. Принцип 5G таков, что все устройства в рамках этой технологии, могут и принимать, и передавать сигналы одновременно. Эта технология имеет название «полный дуплекс». Это удваивает пропускную способность любой сети передачи данных. Минусом полного дуплекса является неприятный эффект эха. Он возникает, потому что передающая антенна мобильного устройства находится рядом с принимающей антенной, которая ловит этот сигнал. Поэтому, во все устройства, по умолчанию, включается технология эхоподавления.

Поддерживает ли мой смартфон сигнал 5G?

Текущие смартфоны не поддерживают новый стандарт связи, поэтому пользователям придется купить новые мобильные телефоны. В настоящее время, в розничную продажу в России поступают такие модели, как:

1. Huawei Mate Flex,
2. Nokia 10,
3. Samsung Galaxy S10,
4. Xiaomi Mi Mix 3,
5. Motorola Moto Z3,
6. LG V50 ThinQ,
7. ZTE 5G,
8. Oppo F11 Pro.

Кто придумал 5G?

Над стандартом работало множество международных организаций и коммерческих компаний. Формально, автором разработки можно назвать Международный союз электросвязи. Рабочее название проекта для специалистов — IMT-2020.

Безусловно, новый стандарт ожидают самые высокие и радужные перспективы. Как минимум, в развитых странах вроде США, Китая, Южной Кореи и ряда других передовых игроков на этом рынке, включая Россию.

НИИР получил частоты для тестирования 5G

Минцифры
опубликовала протокол заседания Государственной комиссии по радиочастотам
(ГКРЧ), состоявшегося 2 августа 2021 г. Из него следует, что подведомственному
министерству госпредприятию, научно-исследовательскому институту «Радио» (НИИР)
были выделены частоты для научных, исследовательских, опытных,
экспериментальных и конструкторских работ с использованием сотовых сетей пятого
поколения (5G).

Частоты
были выделены в новом, ранее не использовавшимся для сетей 5Gдиапазоне 6,7—6,8
ГГц. НИИР сможет работать с указанными частотами на собственной территории в
Москве.

Где работает сеть

На момент публикации материала МТС предлагала опробовать сеть нового для России поколения, например, на университетской площади у здания МГУ, главной аллее и катке ВДНХ, в «Сколково» в районе ул. Малевича и ТРК «Остров мечты». Список мест, где заработала эта сеть 5G, также включает: Никольский пассаж, Ветошный переулок; Лубянскую площадь, ул. Большая Лубянка, Центральный детский магазин; отель «St. Regis Москва Никольская»; Ул. Большая Дмитровка, Театральный проезд, ул. Кузнецкий Мост, ЦУМ, Петровский пассаж; Москворецкую набережную, Большой Москворецкий мост, Парк Зарядье, Раушскую набережную; Новопушкинский сквер, Тверской бульвар, МХАТ; ЦПКиО им. М. Горького, парк искусств «Музеон», Крымский мост, Фрунзенскую и Пречистенскую набережные; Пресненскую и Краснопресненскую набережные у ММДЦ «Москва-Сити», набережную Т. Шевченко и Кутузовский проспект у моста «Багратион»; смотровую площадку на Воробьевых горах, Троицкий храм, аттракционы Skypark; Ходынский бульвар, парк «Ходынское поле».

Карта покрытия 5G-сети МТС. Нажмите для увеличения

В планы МТС входит увеличение количества зон доступа к 5G и в целом покрытия сети. Сроки появления новых ее участков, в том числе и за пределами Москвы, на момент публикации материала известны не были.

Различия

Многих пользователей интересуют отличия 4G и 5G — в чем разница? Согласно требованиям, скорость передачи данных стандарта 4G должна достигать скоростного значения 100 мегабайт в секунду на мобильном и один гигабайт в секунду на стационарных устройствах. С тех пор как начали разрабатывать технологию 5Джи, считается, что скорость на таком стандарте должна быть еще выше. Но насколько именно еще не известно.

Как отмечается, нет каких-либо установленных норм по технологии 5G интернет, но понятно, что подобная связь будет существенно лучше. Предполагается, что вместе со станциями, размещенными на земле, будут применяться стратосферные станции HAPS. По сути, они представляют собой воздушные судна, парящие в стационарном положении, приблизительно на расстоянии 18-22 километра от земной поверхности — осуществляют работу они как спутники, которые обеспечивают покрытие связи. Это гарантирует прямой канал непосредственно для сигнала и снизить уровень помех, которые создаются высокими конструкциями.

Даже в море, где наземные вышки не могут осуществлять передачу сигнала, покрытие с HAPS вполне возможно. Таким образом, если покрытие стандарта 4G все еще является проблематичным, то для технологии 5G подобных проблем не будет.

Также ясно, что в будущем к сети будет подсоединено значительно больше устройств — большинство из них будут осуществлять работу в соответствии с принципом «всегда онлайн». Заодно достаточно важным показателем будет считаться незначительное потребление энергии. Как известно, реализация ЛТЕ-решений отличается высоким энергопотреблением, и модемные устройства до сих пор являются требовательными к электропитанию.

Возможности и применение 5G в жизни и в бизнесе

Для рядового пользователя в России поколение 5g связи даст возможность загружать фильмы за 15 секунд, использовать устройства виртуальной реальности с полным погружением (например, оказаться на стадионе во время спортивного матча или концерта) или играть в продвинутые многопользовательские игры.

Возможности стандарта 5G позволяют поддерживать устойчивую связь с объектами, движущимися на скорости до 500 км/ч без задержек, что даст возможность создать полноценную инфраструктуру для беспилотного транспорта, будь то поезда, грузовые или легковые автомобили, летательные беспилотники.

В промышленных отраслях это даст возможность массового применения роботов на производстве.

В сельском хозяйстве России будет возможно полностью удаленное управление фермерскими хозяйствами, от комбайнов до автоматизированных коровников и мониторинга полей.

В образовании будут массово распространены устройства виртуальной реальности, позволяющие видеть картинку и манипуляции опытного профессионала своими глазами от первого лица.

В медицине будет возможно проводить удаленные операции. Когда опытный хирург из другого города сможет подключиться к операционной маленькой больницы и произвести сложные профессиональные вмешательства.

Это лишь малый перечень того, для чего нужен 5G в России. После широкого распространения новой технологии, эксперты ожидают полное вытеснение Wi-Fi и домашних роутеров из обихода. Если мобильные сети 5G будут доступны везде, нет смысла в каждой квартире выстраивать отдельную беспроводную сеть.

Отклик и задержка

В 5G значительно уменьшится задержка (вплоть до 1 мс). Если сравнивать с 4G, то там отклик достигает 10 мс. Когда дело касается видеотрансляций, небольшая задержка до пары десятков миллисекунд незначительна, но если речь идет о критических сервисах, здесь в буквальном смысле важна каждая доля секунды.

Благодаря мгновенному отклику и низкой задержке система управления подключенным автомобилем сможет мгновенно реагировать на различные ситуации на дорогах — таким образом получится предотвратить массу аварий и спасти много жизней. Благодаря снижению отклика инженеры смогут реализовать и прочие критические процессы, например, автоматизацию производства, телемедицину, автомобили-беспилотники и т. д.

Полный дуплекс в 5G

Сегодняшние базовые станции и мобильные телефоны полагаются на приемопередатчики, которые должны по очереди передавать и получать информацию на одной и той же частоте или работать на разных частотах, если пользователь хочет передавать и получать информацию одновременно.

С приходом 5G приемопередатчик сможет одновременно передавать и принимать данные на одной частоте. Эта технология известна как полный дуплекс, и она может удвоить емкость беспроводных сетей на самом фундаментальном физическом уровне: представьте, что два человека разговаривают одновременно, но всё еще могут понимать друг друга, это означает, что их разговор может занять вдвое меньше времени, и их следующее обсуждение может начаться раньше.

Некоторые военные уже используют технологию полного дуплекса, которая опирается на громоздкое оборудование. Для достижения полного дуплекса в личных устройств исследователи должны разработать схему, которая может маршрутизировать входящие и исходящие сигналы, чтобы они «не сталкивались» во время передачи и приема данных.

Это особенно трудно из-за тенденции радиоволн распространяться как вперед, так и назад на одной частоте – принцип, известный как взаимность. Но, недавно эксперты собрали кремниевые транзисторы, которые действуют как высокоскоростные переключатели, чтобы остановить обратное движение этих волн, позволяя им одновременно передавать и принимать сигналы на одной и той же частоте.

Недостатком полнодуплексного режима является то, что он также создает больше помех для сигнала через неприятное эхо. Когда передатчик излучает сигнал, этот сигнал гораздо ближе к антенне устройства и, следовательно, более мощный, чем любой сигнал, который он получает. Ожидать, что антенна будет одновременно говорить и слушать, возможно только с помощью специальной технологии эхоподавления.

С помощью этих и других технологий 5G, инженеры надеются построить беспроводную сеть, которая удовлетворит потребности новых смартфонов, VR-геймеров и автономных автомобилей. Уже сейчас исследователи и компании возлагают большие надежды на 5G, обещая сверхнизкие задержки и рекордные скорости передачи данных для потребителей. Если они смогут решить остающиеся проблемы и выяснить, как заставить все эти системы работать вместе, сверхбыстрое 5G достигнет потребителей уже в ближайшие годы.

Альтернативы Google Pixel 5a 5G

Pixel 4a – также доступный и компактный смартфон с хорошей производительностью, который стоит дешевле, но не имеет некоторых возможностей 5a 5G, как ультраширокоугольная камера.

Samsung Galaxy A52 5G предлагает пользователю систему с четырьмя камерами, 120 Гц экран и поддержку microSD.

Несмотря на то что iPhone XR не имеет поддержки 5G и широкоугольной камеры, у него отличное время автономной работы и очень удобная система с одной камерой. Кроме того, Apple будет поддерживать XR ещё несколько лет в обновлениях iOS.

Выбор достойной альтернативы Google Pixel 5a 5G в этом диапазоне невелик, поэтому мне жаль, что в Google решили ограничить выпуск смартфона определёнными рынками.

Тестирование 5G в Москве: где это будет

Также в Москве частоты в диапазоне 3,4 – 3,6 ГГц планируется выделить на территориях «Экспоцентра», «Москва-Сити» и офисного парка Comcity (здесь находятся офисы «Ростелекома» и Tele2).

В каких регионах и в каких диапазонах ГКРЧ планирует выделить частоты для тестирования 5G

Все остальные предполагаемые выделения касаются сразу трех диапазонов: 3,4 — 4,2 ГГц, 4,4 – 4,99 ГГц и 25,25 – 29,5 ГГц. В том числе в Москве планируется выделить частоты в метрополитене и на следующих территориях: ВДНХ, офис МГТС на Петровском бульваре, здание МТУСИ в районе метро «Авиамоторная», зеленоградский завод «Микрон», округ Троицк, парк Зарядье, Сколково, Парк им. М. Горького и парк искусств «Музеон».

Экран смартфона

Мы получаем 6.,43-дюймовую OLED-панель разрешением Full HD, которая отличается высокой яркостью и насыщенными цветами. Для своего сегмента дисплей здесь действительно отличный, хотя частота обновления всего 60 Гц. Пользоваться смартфоном на улице в солнечный день – удобно. После съёмки фотографий вам не придётся искать тень, чтобы оценить сделанное изображение, яркость панели Pixel 5a очень высокая.

Относительно прошлых моделей были улучшены и углы обзора. При использовании Pixel 4a пользователи замечали, что при любом угле наклона устройства, оттенки менялись. У нового Google Pixel 5a 5G таких проблем нет – изображение всегда остаётся одинаковым, практически под любым углом.

После использования смартфона с OLED-экраном возвращаться к LCD-панели вам вряд ли захочется. Чёрные цвета поражают своей глубиной, что даёт особенно сильный эффект в атмосферных играх, вроде Limbo или Blade Runner 2049. Графика в стиле аниме Genshin Impact или пиксель-арт Dead Cells выглядят потрясающе, и даже обычные видео на YouTube смотрятся по-другому.

При активном по умолчанию цветовом профиле покрытие пространства sRGB составляет 119.3%, а DCI-P3 – 84.5%. Оттенки более насыщенные, чем у iPhone SE 2 (111.2% для sRGB), однако, точность цветов у смартфона Apple выше, потому что показатель Delta-E всего 0.2, когда у Pixel 5a – 0.32 (чем ближе к 0, тем лучше). Максимальной яркости можно достичь только в Адаптивном режиме. Здесь она не превышает 500 нит, что удивительно, по сравнению с показателем 680 нит у Pixel 4a и 650 нит у iPhone SE. При этом никаких проблем при использовании в солнечный день я не заметил.

Режим Адаптивной яркости использует искусственный интеллект, чтобы изучить, какую яркость вы предпочитаете при различных условиях освещения. На обучение алгоритмам потребуется некоторое время, хотя в этом случае качественные результаты не гарантированы. У прошлой модели с этой функцией были проблемы, но в Pixel 5a она реализована лучше.

Здравоохранение

С прицелом на будущее технология 5G способна повысить доступность медицинских услуг для населения и в целом увеличить продолжительность жизни человека.

Если в настоящее время фитнес-трекеры уже стали нормой, то с полноценным внедрением 5G носимые устройства (не только браслеты, но и умная одежда и обувь) смогут использовать преимущества высоких скоростей передачи данных и позволят врачам дистанционно контролировать и анализировать параметры пациента и даже мониторить, принял ли он лекарство вовремя. 

5G в медицине позволит сократить время, необходимое для выявления проблем со здоровьем, и повысить точность диагнозов

5G также позволит реализовать дистанционные консультации для пациентов, которые не имеют быстрого доступа к лечебным учреждениям, например, в городах, удаленных от центра региона. Дистанционные консультации могут применяться также для профессиональной подготовки медицинских работников по всему миру, а использование виртуальной реальности с высокими скоростями 5G поможет студентам-медикам практиковать удаленный уход за пациентами в режиме реального времени.

К революционным направлениям, которым 5G открывает большие перспективы, относится роботизированная хирургия. Ее возможности поистине огромны. Например, оператор-хирург может находиться от пациента на расстоянии многих километров и успешно проводить при этом сложнейшие операции с помощью хирургических роботов, виртуальной реальности и тактильных перчаток.