Точка джи:
об эволюции поколений мобильного интернета

В середине июня 2016 года «МегаФон» впервые в России представил скорость мобильного интернета, равную 1 Гбит/с. Событие состоялось в рамках Петербургского экономического форума. Это достижение стало первой ласточкой нового поколения мобильной телефонии 5G. Осенью в Нижнем Новгороде в рамках аналогичного тестирования мощности мобильного оператора позволили достичь скорости передачи данных на уровне 4,94 Гбит/с. «Санкт-Петербург.ру» разбирался, зачем пользователю нужны такие высокие скорости, чем 3G отличается от 4G и кто на самом деле двигает вперед развитие мобильного интернета.
Как возможна скорость свыше 4Гбит/сек?
Есть три кита, на которых стоит 5G: очень короткие миллиметровые волны, умные антенны и режим device to device. Теория распространения магнитных волн содержит в себе, казалось бы, неразрешимую дилемму: длинные волны преодолевают многие тысячи километров, но могут переносить маленький объем информации, а короткие волны, напротив, имеют большую емкость, но распространяются на маленькое расстояние. Долгое время разработчики ломали головы, как наделить радиоволну одновременно космической быстротой и значительной емкостью. Наконец решение было найдено: объединить силу сверхбыстрых коротких миллиметровых волн и множества умных антенн, которые помогают волне преодолевать большие расстояния, чем обычно. Это и есть новшество связи 5G — быстро и много.
Фото: techiesprout.com
Антенны зовутся умными, потому что не распространяют сигнал повсюду равномерно, а направляют его туда, где в данный момент находится абонент. При этом антенны, сколько бы их ни было, не перебивают сигналы друг друга. Режим device to device — третий кит — позволяет устройствам обмениваться информацией, минуя базовую станцию.

Телефонный звонок в стандартах 3G и 4G — это очень долгий путь от телефона к телефону через базовую станцию, маршрутизаторы, каналы передачи, центр обработки данных. Чем больше посредников, тем больше задержки: в сетях 3G они могут достигать 60 миллисекунд. В таком режиме невозможно ни выиграть в World of Tanks, ни управлять беспилотными самолетами. Режим device to device позволяет обойтись без посредников и передавать сигнал напрямую от телефона к телефону и уменьшить задержку до 1 миллисекунды. Все эти возможности и обеспечивают главное преимущество 5G — космически быструю передачу данных.
Зачем нужна такая высокая скорость?
В ближайшем будущем к сети смогут подключаться любые вещи - от автомобилей до предметов одежды.
Во-первых, она позволяет хранить любые объемы информации не на громоздких жестких дисках, а в облачном хранилище, и иметь к ним доступ в любое время. Во-вторых, с приходом высоких скоростей открываются перспективы для совершенно новых онлайн-сервисов, в частности так называемого интернета вещей. В ближайшем будущем к сети смогут подключаться любые вещи - от автомобилей до предметов одежды. Разработки ведутся по всему миру, в том числе и в России.

В прошлом году Санкт-Петербургский государственный политехнический университет совместно с компанией Ford анонсировал свою разработку — систему онлайн-коммуникации между автомобилями, которая будет рекомендовать водителю изменить маршрут и скорость, чтобы избежать пробок и аварий. В сетях предыдущих поколений таких возможностей не существовало из-за значительных задержек в передаче сигнала. Связь 5G минимизирует задержки и позволяет добиться максимального эффекта присутствия.
Фото: innovation-village.com
Почему 5G лучше, чем 4G?
В отличие от 5G, стандарт 4G в принципе не предполагает одновременного присутствия многих миллиардов абонентов онлайн, да еще и в круглосуточном режиме. Кроме того, технически 5G реализуется как более гибкая система. Если в 4G пользователь зависит от расположения вышки и ничего не может поделать, если в деревне «не ловит», то 5G задействует сверхбыстрые миллиметровые волны и умные антенны, способные менять направленность в зависимости от потребностей абонентов.

Сети 4G все еще очень зависимы от базовых станций, из-за чего для них остается недоступным такой, казалось бы, простой режим как device to device, который будет доступен в сетях 5G. По своему действию он напоминает Bluetooth: если вы звоните коллеге из соседнего офиса, то между вашими устройствами будет налажена непосредственная связь, без соединения с базовой станцией. Случаи связи на близком расстоянии очень часты, и система device to device позволит значительно снизить нагрузку на сеть.
Всего через пару десятков лет интернет 5G обеспечит полную роботизацию повседневности: машины будут не просто делать все за человека, но предугадывать его желания, анализируя привычки и ежедневные потребности. Такие устройства будут работать в режиме «всегда онлайн», и их количество будет стремительно расти.
Для этого и нужен интернет 5G, с его значительной емкостью сети и большими диапазонами частот, которые вместе дают колоссальную скорость и, что не менее важно, сокращают задержки. В сетях 4G задержки составляют 40-60 миллисекунд, в 5G — около 1 миллисекунды. Это позволит не просто смотреть футбольные матчи онлайн в хорошем качестве, но и управлять беспилотными автомобилями, самолетами и другими роботами.
Когда предыдущие поколения связи — 1G, 2G, 3G и 4G — уйдут в прошлое?
Пока в прошлое ушло только самое первое поколение связи 1G, которое было актуальным в 1980-е годы. К нему относились «скандинавские стандарты» (AMPS, TACS, NMT и другие), которые имели очень низкий диапазон: одной базовой станции хватало, чтобы обеспечить связью половину мегаполиса. Сейчас 1G не в ходу, потому что он позволяет передавать только голос.

А вот телефония 2G (самый распространенный стандарт — GSM), пережившая расцвет в 1990-х годах, уже могла передавать и голос, и данные. Она до сих пор активно используется из-за своей надежности, способности покрывать большие площади и преодолевать любые преграды, включая стены питерских дворов-колодцев. Все «бабушкофоны» и банкоматы работают в 2G. Стандарты 3G и 4G тоже не собираются уходить в прошлое: большинство современных смартфонов поддерживают именно их.
Фото: techrasa.com
В чем принципиальная разница между 2G, 3G и 4G?
Между 2G и 3G лежит целая пропасть. В первую очередь потому, что эти поколения используют разные технологии передачи данных. В 2G информация распределяется по восьми слотам. Когда вы звоните маме, телефонный разговор занимает один слот, а когда выходите в интернет, поток данных бежит сразу по четырем слотам. То есть если в 2G более двух человек одновременно выйдут в интернет (или более девяти позвонят маме), у них возникнут проблемы со связью. Да и скорость у 2G крошечная — всего 256 кбит/с. Открыть веб-страничку можно, но загрузить видео или аудио — уже нет.

Совсем иначе устроена передача данных в 3G (самый распространенный стандарт — UMTS). Информация здесь идет не по отдельным слотам, а по одному общему широкому каналу в виде пакетов. При пакетной передаче объем канала используется более эффективно. Каждый пакетик подвижен, инициативен и стремится занять освободившееся место в канале.

Стандарт 3G развивался и совершенствовался долго: с 1998-го по 2010 год. За это время скорость соединения выросла от 2 Мбит/с до 100 Мбит/с. Казалось бы, чего еще желать? Но и 3G оказался не без изъяна. Если с потоком пакетиков и широкополосным соединением все было придумано отлично, то с базовыми станциями возникли сложности. Чем больше их устанавливали в городе, тем сильнее они мешали друг другу, перебивая сигнал. Словом, неполадки в соединении никуда не делись. Поэтому в начале 2010-х годов был разработан новый стандарт 4G (LTE). Канал в нем значительно шире и все данные, включая голос, передаются при помощи пакетов. С точки зрения и пользователя, и оператора, 4G — более устойчивая, емкая и эффективная система, чем 3G.
Кто придумывает стандарты для поколений мобильной связи?
Стандарты разрабатывают Ассоциация 3GPP, Ассоциация NGMN и другие институции совместно с мировыми поставщиками оборудования и мобильными операторами. Это они решают, что тот или иной оператор достиг определенного уровня и может выпустить на рынок продукт с маркировкой, к примеру, 5G.

Ассоциации — это некоммерческие организации, которые стараются максимально эффективно использовать частотный спектр. Они проводят исследования и объявляют минимальные технические требования для стандарта связи нового поколения. После этого производители начинают выпускать сетевое оборудование, поставщики контента — приложения под это оборудование, поставщики терминалов — телефоны. Все это делается согласованно и по одному стандарту.

Кроме того, у каждого поколения связи есть несколько релизов. Их учет также ведет Ассоциация 3GPP. «Замороженный» релиз считается законченным и больше не дополняется и не совершенствуется. Через два года после «заморозки» начинается выпуск новых моделей телефонов и сетевого оборудования.
Сегодня существует 12 «замороженных» релизов, последний из которых — самая совершенная версия 4G. Таким образом, только спустя два года после «заморозки» первого релиза 5G можно будет ждать первых смартфонов, поддерживающих скорость 1 Гбит/с.
Если стандарты придумывают официальные институции, то развитие оборудования, как ни странно, двигают не ученые и не производители, а сама жизнь. Мобильный интернет прогрессирует, в том числе благодаря мировой индустрии интерактивных онлайн-игр. Играя, скажем, в World of Tanks в 3G, пользователи неизбежно проигрывают. Спрос рождает предложение, и разработчикам приходится успевать за запросами аудитории.
Подписывайтесь на нас в соцсетях

перейти на полную версию сайта
© Создано ОАО Spbnews, 2003-2024