Сергей Апресов

Текст

Словосочетание «оборудование пятого поколения» само по себе не гарантирует запредельных скоростей. За термином 5G скрывается целый набор технологий, которые могут использоваться как все вместе, так и в различных комбинациях

Стандарт сотовой связи пятого поколения обещает скорость соединения свыше 100 МБит/с при пиковых значениях до 20 ГБит/с. Время реакции сети будет в пределах 1–10 мс, что открывает путь к системам дистанционного управления, работающим в реальном времени. Машинное зрение и управление беспилотниками может перейти в облака. Пожалуй, главный параметр 5G – число подключений: до миллиона устройств на 1 кв. км. В ближайшие 10 лет к интернету будет подключено свыше 40 млрд приборов.

1. Новый диапазон частот

Впервые за 40 лет мобильная связь выходит на новые радиочастоты. Для 5G планируется использовать сразу два диапазона: низкий (410–7125 МГц) и высокий (24–53 ГГц). Верхний интервал (FR2) практически свободен и очень велик: его ширина — ​29 миллиардов герц! Для сравнения: вся нынешняя сотовая связь ютится в пределах 1,8 миллиарда герц. FR2 даст сверхвысокие скорости передачи данных, необходимые для сверхчеткого видео, виртуальной реальности, облачных вычислений. Однако волны столь высокой частоты не способны распространяться на дальние расстояния и плохо проходят сквозь стены зданий и даже деревья. Широкое покрытие на более скромных скоростях обеспечит низкий диапазон (FR1). Он уже довольно плотно заполнен, и в нем не найти широких полос. Но для многочисленных приборов интернета вещей FR1 — ​именно то, что нужно.

2. Микросоты

Волны диапазона FR2 плохо проходят сквозь препятствия. Поэтому скоростное соединение 5G требует прямой видимости между передающей антенной и пользователем, а значит, базовых станций придется строить много. Чем больше людей подключается к интернету на заданной площади, тем меньше для них оптимальный размер соты. Так называемые фемтосоты (самые маленькие) будут иметь радиус действия в десяток-другой метров и обслуживать от 5 до 30 человек. Минимальная задержка при подключении позволит движущимся пользователям переключаться между небольшими сотами незаметно.

3. Massive MIMO

Диапазон FR2 использует миллиметровые волны, тогда как длина волны в сетях 4G составляет от 13 до 33 см. Чем меньше этот показатель, тем меньше размер антенны, которая может работать в данном диапазоне. Поэтому если в нынешних антенных комплексах MIMO располагается 4 или 8 антенн, то в оборудовании пятого поколения счет будет идти на тысячи (определение MIMO смотрите в заметке про 4G). Такие антенны смогут не только бороться с помехами, но и обслуживать сотни пользователей одновременно.

4. Beamforming

Название технологии переводится как «формирование луча». Базовые станции пятого поколения смогут адресно посылать радиосигнал в нужном направлении. Узкие лучи, предназначенные для разных групп пользователей, не мешают друг другу. «Точечный обстрел» данными требует меньше электроэнергии, чем «ковровая бомбардировка». Формировать луч будут, управляя фазами отдельных антенн Massive MIMO. Фазированная антенная решетка — ​это технология, которая применяется в военных радарах уже больше века. Кроме того, антенные комплексы 5G смогут физически поворачиваться с помощью электроприводов.

5. NOMA

Неортогональный множественный доступ (Non Orthogonal Multiple Access) — ​это развитие технологии OFDMA, которая сильно прибавила скорости сетям четвертого поколения (см. заметку про 4G, стр. 67). NOMA — ​сложный алгоритм, но его суть вкратце можно передать так: пользователи используют одни и те же частотные полосы и даже поднесущие, но делят между собой сигнал по мощности. Один пользователь принимает на свой счет более мощные волны, а другой — ​более слабые.

6. MEC

Облачные вычисления популярны уже сегодня: вместо того чтобы нагружать процессор мобильного гаджета, проще отправить запрос на обсчет удаленному серверу, а затем получить ответ и отобразить его на экране. Технология приграничных облачных вычислений (так можно вольно перевести Multi-Access Edge Computing) предлагает перенести вычислительные мощности ближе к пользователю — ​на границу между гаджетом и сетью. К примеру, облачный вычислитель может стоять прямо в доме или на предприятии: домашний компьютер заберет себе часть забот у мобильных устройств. Серверы MEC могут располагаться на базовых станциях. И лишь самые сложные задачи будут отправляться в традиционные облака в дата-центрах.

Читать на ЦО.РФ

Как работает мобильный интернет Гид по всем поколениям сотовой связи

Миллионы паломников день за днем рвутся туда, чтобы услышать проповедь понтифика. А мэрия раз в десять лет строит для гостей новые многоэтажные отели и комфортабельные трибуны, как будто город резиновый. Эволюция сотовой связи — это история бесконечного уплотнения тесного эфирного пространства

Использованные источники: Материал опубликован в журнале «Цифровой океан» № 3, 2020