5G: не для всей России, но это правильно

Президент Путин поддержал решение Совета Безопасности о сохранении частотного диапазона 3,4-3,8 ГГц, необходимого для создания коммерческих 5G-сетей мобильной связи, в распоряжении Минобороны РФ.

Что такое 5G?

Банальный ответ на этот простой вопрос — это новый стандарт мобильной связи, следующий в исторической линейке 1G—2G—3G—4G. Символ «G» обозначает поколение сетей, а также связанных с ними телефонных аппаратов и стандартов передачи сигналов. Впервые обозначение поколения возникло при переходе на технологию 2G, после чего первое, еще аналоговое поколение мобильных телефонов получило условное название «1G».

Поколение 2G стало первой технологией цифровой мобильной связи, однако в сетях этого поколения так и не удалось добиться полной стандартизации. До сих пор сети 2G существуют в двух стандартах: «европейском» варианте TDMA (известном под маркетинговым названием GSM) и «американском» варианте CDMA, который получил большее распространение в США, Канаде и ряде стран Центральной и Южной Америки. Кстати, в поколении 2G отличились японцы, которые в итоге реализовали свой собственный вариант TDMA, названный PDC и не совместимый с GSM.

Впоследствии сети 2G неоднократно совершенствовались — первый цифровой стандарт в обоих вариантах реализации получился достаточно удачным. Немного подзабытые сейчас аббревиатуры GPRS и EDGE иногда еще называли «2G с половиной» и «2G и три четверти», показывая их близость к тогда уже создаваемому стандарту 3G.

Впрочем, избавиться от «зоопарка» в новых, более мощных сетях 3G так и не удалось, так как сети этого поколения были снова реализованы в двух вариантах передачи сигнала. Правда, на этот раз все-таки победил «американский» вариант кодирования сигнала — CDMA, на основе которого и реализовали оба исполнения стандарта 3G.

Выбор CDMA в качестве основы 3G был неслучаен — этот вариант сигнала больше подходит для передачи данных. А при внедрении сетей поколения 3G впервые оказалось, что абоненты больше используют мобильный Интернет, нежели ведут голосовые телефонные разговоры.

Наконец, последним из уже внедренных поколений мобильной связи является 4G, в котором удалось окончательно стандартизировать передачу сигнала. Нынешний мировой стандарт сетей 4G называется LTE, и на нем работают подавляющее большинство операторов мобильной связи.

Теперь, в отличие от начала 2000-х годов, поездка в США из Европы не сопряжена с покупкой или арендой телефона другого стандарта: один и тот же телефонный аппарат будет работать везде по миру — конечно, при условии наличия роуминга у оператора в стране пребывания или при подключении к местным сетям.

Однако, как ни странно, с внедрением стандарта 4G мучения со стандартами отнюдь не закончились.

Упрямый стандарт

При начале разработки сетей 5G производители в полный рост столкнулись с той же ситуацией, которая впервые появилась при внедрении сетей 3G. Оказалось, что передача данных в сетях 4G уже не просто превосходит голосовые переговоры, но и занимает подавляющую часть трафика.

При этом классические телефоны оказались в явном меньшинстве — большую часть подключенных устройств составляли смартфоны, планшеты, компьютеры и модемы. Более того, внедрение «Интернета вещей» и вовсе грозило сдать голосовую связь в музей, так как «разговаривать» с холодильником или утюгом можно только до приезда санитаров.

Обмен данными между автономными устройствами создал и новые требования к скорости отклика сети и надежности передачи сигнала. Ведь это в разговоре можно сказать собеседнику «повтори, не расслышал» — а у беспилотного большегрузного грузовика, едущего по шоссе под управлением сигнала 5G, такой возможности может и не быть.

Отдельную проблему составило количество автономных устройств — по прогнозам, от сетей 5G потребуется поддержка не менее 1 млн подключений на площади 1 кв. км — это минимум на порядок больше, чем могут обеспечить существующие сети.

Наличие столь жестких требований к сетям 5G обусловило сложность их разработки. Большую их часть удалось обеспечить традиционно — с помощью расширения полосы передаваемых частот. Каждое поколение мобильной связи двигалось «вверх» по частоте, так как более высокие частоты позволяют передать больше информации за единицу времени.

Скажем, если сети 2G—4G работали с дециметровыми и сантиметровыми волнами, то в 5G мы будем имеем дело с гораздо более короткими, миллиметровыми волнами. И это рождает новую неприятную проблему — они плохо проходят через препятствия.

Отсюда вытекает резкое изменение архитектуры сети: если раньше сетевое оборудование можно было разместить на небольшом количестве базовых станций, то теперь антенны нужно втыкать чуть ли не через каждые 100 метров.

Уже подсчитано, что для уверенного покрытия современного мегаполиса сетью 5G потребуется увеличить число базовых станций минимум в 500 раз! Одно это лишает новую сеть универсальности: там, где абонентов мало, например за городом, по-прежнему будут востребованы сети предыдущих поколений.

Частично эту проблему пытаются решить за счет хитростей с передачей сигнала, называемых «формированием луча» (англ. beamforming). В этом случае базовая станция сети 5G «запоминает» положение абонента, а потом формирует сигнал специально в его направлении, пытаясь использовать как прямой луч, так и отражения от препятствий. Однако такая технология хороша лишь для неподвижных объектов, но гораздо хуже работает для пешеходов и тем более автомобилей.

Впрочем, если траектория движения приемника известна с высокой точностью — например, если речь идет о поезде, вагоне метрополитена или грузовике на скоростной автостраде, — то сеть 5G может быть построена с разумными расходами.

Исследования показывают, что для построения такой сети вдоль железнодорожного полотна и уверенного приема сигнала даже в скоростном поезде достаточно установить базовые станции на расстоянии около 800 метров, что сравнимо с расходами на развертывание сети 4G. Такие опытные участки были протестированы в конце 2018 года на линиях скоростных поездов в Японии.

Не просто телефонная связь

Так или иначе, сети 5G открывают массу новых возможностей, которые были недоступны в сетях предыдущих поколений.

Например, в рамках 5G можно реализовать амбициозный проект Connected Сar, который позволяет машинам связываться друг с другом и с базовыми станциями на относительных скоростях до 500 км/час. Такой проект сейчас реализуется европейской ассоциацией 5GAA — он позволит реализовать сразу несколько невозможных в прошлом вещей.

Прежде всего, подобная система может сигнализировать о запрете обгона — для этого ей достаточно «увидеть» транспортное средство на встречной полосе, которое не заметил водитель. Такая система позволит спокойно проезжать перекрестки с ограниченной видимостью, а также сможет сигнализировать о пешеходах и велосипедистах на ночной дороге — конечно, при условии, что те сами окажутся обладателями устройств, подключенных к 5G.

Проект Connected Сar позволяет создавать коридоры для полиции или скорой помощи, предусматривает автоматический обмен дорожной обстановкой (включая видео) между машинами и даже способен обеспечить удаленное вождение транспортными средствами. Все это ведет к созданию совершенно иной транспортной среды — более безопасной и управляемой.

Еще одним инновационным направлением может стать так называемая «Индустрия 4.0». Немецкая ассоциация 5G-ACIA объединяет с 2018 года производственные компании, заинтересованные в использовании 5G в промышленности в целях автоматизации различных операций.

Например, легко автоматизируется труд водителей погрузчиков на больших складах — с помощью 5G один оператор может управлять десятком роботизированных тележек, осуществляя операции погрузки-выгрузки с помощью видеоконтроля и удаленного управления.

Более того, в этом году было продемонстрировано, как хирург-эксперт с помощью сетей 5G наблюдает в реальном времени за ходом онкологической операции, происходящей за многие километры от него, и подсказывает коллегам, как лучше действовать. По мере усовершенствования технологии хирург сможет даже непосредственно управлять хирургическими инструментами.

Интересно и то, что миллиметровые волны стандарта 5G позволят осуществлять эффективную зарядку мобильных устройств на расстоянии нескольких метров от базовой станции. Так что «постоять под антенной» в будущем может означать не только желание побыть в зоне уверенного приема, но и попытку подзарядить сдохшую батарею мобильника.

Другие приложения, основанные на 5G, возможно, выглядят не столь впечатляюще, однако вполне укладываются в выбранное направление развития мобильной связи. 5G-сети, скорее всего, еще сильнее «подвинут» проводной Интернет в предоставлении домашнего доступа к Сети — ровно так же, как это сделала технология 4G. С помощью 5G можно легко обеспечивать мобильной связью массовые мероприятия — ведь этот стандарт гораздо в меньшей степени чувствителен к числу подключенных абонентов. Ну и обычная телефонная связь станет надёжнее и быстрее.

Схватка за сети

1 октября 2018 года компания Verizon официально запустила сеть 5G в США. Открытая в Хьюстоне, Индианаполисе, Лос-Анджелесе и Сакраменто она стала первой коммерческой сетью неограниченного абонентского доступа в мире.

Впрочем, на первом этапе предполагается только предоставление услуг домашнего Интернета с доступом из фиксированных точек — в то время как мобильный Интернет компания лишь только планирует запустить. Почему так происходит, думается, понятно из предыдущего раздела: сеть стандарта 5G — это недешевое начинание, и базовые станции невозможно установить, подключить и настроить за пару месяцев.

Однако, несмотря на столь скромное покрытие первой сети 5G, администрация президента Трампа уже вынашивает планы по национализации американских 5G-сетей для обеспечения их внешнего контроля, а также для «защиты от иностранного влияния». Об этом стало известно из служебного доклада Белого дома, попавшего в американскую прессу в начале весны 2019 года. По мнению экспертов, такой план демонстрирует страх США перед Китаем, поскольку стало очевидно, что Вашингтон стал проигрывать Пекину технологическую схватку за новый стандарт мобильной связи.

За последние годы китайский гигант Huawei стал крупнейшим в мире производителем коммуникационного оборудования, включая оборудование для сетей 5G. Внедрение пятого поколения в Китае тоже уже произошло — 23 апреля было объявлено, что компания China Unicom запустила тестовую сеть сразу в семи городах «Поднебесной», причем сразу в самом сложном варианте мобильного Интернета. В США же сети 5G строятся и дольше, и дороже, чем в Китае: расценки того же Verizon оказались весьма недемократичными — за месячный доступ к 5G абонентам надо выложить без малого 70 долларов.

Проигрывают США и схватку за мировой рынок: скажем, в Германии и Швейцарии сети 5G строят по китайским и южнокорейским технологиям, так как еще одним лидером в отрасли стал гигант Samsung.

При этом у американского Verizon оказалось «рыльце в пушку»: во время внедрения своего 5G они весьма вольно обошлись с интеллектуальной собственностью Huawei в этой отрасли. В итоге китайская компания выдвинула к Verizon судебный иск с обвинением в нарушении 230 своих патентов и потребовала компенсации в 1 млрд долларов.

Впрочем, американцы и тут решили быть умнее всего мира, нарушив собственные правила и принципы. Сенатор Марко Рубио уже подал в Конгресс законопроект, согласно которому компаниям, находящимся на особом контроле властей США (а это как раз «камень в огород» Huawei), не разрешается обращаться в американские суды по вопросам защиты интеллектуальной собственности.

В общем, главная схватка за стандарт 5G еще впереди. Так что покупать смартфоны этого поколения связи пока не время — их конструкция еще не приобрела окончательного совершенства. Да и расценки на 5G пока что будут отнюдь не низкими — так как еще около двух лет уйдет и на создание инфраструктуры, и на совершенствование самой технологии.