5g наступает. какие опасности на самом деле несёт новая технология

5G в России: угроза технологического отставания

Вести отсчет истории 5G в нашей стране можно с 2015 г., когда министерство коммуникаций и связи заказало у НИИ «Радио» проект концепции развития сетей 5G в России. В 2018 г. власти утвердили национальную программу «Цифровая экономика» с бюджетом в 3,5 трлн рублей. В программе есть показатели, который касаются непосредственно развития сетей связи 5G в России, например, прописано количество городов и отраслей, в которые стандарт 5G должен прийти в ближайшие годы.

В правительстве хорошо осведомлены о том, каким потенциалом для развития экономики и общества обладает технология 5G. Так, вице-премьер РФ Максим Акимов в 2019 г. отметил, что сети 5G нужны медицине, транспорту и обороне больше, чем интернет-пользователям.

Однако в практической плоскости Россия отстает во внедрении 5G как в плане достижения целевых показателей национальных проектов, так и в сравнении с другими странами, где количество абонентов 5G уже исчисляется миллионами. Прогнозируется, что к 2025 г. лидерами по проникновению сетей пятого поколения будут Китай, США, Япония и Южная Корея — там высокоскоростной связью будут пользоваться 36-66% абонентов мобильной связи.

В России, если текущая ситуация с внедрением стандарта 5G не изменится, этот показатель будет равен всего 19%. Технология 5G у нас пока недоступна для коммерческих абонентов, сети пятого поколения действуют только в пределах нескольких тестовых зон. Менее амбициозными стали цели, заявленные в программе «Цифровая экономика». Если изначально планировалось, что сети 5G будут развернуты в 10 российских городах-миллионниках к 2022 г., то теперь более вероятным сроком достижения этого показателя называют 2024 г. Отставание в развитии 5G на несколько лет по сравнению с другими развитыми странами, предупреждают эксперты, грозит России отставанием и в темпах цифровизации экономики, и, следовательно, в ее конкурентоспособности.

Высокоскоростная передача данных определит следующий этап технологической революции. Фото: ru.depositphotos.com

Еще одним барьером, затрудняющим коммерческое использование 5G в России, является регуляторный. Сейчас большая часть оборудования в сетях пятого поколения работает на частотах 3,4-3,8 ГГц, которые используются российскими госслужбами, в том числе — военными и Роскосмосом. Операторам связи предлагают разворачивать 5G в диапазоне 4,4-4,99 ГГц, для которого производится меньше оборудования (как базовых станций, так и оконечных устройств). Это может привести к удорожанию запуска сетей 5G и сложностям с международным роумингом.

Тем не менее, как отечественные операторы связи, так и иностранные поставщики, с оптимизмом смотрят на российский рынок и активно готовят почву для внедрения сетей пятого поколения. Например, летом прошлого года МТС подписала соглашение с Huawei, одним из крупнейших разработчиков и производителей телеком-оборудования и обладателем наибольшего числа важных патентов в сфере 5G. Соглашение предусматривает внедрение технологий и решений 5G и интернета вещей на действующей инфраструктуре МТС, запуск тестовых зон и пилотных сетей для различных сценариев использования, в том числе — на сложных инфраструктурных объектах.

Huawei также готов оказать поддержку в развитии кадров для российской индустрии 5G. В 2019 г. стартовала учебная программа в области 5G для заказчиков, партнеров и студентов. Задачей программы является подготовка 10 тыс. специалистов, а инвестиции китайской компании в проект превысят 50 млн рублей. А наличие линейки оборудования для диапазона 4-4,99 ГГц делает Huawei удобным партнером для российских предприятий на случай, если «золотой» диапазон 3,4-3,8 ГГц так и не расчистят для коммерческого использования.

• Короткая ссылка
• Распечатать

Сеть больших данных и 5G-технология

Огромные объемы и большое количество сложных данных в настоящее время агрегируются разными источниками для отправки в базы данных или для ретроспективного хранения. Для оптимизации такой сети нужно уметь проводить быстрое обследование всей сети передачи больших данных, так как со временем объемы трафика и транзакций увеличиваются. В течение следующего десятилетия вследствие появления огромного количества новых устройств, которые будут подключаться к Интернету, текущая прогнозная инфраструктура будет не в состоянии обслужить этот рост. Поэтому, чтобы справиться с большим объемом трафика, будут необходимы альтернативные технологии и иная инфраструктура обработки; одной из таких технологий является беспроводная 5G-связь. С другой стороны, использование беспроводной связи в качестве основного вида связи будет обусловлено в большей степени пользовательской техникой (в особенности, мобильными устройствами), нежели потребностью в беспроводной сети как таковой. На рис. 5 показано, как выглядит беспроводная сетевая 5G-инфраструктура с высокой пропускной способностью гигабитных сетевых соединений.

Рис. 5. Иллюстрация беспроводной 5G-архитектуры

Технология 5G рассматривается как ключевой фактор для Интернета вещей, а в последующую эру ожидается привязка для подключения к Интернету всего чего угодно, включая даже целые народы. Миллиарды датчиков будут подключаться к безопасным системам: это датчики бытовой техники, медицинских мониторов, дверных замков, автомобилей и различных носимых вещей, таких как умные часы (смарт-часы). Исследователи и аналитики из фирмы Gartner прогнозируют, что количество сетевых устройств, подключенных к Интернету, будет стремительно нарастать от примерно 5 млрд в 2015 г. до 25 млрд к 2020 г. . Чтобы добиться желаемого уровня работы 5G-сети, переносчикам устройств и гаджетов будет необходима поддержка высокопроизводительной сетевой инфраструктуры между мобильными устройствами и большими антеннами, что позволит получать сервис от базовых станций. Переносчики устройств также будут подвигать провайдеров к тому, чтобы базовые станции устанавливались более плотно, даже буквально в нескольких сотнях метров друг от друга, что повысит качество услуг на мобильных устройствах. Сегодняшний телекоммуникационный провайдер использует для общения низкие частоты от 100 МГц до 3 ГГц, а грядущей 5G-сети потребуется эксплуатация более высоких частотных диапазонов. Но радиоволны на высоких частотах куда сложнее передавать на большие расстояния, в особенности если здания и стены блокируют сигнал. Некоторые новые методы, компенсирующие неудобства переносчикам устройств, опираются на передовые антенные технологии. Они включают технологию массивов MIMO (множественный вход множественный выход), которые параллельно посылают много радиосигналов и формируют луч, в котором фокусируется энергия радиоволн по определенному направлению. На рис. 6 показано, как может происходить коммуникация между сетями при использовании различных решений беспроводного доступа.

Рис. 6. Сценарий беспроводного доступа к 5G-сети

В настоящее время на бизнес-модели влияет доступность Интернета и наличие сетевых возможностей. Организации или компании во всех областях предпринимательской деятельности развертывают все более сложное сетевое оборудование и начинают использовать технологии для улучшения связи. Связь является ключевым фактором для удовлетворения требований клиентов, и это большой потенциальный рынок для таких технологий, как 5G. На рис. 7 приведен пример сценария 5G-технологии по доступу к сети, начиная от пользовательских устройств и заканчивая передачей данных в центр обработки больших данных.

Рис. 7. Варианты реализации 5G-технологии по доступу к сети

Страна пилотных зон

Формально РФ уже включилась в строительство 5G, есть пример покрытия сетью пятого поколения небольшого города (проект МТС в Кронштадте). Однако до покрытия коммерческими сетями городов-миллионников пройдет несколько лет. Пока же, до начала практической конверсии частотного ресурса, необходимого для массового запуска сетей 5G, в России можно говорить лишь о тестировании технологий связи пятого поколения на небольших фрагментах опытных сетей.

С мая 2018 года тестовые сети разворачивает «Ростелеком». Первая из них была запущена в Иннополисе в Татарстане, затем ограниченные участки покрытия появились в Сколково (Москва) и в Эрмитаже (Санкт-Петербург). Опытная зона в Иннополисе, по информации оператора, развернута на оборудовании Huawei с элементами технологии 5G Massive MIMO, а для демонстрации возможностей сети используются трансляция потокового видео в формате 4K и прямые эфиры с камеры с охватом 360 градусов, демонстрируемые в VR-шлемах.

Наиболее масштабная программа тестирования 5G операторами «большой четверки» реализуется в Москве. В начале сентября 2019 года во время демонстрации работы опытной зоны в салоне Tele2 на Тверской улице заместитель руководителя столичного департамента информационных технологий (ДИТ) Александр Горбатько сообщил, что все операторы запустят свои тестовые участки по договоренности с ДИТ. В частности, «Билайн» намерен изучать работу технологии в Сколково, МТС — на ВДНХ и в парке Горького, «МегаФон» — в деловом центре «Москва Сити» и возле МГУ, а Tele2 обеспечила покрытие Тверской улицы от Кремля до Садового кольца. Представитель ДИТ уточнил, что «большая четверка» во всех случаях задействует полосу 28 ГГц.

До начала практической конверсии частотного ресурса, необходимого для массового запуска сетей 5G, в России можно говорить лишь о тестировании технологий связи пятого поколения на небольших фрагментах опытных сетей.

МТС развивает 5G и запускает пилотные проекты совместно с Huawei – соответствующее соглашение было подписано перед Петербургским международным экономическим форумом в 2019 году. Оно предусматривает внедрение решений 5G и IoT, доведение коммерческой сети LTE до уровня 5G-ready, запуск тестовых зон и пилотных сетей на инфраструктурных объектах. Уже после ПМЭФ оператор сообщил о покрытии сетью 5G всей населенной части Кронштадта. В сети была достигнута пиковая скорость 1,2 Гбит/с, причем для тестов использовалось коммерческое оборудование. В сентябре 2019-го МТС сообщила о совместном с Nokia и Qualcomm тестировании смартфонов Samsung Galaxy в Москве, в ходе которого удалось зафиксировать скорость в нисходящем канале до 2,1 Гбит/с.

В феврале текущего года МТС подключила тестовые базовые станции 5G в Москве к транспортной сети XGS-PON на основе ВОЛС, ранее построенной МГТС. Речь идет о пилотной зоне, которая в 2020 году охватит большую часть территории ВДНХ. По данным оператора, подключение базовых станций 5G к сетям XGS-PON делает возможным передачу данных на скорости до 10 Гбит/с и выше. Оператор заявил о готовности подключить к магистральной сети «любое количество базовых станций 5G по всей Москве», обозначив единственное условие — решение вопроса с частотным диапазоном.

Tele2 в развитии 5G заручилась поддержкой компанией Ericsson, с которой в рамках Всемирного мобильного конгресса 2019 года в Барселоне было достигнуто соглашение, предусматривающее установку 50 тыс. базовых станций 5G в 27 регионах России, в том числе в Москве и Санкт-Петербурге. С помощью этих базовых станций к концу лета 2019 года Tele2 обеспечила сплошное outdoor-покрытие пилотной зоны 5G в районе Тверской улицы от Кремля до Садового кольца. В ходе презентации тестовой зоны директор центра 5G-инноваций Ericsson Михаил Филимончик представил два сценария использования 5G

Первый — мониторинг дронами критически важной инфраструктуры (нефте- и газопроводов, линий электропередачи, защищенных объектов). В сетях 5G дроны смогут передавать в режиме реального времени 4К-видео и телеметрию с объектов

Второй сценарий — создание инфраструктуры умных городов с подключением к 5G. Так, сеть умных светофоров с датчиками и камерами позволит контролировать дорожный трафик, передавая информацию даже без миллисекундных задержек в диспетчерский центр.

5G и 4G — в чём разница

Со стандартом 4G мы уже сжились и вполне оценили его плюсы. Казалось бы, куда уж лучше. Оказывается, есть куда. Даже простое сравнение главных показателей 4G и 5G даст вам вполне красноречивую картину.

Скорость передачи данных

В сетях 5G пиковая скорость в 20 раз выше, чем у 4G. Пример для наглядности: пока на устройстве с четвёртым поколением вы скачиваете один фильм в качестве Full HD, ваш сосед с 5G за это время загрузит с два десятка таких же фильмов. И пусть это идеальная ситуация, но и при неблагоприятных условиях всё будет примерно так же: сотовые сети 5G окажутся гораздо быстрее.

Задержка сигнала

Это такой зверь, которого особенно «ценят» любители многопользовательских игр и потоковых видео. Задержка — промежуток времени между вашими действиями на гаджете и реакцией на них со стороны приложения, в котором вы работаете или играете. Этот параметр имеет заметное влияние на качество онлайн-игр, видео и аудиоконференций, которые ведутся через мобильный интернет.

У 4G задержка сигнала составляет около 40 миллисекунд, и этого достаточно, чтобы промахнуться в подвижной игре, даже точно прицелившись: пока система отреагирует, противник уже поменяет местоположение и вы промажете при, казалось бы, верном ударе. Это, конечно же, раздражает.

У сетей пятого поколения задержка в идеале составляет одну миллисекунду и не превышает пяти — разница с 4G минимум в восемь раз. Это очень много.

Ёмкость сети

С каждым днём растёт количество мобильных устройств, которые мы используем в разных целях. Смартфоны, планшеты, ноутбуки, фитнес-браслеты, игровые консоли — все они работают через мобильные сети. Интернет вещей сулит нынешним 4G-сетям трудные времена: многочисленные датчики, видеокамеры и прочие устройства, которые активно применяются в умных технологиях, также нуждаются в подключении к мобильной сети. 4G c таким нашествием в обозримом будущем не справится, а вот 5G — вполне.

5G позволяет создать до миллиона подключений на каждый квадратный километр, это на порядок выше, чем у предыдущего поколения сетей.

Ёмкости сети 5G достаточно, чтобы обеспечить связью все наши умные лифты, светофоры, автомобили, медоборудование и т. д. Домашняя сеть 5G избавит вас наконец-то от подвисаний и торможений личных гаджетов и другой техники: ПК, мобильных телефонов, видеокамер, умных холодильников и т. д. — подключайте их хоть все сразу и наслаждайтесь бесперебойной работой.

Энергоэффективность

Сети 5G смогут работать с маломощными устройствами интернета вещей. Множество микродатчиков и сенсоров будут служить автономно месяцами без смены или подзарядки батареи питания

Это важно, так как обеспечить миллионы IoT-устройств доступом к электросети было бы крайне сложной инженерной задачей, часто вовсе не решаемой: она бы свела на нет все плюсы от возникновения интернета вещей

Степень мобильности

Современный человек на месте не сидит и значительную часть своей жизни проводит в движущемся транспорте — и в эти моменты ему тоже хочется выйти в интернет. Особенно когда предстоит провести несколько часов в поезде. Если это пассажирский состав — ещё ладно, но уже для скоростей «Сапсанов» и «Ласточек» современный стандарт 4G не очень хорош. И снова 5G в приоритете — эта связь может нормально работать даже в японских экспрессах, летящих со скоростью 500 км/ч.

Новому поколению сетей не страшно постоянное повышение нашей с вами собственной мобильности, они обеспечат передачу данных без потери качества.

Создание собственного оператора

Все операторские сети 5G построены на оборудовании от нескольких поставщиков. В соответствующем магическом квадранте Gartner — Nokia, Ericsson и Huawei, к ним стараются приблизиться «визионеры» — ZTE и Samsung.

Лидеры рынка оборудования операторского класса 5G

Однако приобретать оборудование у этих вендоров имеет смысл только крупнейшим предприятиям, корпоративные сети связи которых сопоставимы по размеру с телеком-инфраструктурой небольших сотовых операторов. Для 99% компаний в мире этот вариант не подходит — оборудование операторского класса отличается высокой надежностью, однако оно разрабатывалось для крупномасштабных сетей провайдеров, и потому для отдельных предприятий его возможности явно избыточны, а цена — неподъемна.

Кроме того, сложность оборудования 5G операторского уровня настолько велика, что многие телекоммуникационные компании приобретают у его производителей профессиональные услуги для его настройки и запуска. Некоторые операторы и вовсе передают процессы эксплуатации сети и управления ею на аутсорсинг вендору или специализированным сервисным компаниям. Что также недешево.

Внедрение 5G в России

Компания МТС первой среди российских операторов мобильной связи получила лицензию на оказание услуг связи стандарта 5G и готовится развернуть высокочастотные сети в «дальнем» диапазоне 24,25-24,65 ГГц в 83 субъектах. Лицензия будет действовать до 16 июля 2025 года.

Первыми пользователями сети станут бизнес-клиенты и крупные производственные предприятия, но о масштабном покрытии речи нет: частота, прописанная в лицензии, не позволяет привести 5G в каждый дом. По данным «Коммерсанта», Минкомсвязи не может обеспечить приоритет проектам частоты 3,4–3,8 ГГц из-за позиции силовых ведомств.

«Частоты выше 6 ГГц имеют неудовлетворительные характеристики распространения», — говорится в Концепции создания и развития сетей 5G/IMT-2020, которую разработало Минкомсвязи.

Развитие 5G-сетей входит в федеральный проект «Информационная инфраструктура» из национальной программы «Цифровая экономика», но результаты проработки плана оставляют желать лучшего. Концепция внедрения новых стандартов связи не утверждена, операторы не могут надеяться на реализацию проекта из-за бюрократических препятствий, касающихся доступа к жилым домам и рынку электроэнергии.

В итоге Минкомсвязи пока не располагает простыми решениями, которые бы помогли освободить полосу в диапазоне 3,4–3,8 ГГц для гражданского использования сетей нового поколения.

Что дает технология 5G

Если сети 4G способствовали появлению таких компаний, как Uber, Airbnb, TikTok и Netflix, то 5G может оказать влияние совершенно другого уровня. Скорость передачи данных здесь в 20 раз выше, чем у предшественника, и достигает 20 Гбит/с, тогда как 4G дает всего 1 Гбит/с. Эта разница позволяет загружать десятки полнометражных фильмов на устройство за несколько секунд.

Онлайн-игры прекратят виснуть, качество изображения во время видеозвонков станет четким, погружение в виртуальную реальность — полноценным и объемным. C 5G к сети можно будет подсоединять сразу несколько устройств, не опасаясь, что качество сигнала ухудшится.

Иной уровень развития получит интернет вещей: к сети можно будет подключать холодильники, стиральные машины, носимые гаджеты, устройства общения между автомобилями.

В медицине стандарты 5G модернизируют качество услуг. К примеру, импланты для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний смогут отправлять данные врачам автоматически; постоянный доступ в интернет и мгновенная передача сигнала позволят проводить сложнейшие процедуры на расстоянии.

Беспилотный транспорт с помощью 5G перейдет на новый этап развития: автономное управление автомобилями, оснащенными технологиями машинного зрения, станет значительно проще в условиях моментальной передачи данных.

Все эти преимущества могут стать доступны повсеместно уже в ближайшие 20 лет: помимо инженерно-технических вопросов придется решить правовые, то есть разработать единый стандарт 5G, а также политические, то есть урегулировать претензии держав друг к другу по вопросам технологического превосходства. К тому же придется дождаться, когда производители смартфонов подгонят свои устройства под мощности новой сети.

МТС

Один из примеров такой деятельности со стороны операторов — Центр 5G, запущенный МТС в октябре 2019 года. На данный момент Центр работает с девятью стартапами, в том числе двумя иностранными.  В этот список входят:

• Tsuru — решение для управления дронами с использованием технологии 5G;
• VoltBro — система телеприсутствия на основе отечественного шлема виртуальной реальности, подвижной платформы и 5G-передачи данных;
• BID Technologies — система автоматического контроля качества серийной промышленной продукции с использованием технологии искусственного интеллекта;
• Visorcam — сервис передачи спортивной трансляции от первого лица (спортсмена или судьи) с помощью камер, встроенных в спортивную экипировку;
• Ariellium — облачная платформа разработки, генерации и доставки AR-контента;
• LoudPlay — платформа стриминга игр и приложений;
• RobotsCity (Нидерланды) — универсальная облачная платформа для управления роботами;
• Null Real — платформа для точного определения местоположения пользователей внутри помещений в дополненной реальности;
• Doubleme (Великобритания) — система для голографической связи, работающая с AR.

Основатель стартапа Ariellium Андрей Бельский

Он отметил, что для завоевания лидирующих позиций на глобальном рынке в России нужно разворачивать сети пятого поколения так, «чтобы к моменту, когда появятся на рынке телефоны на 5G, ими можно было начинать пользоваться»

Также в Ariellium подчеркнули важность наличия не только полностью развернутых сетей, но и готовых решений, раскрывающих потенциал 5G

«Центр 5G позволяет стартапам сэкономить это время и подготовить свои продукты к запуску сетей нового поколения в коммерческую эксплуатацию», — отметил Денис Панасенко, руководитель Центра 5G МТС. По его словам, стартапы, которые уже сейчас начинают разрабатывать свои продукты в Центре 5G:

• Получают конкурентное преимущество за счет использования новых технологий, которое позволит им занять бóльшую долю рынка. Применение новой технологии связи является прорывным фактором для решения отраслевых задач.
• Выигрывают по времени вывода продукта на рынок — запуск большинства инновационных продуктов с 5G потребует адаптации сети и бизнес-процессов оператора связи.

Панасенко также уточнил, что, к примеру, сервисы, требующие низких задержек (облачный гейминг, использование роботов в производстве) потребуют «установки приложений в периферийном облаке» и приоритезации трафика на сети оператора — работы, которая может занять приблизительно один-два года.

Что известно о влиянии технологии 5G на здоровье человека

— В текущей ситуации с паникой вокруг развертывания 5G-сетей нет ничего нового. Появление каждого нового поколения сотовой связи сопровождается всплесками радиофобии. Но сейчас эти настроения проявляются особенно ярко на фоне пандемии коронавируса.

Конечно, никакой связи между 5G и COVID-19 нет. Сторонники теории заговора утверждают, к примеру, что именно запуск сетей пятого поколения в Китае в ноябре 2019 года привел к эпидемии. При этом они забывают или не знают, что первые сети 5G появились в Южной Корее и США еще в апреле 2019 года. А тестовые зоны еще раньше. Это лишь один из очевидных фактов.

Если же говорить о потенциальной опасности беспроводной связи, в том числе 5G, то ученые тщательно исследуют влияние электромагнитного излучения на живые организмы еще с 50-х годов прошлого века. Есть действительно опасное излучение, его называют ионизирующим. Это глубокий ультрафиолет, рентген- и гамма-лучи. Они могут разрушать ДНК живых организмов. Всё, что находится в более низких диапазонах, в том числе радиоволны, относится к неионизирующему излучению. Оно может воздействовать на живые организмы единственным способом: нагревая их. Но даже для небольшого повышения температуры надо находиться очень близко к мощному источнику излучения.

На этом принципе основана работа микроволновой печи — энергия радиоволн в небольшом закрытом пространстве переходит в нагрев. Но мощность самой простой микроволновки составляет 700 Вт, что в несколько раз выше, чем у передатчика базовой станции (до 40 Вт). К тому же энергия, которая распространяется антеннами базовой станции, быстро рассеивается в открытом пространстве. Надо также отметить, что существуют ограничения по мощности радиоэлектронных средств. В России они составляют 10 мкВт/см2, а на западе — в 100 раз больше! Так что бояться сотовой связи однозначно не стоит.

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.