Технологии 5G

Текст Максат Камысов 

Цифровизацию отдельных отраслей и экономики в целом называют одним из главных приоритетов развития. Часто под этим процессом понимают внедрение современных цифровых решений, обработку больших массивов данных, автоматизацию производства и прочие высокотехнологичные процессы. Однако все это было бы невозможно без одного из ключевых компонентов – связи.

В последние годы на волне цифровизации к сети подключается все большее и большее количество устройств, развиваются и внедряются технологии, которые в обмен на свой широкий функционал выдвигают все более высокие требования к скорости и стабильности сети. В этих условиях критическую важность обретает новое поколение связи – 5G (рис. 1).

Технология. Преимущества и сложности

Технологии 5G за относительно недолгое время своего существования успели обрасти мифами. Фактически они представляют собой очередной этап в развитии стандартов связи. Связь 5G зачастую описывают как воплощение принципа «быстрее, выше, сильнее», однако для того чтобы сформировать более полноценное представление о преимуществах нового стандарта, следует ретроспективно рассмотреть функции предыдущих поколений.

Так, первый этап, который впоследствии был назван 1G, заложил основы сотовой связи и представил мобильные телефоны в аналоговом формате, последовавший за ним стандарт 2G осуществил переход к цифровой связи вместо аналоговой, а также примечательным стало заметное повышение безопасности. 3G ознаменовался обеспечением массового доступа к мобильному интернету, а основной, наиболее широко принятый на сегодняшний день стандарт 4G закрепил преимущества предыдущего, увеличив скорость и объемы передаваемых данных, что привело к расцвету социальных сетей, стриминговых и прочих потребительских онлайн-сервисов, которые глубоко проникли в жизнь обывателя.

Что предлагает поколение 5G по сравнению с текущим поколением и что делает его «быстрее, выше, сильнее»? Насколько быстрее, почему выше и за счет чего сильнее?

Ответ на первый вопрос относительно короткий – с точки зрения пиковых скоростей 5G быстрее 4G в 20 раз. Однако скорость сама по себе мало чем примечательна, на сегодняшний день реальная скорость сетей 5G в большей степени зависит от пропускной способности устройств, которые пока в большинстве своем не готовы к таким скоростям. Так что в полной мере эксплуатировать высокоскоростное подключение мы сможем только тогда, когда появится соответствующее оборудование.

Теперь что касается вопроса, за счет чего достигаются такие скорости и что еще может 5G, но не может текущее поколение: для ответа необходимо обратиться к техническим аспектам. Ключевое отличие состоит в том, что 5G работает в другом диапазоне частот, значительно более широком, чем у 4G. Так, текущее поколение 4G работает на частотах ниже 6 ГГц, в то время как диапазон 5G значительно выше и шире – от 30 до 300 ГГц. Это дает возможность существенно нарастить скорость передачи и увеличить емкость сети, то есть передавать больше данных. На сегодняшний день и в будущей перспективе это имеет критическую значимость, поскольку количество устройств, подключенных к сети, стабильно растет год от года.

Сети 5G – это основа для многих новых технологий, которые преобразуют нашу работу и нашу безопасность сегодня и в будущем. От ИИ до больших данных, 5G обеспечивает массовый обмен данными в режиме реального времени, что лежит в основе машинного обучения и эффективных алгоритмов. В то же время это может увеличить риск эксплуатации и нашу уязвимость перед атаками, поскольку все больше и больше устройств подключается через 5G, от телефонов в вашем кармане до кабин пилотов реактивных истребителей

Мирча Дан Джоанэ, заместитель генерального секретаря НАТО

Еще одно преимущество высокочастотных диапазонов – это четкая направленность сигнала, в то время как вышки 4G излучают сигналы во всех направлениях, в том числе и тех, в которых подключение не требуется. Направленность сигнала способствует тому, что беспроводные устройства, подключенные к сети, могут передавать радиосигналы параллельно, не мешая друг другу. 5G использует сетевую архитектуру network slicing, что в перспективе позволяет логически изолировать сети для выполнения определенных задач (например, одна сеть для передачи видеосигнала, а другая – для управления умным домом), что серьезно снизит вероятность перегрузок сети и задержек передачи сигнала.

Наличие всех этих технологических характеристик приводит к основному преимуществу сетей 5G – возможности разработки и развертывания на основе 5G технологической инфраструктуры и экосистемы с использованием большого количества устройств, способных быстро и безопасно обмениваться информацией. Примеров может быть множество – от системы умного дома в отдельно взятой квартире до обеспечения городской системы видеонаблюдения.

В то же время ничто не совершенно, и для реализации потенциала такой технологии, как 5G, все еще требуется решить некоторые проблемы и задачи. Например, к минусам использования высоких частот можно отнести то, что крайне высокие частоты передают сигнал исключительно в пределах прямой видимости между передатчиком (антенной или вышкой) и приемным устройством. Кроме того, использование высокочастотного диапазона чувствительно к метеоусловиям и другим физическим препятствиям. Это значительно снижает скорость передачи данных. Тем не менее, эти проблемы могут быть решены за счет тщательного планирования и большего количества размещаемых антенн. Однако есть и другие проблемы, в том числе и нетехнического характера.

Несмотря на преимущества и растущий интерес к технологиям 5G, порог вхождения в эту сферу все еще высок, поскольку речь идет о высокотехнологичной отрасли, имеющей определенные «системные требования». Внедрение прикладных решений в первую очередь зависит от двух ключевых факторов – это наличие выделенных необходимых частот и достаточно мощное телекоммуникационное оборудование.

Для удовлетворения первого условия начиная с 2018 года страны активно готовили подходящие под требования диапазона сети. В большинстве случаев для создания инфраструктуры для 5G страны останавливаются на частотах в промежутке от 3,4 до 3,8 ГГц, поскольку именно они обеспечивают оптимальное распространение сигнала и покрытие сетью внутри зданий. Так, в Китае, США, Южной Корее, Великобритании, Канаде, Чехии, Австрии, Германии, Греции, Нидерландах и ряде других стран уже завершился процесс выделения нужных для нового стандарта диапазонов, однако в России с этим возникли проблемы, которые на время затормозили развитие технологии в стране – поскольку частоты между 3,4 и 3,8 ГГц уже заняты, они используются для нужд Минобороны и «Роскосмоса». Однако государство все же выделило российским операторам связи другие частоты, приоритетным определен диапазон от 4,8 до 4,99 ГГц. Россия не единственная использует этот диапазон, до нее преимущественно те же частоты выделили в Японии и Китае. Тем не менее, Минцифры не оставляет попыток прийти к соглашению с силовыми структурами касательно возможности использования «золотого диапазона» 3,4 – 3,8 ГГц. Пока что успеха достичь не удалось.

Нужно отметить, что уже выделенный диапазон, с одной стороны, приближает распространение 5G в России, с другой стороны, имеет один важный нюанс. Проблема состоит в том, что экосистема оборудования с диапазоном 4,8 – 4,99 ГГц на сегодня развита хуже. Это чревато тем, что не все модели пользовательских устройств окажутся готовы работать в потенциальных российских 5G-сетях. Помимо того, в будущем проблемой может стать и то, что в российском диапазоне возникнут проблемы с размещением операторов, что усложнит и значительно повысит цену обеспечения масштабного покрытия сетью. Все это обнажает более комплексную проблему – отсутствие универсальных стандартов сети. Шаги по решению этой задачи, конечно, предпринимаются, но процесс идет медленнее, чем хотелось бы, в том числе и вследствие влияния политического фактора.

Я бы назвал такой мир интегрированным. Сейчас все стремятся к расширению и повышению эффективности мобильной связи. Переход к автономным сетям 5G, в отличие от неавтономных, используемых сейчас, позволит нам воплощать в жизнь масштабные среды Интернета вещей на основе устройств, а также максимально повышать их надежность и сокращать задержки. Это означает, что наши сети объединят в себе возможности фиксированных, мобильных и Wi-Fi-сетей. Разные технологии объединяются в одной интегрированной интеллектуальной сети

Говард Уотсон, главный специалист по безопасности и сетям BT Group

И здесь обнажается еще одна ключевая трудность – недостаток соответствующего телекоммуникационного оборудования и сопутствующие этому нюансы политического характера. В технологическом плане безусловным мировым лидером в отрасли представляется Китай, чьи компании, в частности, ZTE и Huawei, занимают крепкие позиции на мировой арене и используются для создания сетей 5G.

Западные страны пока что отстают от Китая в технологическом отношении, однако испытывают потребность в технологиях, с одной стороны, а с другой – имеют опасения относительно засилия китайских решений. Озабоченность возникает в связи с тем, что внедрение технологий 5G впоследствии предполагает создание сетей из большого количества устройств, что создает дополнительные звенья в системе и приводит к возникновению новых рисков для кибербезопасности.

Сомнений относительно безопасности добавляет и тот факт, что для обеспечения корректной и эффективной работы сетей предполагается предоставление системным интеграторам широкого и глубокого доступа к работе сети – европейские и американские страны не испытывают доверия к китайским поставщикам, поскольку связывают их деятельность с правительством КНР и спецслужбами. Таким образом, рождаются опасения, что Китай может использовать свое телекоммуникационное оборудование для ведения кибершпионажа.

Тем не менее, несмотря на то, что некоторые страны отказываются от уже имеющихся на рынке решений в пользу разработки собственных, что несколько замедляет процесс полномасштабного внедрения 5G, эксперты считают, что страны, обладающие достаточным технологическим потенциалом, смогут преодолеть порог вхождения и получить все те преимущества, которые дает 5G. И этих стран со временем становится все больше. Так, эксперты предполагают, что с учетом складывающихся тенденций внедрение 5G в скором времени станет уже не технологическим преимуществом, но базовой потребностью для цифровизации.

5G сегодня и завтра

Итак, сегодня технологии 5G можно применять для создания инфраструктурной основы сетей связи, а также для разработки различных приложений, сервисов и платформенных решений для бизнеса. По причине новизны технологии многие проекты все еще работают в пилотном режиме, но год от года количество готовых продуктов растет.

Пилотные проекты, использующие сети 5G, реализуются в разных отраслях и решают широчайший спектр задач: от обеспечения корректной работы большого количества умных устройств в домашней сети до применения в медицине – сеть 5G обеспечивает более устойчивое и быстрое соединение. Это позволяет передавать крупные объемы данных без задержек в реальном времени, что критически важно для развития телемедицины. Внедрение 5G в этом направлении приведет к тому, что медики перестанут ограничиваться только дистанционными консультациями, но смогут даже удаленно проводить хирургические манипуляции, и это перестанет быть чем-то из ряда вон выходящим.

Прецеденты уже имеются. Так, например, в Китае в 2019 году с использованием 5G дистанционно провели операцию по имплантации нейростимулятора в головной мозг пациенту с болезнью Паркинсона, хирург при этом находился почти в трех тысячах километров от больницы.

Еще одной областью для использования технологий 5G могут стать, например, спасательные работы, такой опыт уже осваивается в Корее: оператор мобильной связи КТ представил платформу SKYSHIP с поддержкой 5G для дистанционного управления беспилотными летательными аппаратами и роботами, которые выполняют поисково-спасательные операции. В то же время «на земле» спасатели работают в очках дополненной реальности, которые имеют прямую линию связи с врачами в близлежащих больницах для оказания экстренной помощи пострадавшим в катастрофах.