Миллиметровые волны для 5G: использование диапазона, который никому не был нужен
«5G» – это сокращенное название следующего поколения технологий сотовых сетей, которые будут запущены в 2019 году. Традиция использовать букву «G» в обозначении сетей появилась в 1990-х годах с запуском технологии GSM, которую называли вторым поколением технологий мобильных сетей или «2G». Технология GSM ознаменовала переход от аналоговых технологий к цифровым, и сразу же старые аналоговые сети стали называть сетями первого поколения или «1G.» С тех пор мы получаем новое число перед «G» примерно раз в десять лет, когда происходит какой-то значительный прорыв в технологиях сотовых сетей, и согласитесь, 4G уже поднадоел.
Современные смартфоны используют стандарт «4G» LTE, который функционирует в диапазоне частот от 450 МГц до 5,9 ГГц. Переход на 5G будет включать в том числе улучшения существующей инфраструктуры LTE, но определяющей характеристикой 5G является добавление нового рабочего диапазона — от 24 ГГц до 90 ГГц. Разработчики решили назвать этот новый спектр 5G «mmWave» (миллиметровая волна), и для обеспечения работы в новом диапазоне потребуется как обновление железа на телефоне, так и оборудования на вышках сотовой связи, да и вообще конструкция сетей претерпит большие изменения.
Мы привыкли, что все обновления сопровождаются доказательствами того, насколько всё теперь будет лучше, быстрее и может быть, дешевле, но для продвижения 5G mmWave таких аргументов не было и нет. Поскольку 5G работает на гораздо более высоких частотах нежели LTE, у данной технологии будет масса ограничений: радиосигнал mmWave блокируется не только зданиями и деревьями, но даже вашей рукой. Волны миллиметрового диапазона сильно затухают в дождливую погоду и во время тумана, а часть рабочего диапазона в области 60ГГц может блокироваться даже кислородом. Да, все правильно — обычных воздух, которым мы дышим, может блокировать часть рабочего диапазона 5G сетей.
С таким количеством проблем, миллиметровый диапазон выглядит не самым лучшим вариантом для построения сотовых сетей на его основе, но есть и плюсы: сумасшедшая пропускная способность, низкая задержка, и главное — этот диапазон свободен от всяких там военных, спецслужб и прочего. Его практически не использовали, потому что работать с ним очень сложно, так что если вы все-таки разберётесь со всеми прикладными проблемами, то у вас появится огромное пространство для развития сетей будущего, и именно об этом первым делом упоминают сотовые операторы, когда говорят о технологии mmWave: «Всё будет запутано и сложно, но оно того стоит».
Технология LTE была представлена в 2011 году, и за последние семь лет 4G-смартфоны стали компактнее, быстрее и энергоэффективней. С переходом на 5G, мы потеряем большинство из этих наработок, получив взамен новое, — сырое и дорогое оборудование.
Суровая реальность внедрения технологии 5G
Очевидно, что внедрение 5G потребует определенных жертв в обозримом будущем, но что же мы получим взамен? На 2019 год ответ – «возможно более быстрый интернет», но это зависит от множества факторов. Во-первых, вам нужно быть в городе, где есть 5G покрытие, во-вторых, вам надо быть в месте, где можно поймать сигнал 5G, а потом вы должны ощутить, чувствуете ли вы это повышение скорости?
Поскольку 5G работает на более высоких частотах и обладает более низкой проникающей способностью по сравнению с 4G, просто модернизировать существующие башни будет не достаточно. Для решения проблем распространения высокочастотного диапазона нужно будет строить больше сотовых вышек, в том числе устанавливать репитеры внутри крупных зданий.
Похоже, что о полном покрытии технологией 5G mmWave не идет и речи. Управляющий Qualcomm обрисовал архитектуру 5G сети следующим образом: миллиметровый диапазон будет использоваться только в «плотно застроенных городских районах», во всех остальных местах будет использоваться LTE. Необходимые дополнительные башни для обеспечения работы 5G вероятно не окупятся за пределами городов, так что LTE будет выполнять основную работу, но даже, находясь в городах, где 5G доступен, осуществить покрытие внутри зданий будет сложно из-за препятствий, которые создадут стены. Вам понадобится ретранслятор внутри здания (т.н. фемтосота), ну или вы будете работать с диапазоном LTE. Интересно, что никто в отрасли не утверждает, что LTE уходит в прошлое, а скорее наоборот — произойдет усовершенствование LTE в сегменте «5G».
Таким образом, несмотря на то, что поднимается много шумихи по поводу того, насколько быстрыми могут быть 5G в конечном итоге, реальные модемы 2019 года не предоставят вам десятикратное увеличение скорости, тем более что и LTE постоянно совершенствуется. Чип Snapdragon 855 с встроенным модемом 4G, имеет новую теоретическую максимальную скорость 2 Гбит/с, и это без всяких усложнений, на которые нужно идти при переходе на технологию 5G. Модемы X50 для 5G сетей в паре с несколькими радиочастотными модулями могут удвоить этот показатель до теоретической скорости загрузки в 5 Гбит/с.
Оба эти показателя – теоретическая величина, которую вы не сможете достичь в реальной жизни, но стоит помнить, что вам нужно всего около 0,006 Гбит/с для идеальной потоковой передачи высококачественного видео 1080p при 60 кадрах в секунду. Даже что-то сумасшедшее, например, потоковая передача 4K со сжатием, требует примерно 0,025 Гбит/с, поэтому нынешних скоростей 4G более чем достаточно. Конечно, если мы будем использовать панорамную трансляцию 4K в шлемы виртуальной реальности, то возможно, когда-то мы действительно столкнемся с нехваткой скорости 4G, но не сейчас.
