5G (от — «пятое поколение») — пятое поколение мобильной связи, действующее на основе стандартов телекоммуникаций (5G/IMT-2020), следующих за существующими стандартами 4G/IMT-Advanced.
Технологии 5G должны обеспечивать более высокую пропускную способность по сравнению с технологиями 4G, что позволит обеспечить бо́льшую доступность широкополосной мобильной связи, а также использование режимов device-to-device («устройство к устройству», прямое соединение между абонентами), более надёжные масштабные системы коммуникации между устройствами, а также меньшее время задержки, скорость интернета 1—2 Гбит/с, меньший расход энергии батарей, чем у 4G-оборудования, что благоприятно скажется на развитии Интернета вещей.
Технология 5G безопасна, что научно доказано, а аргумент против: новизна — достаточное основание для недоверия к безопасности данной технологии — является конспирологическим.
Требования IMT-2020 к кандидату радиоинтерфейса Следующие параметры являются требованиями для технологий радиодоступа 5G IMT-2020. Обратите внимание, что эти требования не предназначены для ограничения всего спектра возможностей или производительности, которых может достичь кандидат на IMT-2020, и не предназначены для описания того, как технологии могут работать в реальных развёртываниях.
+ Возможность Описание Требования Сценарий использования Пиковая скорость передачи данных по нисходящей линии связиМаксимальная достижимая скорость передачи данных при идеальных условиях 20 Гбит/сeMBB Пиковая скорость передачи данных по восходящей линии связи 10 Гбит/с eMBB Пользовательская скорость передачи данных по нисходящей линии связиСкорость передачи данных в плотной городской тестовой среде 95 % времени 100 Мбит/с eMBB Пользовательская скорость передачи данных по восходящей линии связи 50 Мбит/с eMBBЗадержкаВремя прохождения пакета в радиосети 4 мс eMBB 1 мс URLLC Мобильность Максимальная скорость для передачи обслуживания и требований QoS 500 км/ч eMBB/URLLC Плотность подключений Общее количество подключённых устройств на единицу площади 106/км2 mMTCЭнергоэффективность Данные, отправленные/полученные на единицу энергопотребления (по устройства или сети) Эквивалент 4G eMBB Пропускная способность Общий трафик в зоне покрытия 10 Мбит/(с·м2) eMBB Другие требования:
Качество связи; Безопасность для здоровья человека.
Технологии 5G
Новые диапазоны радиочастот Радиоинтерфейс, определённый 3GPP для 5G, известен как New Radio (NR), а спецификация подразделяется на две полосы частот: FR1 (600—6000 МГц) и FR2 (24—100 ГГц), каждая с различными возможностями.
Особенности покрытия FR2 В стандарте 5G предусмотрена работа на частотах 24 ГГц и выше, такой сигнал 5G не способен эффективно работать на расстоянии более нескольких сотен метров между передатчиком и приёмником, в отличие от сигналов 4G или 5G более низкой частоты (до 6 ГГц). В результате базовые станции 5G должны располагаться через каждые несколько сотен метров, чтобы использовать эти высокие частоты. Кроме того, настолько высокочастотные сигналы с большими потерями проникают через твёрдые объекты, такие как автомобили, деревья и стены. Поэтому для обеспечения высокого качества связи базовые станции 5G могут располагаться внутри зданий, и для этого они могут быть спроектированы таким образом, чтобы быть как можно более незаметными, и их было возможно устанавливать в таких местах, как рестораны и торговые центры.
+ Тип ячейки Среда развёртывания Максимальное количество пользователей Выходная мощность (мВт) Максимальное расстояние от станции 5G NR FR2 Femtocell Дома, предприятия Дом: 4-8Предприятия: 16-32 в помещении: 10—100на улице: 200—1000 Десятки метров Pico cell Общественные места, такие как торговые центры, аэропорты,
вокзалы, небоскрёбы от 64 до 128 в помещении: 100—250на улице: 1000—5000 Десятки метров Micro cell Городские районы, для заполнения пробелов в охвате от 128 до 256 на улице: 5000—10000 несколько сотен метров Metro cell Городские районы, чтобы обеспечить дополнительную ёмкость более 250 на улице: 10000—20000 сотни метров Wi-Fi(для сравнения) Дома, предприятия менее 50 в помещении: 20—100на улице: 200—1000 несколько десятков метров
Massive MIMO Одной из ключевых технологий для реализации сетей сотовой связи 5G является использование в составе базовых станций многоэлементных цифровых антенных решётокСлюсар В. И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 1.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу «Электроника: наука, технология, бизнес»). — N1. — 2018. — C. 72 — 77 с количеством антенных элементов 128, 256 и болееСлюсар В. И. Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 2.// Первая миля. Last mile (Приложение к журналу «Электроника: наука, технология, бизнес»). — N2. — 2018. — C. 76 — 80. . Соответствующие системы получили наименование Massive MIMOСтепанец И., Фокин Г. Особенности реализации Massive MIMO в сетях 5G // Первая миля. Last mile (Приложение к журналу «Электроника: наука, технология, бизнес»). — N1. — 2018. — C. 46 — 52..
Формирование луча Формирование луча () используется для направления радиоволн на цель. Это достигается путём объединения элементов в антенной решётке таким образом, что сигналы под определёнными углами испытывают конструктивную интерференцию радиоволн, в то время как другие подвергаются деструктивной интерференции. Синфазное сложение сигналов улучшает отношение сигнал/шум пропорционально количеству антенных элементов, вследствие чего скорость передачи данных может быть повышена. 5G использует формирование луча благодаря улучшенному качеству сигнала, которое он обеспечивает. Формирование луча может быть выполнено с использованием фазированных антенных решёток либо, более эффективно, — без использования фазовращателей с помощью цифровых антенных решёток.
NOMA (неортогональный множественный доступ) Для повышения спектральной эффективности, наряду с пространственным мультиплексированием, в 5G могут использоваться разновидности технологий неортогонального множественного доступа (NOMA) и N-OFDM-сигналов.
Малые ячейки Малые ячейки — это маломощные узлы радиодоступа сотовой связи, которые работают в лицензированном и нелицензированном спектре с диапазоном от 10 метров до нескольких километров. Небольшие ячейки имеют решающее значение для сетей 5G, поскольку радиоволны 5G не могут перемещаться на большие расстояния из-за более высоких частот 5G.
Для реализации системы важно на улице располагать передатчики на высоте выше двухэтажных автобусов. На практике это означает размещение аппаратуры на осветительных столбах, что привело даже к массовым судебным спорам (о цене и праве) в Великобритании.
История В июне 2014 года китайская ZTE и малазийская U Mobile предложили на форуме в Шэньчжэне (Китай) концепцию технологии Pre-5G.
В марте 2015 года на выставке Mobile World Congress в Барселоне ZTE представила базовую станцию Pre-5G Massive MIMO, объединяющую BBU и RRU.
В июне 2015 года Международный союз электросвязи разработал план развития технологии и определил её название — «IMT-2020» — Высокоскоростной интернет по технологии 5G.
14 июля 2016 года Федеральная комиссия по связи США одобрила спектр частот для 5G, включающий диапазоны 28 ГГц, 37 ГГц и 39 ГГц.
В 2016 году оборудование 5G начало эксплуатировать диапазоны частот 28 ГГц в США и 39 ГГц в Европе, с появлением нового оборудования планировалось задействовать и более высокие частоты, сначала — до 60 ГГц, в перспективе — до 300 ГГц.
В 2020 году компания Nokia сообщила о достижении рекордной на тот момент скорости беспроводной передачи (), используя в своём серийном оборудовании 5G-технологию E-UTRA-NR Dual Connectivity— одновременную работу в 5G и LTE (4G) для параллельной передачи данных.
Тестирование
В России первые тесты технологии Pre-5G проведены в июне 2016 оператором «МегаФон» совместно с Huawei. В сентябре оператором МТС при тестировании на канале связи с частотой 4,77 ГГц была достигнута скорость передачи данных 4,5 Гбит/с.
22 сентября 2016 года «МегаФон» совместно c Nokia на бизнес-саммите в Нижнем Новгороде запустили мобильный Pre-5G-интернет. В ходе испытаний была достигнута скорость передачи данных 4,94 Гбит/с. Через построенную сеть передавался панорамный ролик в разрешении 8К Ultra HD (7680×4320 пикселей).
1 июня 2017 года «МегаФон» и Huawei показали возможность передачи данных в сетях Pre-5G со скоростью 35 Гбит/с на частоте 70 ГГц.
В августе 2017 года компании МТС подготовили технологическую платформу (МГТС 10G-PON) для подключения базовых станций 5G в Москве.
28 ноября 2017 года узбекский мобильный оператор Uztelecom совместно с ZTE на базе лаборатории Центра развития телекоммуникаций и персонала завершил лабораторный тест 5G в Ташкенте.
23 января 2020 года МТС Беларусь запустила в Минске пилотные зоны 5G-сети NSA на частотах в диапазоне 3600—3700 МГц, которые работают на инфраструктуре оператора с использованием оборудования Huawei и Cisco. 28 мая 2020 года инфраструктурный оператор beCloud в тестовом режиме запустил сеть 5G NSA. Опытная зона развёрнута в Минске в диапазонах 3500 МГц и 2600 МГц и состоит из двадцати базовых станций. 22 мая 2020 года компании А1 и МТС запустили в тестовом режиме собственные автономные сети 5G SA (StandAlone). Тестовая 5G-сеть от А1 запущена на Октябрьской площади в Минске в партнёрстве с ZTE и работает в диапазоне 3,5 ГГц. Пилотная зона МТС развёрнута в двух диапазонах — 1800 МГц и 3500 МГц в комплексе «Минск-Арена». 25 мая компания А1 совершила первый в СНГ звонок с помощью технологии VoNR (Voice over New Radio) для пакетной передачи голоса в 5G.
Первые коммерческие сети 5G 1 октября 2018 года компания Verizon запустила сеть 5G в четырёх городах США: Хьюстоне, Индианаполисе, Лос-Анджелесе и СакраментоВчера в Хьюстоне, Индианаполисе, Лос-Анджелесе и Сакраменто запустили первую в мире сеть 5G // Популярная механика, 2 октября 2018Verizon запустил первую в мире коммерческую сеть 5G — но ещё не в Нью-Йорке // brightonbeachnews.com — Новости Русского Нью-Йорка, 2 окт 2018.
5 апреля 2019 года Южная Корея стала первой страной в Азии, запустившей коммерческие услуги 5G. Стандарт сначала появился в крупнейших городах, в частности, в Сеуле.
17 апреля 2019 года связь 5G работает в 54 городах Швейцарии.
23 апреля 2019 года было объявлено, что компания China Unicom запустила пилотную сеть связи 5G в семи городах Китая.
30 мая 2019 года British Telecom запустил сеть 5G в Великобритании.
6 июня 2019 года Италия стала третьей страной в Европе, где запустили 5G. Оператором выступила компания VodafoneИталия стала третьей в Европе, где запустили 5G // 3dnews.ru, 06.06.2019.
14 июня 2019 года Vodafone и Huawei запустили сеть 5G в Испании.
3 июля 2019 года технология 5G была запущена в Германии, в городах Бонне и БерлинеВ Германии запущена сеть высокоскоростной мобильной связи 5G // Немецкая волна, 04.07.2020.
19 июля 2019 года LMT запустил сеть 5G в Латвии.
31 октября 2019 года сеть 5G охватила 50 городов Китая, сделав страну лидером по внедрению этой технологииВ Китае внезапно запустили 5G по всей стране // 4PDA. 1.11.2019.
В 2021 году оператором UCell была запущена сеть 5G в Узбекистане.
В 2023 году операторы Tele2/Altel и Kcell запустили сеть 5G в Казахстане.
В России
Развёртывание сетей 5G в России сталкивается с серьёзными препятствиями (в стране пока нет собственного оборудования для них; операторам не готовы выделить самые подходящие для 5G частоты, потому что они заняты силовиками; из-за строгих санитарных норм развёртывание сетей может оказаться в несколько раз дороже, чем в целом по миру и т. д.)Вне зоны доступа. 5G в России под угрозой. Почему развернуть сети в стране оказалось так сложно и дорого? // Лента. Ру, 21 ноября 2020.