Объяснение: Пять поддерживающих столпов 5G

Следующее большое событие в Интернете связано с самим Интернетом, ну, в некотором смысле. 5G или пятое поколение — это следующее поколение беспроводной связи, преемник четвертого поколения (4G) или LTE. На самом деле, это не первый раз, когда люди замечают такую эволюцию в телекоммуникационной отрасли. Очевидно, что такое происходило почти каждое десятилетие, начиная с первого поколения (1G) — которое дало начало аналоговой системе передачи голоса, второго поколения (2G) — которое добавило возможность отправлять голос и данные вместе, третьего поколения (3G) — которое представило мегабитную скорость интернета и видеозвонки, и четвертого поколения (4G) — которое обеспечивало настоящий мобильный широкополосный опыт с потоковой передачей HD-контента.

Ожидается, что пятое поколение (5G) появится около 2020 года, и предполагается, что оно значительно улучшит скорость передачи данных, увеличит плотность соединений, снизит задержку и обеспечит гигабитные скорости интернета. Хотя оно все еще находится в разработке и не будет доступно для использования в ближайшее время, такие компании, как Nokia, Qualcomm, Ericsson, Samsung и Intel, тратят огромные суммы денег на исследование и разработку 5G. На данный момент на определенном уровне эти исследования и разработки уже оправдали себя, так как Nokia планирует запустить свою платформу “5G first”, направленную на предоставление полного сервиса 5G, Intel утверждает, что выпустит ноутбуки на базе 5G в 2019 году, а Qualcomm также планирует выпустить свои устройства Snapdragon X50 с поддержкой 5G в 2019 году.

С таким потенциалом ожидается, что 5G значительно откроет возможности для AR (дополненная реальность), VR (виртуальная реальность) и IoT (Интернет вещей). Причина, по которой эти услуги смогут максимально использовать 5G, заключается в том, что соединение 5G ожидается с действительно высокой скоростью интернета и очень низкой задержкой (задержка между отправкой сообщения и его получением) — что и требуется для адекватной работы таких услуг, как AR, VR и IoT.

Очевидно, что предоставление высокоскоростного интернета с уменьшенной задержкой требует изменений в способе передачи сигналов и их переносе на большие расстояния. По этой причине исследователи разрабатывают различные технологии, чтобы сделать 5G лучше. Среди этих технологий наиболее важными, которые считаются пятью столпами сети 5G, являются-

1. Миллиметровые волны

Большинство электронных устройств в нашем доме работают на радиочастотных (RF) волнах, которые находятся ниже 6GHz. С каждым днем все больше устройств подключается к интернету, этот частотный диапазон начинает переполняться, что приводит к таким проблемам, как медленная скорость интернета, высокая задержка и большее количество разрывов соединения. Чтобы решить эти проблемы, исследователи экспериментируют с использованием более коротких миллиметровых RF волн, которые обычно находятся в диапазоне от 30 до 300GHz. Причина использования этого диапазона RF спектра заключается в том, что он никогда не использовался ранее, что означает, что он предлагает очень большую пропускную способность для многочисленных устройств, которые у нас есть в интернете.

2. Малые ячейки

Хотя использование миллиметровых волн может решить проблемы с низкой пропускной способностью или другими связанными проблемами, у него есть свои собственные проблемы, которые исследователи должны решить. Чтобы понять, как работают малые ячейки, давайте рассмотрим существующую проблему с использованием RF волн более высоких частот — многие из нас могут знать, что Wi-Fi, который мы используем для подключения к интернету, использует два частотных диапазона, 2.4 GHz и 5 GHz. В большинстве случаев мы используем частотный диапазон 2.4 GHz на наших соединениях (включен по умолчанию), так как волны более низкой частоты, как правило, имеют больший диапазон, чем волны более высокой частоты. Проблема с миллиметровыми волнами аналогична этой проблеме, поскольку мы используем высокочастотные RF волны, которые слабы (имеют короткий диапазон) и не обладают достаточным потенциалом для передачи на большие расстояния без ослабления.

Тем не менее, исследователи нашли способ обойти это, который включает установку тысяч маломощных мини-базовых станций близко друг к другу по сравнению с традиционными беспроводными станциями, создавая релейную сеть и передавая сигналы на большие расстояния. Так же, как миллиметровые волны не могут путешествовать на большие расстояния, они также не могут проникать через объекты, такие как здания, деревья, облака и т. д., что вызывает отражение сигналов от этих объектов и их потерю. Чтобы решить эту проблему, антенны малых ячеек, расположенные на близком расстоянии, действительно могут оказаться полезными, так как они будут переключать базовые станции пользователя, когда они сталкиваются с препятствующим объектом, чтобы обеспечить бесшовный и непрерывный опыт.

3. Массовый MIMO (Массовый вход, массовый выход)

Современная сеть 4G использует базовые станции с дюжиной портов для антенн, из которых восемь портов предназначены для передачи, а четыре порта — для приема. С другой стороны, новый стандарт 5G может поддерживать около ста портов, чтобы разместить больше антенн на одном массиве, что увеличит емкость сети, позволяя ей отправлять и получать сигналы от большего числа пользователей.

В двух словах, MIMO или множественный вход, множественный выход относится к беспроводным сетям, которые используют два или более передатчиков или приемников для отправки и получения данных. С множеством базовых станций поблизости и большим количеством трафика, проходящего через базовые станции, существует большая вероятность интерференции сигналов, что может привести к значительному ослаблению и искажению.

4. Формирование луча

Чтобы противостоять проблеме ослабления и искажения сигнала, вызванным радиусом действия сигналов, передаваемых сотнями портов, используемых на базовых станциях с поддержкой MIMO, исследователи разработали другую технологию, называемую формированием луча. Похоже на светофоры, которые предотвращают столкновения людей, позволяя им по очереди переходить дорогу, формирование луча делает то же самое, но с сетевыми сигналами и пакетами. Оно фокусирует сигнал-луч непосредственно на пользователя, вместо того чтобы транслировать его во всех направлениях, одновременно создавая шаблон передачи сигналов, чтобы большее количество пользователей могло обслуживаться одновременно без потери сигнала. Для этого оно использует алгоритмы на базовых станциях, чтобы отправлять несколько пакетов по региону, отражая их от окружающих объектов, чтобы обеспечить лучший маршрут сигнала и, таким образом, обслуживать множество пользователей, используя технологию MIMO без ослабления и искажения.

5. Полный дуплекс

Современные базовые станции, используемые в сетях 4G, способны общаться в полудуплексном режиме, который является типом связи, при котором подключенные стороны по очереди общаются друг с другом. Проблема с этим типом связи заключается в том, что он не поддерживает одновременную связь между подключенными сторонами (полный дуплекс). Из-за этого базовая станция либо отправляет, либо принимает сигналы в определенное время, чтобы избежать помех. До сих пор существовало два решения для борьбы с этой проблемой: “использование различных частот” и “поочередная работа”.

Тем не менее, с новой сетью 5G, которая использует миллиметровые волны, исследователи должны найти способ маршрутизировать входящие и исходящие сигналы, чтобы они не сталкивались друг с другом. Для этого исследователи разработали переключатели (состоящие из транзисторов), которые временно перенаправляют сигнал, чтобы предотвратить столкновения и помехи. И, как и другие технологии, у которых есть некоторые недостатки, полный дуплекс не является исключением и имеет свои собственные недостатки — отправка и получение сигналов с использованием одной и той же антенны может привести к тому, что возникает назойливое эхо, и для преодоления этой проблемы необходимо найти способ создать сеть без назойливого эха.

С подключением 5G ожидается, что такие технологии, как AR, VR и IoT, будут развиваться и становиться более распространенными и удобными в использовании, что в противном случае было бы невозможно. Чтобы понять применение 5G в развитии этих технологий, давайте рассмотрим сценарий, в котором врачу необходимо провести операцию на пациенте, находящемся на полпути по всему миру. Для этого он использует VR-устройства и роботизированного помощника, находящегося рядом с пациентом. Чтобы сделать эту операцию успешной, абсолютно необходимо иметь сеть без задержек, чтобы не было задержки между моментом, когда врач отправляет команду или операцию, и моментом, когда роботы принимают и выполняют операцию на пациенте.

В дополнение к достижениям в AR, VR и IoT, другие основные преимущества, которые можно сразу ожидать от сети 5G по сравнению с существующими сетевыми соединениями, это-

1. Высокоскоростной интернет
2. Интерфейс с низкой задержкой
3. Улучшенная связь между машинами

В настоящее время 5G разрабатывается и тестируется для запуска к 2020 году, при этом совместимые устройства ожидаются в конце того же года, а сеть будет доступна по всему миру к 2025 году.