Что такое 5G?

Все операторы связи США уже запустили ту или иную форму сотовой сети 5G. Но что такое 5G и насколько он быстр по сравнению с 4G? Вот что вам нужно знать.

Предполагалось, что новая технология мобильной сети вызовет «четвертую промышленную революцию», согласно Verizon — и это не было сделано. «5G», с которым большинство американцев сталкивались до сих пор, ощущался точно так же, как 4G с новым значком. Однако в этом году AT&T и Verizon включают новые сети — широко обсуждаемый C-диапазон, который вместе с более зрелой сетью среднего диапазона T-Mobile может, наконец, изменить ситуацию.

Вся шумиха вокруг 5G без каких-либо реальных новых впечатлений заставила людей задаться вопросом, в чем же дело. То, что мы видим сейчас, это вообще 5G? Ответ — да — технически. Оказывается, технология 5G и «опыт 5G» — это очень разные вещи, и прямо сейчас в США мы получаем первое без второго.

Однако все начнет меняться. 5G «сверхмощности» T-Mobile выиграл наши тесты Fastest Mobile Networks 2021, показав скорость, намного превышающую 4G, и теперь, когда они запускаются, новые сети C-диапазона начинают менять правила игры для AT&T и Verizon.

Есть даже новый игрок: Dish только что запустила сеть 5G в Лас-Вегасе и обещает к июню охватить более 125 городов.

5G — это инвестиции на следующее десятилетие, и в предыдущих мобильных переходах мы видели, что большинство больших изменений происходило спустя годы после первого объявления. Возьмем, к примеру, 4G. Первые телефоны 4G в США появились в 2010 году, но приложения 4G, изменившие наш мир, появились лишь позже. Snapchat появился в 2012 году, а Uber получил широкое распространение в 2013 году. Видеозвонки по сетям LTE также стали популярными в США примерно в 2013 году.

Поскольку переход на 5G очень сложен и поскольку пандемия продолжается уже два года, на этот раз переход может занять еще больше времени. Ученые из Финляндии, которые помогли разработать технологию 5G, говорят, что, возможно, только в 2027 году мы увидим робототехнику, умные объекты и дополненную реальность, которые нам обещали.

На данный момент первое большое приложение 5G — это идея 30-летней давности: домашний интернет-сервис. T-Mobile и Verizon используют свои сети 5G, чтобы лучше конкурировать с домашним кабельным интернетом, добавляя конкуренцию в очень неконкурентную сферу.

1 г, 2 г, 3 г, 4 г, 5 г

Прежде всего, если вы слышите о 5G Wi-Fi или телефонах AT&T «5G E», они не поддерживают сотовую связь 5G. Вот полное объяснение 5G, 5G E и 5 ГГц: в чем разница?

И если вы слышите, что 5G означает башни миллиметрового диапазона на каждом фонарном столбе, это неправда. Это только одна из трех основных форм 5G, которые мы сейчас наблюдаем.

Буква G в этом 5G означает, что это поколение беспроводной технологии. В то время как большинство поколений технически определялись скоростью передачи данных, каждое из них также было отмечено разрывом в методах кодирования или «радиоинтерфейсами», что делает его несовместимым с предыдущим поколением.

1G был аналоговой сотовой связью. Технологии 2G, такие как CDMA, GSM и TDMA, были первым поколением цифровых сотовых технологий. Технологии 3G, такие как EVDO, HSPA и UMTS, позволили увеличить скорость передачи данных с 200 кбит/с до нескольких мегабит в секунду. Технологии 4G, такие как WiMAX и LTE, стали следующим несовместимым скачком вперед, и теперь они масштабируются до сотен мегабит и даже до гигабитных скоростей.

5G привносит в таблицу три новых аспекта: более крупные каналы (для ускорения передачи данных), меньшая задержка (для более быстрого реагирования) и возможность одновременного подключения гораздо большего количества устройств (для датчиков и интеллектуальных устройств).

Это не полный разрыв с 4G. Всем телефонам 5G нужны сети 4G и покрытие. Сначала все сети 5G использовали 4G для установления своих первоначальных соединений, что называлось «автономным». Сейчас мы начинаем переходить от этого к «автономным» сетям, но без поддержки 4G они теряют значительную производительность. Часть спецификации 5G позволяет телефонам 5G незаметно и незаметно для пользователя комбинировать каналы 5G и 4G. Таким образом, в течение некоторого времени большинство подключений будут объединены в 4G/5G.

Этот симбиоз между 4G и 5G вызвал у AT&T чрезмерный энтузиазм по поводу своей сети 4G. Оператор связи начал называть свою сеть 4G «5G Evolution «, поскольку считает улучшение 4G важным шагом на пути к 5G. Это правильно, конечно. Но формулировка предназначена для того, чтобы сбить с толку менее информированных потребителей, заставив их думать, что 5G Evolution — это 5G, когда это не так.

В то время как 2G и 3G скоро исчезнут, у 4G впереди как минимум десятилетие как часть уравнения 5G. Если вам нужно купить новые телефоны или оборудование, потому что 3G отключается, вы можете быть уверены в 4G.

Как работает 5G

Как и другие сотовые сети, сети 5G используют систему сотовых сайтов, которые делят свою территорию на сектора и отправляют закодированные данные посредством радиоволн. Каждая сотовая площадка должна быть подключена к магистральной сети, будь то проводное или беспроводное транспортное соединение. 5G меняет способ кодирования данных и предлагает операторам гораздо больше возможностей с точки зрения использования радиоволн.

В сетях 5G используется тип кодирования, называемый OFDM, который аналогичен кодированию, используемому в 4G LTE. Однако беспроводной интерфейс рассчитан на гораздо меньшую задержку и большую гибкость, чем LTE.

Новая система открывает «высокочастотные» радиоволны ближнего действия, которые не работали с технологией 4G. Но 5G может работать на любой частоте, что приводит к трем очень разным типам 5G — низкому, среднему и высокому.

5G ненамного быстрее 4G на тех же старых радиоканалах. Вместо этого спецификация 5G позволяет телефонам использовать гораздо более широкие каналы в более широком диапазоне частот. Тем не менее, операторы связи и FCC должны сделать эти более широкие каналы доступными, и именно здесь они в значительной степени потерпели неудачу.

С 4G вы можете объединить до семи каналов по 20 МГц, чтобы использовать в общей сложности 140 МГц спектра. Однако в большинстве случаев телефоны используют частоту 60 МГц или меньше.

С новыми телефонами в низкой и средней полосе 5G вы можете объединить три канала 100 МГц для использования 300 МГц, а поверх этого добавить еще несколько каналов 4G 20 МГц. В высокочастотном 5G вы можете использовать до восьми каналов по 100 МГц. Но если у вас нет эфира, вы не получите скорости.

Операторы также могут гибко распределять каналы между 4G и 5G, используя динамическое разделение спектра (DSS). DSS делает стены между каналами 4G и 5G подвижными, поэтому операторы связи могут разделять каналы между 4G и 5G в зависимости от спроса. Это то, что Verizon использует для своего «общенационального» 5G. Он не высвобождает новые радиоволны для 5G — он просто повторно использует разрозненные материалы 4G, поэтому мы не видели, чтобы DSS 5G предлагал гораздо лучшую производительность, чем 4G.

Низкочастотный 5G работает на частотах ниже 2 ГГц. Это самые старые сотовые и телевизионные частоты. Они идут на большие расстояния, но доступных каналов не очень много, и многие из этих каналов используются для 4G. Таким образом, низкочастотный 5G работает медленно. На данный момент он действует и ощущается как 4G. Низкочастотные каналы 5G имеют ширину от 5 МГц (для AT&T) до 20 МГц (для T-Mobile), поэтому вы можете видеть, что они не шире, чем 4G. Если индикатор сети вашего телефона просто говорит «5G», вы находитесь в низкочастотном диапазоне.

Ситуация усложняется тем, что низкочастотные телефоны AT&T и T-Mobile иногда отображают значки 5G, когда они даже не используют 5G, что затрудняет определение разницы.

Средний диапазон 5G находится в диапазоне от 2 до 10 ГГц. Это охватывает большинство текущих частот сотовой связи и Wi-Fi, а также частоты, немного превышающие их. Эти сети имеют приличный радиус действия от своих вышек, часто около полумили, поэтому в большинстве других стран это рабочие лошадки, передающие большую часть трафика 5G. Большинство других стран предложили каждому из своих операторов около 100 МГц для среднего диапазона 5G.

В США используется несколько различных сегментов среднего диапазона. Некоторые из них спорны; Авиакомпания жаловалась на то, что частота от 3,7 до 4,0 ГГц слишком близка к частоте их радиовысотомеров, которые работают в диапазоне от 4,2 до 4,4 ГГц. Но это не единственная частота среднего диапазона, которую мы используем! Сеть 5G «сверхмощной» T-Mobile работает на каналах до 100 МГц. 2,5 ГГц. AT&T и Verizon только что представили новые сети среднего диапазона, основанные на «C-диапазоне» с частотами от 3,7 до 3,8 ГГц. Позже в этом году AT&T, T-Mobile и Dish расширят покрытие на частотах от 3,45 до 3,55 ГГц. Если индикатор состояния вашего телефона показывает «5G UC», «5G UW» или «5G+», вы находитесь в средней или высокой полосе частот. Нет простого способа определить разницу между средним и высоким диапазоном на вашем телефоне.

Высокочастотный 5G или миллиметровый диапазон — это действительно новый материал. Пока это в основном эфир в диапазоне 20−100ГГц. Эти радиоволны ранее не использовались для потребительских приложений. Они очень короткие; наши тесты показали расстояние около 800 футов от вышек. Но там есть огромное количество неиспользуемого спектра, что означает очень высокие скорости, использующие до 800 МГц за раз. Мы видели скорость более 3 Гбит/с в высокополосной сети Verizon, которую компания называет «сверхширокополосной». К сожалению, в наших тестах Fastest Mobile Networks 2021 мы обнаружили, что сеть Verizon показала только около 3% покрытия в исследованных нами городах. У AT&T и T-Mobile также есть высокочастотный диапазон. Как правило, они описывают это только для горячих точек с высокой плотностью, таких как кампусы колледжей и футбольные стадионы.

Высокочастотные диапазоны ранее использовались для транспортной сети, соединяющей базовые станции с удаленными интернет-каналами. Но раньше они не использовались для потребительских устройств, потому что вычислительная мощность портативных устройств и миниатюрные антенны были недоступны. Сигналы миллиметрового диапазона также затухают быстрее с расстоянием, чем низкочастотные сигналы, а огромный объем данных, которые они передают, потребует большего количества подключений к стационарному Интернету. Таким образом, операторы сотовой связи используют множество небольших базовых станций с меньшей мощностью (обычно с выходной мощностью 2–10 Вт), а не меньшее количество более мощных макроячеек (с выходной мощностью 20–40 Вт), чтобы предложить многогигабитные скорости, которые обещают сети миллиметрового диапазона. Из-за очень быстрого спада волны довольно слабые, когда доходят до вас.

Во многих крупных городах операторы установили эти «малые соты» для увеличения пропускной способности 4G, начиная с 2017 года. В этих городах им просто нужно прикрутить дополнительную радиостанцию ​​к существующему сайту, чтобы сделать его 5G. Однако в других местах идет борьба, когда операторы связи не могут убедить города разрешить им добавлять небольшие соты в пригородные районы. Это похоже на предыдущую борьбу за создание сотовой связи во многих из этих городов.

Verizon пытается расширить свое покрытие 5G в высокочастотном диапазоне, заключая сделки с компаниями, которые создают удлинители и ретрансляторы 5G, такими как Pivotal Commware.

Где доступен 5G?

5G теперь «по всей стране», хотя с очень разными подходами к нему у операторов вы получите разный опыт в разных местах.

Verizon предлагает более медленный «общенациональный» 5G на основе общих каналов 4G, среднеполосный 5G в 46 городских районах и быстрый высокочастотный 5G в более чем 60 городах, с онлайн-картами покрытия здесь. Карта покрытия Verizon объединяет средние и высокие частоты, используя один и тот же цвет. Почти все это покрытие относится к среднему диапазону. Verizon называет свои средние и высокие диапазоны «5G UW» или «сверхширокополосным».

T-Mobile в настоящее время имеет общенациональный низкочастотный 5G и более быстрый среднеполосный 5G, который охватывает большую часть населения страны, с поиском покрытия здесь, и некоторые ограниченные высокочастотные диапазоны, для которых я не смог найти недавнее обновление покрытия. Он называет свои средние и высокие диапазоны «5G UC» или «сверхмощность 5G».

У AT&T есть медленные низкочастотные диапазоны на большей части страны, средние диапазоны в нескольких городах и высокочастотные диапазоны в ряде «мест», таких как стадионы и кампусы. Он называет низкочастотный диапазон «5G», а средний и высокочастотный диапазон — «5G+».

Какие телефоны 5G выходят?

Телефоны 5G сейчас широко распространены; ожидайте, что любой телефон стоимостью более 300 долларов будет его поддерживать. Вот список телефонов Verizon, поддерживающих средний диапазон 5G. AT&T имеет аналогичный список, но добавляет Galaxy A13 5G. Все телефоны T-Mobile 5G поддерживают средний диапазон.

Низко- и среднеполосный 5G дешевле в реализации, чем высокочастотный 5G, поэтому многие телефоны AT&T и T-Mobile не имеют высокочастотного 5G. У меня двоякое мнение о том, важно это или нет. Чем больше технологий, тем лучше, и компании владеют большим количеством высокочастотных радиоволн. Но они крайне сдержанно рассказывают о том, что планируют с ними делать, поэтому неясно, какое преимущество высокочастотный диапазон даст вам в телефонах AT&T и T-Mobile. Если вы хотите расставить все точки над i, OnePlus 9 Pro; серии Galaxy S21 и S22; Galaxy Z Flip3 и Fold3; Galaxy Note 20 Ультра; серии iPhone 12 и 13; Пиксель 5; а модели Pixel 6 и 6 Pro от Verizon и AT&T имеют высокочастотный диапазон.

Вы можете ознакомиться с нашим текущим списком лучших телефонов 5G, чтобы узнать больше.

В других странах есть еще больше телефонов 5G, включая модели от Huawei, Oppo, Realme, Xiaomi и других. Как правило, они не работают в сетях 5G США, потому что не поддерживают полосы частот; они используют европейские и азиатские среднечастотные системы, которых в США нет.

Безопасен ли 5G?

Да. Онлайн-теории заговора обвиняют 5G во всем, от рака до коронавируса, но они, как правило, разваливаются при малейшем прикосновении к реальным фактам. Низкочастотные и среднечастотные сети 5G основаны на радиочастотах, которые использовались десятилетиями. В низкочастотном диапазоне 5G используются диапазоны УВЧ-телевидения, которые используются с 1952 года. Средний диапазон Sprint используется как минимум с 2007 года; его части были впервые использованы в 1963 году.

Авиакомпания недавно выразила обеспокоенность по поводу новых сетей C-диапазона AT&T и Verizon, заявив, что частоты слишком близки к тем, которые используются радиовысотомерами, которые оценивают расстояние самолетов от земли. Между сотовыми сетями в диапазоне от 3,7 до 3,8 ГГц и высотомерами в диапазоне от 4,2 до 4,4 ГГц находится полоса пропускания 400 МГц, но в некоторых моделях высотомеров отсутствуют фильтры для блокировки сигналов на других каналах. FAA и FCC разрабатывают компромиссы для решения этой проблемы, включая сертификацию моделей высотомеров с фильтрами и создание «запретных зон» без C-диапазона вблизи подходов к аэропорту.

Наибольшие опасения по поводу 5G в США, как правило, связаны с высокочастотным или миллиметровым диапазоном 5G. Это тип малой дальности, для которого требуется множество небольших сотовых узлов, поэтому инфраструктура становится более заметной, чем раньше. Ирония в беспокойстве о том, что миллиметровые волны поджарят ваши клетки, заключается не в том, что они слишком сильны, а в том, что они слишком слабы: они блокируются листьями, стенами, стеклом, автомобилями, одеждой и кожей.

Уровни мощности чрезвычайно важны. Bluetooth и микроволновые печи работают на одной частоте. Поскольку сигналы миллиметрового диапазона технически называются микроволнами, некоторые люди убеждены, что они в буквальном смысле являются микроволновыми печами, которые поджарят нас. Но светлячок — это не паяльная лампа, а системы 5G больше похожи на светлячков.

Исследования миллиметровых волн показали, что он плохо проникает через кожу человека и что его самый сильный эффект на уровнях мощности выше, чем у любой сети 5G, заключается в том, что он делает вещи немного теплее. На уровнях, которые используют сети 5G, нет заметного влияния на людей.

Вот полная история о том, почему 5G безопасен.

Для чего нужен 5G?

Первым крупным приложением 5G является домашний интернет. И T-Mobile, и Verizon продают услуги домашнего интернета на основе своих сетей среднего и высокого диапазона 5G. Домашние абоненты обычно используют сотни гигабайт в месяц, больше, чем способны выдержать наши сети 4G. Сети 5G обладают достаточной пропускной способностью, чтобы удовлетворить этот спрос.

Операторам легче развернуть домашний интернет 5G, чем поквартирные оптоволоконные линии. Вместо того, чтобы перекапывать каждую улицу, операторам связи достаточно проложить оптоволокно к сотовому узлу через каждые несколько кварталов, а затем предоставить клиентам беспроводные модемы. У нас есть обзор службы домашнего интернета 5G от T-Mobile, которая пока лучше, чем DSL, но не так хороша, как оптоволокно.

Но домашний интернет не новинка. По-настоящему новые приложения ждут широкого покрытия 5G, которое заметно быстрее, чем 4G, а задержка среднего диапазона AT&T и Verizon означает, что мы просто еще не достигли этого.

Удаленное пилотирование роботов и дронов — еще одно применение 5G, которое мы начинаем видеть. Поскольку 5G имеет меньшую задержку, чем 4G, удаленные пилоты могут управлять транспортными средствами на расстоянии без задержек, а поскольку 5G имеет большую пропускную способность, они могут получать надежные видеопотоки с нескольких камер, чтобы видеть, куда они направляются. В Торонто роботы-доставщики Tiny Mile доставляют закуски в пилотной сети Bell 5G.

Verizon продемонстрировала беспилотные летательные аппараты с дистанционным управлением, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве и тушении пожаров, используя 5G для отправки видео и данных датчиков.

Это также станет ключевым элементом в беспилотных транспортных средствах. Самоуправляемые автомобили будут взаимодействовать с умными дорогами, светофорами и другими транспортными средствами, и им, возможно, придется перераспределять часть своей вычислительной мощности на более крупные соседние компьютеры — все это работает достаточно быстро, чтобы предотвратить столкновения, если вы находитесь на низкой скорости. -латентность в сети 5G, а не в 4G.

В то время как все автомобили обмениваются очень маленькими пакетами информации, им нужно делать это почти мгновенно. Именно здесь в игру вступает задержка менее одной миллисекунды 5G, когда пакет данных проходит прямо между двумя автомобилями или отскакивает от автомобиля в небольшую ячейку на фонарном столбе к другому автомобилю. (Одна световая миллисекунда составляет около 186 миль, поэтому большая часть задержки в 1 мс по-прежнему приходится на время обработки.)

Что касается мультимедиа и игр, не думайте о 500 Мбит/с, подумайте о том, что вы можете сделать, если у вас есть надежные 100 Мбит/с. В этом случае 5G — это повышение минимальной скорости соединения, чтобы обеспечить несколько высококачественных потоков и быстрое переключение между камерами с малой задержкой.

Verizon продемонстрировала опыт НФЛ, где зрители могут переключаться между семью высококачественными камерами во время игры. Белл в Канаде установил десятки камер вокруг хоккейной арены, чтобы вы могли плавно наблюдать за происходящим на 360 градусов.

Люди, находящиеся на этих аренах, особенно выиграют от 5G, поскольку он может обрабатывать больше подключений одновременно с 4G. В многолюдных местах, таких как концерты, спортивные игры и парады (если мы когда-нибудь вернемся к любому из них), сеть 5G не будет «задыхаться», как сеть 4G.

Ходят слухи о том, что 5G играет роль в дополненной реальности и «метавселенной». Идея состоит в том, что если вы собираетесь носить очки дополненной реальности на открытом воздухе, видеть рейтинги бизнеса, всплывающие над входными дверями ресторанов, и разговаривать с голографическими призраками людей, идущих рядом с вами, вам понадобится низкая задержка и предлагает надежную скорость 5G.

Но я также хотел бы подчеркнуть, что мы не знаем, каким будет большое приложение 5G. Когда появился 2G, многие аналитики думали, что четкая голосовая связь станет его главным двигателем, но текстовые сообщения оказались новым крупным бизнесом. 4G был введен с модемами для ноутбуков, но на самом деле оказалось, что телефон загружает и скачивает видео. Как только высококачественный 5G станет действительно широко распространенным, обязательно появятся неожиданные новые приложения.

Чтобы быть в курсе 5G, подпишитесь на нашу еженедельную рассылку. А если вы смотрите в будущее, прочитайте наше объяснение 6G, чтобы оставаться на шаг впереди.