5G в большом городе

Мобильная сеть пятого поколения 5G считается одной из наиболее перспективных технологий, которая в ближайшее десятилетие должна коренным образом изменить нашу жизнь. На сегодняшний день количество работающих сетей 5G в различных странах мира перевалило за сотню, однако в России данная технология забуксовала. Камнем преткновения стал частотный диапазон. Дело в том, что частоты 3,4-3,8 ГГц, которые используются во всем мире для развертывания сетей пятого поколения, в России заняты военными ведомствами, и перепрофилировать их для нужд сотовых операторов никто не торопится. Тем не менее, некоторые операторы получили разрешение на развертывание тестовых сетей в других диапазонах. Одну из таких сетей – в диапазоне 28 ГГц - на улице Тверской в Москве построил оператор Tele2. Журналист портала Киров.ru отправился в Москву для того, чтобы протестировать работу тестовой сети и побольше узнать о том, какие изменения принесет с собой появление пятого поколения мобильной связи.

Откуда взялся 5G?

Для того, чтобы понимать, чем в принципе является сеть пятого поколения, необходимо устроить небольшой экскурс в историю. Поколения связи всегда являлись прямым продолжением требований, которые пользователи мобильных телефонов предъявляли к услугам сотовых операторов. Так, на заре появления сотовых телефонов единственным требованием к ним была возможность звонить. Именно поэтому первое поколение мобильной связи обеспечивало прямую передачу голосового потока и не обеспечивало даже элементарное шифрование. Таким образом, во времена сетей первого поколения было возможным подслушивать чужие разговоры при помощи элементарного перехватывающего устройства.

По мере более широкого распространения сотовой связи, когда пользователи стали передавать все больше и больше ценной информации через мобильные телефоны, появился запрос на безопасность передачи данных. Так появилось второе поколение сотовой связи, которое отличалось от первого наличием шифрования потока информации, а также большей шириной канала, которая позволяла передавать с телефона не только голосовой поток, но и небольшой объем данных.

С развитием скоростного интернета у пользователей сформировался запрос на более высокую скорость получения и отправки данных со своих мобильных устройств. Так, например, популярные в то время коммуникаторы BlackBerry позволяли офисным работникам работать с электронной почтой, календарем и ежедневником, не находясь при этом на рабочем месте, однако скорость работы этих приложений через сети второго поколения оставляла желать лучшего. Ответом на этот запрос стало появление третьего поколения связи - 3G, которое обеспечило широкополосный доступ в интернет с мобильных устройств со скоростью до 14 Мбит/с. Именно появление третьего поколения мобильной связи считается своеобразной точкой отсчета, после которой люди начали ходить, "уткнувшись в смартфон", вместо того, чтобы общаться друг с другом вживую.

Очень скоро пользователям стало не хватать и тех скоростей передачи данных, которые могла обеспечить связь третьего поколения. В ответ на эти потребности пришла связь четвертого поколения, которая повысила максимальную ширину канала до 150 Мбит/с и позволила одновременно подключать большее число устройств. Интересной особенностью сети 4-го поколения является то, что она изначально не поддерживала передачу голосового потока и была предназначена исключительно для передачи данных. Лишь позднее передача голоса в сети 4G был реализована с помощью технологии VoLTE. Поскольку сеть четвертого поколения позволяет обеспечивать быструю передачу видео в высоком разрешении, именно с ней принято связывать взрывной рост популярности видеосервисов вроде YouTube, а также добавление видеофункциональности в традиционные социальные сети.

 Почему 5G - это перспективно?

 Сейчас потребителям мобильной связи вновь стало мало тех скоростей и количества подключений, которые может обеспечить четвертое поколение связи. Речь в данном случае идет не столько о простых пользователях смартфонов, сколько о государственных структурах и бизнесе. Дело в том, что стремительное развитие информационных технологий привело к появлению огромного числа подключенных к интернету устройств. Помимо очевидных автомобилей, общественного транспорта и «умных» устройств, к интернету могут быть подключены сельскохозяйственная техника вроде тракторов и комбайнов, бурильные установки, работающие в опасных для человека условиях, и даже датчики показателей воды в марифермах.

Так, например, уже сейчас сети четвертого поколения используются в рудниках для подключения к интернету транспортных средств, которые передвигаются внутри шахт. Пока эти машины управляются людьми, но с появлением на рудниках сетей пятого поколения появится возможность дистанционно управлять транспортными средствами и в случае каких-либо инцидентов обойтись без человеческих жертв. 

Прогресс дошел даже до подключения к интернету коров, свиней и других сельскохозяйственных животных. Это позволяет, например, автоматизировать контроль за состоянием здоровья животных, оптимизировать циклы дойки с учетом индивидуальных особенностей каждой коровы, а также контролировать их перемещение при свободном выпасе. Разумеется, со временем количество подключенных объектов, которое уже сейчас исчисляется миллионами, будет только расти. Для этого и был разработан стандарт связи пятого поколения, который с одной стороны позволит обеспечить высокую скорость передачи данных, которая может превышать один гигабит в секунду, а с другой стороны - выдерживать большое число одновременных подключений. И от возможностей, которые открываются благодаря этому новому стандарту, буквально захватывает дух.

Уже сейчас в мире насчитывается несколько кейсов построения систем "умного города" на базе сетей пятого поколения. Они предусматривают объединение всей городской инфраструктуры в единую информационную систему, которая в режиме реального времени подстраивает городскую среду под потребности людей и за счет этого повышает качество их жизни. Например, если система видит, что на одном из пешеходных переходов совсем нет людей, он может принять решение о том, чтобы не включать светофор и обеспечить свободный проезд для автомобилей. Или, например, если на пешеходном переходе стоит много людей, а машин на проезжей части нет, "умный город" может принять решение о том, чтобы пораньше включить зеленый свет для пешеходов и за счет этого сэкономить им пару минут времени. На первый взгляд может показаться, что пара минут - это несущественно, однако за год использование такой системы управления перекрестками может обернуться экономией десятков тысяч человекочасов.

Подобное принятие решений "умным городом" может касаться и общественного транспорта. Например, если в городе наблюдается падение спроса на какой-либо маршрут, система может самостоятельно принять решение направить задействованные на нем автобусы на другой. более востребованный маршрут. Кроме того, "умный город" сможет самостоятельно управлять коммунальной инфраструктурой мегаполиса и так далее. Открывающиеся возможности, как уже было сказано, буквально захватывают дух.

Впрочем, справедливости ради стоит отметить, что далеко не все разделяют энтузиазм по поводу появления "умного города" и пятого поколения связи. Так, многие обращают внимание на китайский опыт, где при помощи информационных технологий получили развитие системы распознавания лиц, социального кредита и прочие вещи, которые предвосхищали фантасты в своих антиутопиях.

 Как дела с 5G в России?

 Возвращаясь к России, следует вспомнить, что у нас внедрение сетей пятого поколения забуксовало. На сегодняшний день под большим вопросом выделение частот в диапазоне 3,4–3,8 ГГц, который является общемировым стандартом, активно поддерживается и развивается производителями операторских и потребительских устройств вроде смартфонов, планшетов, роутеров, а также модемов. В России же этот диапазон используется для спецсвязи, поэтому Совет Безопасности РФ отказал мобильным операторам в выделении этих частот. Решение Совбеза поддержал и Президент РФ Владимир Путин.

В качестве альтернативы этим частотам ученые из Сколково сконструировали прототип базовой станции 5G, которая работает в диапазоне частот 4,8-4,99 ГГц. Однако пока что не очень понятно, поддержат ли этот разработанный российскими учеными стандарт производители базовых станций, а также будут ли поддерживать этот стандарт производители смартфонов и, в первую очередь, Apple. И если первый аспект проблемы чреват отсутствием здоровой конкуренции и, как следствие, более высокой стоимостью и меньшей скоростью развертывания сетей пятого поколения, то второй аспект чреват тем, что россияне смогут использовать для доступа к сетям 5G исключительно устройства, разработанные специально для нашего рынка.

Ещё одной альтернативой является так называемый "миллиметровый" диапазон, то есть частоты 25,25-27,5 ГГц. У базовых станций, работающих в этом диапазоне, есть несколько преимуществ. Так, например, они могут обеспечивать более высокую скорость интернета, большее количество одновременных подключений и меньшее время отклика. Однако есть и критические недостатки, основным из которых является крайне невысокий радиус действия базовой станции. В условиях прямой видимости этот радиус составляет 1 километр, но при появлении препятствий он снижается до нескольких сотен или даже десятков метров. Именно поэтому для того, чтобы обеспечить хорошее покрытие города базовыми станциями, работающими в миллиметровом диапазоне, потребует устанавливать их через каждые 200-300 метров. Разумеется, что это не только крайне дорого и неэффективно, но и попросту неэстетично.

Впрочем, по словам технического директора Tele2 Алексея Телкова, 5G в миллиметровом диапазоне всё же будет применяться для усиления обычной сети в тех местах, где постоянно находится большое количество людей. Например, такая базовая станция отлично подойдет для больших стадионов и городских площадей, где регулярно проводятся масштабные события, привлекающие тысячи человек, каждый из которых хочет устроить прямую трансляцию или выложить видео в Инстаграм. Такой всплеск потребления трафика обязательно привел бы к деградации качества связи на обычной сети, а с помощью отдельной базовой станции, работающей в миллиметровом диапазоне, можно этого избежать.

Пока что государство разрешило российским сотовым операторам тестировать сеть 5G именно в миллиметровом диапазоне. Первые тестовые зоны были развернуты на стадионах во время матчей чемпионата мира по футболу 2018 года. А оператор Tele2 развернул тестовую зону "миллиметрового" 5G на улице Тверской прямо у стен московского кремля, а также установил базовую станцию в своём флагманском салоне на той же улице. Уже сейчас любой желающий может зайти в этот салон и на примере нескольких устройств оценить то, как улучшились показатели работы сети пятого поколения по сравнению с сетями четвертого поколения.

 Тестовая зона 5G от Tele2

 На сегодняшний день модельный ряд устройств с поддержкой 5G в салоне представлен несколькими мобильными роутерами, а также инженерным прототипом 5G-смартфона, на котором можно запустить приложение Speedtest, позволяющее измерить скорость входящего и исходящего соединения, а также его время отклика. Так, во время тестирования скорости соединения смартфон показал впечатляющий результат. Скорость входящего соединения превысила 1,2 гигабит в секунду. Время отклика также оказалось очень небольшим и составило всего 10 миллисекунд. Но можно получить и большие скорости: ранее во время тестирования 5G в салоне Tele2 на Тверской скорость соединения достигала 2,1 Гбит/c.

Развитие сети пятого поколения может придать новый импульс такому направлению как облачный гейминг, рассказали представители компании. Сейчас игроку требуется носить с собой тяжелый геймерский ноутбук или тратиться на мощный персональный компьютер. Вместо этого он может взять уже имеющееся у него устройство, в том числе мобильный телефон или планшет, а затем просто установить связь с облачным сервисом, где и будут происходить все сложные вычисления, в то время как устройство игрока будет просто выводить картинку и регистрировать совершаемые им нажатия кнопок. Данная технология не нова, однако каждая попытка её коммерческой реализации разбивалась о качество интернет-соединения. Высокое время отклика приводило к тому, что между нажатием игрока на кнопку и действием, которое совершается при нажатии на эту кнопку, проходило довольно много времени, из-за чего игрок мог промахнуться мимо своей цели во время стрельбы, пропустить смертельный удар от противника или провалиться в глубокую яму, не вовремя прыгнув. Сеть 5G, в свою очередь, позволяет добиться более низкого времени отклика, из-за чего играть в динамичные игры станет более комфортно, а облачный гейминг станет более востребованным.

Еще одна сфера, в которой сеть 5G может совершить революцию, - облачное рабочее место. Дело в том, что часто работа инженеров-конструкторов, 3D-дизайнеров, архитекторов и аниматоров связана с тяжеловесным программным обеспечением, для отзывчивой работы которых требуется мощный компьютер или даже вычислительный кластер. Помимо очевидно высокой стоимости, с наличием этих вычислительных мощностей на предприятии связана масса неудобств. Их необходимо где-то разместить, защитить от пожаров и наводнений, обеспечить шумоизоляцию и отведение тепла. Все это выливается в гигантские затраты для предприятий, и именно поэтому стала весьма популярной услуга по размещению вычислительных мощностей в облаке, к которому сотрудники имеют доступ со своих рабочих компьютеров.

Однако, как и видеоигры, эти программы довольно требовательны к качеству и скорости соединения. Именно поэтому сотрудники, которые работают в подобных программах, оказываются привязанными к своему офисному интернету. И сеть пятого поколения позволяет сделать для этих инженеров ровно то же самое, что когда-то сделала связь третьего поколения для менеджеров, а именно позволяет «отвязать» их от рабочего места и сделать возможной работу с профессиональными приложениями для людей и компаний, которые ранее не могли себе позволить их запуск и использование. 

 В салоне Tele2 на Тверской сейчас имеется специальная игровая зона, где можно наглядно посмотреть на разницу между облачным геймингом в сетях четвертого и пятого поколений. Так, на примере игры Assassin's Creed Odyssey можно увидеть, что в сетях четвертого поколения между нажатием на кнопку прыжка и получением результата происходит ощутимый отрезок времени, а в динамичных сценах картинка расплывается, из-за чего можно не заметить на экране врага или ловушку. В сетях же пятого поколения задержка между нажатием на кнопку прыжка и собственно прыжком не ощущается вовсе, а изображение остается четким даже в динамичных сценах.

 Еще одним аспектом тестовой зоны 5G является возможность с помощью технологии дополненной реальности увидеть то, как может измениться Москва после внедрения сетей пятого поколения. Наведя смартфон на специальную метку, на его экране можно увидеть процесс работы "умного перекрестка" и "умной остановки", которые являются базовыми атрибутами "умного города". Именно так, по мнению Tele2, появление сетей 5G со временем изменит городскую среду Москвы и других городов, добавив в нее беспилотный транспорт, интеллектуальные системы безопасности и прочие вещи, которые сейчас кажутся чем-то фантастическим.

Таким образом, в отличие от предыдущих поколений связи, 5G не подарит пользователям смартфонов какие-то принципиально новые ощущения по сравнению с сетями 4G. Выросшая скорость соединения и уменьшенное время отклика не особо заметно ускорят загрузку фотографий и видео в соцсети и совершенно точно не сделают процесс просмотра видеороликов или прослушивания музыки принципиально иным. Вместо этого 5G сильно преобразит всё, что нас окружает, сделает городскую среду более удобной, а людей и бизнес - более эффективными.

Владимир Клабуков.