Недавно мы разобрали, какие бывают радиоволны, на какие виды делятся и что умеют. Вот короткая версия:
- Радиоволны — распространённый способ связи устройств между собой.
- Радиоволны, как и волны на воде, имеют некоторую длину, которая зависит от частоты колебаний.
- Длинные волны умеют огибать большие препятствия.
- Короткие волны могут отражаться от препятствий и проникать через них, но эта способность зависит от мощности передатчика. Чем слабее передатчик, тем тяжелее волнам проникать.
Теперь разберём, как с помощью радиоволн можно добиться высокоскоростной передачи данных для мобильников, компьютеров и другой техники.
2G — надёжно, но медленно
Вы наверняка помните времена, когда в телефонах использовали 2G — «связь второго поколения». Она работает на частотах 900 и 1800 мегагерц, с длиной волны 33 сантиметра. Такие волны могут распространяться до 100 километров в прямой видимости. Когда есть препятствия — поменьше.
Связь второго поколения была организована так: вышки ставились на максимальном удалении друг от друга, чтобы таким способом охватить как можно больше площади. Передача голоса в таких сетях работает хорошо (потому что для кодирования голоса не нужна высокая скорость), а вот интернет работает медленно.
Зато благодаря старым вышкам у нас до сих пор есть голосовая связь в лесу: одна вышка в глуши может охватить огромную территорию.
3G — быстрее, но не так надёжно
Третье поколение связи сделали на базе второго, поэтому в нём также используется частота 900 мегагерц, если будет слабый сигнал. Но основная частота 3G — 2100 мегагерц. Повышение частоты и улучшение алгоритмов кодирования привели к тому, что скорость интернета выросла во много раз, но при этом уменьшился радиус действия вышки с антенной.
Если в сетях второго поколения можно было ставить вышки с интервалом в 20–30 километров (чтобы всё работало с учётом препятствий), то для третьего поколения это расстояние сократилось до 5–7 километров, а в городах — иногда через каждый километр. А всё для того, чтобы сохранить высокую скорость передачи данных.
4G — совсем быстро, но не везде и не всегда
Для 4G-сетей используют частоты повыше: 1800 мегагерц для не очень быстрого интернета (как в 3G) и 2600 мегагерц — для быстрого. Смысл простой — более высокая частота волны позволяет передавать больше данных за секунду. Но чтобы получить такую скорость в городе, вышки надо ставить через каждые 400–600 метров. Из-за этого их ставят на крышах домов и на столбах возле дорог — чтобы антенна была повыше и раздавала интернет подальше.
Покрытие 4G намного меньше, чем у сетей третьего и второго поколений, потому что для качественной и стабильной связи нужно в 20–40 раз больше вышек, чем раньше. Снова действует правило: чем выше частота и скорость интернета, тем меньше расстояние между вышками.
5G — сверхбыстрый интернет, но с вышками всё сложно
Последние пять лет обсуждают разворачивание сетей пятого поколения. Обещают скорость до 10 гигабит в секунду — то есть быстрее, чем у вас дома по проводу. Но и тут есть нюансы.
В сетях 5G используется сразу несколько диапазонов частот — от 5 до 50 гигагерц. Это значит, что длина волны составляет всего несколько миллиметров — они не огибают препятствия и слабо проникают через них, но легко отражаются.
Высокая скорость 5G-интернета возможна как раз на частотах от 20 до 40 гигагерц, но чем выше частота связи и чем больше препятствия на пути, тем меньше зона покрытия. В условиях города на улице антенны нужны будут через каждые 300–400 метров, а для такого быстрого интернета внутри помещений — через каждые 50 метров. Грубо говоря, по антенне в каждой комнате.
Зачем нужен 5G
Главные преимущества 5G — высокая скорость интернета и низкая задержка при передаче данных.
Минус современной мобильной связи в том, что даже при быстром интернете задержка в передаче пакетов составляет примерно 50–100 миллисекунд. Кажется, что это очень быстро, но это только когда данные летят в одну сторону — например, когда скачиваешь фильм. А если попробовать позвонить кому-то по видеосвязи, станет очевидна задержка: 70 мс у вас, 70 мс у абонента плюс какое-то время на обработку и доставку информации по сети — и вот у вас уже задержка в районе 200 мс, а это очень много для живого общения.
При такой задержке любые операции в реальном времени невозможны: нельзя дистанционно управлять грузовиком или дроном; нельзя дистанционно оперировать человека; нельзя вести танцклассы или читать рэп.
А с 5G и задержкой не более 5 миллисекунд эта проблема будет решена. Хирург сможет подключиться к роборукам и дистанционно прооперировать человека, попивая сок у себя в квартале. Дальнобойщик сможет управлять фурой, перемещаясь между кухней и туалетом.
Ещё у сетей 5G огромная ёмкость доступных подключений — до 1 миллиона устройств на квадратный километр. А если добавить сюда низкое энергопотребление 5G-передатчиков (потому что расстояние до антенн будет небольшое), то это может вывести интернет вещей на новый уровень. Можно будет в реальном времени отслеживать любые посылки и смотреть трансляции с камер видеонаблюдений.
Также 5G планируют применить для безопасности дорожного движения — оснастить каждую машину таким модулем, чтобы они могли связываться между собой, сообщать о скорости и траектории друг друга и заранее тормозить, если может случиться авария.
Минусы 5G-связи
При всех плюсах у 5G сейчас есть два значимых минуса, которые связаны друг с другом — количество вышек и площадь покрытия.
Главный минус — для такой связи и скоростного интернета нужно очень много передающих антенн и мини-вышек. Настолько много, что сейчас нет ни одного города или даже района города, полностью покрытого сетью 5G.
Чтобы достичь полного покрытия 5G-сетью большой территории, нужно примерно в 200–300 раз больше вышек и антенн. Поэтому в ближайшее время 5G будет выглядеть так: в крупных городах будет нормальное покрытие, а по области телефоны будут переключаться на 4G или даже на 3G.
А ещё в мире пока нет доступного массового оборудования, которое сможет работать в 5G-сетях, поэтому полноценное внедрение такой связи пока ещё впереди.
А будет ли 6G?
Конечно, будет, и инженеры уже над этим работают. Но вряд ли это будет скоро — надо ещё с 5G разобраться. Как только появится связь 6G, мы обязательно разберём, как она работает. Подпишитесь, чтобы не пропустить.
