Скорость интернета вырастет в 20 раз. Что обещает переход на 5G и почему к нему никто не готов?

В начале июля 2019 года в российских СМИ появилось сообщение о том, что 53-летняя жительница Североуральска (Россия, Средний Урал) пыталась сжечь вышку сотовой связи, которую установили рядом с её домом. Женщина обмотала тряпками провода и облила их легковоспламеняющейся жидкостью. Реализовать задуманное не удалось: поджигательницу остановили инспекторы ГИБДД, вызванные местным мобильным оператором.

Месяцем ранее женщина посмотрела в интернете ролик об опасности вышек сотовой связи, где рассказывали, что те вызывают целый спектр разных заболеваний: от бессонницы до инсультов и онкологии. ВОЗ пишет, что подобные проблемы возникают из-за непонимания: "Население постоянно выражает повышенное беспокойство в отношении определённых источников электромагнитного поля, таких как ЛЭП и базовые станции мобильной телефонной связи. <...> Такая оппозиция возникает в результате того, что диалог, нацеленный на установление доверия и понимания, не был вовремя организован".

Если непонимание работы базовых станций мобильной связи до сих пор вызывает отторжение, то остаётся догадываться, какой реакции можно ожидать от непонятной технологии 5G. Тем временем премьер-министр Аскар Мамин объявил о пилотном запуске мобильных сетей нового поколения в Алматы, Нур-Султане и Шымкенте до конца 2019 года. Informburo.kz разбирается, что вообще такое мобильные сети 5G и зачем их внедрять, могут ли они повлиять на здоровье, а также как это отразится на потребителях услуг мобильной связи и интернета.

Что такое сети 5G

5G – мобильные сети нового поколения. G значит Generation — "поколение". Такое обозначение появилось в 1990-х во время запуска мобильной связи GSM, которую назвали "вторым поколением" – 2G. Технология GSM дала людям более дешёвую и качественную связь, а также текстовые и графические сообщения (SMS и MMS) — всё, чего первое поколение аналоговой связи не предусматривало.

С переходом на 3G появился высокоскоростной доступ в интернет, а в следующем поколении скорость передачи данных стала выше в 200-500 раз. Стандартом для 4G стала технология LTE-Advanced. Она основана на расширении диапазона используемых частот, агрегации нескольких полос спектра, ретрансляции сигнала и расширенных возможностях многоантенной передачи данных.

4G — это сеть с частотами в промежутке от 450 МГц до 5,9 ГГц и скоростью передачи данных свыше 100 Мбит/с для абонентов с высокой мобильностью и до 1 Гбит/с для стационарных абонентов.

Сети 5G будут основаны на инфраструктуре 4G. Важно: новое поколение не заменит 4G, а будет работать параллельно. Устройства будут переключаться между сетями по мере их доступности. Главное изменение: в 5G добавятся частоты в промежутке от 24 ГГц до 90 ГГц, большой части спектра, которую ранее почти не использовали. Скорость интернета вырастет до 20 Гбит/сек.

Окончательных стандартов для сетей 5G пока нет, их должны утвердить в октябре 2019 года на Всемирной конференции радиосвязи.

Могут ли сети 5G влиять на здоровье

При запуске сетей нового поколения мы будем иметь дело всё с тем же электромагнитным излучением, что и от оборудования предыдущих поколений связи. Принципиально нового воздействия оборудование оказывать не будет.

ВОЗ отмечает, что электромагнитные волны невидимы, а население часто сталкивается с псевдоэкспертами, поэтому считает их потенциально опасными. Прибавьте сюда плохую информированность и недоверие к официальной информации и компаниям, имеющим финансовую заинтересованность в запуске подобных проектов. Это способствует проявлению ошибок мышления, которые свойственны всем людям: когда происходит какое-то событие, то предшествующее кажется его причиной. Так, люди винят в плохом самочувствии вышки, если их появление совпало с недомоганием, хотя настоящей причиной может быть что угодно.

Нельзя отрицать влияние электромагнитного излучения, которого становится всё больше: во-первых, мы не можем отказаться от достижений прогресса, во-вторых, население планеты растёт, устройств становится больше, а сами они доступнее. У человечества есть исследования влияния электромагнитного излучения, но мы не можем с точностью спрогнозировать все возможные последствия, а принципы научной этики не позволяют проводить тесты на людях. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительной политики — максимально снижать количество излучения. Для этого разрабатываются санитарные нормы: показатели, указанные с большим коэффициентом запаса, в пределах которых электромагнитное излучение не оказывает на человека значимого влияния. Нормативы разрабатывают отдельно для рабочих мест и для санитарно-селитебной зоны.

В Казахстане допустимые уровни определены в "Санитарно-эпидемиологических требованиях к радиотехническим объектам". Для станций базовой связи допустимый показатель — 10 мкВт/см2. В США и скандинавских странах допустимый показатель в 10 раз больше – 100 мкВт/см², и для него не выявлено значимого влияния на здоровье человека.

Зачем нам нужны сети 5G

Сети 5G будут высокоскоростными: представьте скорость интернета, позволяющую загрузить фильм в качестве Full HD за пару секунд. Развитие многих технологий больше не будет ограничено задержками при передаче данных.

По данным аналитической корпорации Cisco, с 2008 по 2009 годы количество подключённых к интернету устройств превысило население Земли. В этот период появился "интернет вещей" (internet of things, IoT), заменивший "интернет людей". Интернет вещей — это вычислительная сеть приборов, оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом и внешней средой без участия человека.

Интернет вещей стал расти после повсеместного распространения беспроводных сетей. Главный подъём произошёл после 2010 года, когда разворачивали сети 4G. С 2015 года стали тестировать мобильные сети нового поколения: после их внедрения устройств в сети станет больше, а их работа – эффективнее.

27 июня 2019 года компания Huawei провела презентацию в Москве, на которой Эван Луо, 5G технический директор Huawei CBG, рассказал о сетях нового поколения. Они практически исключат задержки при передаче данных, что будет способствовать повсеместному распространению искусственного интеллекта. Компания предлагает использовать ИИ для умных домов, дистанционно пилотируемых автомобилей, контроля здоровья и оптимизации процессов в офисах. Всё это будет работать комплексно: устройства интегрируются друг с другом.

Но "интернет вещей" – это не просто сеть устройств. Много возможностей обещает интеграция сетей 5G с другими технологиями для обучения, научных исследований, дистанционной хирургии и неотложной помощи. Так, 16 марта 2019 года в Китае впервые провели дистанционную операцию: врач Линг Жипей имплантировал стимулятор мозга пациенту с болезнью Паркинсона. Пациент находился в Пекине, а нейрохирург манипулировал инструментами, находясь в госпитале на Хайнане (за 3000 км). Операция прошла успешно: стимулятор вживили с точностью до микрона, пациент пришёл в сознание. Для передачи данных в реальном времени использовали технологии связи China Mobile и Huawei 5G. С повсеместным распространением сетей нового поколения подобные операции можно будет проводить в больницах любого уровня, даже если там нет квалифицированного врача.

С помощью интеграции технологий 5G и AR (дополненной реальности) создали шлем "Всевидящее око" – это служебный робот, помогающий в навигации людям с ограниченными зрительными возможностями. Он подскажет, когда остановиться на светофоре или как обойти препятствие. Для реализации такого устройства понадобились облачные вычислительные ресурсы и передача данных с высокой скоростью.

Об этих примерах интеграции 5G с другими технологиями на презентации Huawei рассказал Владимир Ляшев – руководитель лаборатории беспроводной передачи данных в московском центре исследований и разработок компании. Сети 5G относят к "подрывным технологиям": они изменят соотношение ценностей на рынке, сделают многие прошлые продукты неконкурентоспособными.

Проблемы и особенности: почему развернуть 5G непросто

5G будет работать на mmWave – "миллиметровых волнах". Это короткие волны, у них меньше расстояние приёма, они хуже проникают через препятствия. Сигнал mmWave блокируется даже не деревьями и людьми: сигналы на уровне 60 ГГц поглощаются обычным кислородом, дождь, туман и ветер тоже добавят проблем. Чтобы использовать mmWave, понадобится установить новое базовое оборудование и специальные комплектующие в устройства. Поэтому технология так долго не находила применения, но теперь у нас не осталось других решений: подключённых к сети устройств стало много, и они мешают друг другу передавать данные с высокой скоростью в ограниченном диапазоне частот.

Мы используем базовые станции с высокой мощностью – вышки покрывают радиус от 35 до 100 км (это зависит от размеров вышки), но они бесполезны для трансляции mmWave из-за быстрого затухания сигнала. Чтобы решить эту проблему, придумали технологию Small Cells. Она основана на использовании большого количества маломощных базовых станций, которые будут покрывать радиус всего в несколько сотен метров. Эти базовые станции будут небольших размеров и смогут ретранслировать сигнал: устройство автоматически переключится на станцию с более сильным сигналом.

Чтобы увеличить пропускную способность сетей, в 5G используют технологию Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output): на базовых станциях станет гораздо больше антенн.

Вместо десятков нынешних антенн используют массив из сотен: больше антенн — больше переданных данных.

Но когда массив антенн передает множество сигналов сразу во всех направлениях, то эти сигналы мешают друг другу. Чтобы избавиться от помех, применят технологию Beamforming – "светофор", который будет регулировать трафик по передаче сигналов. Вместо трансляции по всем направлениям сигнал будет направляться напрямую конкретному пользователю. Это также увеличит эффективность работы базовых станций.

Устройства работают по дуплексному принципу (duplex): устройство может одновременно как передавать, так и получать сигнал. Поэтому мы можем говорить по телефону одновременно с собеседником, в отличие от общения по рации, где одномоментно передаётся лишь один сигнал и приходится обмениваться сообщениями по очереди. Дуплексная связь работает благодаря тому, что сигналы от и к устройству направляются по физически разделённым каналам – разным частотам. Для мобильных сетей пятого поколения придумали новшество, которое позволит отправлять и принимать сигнал по одному каналу. Входящие и исходящие сигналы будут перенаправлять перед моментом их наложения: это похоже на то, как едущие навстречу велосипедисты в последний момент объедут друг друга.

Изменения потребуют смартфонов, которые смогут поддерживать упомянутые технологии. Устройствам понадобятся новые комплектующие, что повлияет на стоимость. Дело не только в цене самих комплектующих, но и в том, что проектировщики устройств потеряют многие наработки, реализованные для 4G. В смартфонах ограничено внутреннее пространство: почти все работают на одном чипе ("система на чипе" — System on a Chip или SoC), а большую часть места у них занимает батарея.

Производители бьются за это пространство: например, сменили стандартный USB-порт на Type C и стали убирать разъём для наушников. Сделать SoC или камеру меньше вряд ли получится: значит, дополнительные компоненты для 5G займут место и уменьшат батарею. Qualcomm — лидер рынка по производству SoC, интегрированных с модемом для устройств 4G. В конце 2018 года Qualcomm представила свой флагманский SoC Snapdragon 855, у которого будет встроенная поддержка 4G, но для 5G понадобится отдельный модем – производителям смартфонов придётся идти на компромисс с пространством. Хотя сети 5G потенциально обещают нам более низкое энергопотребление, на начальном этапе их не развернуть повсеместно. Смартфонам придётся часто переключаться на 4G, а батарея при этом у них может быть меньше, чем у нынешних устройств.

В феврале на выставке Mobile World Congress 2019 Huawei представила свой чипсет Balong 5000, который будет поддерживать работу 5G, и также совместим с 2G, 3G и 4G. Во время тестирования в низкочастотном диапазоне устройство показывало скорость соединения до 4,6 Гбит/с, а в миллиметровом – до 6,5 Гбит/с. Модем Qualcomm Snapdragon X50 LTE предлагает максимальную скорость загрузки 5 Гбит/с. С чипсетом работает роутер Huawei 5G CPE Pro, также его используют для самоуправляемых автомобилей и смартфонов.

Как это будет работать в Казахстане

Пилотный проект 5G в Казахстане должны запустить до конца 2019 года. На официальный запрос Informburo.kz, Министерство цифрового развития, инноваций и аэрокосмической промышленности РК сообщило, что АО "Казахтелеком" в сотрудничестве с компанией Nokia в январе провели первый этап тестирования технологии 5G Beamforming в Алматинской области (п. Базаркелди). О результатах тестов первого этапа в ответе не сообщается, но отмечено, что следующий этап пройдёт в июле 2019-го: будут тестировать решение 5G New Radio, которое может стать глобальным стандартом сетей нового поколения. Ключевые технологии – Beamforming и Massive MIMO.

На Астанинском экономическом форуме 16-17 мая АО "Казахтелеком" и Ericsson демонстрировали работу и возможности 5G, о тестировании пилотного проекта в Нур-Султане в ответе не сказано. Тестирование в Шымкенте запланировано на октябрь-декабрь 2019 года.

Компания Huawei – поставщик оборудования для сетей 4G – пока не участвует в пилотном проекте, однако на презентации в Москве представитель компании заверил, что переговоры об этом ведутся. На данный момент Huawei – единственная компания, которая предлагает не только базовое оборудование, но также производит комплектующие для 5G и устройства, поддерживающие сети нового поколения. На базе оборудования Huawei уже запустили 5G в Китае, Южной Корее, Швейцарии, Британии, Испании, Италии, Саудовской Аравии, а также компания подписала соглашение с Россией. Компания уладила конфликт с США, что снова вернуло привлекательность её устройствам на разных рынках. Сейчас Huawei ведёт переговоры с Беларусью и Казахстаном об участии в полномасштабном развертывании сетей.

Какие компании в конечном счёте станут поставщиками базового оборудования в Казахстане, пока неизвестно. Переход и развитие сетей связи нового поколения операторы планируют и реализуют самостоятельно. Базовые станции при запуске сетей, возможно, придётся располагать на чьей-то частной собственности – например, на домах. В своём ответе министерство не указало, как это будет согласовываться.

Чтобы использовать высокоскоростной интернет, пользователям понадобится находиться в зоне действия сетей 5G и купить поддерживающий их смартфон. Подобные устройства уже появляются на рынке, но пока стоят не менее 600 евро (~235 000 тенге). Технический директор Huawei, Эван Луо, прогнозирует, что к 2020 году нижняя ценовая планка станет 200 евро (~80 000 тенге). Он также отметил вероятность, что полноценно 5G можно будет пользоваться только к 2025 году.

Возможно, новые устройства будут иметь больше неудобств, чем преимуществ: так было и с устройствами на старте предыдущих поколений связи. Кроме того, в Казахстане мобильный интернет тоже работает не всегда, что обычно объясняют техническими сбоями. Пользователям не важно, мобильными сетями какого поколения они не могут пользоваться.