5G: мифы и реальность

Введение

За последние 30 лет мобильная сеть стала важной частью нашей повседневной жизни, а использование мобильных услуг начинает достигать невероятно высокого уровня спроса. В этом году через мобильные сети по всему миру каждый месяц будет передаваться 30×10¹⁸ байт информации. И это еще не предел: в 2020 году ежемесячный объем передаваемой информации с учетом «Интернета вещей» измерялся в зетабайтах (1×10²¹ байт), а по прогнозам специалистов, он будет ежегодно расти примерно на 50% [1]. Уже сейчас около 15% пользователей сотовой связи постоянно обращаются к LTE. Кроме проблемы трафика, которую можно решить увеличением числа базовых станций, есть и другая — скорость передачи. Для 4G при идеальном раскладе она составляет 100 Мбит/с (максимум 200 Мбит/с), но и этого сейчас уже недостаточно. Дальше будет еще сложнее: сети четвертого поколения уже подошли к пределу возможностей и потребители свои обещанные 100 Мбит/с, как правило, не получают. Проверьте это сами, используя, например, тест скорости Ookla, Speedtest. На рис. 1 представлен мой недавний результат, интересно, за что сотовые операторы берут с нас деньги?

Рис. 1. Скриншот теста оценки скорости мобильного Интернета утром в спальном районе крупного индустриального города

А тут еще «Интернет вещей» со связью через мобильные сети, индустриальный «Интернет вещей» с его тысячами датчиков, симбиоз «Интернета вещей» и искусственного интеллекта, который сам по себе несет определенные риски [1], глобальная цифровизация, автономные транспортные и т. д. Очень много нового и непонятного свалилось на голову простого обывателя. А все непонятное у простого человека вызывает опасения.

Причина перехода на технологию 5G

С учетом текущей ситуации возник вопрос: где и как взять дополнительные радиоканалы для удовлетворения требований по использованию мобильных услуг? Вариант дальнейших действий прост: внимательно посмотреть на теорему Шеннона — Хартли, устанавливающую шенноновскую емкость канала, то есть верхнюю границу максимального количества безошибочных цифровых данных, которое может быть передано по каналу связи с указанной полосой пропускания в присутствии шумового вмешательства. Она определяет пропускную способность канала связи С как:

где ∆f — занимаемая системой полоса частот; Р_с — средняя мощность сигнала; N — средняя мощность шума; Е_б — энергия бита; N₀ — спектральная плотность мощности шума.

Из этого выражения видно, что существует два пути увеличения пропускной способности канала связи: увеличение средней мощности сигнала Р_с по отношению к суммарной энергии шума и помех, или расширение полосы частот Df, занимаемой сигналом. Увеличение мощности сигнала Р_с для мобильной связи ограничивается стандартами на допустимые уровни электромагнитного излучения как базовых станций, так и мобильных телефонов. Поэтому основной путь для увеличения скорости информационного обмена в сетях мобильной связи состоит, главным образом, в расширении полосы частот Df, а расширить ее можно, перейдя в область более высоких частот, так как в существующем диапазоне LTE расширять полосу уже некуда. Распределение частот по диапазонам сотовой связи приведено в таблице.

Примечание. * Указано для диапазона частот выше 3,3 ГГц.

Предел для 4G — это около 20 тыс. абонентов на 1 кв. км, а 5G-сеть на той же площади «потянет» около миллиона. Так стоит ли от этого отказываться и в чем же тут проблемы?

Когда принимали решение о внедрении 5G, все было понятно и хорошо — инженеры и электронная промышленность просто должны были сделать свое дело. Соответственно, все пошло по обычному сценарию: были разработаны технологии, выпущены необходимые компоненты, подготовлены протоколы и конечные решения, включая базовые станции и пользовательское оборудование. И сделать это, кстати, было весьма непросто, поскольку, кроме чисто «железных» проблем, следовало решать вопросы оценки соответствия и совместимости (подробнее о технической стороне проблем 5G в [2, 3, 4, 5]). И сейчас, когда все из области «было» и «сделали бы», перешло в область «уже» и «сделали», вылез, будто черт из табакерки, пресловутый человеческий фактор, причем не только как сомнение в новой технологии, что понятно, а в его самом что ни на есть мракобесном проявлении, что было бы приемлемо в Средние века, но для XXI века даже не смешно. Хотя, что удивляться, если на Международной космической станции (МКС) есть уже целый иконостас, а ракеты-носители и корабли кропят для надежности святой водой.

Основа всех страшилок зиждется на незнании технологии и ложной информированности общественности отдельными лицами. Причем некоторые делают это сознательно для достижения большей популярности, а некоторые просто фанатично в это верят [6]. Не отстают и такие организации, как, например, International Appeal (буквально: «Международный призыв») [7], призывающая остановить развертывание сетей 5G не только на Земле, но и в космосе и вполне серьезно утверждающая (цитата): «Представление о том, что радиочастотное излучение, широко известное как радиоволны, каким-то образом не является настоящим излучением и безвредно, было опровергнуто в 1970-х годах в лабораториях по всему миру, а вред, наносимый людям, животным и растениям, с тех пор был подтвержден более чем в 10 000 рецензируемых исследованиях. Если будет построена сеть 5G, уровни радиации повсюду увеличатся в 10–100 раз практически в одночасье. На Земле буквально некуда будет от нее спрятаться».

Все это — с подменой понятий «радиочастотное излучение» на страшную после Чернобыля «радиацию» — напоминает бурную деятельность «специалистов» типа небезызвестной Греты Тундберг. Раньше людей пугали гневом Зевса, ведьмами, потом электричеством, после внедрения радио некоторые люди «улавливали» в голове передачи радиостанций и требовали его запретить, а после запуска первых спутников «слышали» уже обращения инопланетян к землянам.

Сейчас борцы с новой скверной в виде 5G собирают митинги, издают «научные» статьи, ведут блоги, используя еще одну, не иначе как порождение дьявола, технологию, связанную с микроволновым излучением ,— Интернет, ведь Wi-Fi-роутеры работают на частотах 2,4 и 5 ГГц, длина волны 12,5 и 6 см соответственно. Это же первый диапазон 5G! Поэтому для начала рассмотрим самые одиозные мифы, а затем перейдем к мифам, которые не совсем мифы, поскольку в них есть некая доля правды.

«Да это же просто ужас какой-то!»

Миф 1: 5G ускорили распространение COVID-19

Эта широко распространенная в Интернете теория заговора утверждает, что коронавирус может передаваться через радиоволны 5G. Однако доказанной связи между последним и COVID-19 нет. Коронавирус не распространяется через радиоволны или мобильные сети — он передается от человека к человеку воздушно-капельным путем или прямым контактом. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) также уточняет, что COVID-19 распространяется во многих странах, в которых нет мобильной сети 5G (рис. 2).

Рис. 2. ВОЗ: коронавирус COVID-19 не распространяется через радиоволны или мобильные сети

Этот миф начал распространяться еще весной 2020 года, в период первой волны пандемии коронавируса, тогда в сети приобрела популярность теория заговора о влиянии 5G на распространение вирусов. Некоторые исследователи считают сообщения о распространении коронавируса координированной кампанией по дезинформации населения. Как результат, в Великобритании не менее 20 мобильных вышек подверглись нападению вандалов. Похожие сообщения поступали и из других стран мира. Жители Северной Осетии, которые не верят в существование COVID-19, сожгли антенну сотовой связи рядом с селением Ногир. Об этом на пресс-конференции сообщил глава региона Вячеслав Битаров, передает ТАСС. При этом среди распространителей теории оказались знаменитости [6], политики и блогеры с большим количеством подписчиков в соцсетях (рис. 3).

Рис. 3. Сожженная вандалами вышка сотовой связи 5G с призывом: «Антенна 5G — угроза человечеству… давайте все скажем НЕТ АНТЕННЕ 5G». Источник: BBC [8]

Миф 2: 5G представляет опасность для здоровья

Совсем недавно органы здравоохранения нескольких европейских стран, включая Германию, Финляндию и Норвегию, а также Европейская комиссия и национальные государственные учреждения пришли к выводу, что воздействие 5G, связанное с беспроводными сетями, и их использование не вызывает неблагоприятных последствий для здоровья, если это воздействие ниже рекомендуемых пределов [10].

Высказывались опасения по поводу воздействия радиоволн 5G, однако эта технология по своему воздействию, особенно на первом этапе ее развертывания в полосе частот 450 МГц — 6 ГГц, мало отличается от технологии 4G и даже вездесущего Wi-Fi. Более того, существуют очень строгие стандарты, регулирующие установку антенны, чтобы не превышать максимальный порог воздействия (61 В/м для частот около 2 ГГц и 36 В/м для частот 5G в диапазоне 700 МГц) и гарантировать отсутствие риска для здоровья от радиоволн. Для некоторых стран этот параметр еще жестче. Так, во Франции воздействие операторских сетей составляет менее нескольких вольт на метр [10, 11]. В рамках этих исследований было выполнено более чем 3000 измерений воздействия радиоволн на население и проведено моделирование влияния волн, создаваемых мобильной телефонией в густонаселенных городских районах, с учетом планируемого развития сетей 4G и 5G.

Но обратимся к сопутствующим мифам, которые частично рассмотрены в [12] с соответствующими ссылками на информацию от Federal Office for the Environment, FOEN (Федеральный офис по защите окружающей среды), Швейцария, Берн, и ряда других не менее солидных организаций.

Сопутствующий миф 2.1

Если стоять в луче антенны базовой станции 5G, это может вызвать проблемы со здоровьем. Особенно страдают дети, потому что их тонкий череп позволяет излучению проникать глубже, чем у взрослых.

С учетом современных научных знаний и после 30 лет исследований нет никаких доказательств проблем со здоровьем из-за антенн, если соблюдаются известные ограничения, — говоря понятным языком, лучше с ними не обниматься.

Сопутствующий миф 2.2

5G — это совершенно новая неизученная технология, которая намного более вредна, чем 4G. Люди, чувствительные к электрическим волнам, пострадают в гораздо большей степени.

Проблемы, изложенные в апелляциях, петициях и т. п., относятся к миллиметровым волнам и диапазону частот 26–300 ГГц. После распределения спектра в Европе эти частоты вообще отсутствуют и потому пока не будут доступны для мобильной технологии 5G. Однако данный вопрос прорабатывается, и переход в этот спектр частот скорее неизбежен, а со следующим поколением сотовой связи, 6G, мы перейдем уже в терагерцевую область, но это уже другая история и совсем другое оборудование.

Частоты 5G, выделенные в Европе на данный момент, очень похожи по своему характеру на те, что используются в последние 30 лет для мобильных технологий, и охватывают диапазон частот 700 МГц — 3,8 ГГц. Некоторые из вновь выделенных частот ранее предназначались для радио- и телепередач. Вот почему серьезных изменений в уровне радиочастотного облучения не ожидается.

Сопутствующий миф 2.3

5G влияет на кровоток в головном мозге, потенцию и качество спермы, нарушает генетическую информацию и приводит к гибели или окислительному процессу в клетках.

Единственное доказанное вредное действие мобильного излучения — это чрезмерное нагревание тканей и внутреннего уха. Ограничения для мобильной телефонии предотвращают возникновение подобных тепловых эффектов, особенно для уязвимых групп населения. Говоря понятным языком, дорогие наши девушки и женщины, при любви к долгим разговорам пользуйтесь проводной гарнитурой!

Сопутствующий миф 2.3, частичный

5G вызывает рак. Оборудование 5G, которое будет использоваться в ближайшие годы, с точки зрения технологии и, следовательно, его биологического воздействия очень похоже на 4G (LTE). Согласно текущим научным данным, невозможно установить связь между излучением мобильной телефонии и потенциальными проблемами со здоровьем. Однако доступные данные о связи рака и электромагнитного излучения от мобильных телефонов все еще могут быть неопределенными.

Итак, в качестве меры предосторожности Международное агентство по изучению рака (IARC) квалифицировало излучение мобильных телефонов, как «возможно канцерогенное» наряду с кофе и испарениями от асфальта. Заметьте, не как «канцерогенное» или «вероятно канцерогенное», которые являются двумя более высокими классификации.

Тем не менее нельзя забывать, что 90% индивидуального облучения исходит от мобильного телефона. Однако существует множество исследований электромагнитной чувствительности, в том числе и двойные слепые лабораторные исследования, которые не смогли доказать, что излучение от мобильных технологий влияет на самочувствие [13].

Миф 3: технология 5G убивает пчел

Жан-Даниэль Шаррьер (Jean-Daniel Charrière), научный консультант Agroscope [14], экспертного центра французской конфедерации сельскохозяйственных исследований: «Ни одно из исследований, проведенных по этой теме на сегодня, не позволило установить, что электромагнитное загрязнение является проблемой для пчел». А вот пестициды при их неконтролируемом использовании — убивают, и наблюдаемая еще до внедрения первых вышек базовых станций 5G массовая гибель пчел — это реальная угроза человечеству.

Миф 4: технология 5G убивает птиц

В Сети распространяется «новость»: «Сотни птиц погибли во время испытаний 5G в Нидерландах из-за высокочастотного излучения 5G». Фейк! В течение рассматриваемого периода испытания 5G в Гааге не проводились. В октябре и ноябре 2018 года сотни скворцов действительно погибли в Гюйгенспарке, Гаага. Причина смерти: птицы поедали не только безобидные ягоды, но и ядовитую хвою тисовых деревьев.

Миф 5: 5G потребляет больше энергии, чем предыдущие поколения сотовой связи, и оказывает влияние на климат

Неправильно воспринимаемый как энерго­емкая технология с большим углеродным следом, 5G на самом деле является первым мобильным стандартом, который интегрирует оптимизированное энергопотребление в саму его конструкцию. Как? Антенны 5G работают «по запросу» и передают данные только тогда и там, где это необходимо. У них нет круговой диаграммы направленности, как при 4G, на нужного абонента формируется узкий луч управляемой антенной решеткой, несколько менее узкий ответный луч формируется в сторону базовой станции абонентским устройством [2] (рис. 4).

Рис. 4. а) Сети сотовой связи 4G;
б) пространственное мультиплексирование в технологии 5G по сравнению с сетями сотовой связи 4G уменьшает мощность излучения и увеличивает емкость сети

5G более эффективен, чем все предыдущие технологии. Базовые станции 5G на передачу 1 Гбайт потребляют вдвое меньше энергии, чем их аналоги 4G, и к 2025 году широкое внедрение будет означать, что они станут потреблять в 10 раз меньше энергии на передачу 1 Гбайт, в то же время охватывая больше пользователей и передавая в 10 раз больше трафика. Технология 5G также обеспечивает более быструю связь и передачу данных от датчиков технологии «Интернета вещей» к элементам управления, что приводит к улучшению связи между подключенными объектами и лучшему управлению энергией, используемой для этой связи. Таким образом, по заключению Даррелла М. Уэста (Darrell M. West), директора-основателя Center for Technology Innovation at Brookings (Центр технологических инноваций в Брукинге), 5G имеет меньший углеродный след и может способствовать достижению экологических и климатических целей [15].

Миф 6: 5G — «старший брат смотрит на тебя»

Это правда, что широкое внедрение 5G может привести к новым киберрискам, соответственно, операторы связи должны продолжать соблюдать два стандарта: конфиденциальность и GDPR. Французский регулирующий орган Arcep и Национальная комиссия по информатике и свободе (CNIL) в рамках постоянного диалога с операторами, например, внимательно следят за тем, как персональные данные управляются и обрабатываются. Однако все зависит от политики конкретного государства, и 5G тут совсем ни при чем.

Сопутствующий миф 6.1

Население будут чипировать! Этот миф тесно связан с темой COVID-19 и еще одна из причин народного гнева против развертывания сетей 5G. Причиной уничтожения вышки сотовой связи и призыва «Антенна 5G — угроза человечеству» (рис. 3) был не только коронавирус, но и чипирование людей путем введения чипа вместе с вакциной [8]. Полный текст этого призыва: «Антенна 5G — угроза человечеству. Это более совершенная технология для работы со всем миром. Теперь, когда началась обязательная вакцина с содержанием микрочипов…», ну и так далее, в соответствии с конспирологическими теориями мирового заговора. Ситуацию подогрели высказывания Билла Гейтса и Илона Маска о чипировании людей. Так, Илон Маск запостил в Twitter мем, высмеивающий Билла Гейтса. В нем обыгрывается миф о том, что основатель Microsoft организовал пандемию коронавируса, чтобы чипировать людей [17]. В посте было отредактированное изображение карикатуры правого карикатуриста Бена Гаррисона (рис. 5), на котором Гейтс руководит гнусным планом «Обязательного внедрения вакцины». Последний шаг этого плана — после вселения страха и цензуры информации — перезапуск Zune. Маск удалил твит спустя два часа. За это время сообщение успели ретвитнуть более 5000 раз, шутка удалась и разошлась. Нашлись и еще шутники, рассылающие вот такие сообщения (рис. 6).

Рис. 5. Картинка из твита Илона Маска по вопросу пандемии коронавируса: высмеивание идеи о чипировании людей

Рис. 6. Пример современного юмора на тему 5G и вакцинации от COVID-19, полученный автором статьи по Viber

Миф 7: деревья вырубают, потому что они блокируют сигналы 5G

Деревья, здания, автомобили и даже дождь могут влиять на распространение сигналов 5G, особенно это будет ощутимо при переходе в область миллиметровых волн. Однако это учитывается при планировании установки базовых станций для микросот. Итак, то, что из-за 5G вырубают деревья, — это еще один фейк. Типичная структура сети 5G показана на рис. 7 [16].

Рис. 7. Структура сети 5G — это совокупность микросот малой мощности (ненамного больше той, что мы имеем от роутера Wi-Fi)

Первый итог

Если вы полностью или частично верите во все перечисленное, то, в конце концов, никто вас насильно пользоваться мобильным телефоном и даже электричеством не заставляет. Для предохранения от этих не иначе как дьявольских изобретений можно жить как амиши в Пенсильвании или знаменитые Лыковы, а еще безопаснее — в джунглях Амазонки и дополнительно носить шапочку из фольги, ну на всякий случай, мало ли чего там спутники и инопланетяне излучают.

Для эксперимента в ряде стран для воспитания населения пошли на то, что поставили бутафорские вышки и громко объявили: «Здесь будет город заложен 5G». К исходу первого дня часть «особо чувствительного к электромагнитному излучению» населения начала жаловаться на головные боли, тошноту, головокружения и даже на посещение их инопланетянами, у которых из-за 5G сели аккумуляторы в смартфонах, а им надо было срочно поговорить с родней на одной из планет Кеплера. После чего это особенно сознательное население ломало и сжигало вышки-плацебо.

Сознание человека устроено так, что он верит только в то, во что он верить хочет [19]: одни в то, что бог помогает забивать голы, другие — в то, что «мы попадем в рай, а остальные просто сдохнут». Раньше мы свято верили в то, что «нынешнее поколение советских людей будет жить при коммунизме». Так некоторые сейчас верят в то, что через вышки 5G, которых еще, в общем, и нет, распространяют COVID-19, снижают потенцию, убивают людей и пчел. Но время расставляет все по своим местам.

А теперь о серьезном — о технической стороне проблемы

Миф 1: 5G охватывает все варианты использования

В то время как 5G был разработан для обеспечения более высоких скоростей и возможностей подключения, протокол LoRa и LoRaWAN был создан для различных случаев применения, когда редко используемые устройства связи должны работать от батареи и могут функционировать в полевых условиях в течение продолжительных периодов. Благодаря широкому диапазону действия и малому энергопотреблению LoRa обладает способностью проникать в физические структуры, через которые сигналы 5G пройти не могут. LoRa и протокол LoRaWAN удовлетворяют этим требованиям, поскольку именно эффективность находится на переднем крае потребностей клиентов.

Кроме того, протокол имеет дальность связи, которая превышает шесть миль, что больше, чем у варианта 5G mmWave. В то время как 5G может быть оптимальным для видеозвонков или приложений со сверхмалой задержкой, LoRa и LoRaWAN, среди многих других приложений, идеально подходят для приложений измерения расхода воды, газа, для нужд сельского хозяйства, «умных» зданий и «умных» парков. Наконец, экономическая эффективность развертывания сети LoRaWAN раскрывает возможности для уплотнения сети, оптимизации срока службы батареи устройства, пропускной способности и зоны покрытия. И так, технология 5G не универсальна и не панацея

Миф 2: 5G обеспечивает покрытие повсюду

Одна из основных причин, по которой 4G изо всех сил пытается охватить всё и вся, связана со все более перегруженными сетями, и расширение или уплотнение сети стало проблемой. И основная проблема — это вышки размещения оборудования и антенн базовых станций. В результате операторы стремятся перейти на сети 5G, в противном случае текущие возможности мобильной сети ухудшатся еще больше.

Согласно отчету компании Opensignal о возможностях технологии 5G [19], операторы сотовой связи хотят обеспечить оптимальное качество обслуживания клиентов и получить максимальную отдачу от своих инвестиций в лицензированный спектр. Таким образом, 5G становится более привлекательным за счет более эффективного использования этого ценного актива. Хотя 5G доступен для некоторых потребителей, операторы, прежде чем вкладывать большие средства в развертывание, все еще ищут лучшую модель для получения из 5G главного — прибыли. Даже если 5G обеспечит большую пропускную способность в некоторых областях, для этого из-за более высоких частот потребуется развертывать больше сотовых узлов, причем внутри зон покрытия базовых станций 4G LTE.

Миф 3: установка 5G не требует больших затрат

В недавнем отчете аналитической компании McKinsey [20] прогнозируется, что на начальные установки 5G будет вложено около $700–900 млрд и в следующем десятилетии эта технология охватит около 25% населения мира. Для инвестиций в 5G потребуются годы, а операторам по-прежнему необходимо найти рентабельность инвестиций для бизнеса. Более того, уже более 10 лет операторы вкладывают значительные средства в сети 4G и не хотят, чтобы существующая инфраструктура слишком быстро «ушла в закат».

Одним из важнейших факторов, способствующих использованию протокола LoRaWAN, является его экономичная сетевая архитектура и расширение «последней мили» без необходимости владения лицензированным спектром. Это снижает первоначальные вложения в инфраструктуру и эксплуатационные расходы, а также затраты на датчики конечных узлов. В частности, для его развертывания требуется меньше энергии, чем для других решений, а благодаря длительному сроку службы батареи, достигающему почти 10 лет, общие затраты со временем снижаются.

Миф 4: 5G и другие технологии «Интернета вещей» не будут сосуществовать

Рынок беспроводной связи, предназначенный для решений связи, ориентируется на стратегию организации сети с множественным радиодоступом. Это означает, что предприятия и частные лица будут использовать лучшие технологии для оптимального применения, но только если уровень управления данными может легко соединить любую технологию.

Сложность и широта вариантов использования 5G огромны, и ни одна технология не может охватить их все. Используя другие технологии, экосистема 5G может применять для поддержки своих приложений только «наиболее подходящие» варианты.

Миф 5: единственным источником сервисов широкополосного доступа будет 5G

5G — это лишь одна из нескольких технологий, которые улучшат мобильный широко­полосный доступ и поддержат «Интернет вещей». В том же направлении 4G, Wi-Fi, оптоволокно и спутниковые услуги уже предлагают надежные способы обслуживания различных вариантов использования широкополосной связи. В некоторых случаях, например при доставке «последней мили», 5G может даже уступать другим технологиям, в частности Wi-Fi 6.

Существует также новое поколение спутников с высокой пропускной способностью, которые могут предоставлять услуги широкополосной связи в отдаленных районах, например Starlink, — то, над чем упорно работает компания SpaceX, где 5G не будет развернута из-за экономической нецелесообразности. С другой стороны, в городских районах могут быть развернуты проводные оптоволоконные сети, обеспечивающие более высокую пропускную способность (десятки гигабит) и надежность по сравнению с 5G.

Миф 6: к ядру 5G подключаются только технологии 3GPP

5G не просто эволюция 4G, а первая версия новых спецификаций 3GPP, которая действительно открывает стандарт для любых типов коммуникационных технологий — мобильных, проводных, фиксированных беспроводных, спутниковых, лицензионных и не требующих лицензирования технологий, таких как Wi-Fi и LoRaWAN. Эта спецификация предлагает функциональную совместимость, универсальность и ценность для многих вертикалей.

Миф 7: 5G легко внедрить

Для того чтобы настроить решение 5G, необходимо создать инфраструктуру. С применением 5G сигналы используют новые полосы радиочастот, что требует обновления радио- и другого оборудования на вышках сотовой связи. В зависимости от типа активов, к которым сотовые операторы могут получить доступ, в ряде случаев решения 5G могут действовать на сетях 4G, что позволит создать гибридную архитектуру 4G/5G. Однако это огромные инвестиции.

Более того, операторам необходимо радикально изменить организацию и архитектуру в сторону базовой сети 5G, которая полностью ориентирована на облачные технологии и виртуализацию. Это переход от физической инфраструктуры к парадигме сети как услуги.

При наличии существующей инфраструктуры и сети устройства LoRaWAN просты в установке и могут быть легко выполнены неспециализированными работниками. Даже в относительно отдаленном будущем, когда все отрасли станут «умными», LoRaWAN останется привлекательным. Это связано с тем, что затраты на электромонтаж и конфигурацию сетей гораздо проще и рентабельнее, чем проводные решения.

Миф 8: 5G необходим, чтобы идти в ногу с быстро развивающимся миром

Хотя 5G окажет свое влияние, но будет сосуществовать с альтернативными технологиями, что принесет пользу различным отраслям и сценариям эксплуатации. Рыночные тенденции показывают, что инфраструктуру 5G нелегко реализовать, поэтому существует потребность в устойчивой и рентабельной технологии, такой как LoRaWAN. Без дополнительного решения для 5G будет сложно обеспечить высокую рентабельность инвестиций для клиентов.

Миф 9: 5G появится очень скоро

Внедрение технологии 5G началось очень быстро. Однако совсем недавно производители микросхем, которые поставляют компоненты, используемые в сетевом оборудовании 5G, сообщали о задержках с развертыванием 5G (газета The Wall Street Journal). В целом для широкого внедрения 5G потребуются годы.

LoRaWAN опередила экосистему 5G на пол­десятилетия и обладает самым большим количеством разнообразных датчиков и комплексных решений. По оценкам GSMA, к 2025 году около половины мобильных подключений будет 5G. К тому же году использование 4G LTE составит около 59%. Короче говоря, 5G не заменит LTE так, как 4G заменила 3G, когда она была запущена. По мере перехода организаций на 5G сеть 4G станет основной для устройств «умного» дома и пользователей, не нуждающихся в возможностях 5G.

Между тем сети LoRaWAN продолжают лидировать в распространении массовых сценариев использования IoT. Они стали стандартом де-факто, и аналитики ожидают, что к 2023 году на LoRaWAN и сотовый «Интернет вещей» будет приходиться свыше 80% мирового рынка энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия (LPWAN). LoRaWAN будет сосуществовать с экосистемой 5G как де-факто нелицензированный стандарт LPWAN [21].

Миф 10: 5G ликвидирует цифровой разрыв

Переход с 4G на 5G потребует времени. Это означает, что, хотя некоторые отрасли изначально перейдут на 5G, многие более крупные области какое-то время еще будут использовать 4G. Во многих сельских районах предприятия и сообщества по-прежнему не имеют надежной связи, не говоря уже о высокоскоростном Интернете или мобильных данных. Грядущая эра 5G может еще больше увеличить разрыв.

Миф 11: 5G New Radio скоро покроет массовые варианты использования «Интернета вещей»

Новое радио 5G (5G NR) в диапазоне ​​миллиметровых волн ориентировано на обслуживание потребителей, нуждающихся в высокой пропускной способности и малой задержке. В версии 16 компания 3GPP приняла решение в ближайшие годы позволить 4G реализовывать массовые задачи использования «Интернета вещей». В течение этого времени не ожидается, что 5G NR будет рассматривать варианты применения LPWAN.

Миф 12: 5G неспособна обслуживать движущиеся объекты

Это реально миф. Качество и надежность непосредственно самой передачи в сети 5G, причем на миллиметровых волнах, были продемонстрированы в мобильной сети в тестовых системах во время Олимпийских игр в Сеуле на скоростях выше 200 км/ч на гоночной трассе, поэтому структура кадра 5G признана пригодной для переключений в условиях даже экстремального доплеровского сдвига.

Миф 13: у 5G будут проблемы с существующими технологиями беспроводной связи

Словарное определение термина «сосуществовать», данное в информационном бюллетене Европейской комиссии, имеет два значения: «существовать вместе в одно и то же время» и «жить в мире друг с другом, особенно в рамках политики». Оба они подходят и актуальны, поскольку мы рассматриваем будущее беспроводной связи 5G. Соответственно, под этим термином в рамках статьи мы будем подразумевать совместимость и возможность совместной работы оборудования 5G с разными техническими средствами, основанными на разных технологиях.

Смоделированный спектр, показанный на рис. 8, хорошо иллюстрирует возможную ситуацию и помогает понять уже не будущую, а текущую и насущную проблему. Этот сценарий, представленный в субдиапазоне 6 ГГц, показывает несколько возможных сигналов 5G, смешанных с различными формами сигналов 3G и 4G.

Рис. 8. В части частотного спектра субдиапазона 6 ГГц решение проблемы сосуществования для устройств технологии 5G будет не просто обязательным, а насущной и жизненно важной необходимостью.
Примечание. Notched FBMC — FBMC с пропуском части спектра

По мере того как спектр беспроводной связи и передачи информации становится все более насыщенным и уже, можно сказать, перегруженным, увеличивается и вероятность непреднамеренных и неожиданных помех. Соответственно, достижение целевых показателей по ожидаемым уровням производительности и удовлетворению надежд пользователей в отношении качества обслуживания зависит от мирного сосуществования будущих сигналов систем передачи пятого поколения (5G) с устаревшими сетями четвертого и третьего поколений (4G/3G), сигналами персональных сетей (Personal Area Network, PAN), спутниковой связи и передачи, радиолокационными системами и т. д. [2].

Второй итог

Требования к использованию технологии 5G определяют три основных варианта ее приложения:

• Предоставление улучшенного широко­полосного мобильного доступа (Enhanced Mobile Broadband, eMBB). Это классический мобильный широкополосный доступ, эволюция современной технологии 4G, включая потоковое видео, видео-конференц-связь и базовое широкополосное соединение, но на гораздо более высоких скоростях. 5G также даст фиксированный беспроводной доступ (fixed wireless access, FWA) для обеспечения широкополосных соединений последней мили.
• Возможность подключения очень большого числа устройств (датчики, счетчики и т. д.) (Massive Machine Type Communications, mMTC, буквально: массовая межмашинная связь). Как и варианты использования «Интернета вещей» (Internet of Things, IoT) в рамках сетей 4G, технология 5G будет поддерживать намного большее количество устройств и при этом с существенным улучшением энергоэффективности и экстремально высокой плотности узлов сенсорной сети.
• Предоставление высоконадежного соединения с очень низкой задержкой передачи данных (Ultra-Reliable and Low-Latency Communications, URLLC). Низкая задержка, высокая надежность и широкая полоса пропускания будут поддерживать новый набор приложений, невозможных с сегодняшней технологией 4G, например, таких как виртуальная и дополненная реальность, удаленная хирургия в реальном времени (тактильный Интернет) и автономные транспортные средства.

В целом, как можно видеть, цели 5G очень амбициозны, с разными вариантами использования, охватывающими и очень низкие, и очень высокие скорости передачи данных, предлагающие малую задержку, массовую межмашинную связь, высокую надежность и работу с низким энергопотреблением. Однако не все здесь просто [22].

Несмотря на то что 5G предстоит пройти долгий путь, она представляет собой огромный шаг вперед в ряду коммуникационных технологий, которые можно использовать для решения практически бесконечного диапазона сценариев, поддерживаемых IoT. Однако без легкого доступа к дополнительным возможностям Wi-Fi и LoRaWAN поставщики решений IoT будут изо всех сил пытаться обеспечить рентабельность инвестиций для своих клиентов. Конечная цель любого поставщика услуг связи должна заключаться в предоставлении клиентам возможности выбора — только так можно удержаться на рынке.

Заключение

Столкнувшись с экспоненциальным ростом требований к подключению, потребление мобильных данных увеличивается на 40% каждый год. Развертывание новой сети на основе 5G, способной поглощать большее количество одновременных мобильных подключений, но при этом быть более энергоэффективной, чем предыдущие поколения, необходимо для предотвращения перенасыщения в районах с высокой плотностью населения. Конечно, 5G меняет правила игры в бизнесе, ускоряет производственные процессы и трансформирует бизнес-модели в целом ряде секторов, от интеллектуального производства до телемедицины и удаленного мониторинга, управления дорожным движением в реальном времени, подключенных автомобилей и т. д.

5G также способствует экономическому развитию: по прогнозам ведущих аналитических компаний, глобальная производственно-сбытовая цепочка 5G будет давать $3,6 трлн экономического производства и поддерживать 22,3 миллиона рабочих мест в 2035 году. А потребители с помощью виртуальной, дополненной или смешанной реальности получат еще и выгоду от новых способов обучения, работы, общения и развлечений.

Но перспективы создания сетей 5G по-прежнему будут вызывать дискуссии в индустрии беспроводной связи, что вполне естественно, и точно не про ее влияние на распространения вирусов, ну разве что компьютерных. По мере увеличения числа развертываний 5G также будет расти количество дополнительных технологий, которые предлагают гибкость с низким энергопотреблением, экономичную мощность и варианты с низкой пропускной способностью для массового развертывания «Интернета вещей». Эти решения дополняют сильные стороны 5G и предоставляют более широкий набор инструментов для поддержки различных сценариев использования. При этом большую часть огромного пространства «Интернета вещей» будут возглавлять операторы мобильной связи, а также операторы нелицензированного спектра в рамках развертываний частных сетей предприятий, и все технологии беспроводной связи будут вместе работать на благо всего человечества.

А что нас ждет дальше? В заключение необходимо отметить, что проблемы широкополосной связи на уровне пятого поколения не заканчиваются, и мы в уже обозримом будущем войдем в шестое поколение (внедрение которого предполагается во второй половине 2020-х — 2030-е годы), которое сдвинется из гигагерцевой в терагерцевую область [23]. Но это уже совсем другой уровень техники, требующий не только решения еще более сложных проблем, но и борьбы с новыми мифами, как же без них.

Мало построить сети и выпустить оборудование и абонентские устройства, если потребитель не готов к новым технологиям. Все новое и неизвестное всегда воспринимается с некоторой долей скепсиса, соответственно, нам, техническим специалистам, надо проводить разъяснительную и даже воспитательную работу [24]. В общем, наш черт в действительности не так страшен, как его некоторые намалевали.