Инновационные технологии

От «аналога» к 5G и дальше: краткая история мобильной связи

В 1983 году Кевин Митник взломал сеть Пентагона с помощью модема, работающего со скоростью 33,5 кбит/с. В 2017 при скорости меньше мегабита вам будет некомфортно просматривать ленту Facebook. Сегодня тот факт, что интернет в смартфоне работает быстрее, чем домашний, уже не вызывает удивления. Разберемся, как развивалась мобильная передача данных и каких скоростей ждать в будущем.  

Первое поколение 1G

Буква «G», перед которой ставится цифра, например, в распространенном сейчас формате 4G, является сокращением от английского слова «generation» — «поколение» беспроводной связи. С 1970 года было создано четыре основных поколения, а в ближайшем будущем мы станем свидетелями распространения пятого.

Разработка первого поколения беспроводной передачи данных началась в 70-х годах, а уже к 80-м использовались три стандарта: Nordic Mobile Telephone (NMT), American Mobile Phone System (AMPS) и Total Access Communication System (TACS).

Первое поколение 1G использовало аналоговую передачу данных и с помощью своего рода модема позволяло уменьшить шум и искажения, которые были проблемой беспроводной связи. Кроме самого звонка никакая информация по этому каналу не передавалась, но общая скорость передачи данных достигала примерно 1,9 кбит/с. Стоимость телефонов значительно уменьшилась, но все еще была слишком высокой для рядового покупателя.

Мобильный телефон эпохи 1G

К 1990 году количество пользователей сети достигло 20 миллионов человек по всему миру. Тогда стали особенно заметны недостатки сети: низкая скорость передачи данных, использование разных стандартов в разных странах, высокая стоимость звонка и вес устройств.

2G: «аналог» или «цифра»?

В 90-х годах на свет появляется второе поколение мобильной связи — 2G. Главным нововведением стало использование цифровых технологий, теоретическая и технологическая базы для которых готовились еще с середины 80-х годов. Развитие сети привело к появлению двух стандартов: D-AMPS в Америке и GSM в Европе. Но второе поколение все еще оставалось гибридом аналоговой и цифровой связи.  

Несмотря на значительное улучшение связи, увеличение потенциального количества пользователей и появление сервисов вроде обмена короткими сообщениями (SMS), для того чтобы использовать другие опции, необходимо было сделать своего рода «звонок» и подключиться к сервису по примеру стационарных модемов. Скорость передачи данных выросла до 14,4 кбит/с.

Революцией стало внедрение стандарта 2,5G или GPRS (General Packet Radio Service) в 1997 году. Ключевой особенностью GPRS стала непрерывность передачи пакетных данных и возможность передавать графическую информацию. Теперь не нужно было никуда звонить: устройство могло быть подключенным к интернету постоянно, что позволило операторам тарифицировать не звонки, а непосредственно передачу данных. Скорость увеличилась до 115 кбит/с.

Относительно бесперспективной веткой развития стала технология EDGE (Enhanced Data-rates for GSM Evolution), которую в некоторых классификациях называют 2,75G. Она не привнесла серьезных качественных изменений, но позволила без серьезных вложений в аппаратную часть увеличить скорость до 384 кбит/с.  

3G: множественный доступ и SIM-карта

Следующее поколение 3G, появившееся в 2002 году, связано с переходом к принципиально новым технологиям. В первую очередь, это переход от метода множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access — TDMA) к использованию множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA). Это позволило не терять соединение с интернетом при звонке.

Эволюция устройств, использующих 2G и 3G связь

Смена технологии позволила передавать аудио и видео информацию, в том числе потоковую (Stream). Несмотря на то, что в движении скорость соединения могла падать до 145 кбит/с, максимальная скорость достигла 3,6 Мбит/с.

Дальнейшее обновление, также называемое 3,5G, получило распространение в 2006-2007 годах. Стандарт HSPA и его следующие виды развивали скорость до 42 Мбит/с, и их могли бы назвать поколением 4G, но в процесс вмешалась коммерция.

4G: скорость, умноженная на 500

По сути, поколение 4G было заявлено слишком рано. На момент выхода поколения в свет — в 2008 году — ожидалось, что скорость для стационарного модема должна быть на уровне 1 Гбит/с, а мобильного устройства — 100 Мбит/с. По факту ни один оператор не смог добиться такой скорости. Более того, к четвертому поколению отнесли стандарт HSPA+, который формально принадлежит третьему поколению передачи данных.  

Только через пять лет технологии начали приближаться к заявленным параметрам. Это стало возможно благодаря стандартам LTE (Long Term Evolution) и WiMAX. Современная скорость для этих стандартов может достигать от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с, хотя сильно зависит от страны, города и уровня развития сети оператора.

Сети 4G привнесли несколько технологических изменений: увеличение емкости сети, приоритезацию трафика на устройстве, ориентацию на IP, стандартизацию в разных странах. Тем не менее, заявленная смена поколений выглядит как хороший маркетинговый ход, нацеленный на продажу новых услуг и устройств. Часто пользователи не замечают переход от LTE к 4 или 3G+, потому что практически не теряют в скорости, но и остаться за бортом прогресса не могут.

5G — технология ближайшего будущего

Еще интересней выглядят маркетинговые ходы для предстоящего пятого поколения — 5G. Если с четвертым удалось красиво подменить качественный скачок технологий названием, то фактической базы для 5G пока нет. Для того, чтобы совершить переход, необходимо увеличить скорость в 200-500 раз до 10-50 Гбит/с. За такими показателями скорости должен стоять и аппаратный скачок. Что считается необходимым для пятого поколения передачи данных?

«Умные»  антенны. Современные сети уже умеют использовать несколько антенн для усиления сигнала устройства, но для желаемой пропускной способности будет необходимо совмещать множество антенн, которые будут уметь «профилироваться» под определенные задачи и диапазоны, а также переключаться между собой по мере нагрузки.

Новые волны. Сейчас используются волны в диапазоне 3,5 ГГц, а для запуска новой сети придется выходить в новые волновые диапазоны. Один из вариантов выхода из положения — уход в волны на десятках гигагерц. Для этого потребуются новые базовые станции для передачи сигнала. Как операторы смогут построить базовые станции такой мощности без вреда для здоровья, пока не известно, но точно понятно, что процесс будет долгим и дорогостоящим.

Энергопотребление. Если задача по совмещению и внедрению «умных» антенн будет решена, то придется решать вопрос об их размерах и энергопотреблении. А значит 5G-сеть должна принципиально изменить подход к использованию питания.  

Device-to-device. Одной из предполагаемых особенностей пятого поколения считается возможность передачи данных от одного устройства к другому на расстоянии десятков метров. При этом сам оператор может получать только «сигнальный трафик» для тарификации, а сами данные будут перемещаться напрямую между устройствами. Позволит ли это уйти от технологии BlueTooth и даже NFC пока непонятно, но звучит многообещающе.

После 5G

По запросу «5G» в интернете можно найти множество новостей о тестировании технологии, однако новое поколение пока только в теории. Официально действует «правило 20 лет», когда принципиально новая технология приходит каждое двадцатилетие. Мы уже знаем, что иногда это случается гораздо раньше.

Да, уже достигнуты скорости в 10,15  и даже 25 Гбит/с, но для смены поколений потребуются тщательная стандартизация, массовое обновление базовых станций и мобильных устройств. Поэтому остается надежда на развитие технологий и новый качественный скачок. Ближайшей точкой отсчета считаются зимние Олимпийские игры в южнокорейском Пхёнчхане: местный оператор KT Corporation заявил о повсеместном внедрении 5G к 2018 году.

Технологии 5G станут основой «умных» домов будущего

Но маркетологи не дремлют: уже озвучены ожидания от поколения 6G. В основе этого поколения — передача данных через спутник, то есть полный или частичный отказ от базовых станций и покрытие связью всего земного шара.

После этого остальные нововведения — интеграция с «умными» домами и городами, со всеми спутниковыми системами навигации и другие — уже звучат не так впечатляюще, хотя имеют глубокие социально-экономические последствия. Ожидаемое время внедрения технологии — 2030-2040 годы. Остается только удивляться открытиям индустрии и мечтать увидеть своими глазами новую спутниковую эру.

Поделиться этой статьей

Другие темы

Инновационные технологии

Читать эту статью следующей

Read Full Story