5G mmWave — самая быстрая технология мобильной сети, которая у нас есть, достигающая скорости до 10 Гбит/с в реальном мире. Давайте рассмотрим, что это такое на самом деле, и узнаем, как работают сотовые сети. Я знаю, что некоторые из них звучат как азбука физики, но я обещаю, что это поможет нам глубже понять.
Что же такое волна?
Мы все видели волны на воде, когда она взволнована. Предположим, что в этой взволнованной воде находится буй (или что-то плавающее), вы заметите, что он просто качается вверх и вниз, никуда не двигаясь. Почему он не движется вперед и назад, как, кажется, это делают волны? Кроме того, все эти колебания должны требовать энергии. Откуда взялась эта энергия?
Ответ в том, что она распространилась от первоначального источника возмущения. Допустим, кто-то бросил камешек в стоячую воду, что создало волну. Расширяющиеся волны несли энергию этого камешка с собой до самого буя.
Но почему эта энергия не толкнула буй вперед? Это потому, что, хотя он и создает иллюзию ряби наружу, вода на самом деле не движется дальше. Она просто подпрыгивает вверх и вниз. Итак, если подвести итог, энергия волны передается далеко вперед, но сама волна остается на месте. Так же, как люди создают волну на стадионе, садясь и приседая.
Каждая волна подчиняется одним и тем же принципам. Например, волна будет вести себя точно так же, если вы создадите возмущение в воздухе вместо воды (это и есть звук).
С научной точки зрения, для каждого из этих поведений есть свой термин и способ их количественной оценки. Например, если посчитать, сколько раз буй подпрыгивает вверх и вниз за секунду, это будет его частота. То, насколько далеко вверх и вниз каждый раз перемещается буй, будет амплитудой волны. А если взять линейку и измерить расстояние между рябью, это будет его длина волны.
Когда волны упакованы ближе друг к другу, длина волны короче, а частота выше. Частота ниже, а длина волны длиннее, когда волны дальше друг от друга. Как правило, более высокие частоты означают больше энергии и наоборот.
5G — это особый вид волны
Волны повсюду вокруг нас. Свет, который мы видим, на самом деле может вести себя так же, как волны на воде. Однако в отличие от волн на воде или в воздухе, это своего рода особая волна, которой не нужен материал для распространения. Она может просто распространяться по пустому пространству. Этот особый тип волны называется электромагнитной волной.
Он состоит из целого спектра различных длин волн, и узкая полоса этого спектра — это то, что мы воспринимаем как видимый свет. Все цвета, которые мы видим, — это просто разные длины волн в этом спектре. Проще говоря, мы видим только небольшой кусочек электромагнитных волн, а остальное невидимо.
Когда электромагнитная волна имеет очень короткую длину волны, это может быть гамма-излучение, рентгеновское излучение или ультрафиолетовая волна (те самые ультрафиолетовые лучи, которых мы должны избегать, находясь на солнце). С другой стороны, когда она имеет максимально возможную длину волны, это радиоволна.
Радиоволны могут преодолевать невероятные расстояния, поскольку имеют самые длинные волны и очень низкие частоты. Вот почему мы используем их для беспроводной связи. Wi-Fi и сотовая связь, включая 5G, на самом деле являются радиоволнами.
Волны могут переносить большой объем данных очень быстро
Но как волна может переносить сообщение или пакеты интернет-данных? Это звучит ошеломляюще, но ключ кроется в простоте языка самого сообщения.
Вы, вероятно, слышали об азбуке Морзе. Это язык, состоящий исключительно из точек и тире. А есть еще двоичный код, язык единиц и нулей, который компьютеры считывают и понимают.
Помните буй, который подпрыгивает вверх и вниз, когда вы бросаете камешек в воду? Вы могли бы создать из него язык, чтобы отправить сообщение. Высота, на которую подпрыгивает буй, может быть кодом: большая высота может быть 1, а маленькая высота может быть нулём. Вы могли бы бросить большой камень, чтобы «закодировать» 1, и маленький камешек, чтобы «закодировать» 0. Это было бы довольно неуклюже и медленно, но в принципе кто-то издалека мог бы наблюдать за буем и интерпретировать сообщение, которое вы отправили по волнам.
Вот так в принципе работает радиосвязь. Передающее устройство кодирует единицы и нули, изменяя частоту, амплитуду (как наш буй) или фазу волны. Технически это называется модуляцией.
Шаблон из единиц и нулей может быть отображен или «закодирован» на волне, поскольку передатчик может создавать чрезвычайно точные помехи, которые аппаратное обеспечение приемника интерпретирует и «декодирует» в единицы и нули. Вы можете видеть, как волна с более высокой частотой (больше колебаний в секунду) и более короткой длиной волны позволит вам закодировать больше информации, поскольку есть больше слотов или возможностей для модуляции битов волны.
Мы уже знаем, что сотовые сети работают на радиоволнах, а радиоволны могут иметь длину волны от одного миллиметра до нескольких миль. Это ключ.
Объяснение 5G mmWave
Теперь у нас есть все элементы пазла, иллюстрирующие, что такое 5G mmWave.
Ранние поколения сотовой связи (1G и 2G) использовали радиоволны, которые вибрируют около 1-2 миллиардов раз в секунду (1-2 ГГц) и имеют длину волны около 1 фута. Это звучит быстро, но первое поколение не могло даже отправлять текстовые сообщения. Третье поколение (3G) увеличило частоту до 2.5 ГГц и сократило длину волны вдвое. С 3G вы можете просматривать интернет и транслировать в формате SD. С четвертым поколением (4G) частота выросла до 8 ГГц, а длина волны сократилась до 1.5 дюймов, что позволило осуществлять потоковую передачу в формате HD и быстрый просмотр. В реальном мире она достигает примерно 50–100 Мбит/с.
5G — это скачок вперед, поскольку он работает на колоссальной частоте 100 ГГц (это сто миллиардов раз в секунду). Длина его волны может быть всего лишь миллиметром (мм); отсюда и название. Вот что такое 5G mmWave: сотовая сеть, работающая на чрезвычайно высокой частоте и длине волны 1 мм, достигающая средней скорости загрузки 2.5 Гбит/с.
Что это значит для нас
5G не просто быстрее 4G; он также гораздо более отзывчив. Задержка может составлять всего 1 миллисекунду, что практически мгновенно. Это означает отсутствие задержек в онлайн-играх и потоковой передаче 4K или 8K без буферизации. Почти мгновенное время отклика также идеально подходит для устройств Интернета вещей, дополненной реальности, беспилотных автомобилей и технологий, требующих низкой задержки.
Помимо сверхбыстрой передачи данных и невероятно низкой задержки, 5G mmWave также поддерживает большую пропускную способность по сравнению с традиционными сетями (к нему может подключаться гораздо больше устройств, не испытывая перегрузки сети).
Ограничения 5G mmWave
Каждая сотовая технология до 5G, включая 4G, использовала один диапазон частот. 5G использует много. 5G mmWave — это только один из многих диапазонов. Есть также 5G Sub-6 GHz, который работает примерно на тех же частотах, что и 4G. А есть Sub-1 GHz, который использует еще более низкие частоты. Диапазоны частот 5G могут быть высокочастотными, среднечастотными и низкочастотными. Что дает?
Поскольку волны 5G плотно упакованы (по сравнению со старым типом радиоволн), они не могут распространяться далеко. Здания, деревья и даже дождь или снег могут помешать 5G mmWave.
Вот почему эта технология не слишком распространена. Для покрытия даже нескольких городских кварталов требуется плотная сеть небольших сот, в отличие от 4G, которая опирается на большие вышки сотовой связи, которые обычно покрывают несколько миль.
5G mmWave — наш последний и самый дальний шаг в бесперебойную беспроводную связь, но он может не получить такого широкого распространения, как предыдущие поколения. Тем не менее, видя гигабитные скорости на вашем телефоне, вы всегда будете чувствовать, что будущее уже здесь.
