Пятое поколение мобильной связи создавалось не только ради скорости загрузки на смартфоне. Стандарт 5G рассчитан сразу на три класса задач: широкополосный доступ для абонентов, передачу команд с минимальной задержкой для промышленных систем и подключение огромного числа датчиков на ограниченной территории. Технические спецификации готовит консорциум 3GPP, первая полная версия вошла в Release 15, опубликованный в 2018 году.
Частоты и способы передачи сигнала
Сети 5G используют два диапазона. Первый, FR1, охватывает частоты до 7,125 ГГц и даёт хорошее покрытие: волна проходит сквозь стены и огибает препятствия. Второй, FR2, — миллиметровые волны от 24 ГГц. Полоса канала там шире, поэтому данные передаются быстрее, но сигнал сильнее затухает и плохо проникает в здания, и операторы ставят базовые станции ближе друг к другу.
Чтобы компенсировать потери, оператор устанавливает антенные решётки Massive MIMO из десятков и сотен элементов. Решётка формирует узкий луч и направляет его на конкретного абонента. Для такой схемы нужны микроволновые компоненты с одинаковыми характеристиками в каждом канале, иначе луч размывается. Ещё одно отличие от 4G — виртуальные срезы сети: одна инфраструктура обслуживает видеопоток, беспилотный транспорт и счётчики с разными требованиями к задержке.
Из чего состоит радиотракт 5G
Базовая станция и абонентский терминал работают на высоких частотах, поэтому разработчик предъявляет к элементам тракта жёсткие требования по потерям, шумам и стабильности параметров при нагреве. В приёмопередатчик входят фильтры, малошумящие усилители, фазовращатели, аттенюаторы, направленные ответвители и коаксиальные переходы. Каждый узел вносит свои искажения, и инженер подбирает их так, чтобы суммарные характеристики укладывались в требования стандарта.
Модем обрабатывает данные на сравнительно низкой промежуточной частоте, а в эфир они уходят на несущей в гигагерцовом диапазоне. Перенос выполняет смеситель частот: он объединяет полезный сигнал с колебанием гетеродина и выделяет суммарную или разностную составляющую. При выборе смесителя инженер сравнивает рабочий диапазон, потери преобразования, развязку между портами и точку компрессии — от них зависит чистота спектра на выходе.
Чем выше рабочая частота, тем дороже обходится каждая доля децибела потерь в разъёме или фильтре: на миллиметровых волнах она заметно сокращает дальность связи. Поэтому реальная скорость 5G у абонента зависит не только от тарифа и загрузки соты, но и от качества высокочастотных узлов в оборудовании оператора.
