В чем разница между 4G и 5G?

Введение

Эволюция беспроводных сотовых сетей была быстрой: новые поколения технологий появлялись примерно каждые 10 лет, начиная с 1980-х годов. Мы прошли долгий путь от первых дней существования аналоговых сетей 1G до нынешних высокоскоростных цифровых сетей. Поскольку мы вступаем в новое десятилетие, 5G может изменить связь в том виде, в котором мы ее знаем. Но прежде чем мы углубимся в революционные возможности 5G, полезно сначала понять его предшественника, 4G.

4G заложил основу для мобильного Интернета, которым мы наслаждаемся сегодня. Благодаря значительному улучшению скорости, емкости и надежности сети по сравнению с 3G, 4G сделал возможными такие действия, как потоковое видео высокой четкости и видеозвонки на наших смартфонах. Однако из-за растущего спроса на данные и возможности подключения сети 4G часто оказываются на пределе своих возможностей. Именно здесь на помощь приходит 5G, предлагающий молниеносную скорость, сверхнизкую задержку и возможность поддерживать массовое подключение устройств, которые изменят отрасли и обеспечат новый пользовательский опыт.

В этом руководстве мы подробно рассмотрим различия между 4G и 5G в нескольких ключевых областях. Помимо более быстрой потоковой передачи и загрузки на ваш телефон, мы исследуем, как эти поколения сетей обеспечивают революционные инновации в таких секторах, как промышленная автоматизация, здравоохранение и умные города. Оценивая этот разрыв между поколениями, становится ясно, что 5G — это не просто постепенное обновление, а платформа, которая станет катализатором следующего этапа цифровой революции.

Понимание 4G: основа мобильного Интернета

Прежде чем противопоставить 4G и 5G, важно сначала прояснить 4G и его основополагающую роль в мобильной связи. 4G относится к четвертому поколению беспроводной сотовой технологии, которая обеспечивает мобильный сверхширокополосный доступ в Интернет. Двумя доминирующими стандартами 4G являются HSPA+ (развитый высокоскоростной пакетный доступ) и LTE (долгосрочное развитие).

LTE, первоначально обозначавшая долгосрочную эволюцию, стала глобально признанным стандартом для 4G. Формально известный как LTE Advanced, он обеспечивает теоретическую пиковую скорость загрузки до 1 гигабит в секунду (Гбит/с). Реальные скорости на мобильных устройствах обычно варьируются от 2 до 10 мегабит в секунду (Мбит/с).

По сравнению с сетями 3G, 4G LTE обеспечивает значительно более быстрый просмотр веб-страниц, потоковую передачу видео и возможность одновременной работы с большим количеством пользователей. Обеспечивая такой огромный прирост скорости и пропускной способности сети, 4G позволил реализовать такие инновации, как просмотр HD-видео, онлайн-игры и видеозвонки на наших смартфонах. Он заложил основу для мобильного Интернета, которым сегодня наслаждается большинство из нас.

4G против 5G: выявление разрыва поколений

Теперь, когда мы рассмотрели основы сетей 4G LTE, чем именно отличается 5G и чего мы можем ожидать от этого нового поколения связи? Мы анализируем технические различия по пяти ключевым показателям: скорости, задержке, емкости, надежности и безопасности.

4G: шаг к 5G

Скорость

Вероятно, самая рекламируемая особенность сети следующего поколения: 5G обеспечивает экспоненциально более высокие скорости по сравнению с 4G LTE. 5G работает в высокочастотных диапазонах, таких как суб-6 ГГц и миллиметровые волны, которые имеют гораздо большую пропускную способность по сравнению с частотными диапазонами, используемыми 4G. Это в сочетании с передовыми антенными технологиями, такими как MIMO (множественный вход, несколько выходов), позволяет значительно улучшить передачу данных.

Сети 5G могут похвастаться пиковой скоростью загрузки 20 Гбит/с при типичной ожидаемой скорости 100 Мбит/с. Напротив, пиковая скорость 4G LTE достигает 1 Гбит/с при реальной скорости 2–10 Мбит/с. Это огромный импульс, позволяющий пользователям 5G загружать HD-фильмы за считанные секунды по сравнению с минутами в LTE. Такие достижения, как технология формирования луча, также позволяют направлять сигналы 5G точно на устройства, обеспечивая стабильное и бесперебойное соединение.

Задержка

Задержка — это время, необходимое для передачи данных из одной точки сети в другую. Медленная задержка приводит к задержке, буферизации и задержкам. В сетях 4G задержка обычно составляет от 20 до 30 миллисекунд. Однако 5G снижает это время до сверхнизких 1–5 миллисекунд благодаря оптимальной сетевой архитектуре и частотам сигнала.

Такая оперативность, близкая к реальному времени, имеет решающее значение для приложений следующего поколения. Такие случаи использования, как промышленная автоматизация, игры в виртуальной реальности, видеоконференции и даже беспилотные транспортные средства, требуют быстрого выполнения команд с минимальной задержкой. Низкая задержка 5G будет стимулировать инновации, основанные на обмене данными в реальном времени.

Емкость

Пропускная способность сотовой связи означает количество пользователей и устройств, которые могут одновременно подключаться к сети на оптимальной скорости. Это область, где 5G значительно превосходит сети 4G. Благодаря своей оптоволоконной инфраструктуре с высокой пропускной способностью в сочетании с большим количеством сотовых станций благодаря антеннам миллиметрового диапазона, 5G эффективно увеличивает пропускную способность в 100 раз по сравнению с 4G.

С появлением устройств и датчиков Интернета вещей, составляющих инфраструктуру умного города, нам нужны сети, способные соответствовать этому огромному масштабу. 5G рассчитан на поддержку до 1 миллиона подключений устройств на квадратный километр, что невозможно в условиях 4G. Его универсальные возможности подключения проложат путь к созданию крупномасштабных экосистем устройств.

Надежность

Разочарование, с которым вы, возможно, столкнулись при работе с сетями 4G, — это периодические пропадания соединения при перемещении между местами. Или испытываете слабые сигналы в помещении. Эта изменчивость влияет на надежность. В 5G такие методы, как разделение сети, обеспечивают более стабильную пропускную способность, адаптированную к конкретным приложениям, позволяя разумно маршрутизировать данные на основе таких параметров, как скорость и задержка. 5G также использует такие технологии, как малые соты и миллиметровые волны, для интеллектуального проникновения через препятствия, такие как стены и здания.

Более того, базовая сеть 5G использует полностью виртуализированную архитектуру, в отличие от 4G, использующей физическое оборудование. Эта облачная инфраструктура обеспечивает большую гибкость и стабильность. Благодаря 5G пользователи могут оставаться на надежной связи практически в любых средах и условиях.

Безопасность

В условиях растущей зависимости от сетевого подключения и растущих киберугроз безопасность стала первостепенной задачей в современных сотовых сетях. В архитектуре 4G все еще сохраняется ряд уязвимостей безопасности, которые подвергают сети атакам. Однако усиление защиты и снижение рисков являются ключевыми моментами при проектировании экосистем 5G с самого начала.

5G использует взаимную аутентификацию между пользователем и сетью с использованием уникальных постоянных идентификаторов для предотвращения атак с использованием олицетворения. Все каналы связи также полностью зашифрованы. Сетевое разделение позволяет логически разделить сетевые функции и потоки данных для разных приложений, ограничивая горизонтальное перемещение в случае взлома. Эти многоуровневые протоколы безопасности будут служить защитой, поскольку в ближайшие годы наши потребности в подключении будут возрастать.

Применение 4G и 5G: за пределами мобильных устройств

4G и 5G: изменение цифрового ландшафта

До сих пор мы в первую очередь фокусировались на роли 4G и 5G в питании смартфонов и мобильных устройств. Однако сегодня сотовая связь выходит за рамки этого, служа основой связи, обеспечивающей сегодняшние инициативы цифровой трансформации. Давайте рассмотрим некоторые из этих более широких сценариев использования в отрасли.

Мобильного широкополосного доступа

Сегодня 90% американцев выходят в Интернет через мобильные устройства, а не через настольные компьютеры. Поскольку эта тенденция усиливается во всем мире, мы становимся все более зависимыми от наших сотовых сетей в надежной доставке веб-контента с низкой задержкой. Вот почему достижения в сфере мобильной широкополосной связи, начавшиеся с появлением 4G LTE, за которым последовало расширение с помощью 5G, так важны.

4G LTE принес нам первую волну возможностей потокового видео высокой четкости, многопользовательских игр и видеоконференций. 5G опирается на эти основы, чтобы сделать жизнеспособными иммерсивные приложения, такие как дополненная реальность/виртуальная реальность и облачные игры на ходу. Автономные транспортные средства также используют передачу данных в реальном времени через 5G для навигации и реагирования на динамичную окружающую среду. Само наше восприятие онлайн-мира продолжает меняться благодаря мобильной широкополосной связи.

Industrial Automation

Инициативы «Индустрия 4.0» направлены на интеграцию передовых технологий, таких как искусственный интеллект, Интернет вещей и большие данные, в производственные системы и процессы. Сеть, служащая основой для этой автоматизации следующего поколения, — это 5G. Сверхнадежное соединение с низкой задержкой позволяет машинам на складах и производственных объектах безопасно и эффективно координировать свои действия в огромных масштабах.

Датчики и контроллеры непрерывно передают данные в центральные системы искусственного интеллекта, чтобы обеспечить профилактическое обслуживание до возникновения сбоев. Технические специалисты также проводят сложный ремонт оборудования с использованием AR-очков. Повышение скорости, задержки и производительности превращает фабрики в живые организмы, управляющие сложной автоматизацией.

Умные города

Урбанизация является неумолимой глобальной тенденцией: в настоящее время более 55% населения мира проживает в городах. По оценкам, к 2050 году этот показатель достигнет 68%. Связь лежит в основе почти всех гражданских услуг и коммунальных услуг, которые поддерживают жизнь в этих густонаселенных районах. Инфраструктура умного города сочетает в себе возможности подключения 5G следующего поколения с Интернетом вещей, искусственным интеллектом и большими данными для поддержания эффективности.

От мониторинга дорожного движения с использованием встроенных дорожных датчиков до автоматизированных электросетей, балансирующих использование возобновляемых источников, быстрая передача данных имеет решающее значение для этих систем. 5G обеспечивает отказоустойчивые и гибкие сети, объединяющие все: от транспортных средств до связи служб экстренного реагирования в случае чрезвычайных ситуаций. Учитывая, что в течение следующего десятилетия запланированы миллиарды инвестиций в «умный город», мы станем свидетелями того, как связь приведет городское управление в 21 век.

Здравоохранение

Индустрия здравоохранения созрела для крупных инноваций, основанных на сетях 5G, управляемых данными. Высоконадежная связь позволяет удаленно контролировать состояние здоровья пациентов с помощью датчиков тела, отслеживающих жизненно важные показатели. Это предотвращает посещение больницы по поводу незначительных заболеваний. 5G также обещает улучшить передачу медицинских изображений из машин скорой помощи по пути в больницы, ускоряя неотложную диагностику.

Телемедицина и роботизированная хирургия также претерпевают трансформацию: врачи-специалисты могут виртуально помогать операционным бригадам по всему миру благодаря кристально чистой передаче видео 5G и незначительной задержке. Точное здравоохранение, основанное на анализе больших данных, также станет возможным благодаря сетям 5G, передающим наборы астрономических данных быстрее, чем когда-либо прежде.

Часто задаваемые вопросы: демистификация общих вопросов

Развенчание мифов: распространенные вопросы о 4G и 5G

Несмотря на ажиотаж вокруг 4G за последнее десятилетие и недавнее модное словечко о 5G, все еще бытует несколько заблуждений относительно поколений сотовых технологий. Давайте проясним некоторые распространенные сомнения.

1. Действительно ли 5G настолько быстрее, чем 4G?

Да, конечно! Пиковая теоретическая скорость 5G оценивается в 20 Гбит/с, что в 2500 раз выше пиковой скорости 4G. На практике скорость 5G 100 Мбит/с в 10–20 раз выше, чем типичная скорость 4G. Производительность, подобная оптоволокну, приходит в сотовую связь.

2. Как далеко распространится 5G?

5G работает в более высоких диапазонах частот миллиметровых волн, которые часто имеют более короткие диапазоны по сравнению с более низкими частотами 4G. Однако такие методы, как малые соты, увеличивают зону покрытия. Что еще более важно, скорости остаются очень высокими даже в сотнях метров от антенны. Дальность существенно не ухудшается.

3. Безопасен ли 5G для моего здоровья?

Научных данных, свидетельствующих о вредном воздействии излучения 5G на здоровье, нет. Уровни передаваемой мощности намного ниже опасных тепловых порогов. Хотя исследования продолжаются, организации по стандартизации здравоохранения не выявили повышенного риска воздействия.

4. Нужно ли мне новое устройство для использования 5G?

Первоначально вам понадобится совместимый телефон со встроенным модемом 5G для доступа к скорости передачи данных 5G. Однако по мере того, как все больше смартфонов, промышленных датчиков и транспортных средств имеют встроенные возможности 5G, вы сможете перейти на 5G без обновления оборудования в будущем.

5. Каковы затраты, связанные с 5G?

Существуют значительные инвестиции, связанные с инфраструктурой, такие как развертывание небольших вышек сотовой связи и модернизация опорных сетей до совместимости с 5G. Однако конкуренция между поставщиками телекоммуникационных услуг будет динамично регулировать ценообразование. Мы можем увидеть, что стоимость планов передачи данных 5G на старте будет немного выше, чем 4G.

Заключение

Это захватывающее время в сфере телекоммуникаций, поскольку мы стоим на пороге революции в области связи, основанной на сетях 5G. Сравнивая 5G и 4G, мы обнаруживаем скачок поколений по таким показателям, как скорость, задержка, емкость и надежность. Несмотря на то, что 4G LTE заложил основу мобильной широкополосной связи, позволяющей внедрять инновации, от потоковой передачи HD-видео до навигации в реальном времени, он изо всех сил пытается идти в ногу с растущими потребностями в передаче данных. Именно здесь появляется невероятно быстрая и универсальная сеть 5G, рассчитанная на приток пользователей и устройств в течение следующего десятилетия.

Помимо улучшения мобильного опыта, надежная связь 5G с низкой задержкой служит основой связи, позволяющей создавать «умные» заводы, интеллектуальные транспортные сети и здравоохранение, управляемое данными. Он расширяет возможности сотовой связи из личной сферы в промышленные сферы. Поскольку операторы связи продолжают развертывать инфраструктуру 5G по всему миру, компании изучают способы использования ее потенциала в разных секторах для реализации следующей волны революционных преобразований. Оценивая ключевые различия между поколениями, становится очевидным, что 5G — это платформа, на которой будет процветать цифровая экономика во всем мире.