4G и 5G: ключевые различия, которые важно понимать

Введение

Четвёртое и пятое поколения сотовой связи решают разные задачи. 4G сделал массовым мобильный интернет и видеоконтент. 5G создан для сверхнизкой задержки, высокой плотности подключений и работы с данными в реальном времени. Бизнесу важно понимать разницу между этими стандартами, чтобы выбирать подходящую инфраструктуру и не переплачивать за неиспользуемые возможности. В этой статье мы разберём архитектуру обеих технологий, сравним их по ключевым параметрам и покажем, как происходит переход с 4G на 5G.

Ключевые тезисы

• 4G — это четвёртое поколение сотовой связи, обеспечивающее скорость до 100 Мбит/с.
• 5G — это новейшее поколение, которое в идеальных условиях достигает 10–20 Гбит/с.
• Главные различия касаются задержки, скорости загрузки, базовых станций, OFDM-кодирования и плотности сот.
• Автономный (SA) и неавтономный (NSA) 5G — два пути развёртывания, которые влияют на доступность функций.
• Переход на 5G зависит от региона, оператора и наличия инфраструктуры.

Что такое 4G и как он работает?

4G — это четвёртое поколение технологии сотовой связи и предшественник 5G. Как и все типы сотовой связи, 4G работает с помощью радиосистемы: базовая станция передаёт радиочастотные сигналы между сетью и устройствами.

4G превосходит предыдущие поколения благодаря более высокой скорости, лучшей спектральной эффективности и большей пропускной способности. К его преимуществам относятся:

• Повышенная плотность размещения сот.
• Улучшенная передача голоса по интернет-протоколу (VoIP).
• Более широкая полоса пропускания.

Именно эти характеристики сделали 4G самым инновационным поколением сотовой связи в 2010-х годах. За десять лет технология распространилась повсеместно.

Роль LTE

Стандарт беспроводной широкополосной связи LTE был разработан в период расцвета 4G. Он помог реализовать потенциал 4G в плане скорости и надёжности сети. Ранние внедрения LTE помогли преодолеть технологический разрыв между 3G и настоящим 4G.

Сегодня эти два стандарта часто используются вместе — например, 4G LTE. LTE предоставляет возможности, недоступные в предыдущих поколениях:

• Поддержка голосового, видео- и информационного трафика.
• Использование методов связи на основе IP для всех типов трафика.
• Агрегация несущих и ортогональный частотно-разделённый множественный доступ (OFDMA) для эффективного распределения пропускной способности.

Что такое 5G и как он работает?

5G — это новейшее поколение технологий сотовой связи. Как и в случае с 4G, вышки 5G используют радиоволны для подключения устройств к сетевой инфраструктуре. От предыдущих поколений 5G отличает более широкое использование радиочастот, ещё более высокая скорость передачи данных, разделение сети на сегменты и другие возможности.

Базовые станции 5G используют передовые технологии:

• Разделение сети на сегменты (network slicing).
• Ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM).
• Massive MIMO (многоканальные антенные системы).

Эти технологии обеспечивают более быстрое соединение и повышают общую производительность сети.

Автономный и неавтономный 5G

Автономная (SA) инфраструктура 5G включает сеть радиодоступа 5G, ядро 5G и 5G-совместимые устройства. Это полноценная, истинная форма 5G, которая раскрывает весь потенциал благодаря разделению сети на сегменты и сверхнизкой задержке.

Неавтономная (NSA) инфраструктура 5G использует существующую инфраструктуру 4G LTE и ядро 4G по мере создания автономной инфраструктуры. Это позволяет операторам работать в гибридном режиме, сочетая сети NSA и SA 5G.

Несмотря на то, что NSA 5G использует стандарт LTE, она также поддерживает 5G New Radio (5G NR) — стандарт радиоинтерфейса, который призван заменить LTE. NR — это то же самое, что LTE для 4G: он улучшает связь в сетях 5G и обеспечивает более высокую скорость, меньшую задержку и большую пропускную способность.

Преимущества 5G

• Повышенная энергоэффективность подключённых устройств.
• Расширенные возможности подключения.
• Более высокая скорость сети.
• Возможность общения в режиме реального времени.

5G также может работать в новом высокочастотном диапазоне — миллиметровом (mmWave), — где используются волны длиной от 30 до 300 ГГц. Для сравнения: 4G LTE использует волны длиной менее 6 ГГц. Из-за использования mmWave для работы 5G требуются новые базовые станции с маломощными сотами.

Сравнение 4G и 5G: задержка, скорость и пропускная способность

Основные различия между 4G и 5G сводятся к расширенным возможностям, которые предоставляет 5G. Задержка, скорость и пропускная способность — одни из самых важных показателей производительности любой сети.

Задержка

Одно из самых больших различий между 4G и 5G — это задержка. В сетях 5G она ниже.

• 4G: от 20 до 40 миллисекунд (в некоторых источниках — от 60 до 98 мс).
• 5G SA: менее 5 миллисекунд.

Меньшая задержка способствует прогрессу в других областях: повышению скорости отклика и эффективности сети.

Потенциальная скорость загрузки

5G расширяет возможности и увеличивает потенциальную скорость загрузки.

• 4G: обычно от 20 до 100 Мбит/с.
• 5G: максимальная скорость в идеальных условиях с mmWave — от 10 до 20 Гбит/с, но обычно ближе к 1–3 Гбит/с.

Базовые станции

Ещё одно ключевое различие — базовая станция, необходимая для передачи сигнала.

4G передаёт сигнал с вышек сотовой связи. В 5G используется технология малых сот благодаря более высокой скорости и диапазону миллиметровых волн. Операторы развёртывают высокочастотные сети 5G в малых сотах размером с коробку для пиццы. Для низкочастотных диапазонов 5G по-прежнему используются вышки сотовой связи.

Из-за частоты миллиметровых волн операторам приходится размещать маломощные базовые станции часто, чтобы сигнал доходил до пользователей и предприятий.

OFDM-кодирование

OFDM разделяет беспроводной сигнал на несколько более узкие частотные каналы — поднесущих — в пределах одной полосы пропускания. Это помогает избежать помех. Каждая поднесущая передаёт свою часть общего объёма данных, что повышает пропускную способность и увеличивает скорость загрузки.

• 4G LTE: каналы шириной от 1,4 до 20 МГц.
• 5G: каналы шириной от 100 до 800 МГц при использовании миллиметровых волн.

Плотность соты

Технология малых сот позволяет 5G увеличить плотность соты и повысить пропускную способность сети. Хотя 4G также обещал более высокую скорость и пропускную способность, он не смог полностью удовлетворить высокие требования к скорости.

5G преуспел там, где его предшественник потерпел неудачу, увеличив плотность соты для поддержки большего количества пользователей и подключённых устройств.

Особенности перехода с 4G на 5G

4G по-прежнему доступен, но эксперты рекомендуют предприятиям по возможности переходить на 5G. Помимо более высокой скорости и меньшей задержки, 5G надёжнее и безопаснее, чем 4G.

Возможности 5G особенно хорошо подходят для отраслей, где требуется:

• Связь в режиме реального времени.
• Высокая плотность сети.
• Низкая задержка.

К таким отраслям относятся здравоохранение, производство, беспилотные транспортные средства и фиксированный беспроводной доступ.

Технология 5G всё ещё находится в стадии разработки, но компании и потребители уже могут её использовать. Однако доступность во многом зависит от местоположения. По данным 5G Americas и Omdia, 5G доступен для 70% населения Северной Америки.

Доступ также зависит от наличия оператора связи. Большинство крупных операторов в Северной Америке развернули сети SA 5G, но у некоторых по-прежнему работают сети NSA 5G. NSA 5G — это усовершенствованная версия 4G LTE, которая снижает задержку и обеспечивает более высокую скорость, но это не полноценная версия 5G.

NSA 5G также служит переходным звеном между 4G LTE и 5G. Этот метод развёртывания позволяет операторам внедрять возможности 5G в существующую инфраструктуру 4G.

Вопросы и ответы

Вопрос 1: Заменит ли 5G 4G полностью?

Нет, пока 4G остаётся основным стандартом во многих регионах мира. 5G развёртывается постепенно, и операторы продолжают поддерживать 4G для совместимости.

Вопрос 2: В чём главное отличие 5G от 4G?

Главные отличия — более низкая задержка (менее 5 мс против 20–40 мс), более высокая скорость (до 20 Гбит/с против 100 Мбит/с) и использование малых сот вместо крупных вышек.

Вопрос 3: Что такое NSA и SA 5G?

NSA (неавтономный) 5G использует существующую инфраструктуру 4G LTE. SA (автономный) 5G — это полноценная сеть с ядром 5G и всеми возможностями.

Вопрос 4: Нужно ли бизнесу переходить на 5G?

Если бизнес работает в сфере здравоохранения, производства, логистики или других отраслях, где важна связь в реальном времени, переход на 5G даёт ощутимые преимущества.

Заключение

4G и 5G — это не просто разные скорости. Это разные архитектуры, разные сценарии использования и разные возможности. 4G остаётся надёжным стандартом для повседневных задач. 5G создан для нового поколения приложений: IoT, периферийных вычислений, автономного транспорта и связи в реальном времени. Понимание различий помогает бизнесу выбирать правильные технологии и строить инфраструктуру, готовую к будущему.