5G

Требования к мобильной связи пятого поколения объединены Международным союзом электросвязи (МСЭ) в кластер под названием IMT-2020. В них выделены три основные задачи: обеспечить быстрый мобильный интернет, подключать большое число устройств интернета вещей и поддерживать приложения, которым важна минимальная задержка передачи данных^[1].

Основная технология радиосвязи в 5G называется 5G NR (англ. New Radio — «новое радио»). Она определяет, каким образом телефон, модем или другое устройство обменивается данными с базовой станцией. Для работы в сети 5G необходимы поддерживающие этот стандарт оборудование оператора и абонентское устройство^[2].

В то время как МСЭ определяет общие требования к системам IMT-2020, технические спецификации, по которым производители создают базовые станции, модемы и другое оборудование 5G, разрабатывает международный консорциум 3GPP^[1].

Первая полная версия спецификаций 5G была подготовлена в рамках 3GPP Release 15. В июне 2018 года 3GPP зафиксировал основной набор функций стандарта Release 15, после чего участники организации завершили детальную разработку технических спецификаций; их полный комплект был опубликован к сентябрю 2019 года^[2].

5G-Advanced — следующий этап развития стандарта 5G. Его первая версия связана с 3GPP Release 18 и включает улучшения работы сети, в том числе повышение эффективности радиосвязи, развитие связи между устройствами и использование алгоритмов искусственного интеллекта при управлении сетью^[3][4].

Как и сети предыдущих поколений, 5G состоит из базовых станций, пользовательских устройств и центральной части сети. Территория обслуживания разделена на ячейки: в каждой из них телефон или другое устройство связывается с ближайшей базовой станцией по радиоканалу. При перемещении абонента между ячейками устройство переключается между станциями^[2].

Центральная часть сети, называемая ядром 5G, обеспечивает регистрацию абонентов, проверку их прав доступа, передачу данных в интернет и телефонные сети, а также управление соединениями. В 5G многие функции ядра могут работать как программные сервисы на вычислительной инфраструктуре оператора, а не только на специализированном оборудовании^[2].

На ранних этапах 5G часто внедряется в неавтономном режиме NSA (англ. Non-Standalone). В этом случае новый радиоинтерфейс 5G работает совместно с инфраструктурой LTE и ядром сети 4G. Такой подход позволяет оператору развернуть 5G без полной замены существующей сети.

Автономный режим SA (англ. Standalone) предполагает работу сети 5G с собственным ядром 5GC. Он позволяет использовать функции пятого поколения без опоры на LTE, в том числе отдельные механизмы управления качеством обслуживания и сетевые срезы^[2].

Сетевой срез (англ. network slice) — это логически выделенная часть общей сети, настроенная для определённой услуги или категории пользователей. Срезы могут использовать одну и ту же физическую инфраструктуру, но иметь разные параметры скорости, задержки, надёжности и приоритета трафика.

Например, оператор может отдельно настроить обслуживание обычных абонентов, корпоративных клиентов или промышленных устройств. Такой подход не означает создания отдельной физической сети для каждого пользователя, а позволяет распределять общие ресурсы сети по заданным правилам^[2].

Периферийные вычисления (англ. edge computing) — размещение серверов и программных сервисов ближе к пользователю, а не только в удалённых центрах обработки данных. Это может сократить время, необходимое для обмена данными между устройством и приложением.

В сетях 5G периферийные вычисления рассматриваются как дополнение к радиосвязи для задач, чувствительных к задержке: промышленной автоматизации, интерактивных игр, дополненной реальности и отдельных транспортных сервисов^[2].

5G может работать в низких, средних и высоких диапазонах частот. Низкочастотные сети имеют большую зону покрытия и подходят для обслуживания обширных территорий, но обычно не дают максимальной скорости. Средние частоты обеспечивают компромисс между дальностью действия и ёмкостью сети. Высокочастотные диапазоны позволяют передавать больше данных, однако сигнал на них хуже проходит через препятствия и действует на меньшем расстоянии.

Поэтому в крупных городах и местах массового скопления людей операторы могут использовать несколько диапазонов одновременно. Высокочастотные базовые станции особенно эффективны на стадионах, в выставочных комплексах и на оживлённых улицах, но для сплошного покрытия требуют более плотного размещения оборудования^[2].

Massive MIMO — использование на базовой станции антенной решётки с большим числом антенных элементов. Такая система позволяет одновременно передавать данные нескольким устройствам, разделяя их сигналы в пространстве.

По сравнению с передачей сигнала одной антенной это может увеличить ёмкость сети, то есть число пользователей, которых базовая станция обслуживает без существенного падения скорости. Эффект зависит от плотности пользователей, частотного диапазона, характеристик устройств и условий распространения радиоволн.

Формирование диаграммы направленности (англ. beamforming) — технология, при которой антенная решётка направляет радиосигнал в сторону конкретного устройства, а не передаёт его с одинаковой силой во всех направлениях. Это помогает использовать радиоресурс более эффективно.

Формирование луча особенно важно на высоких частотах, где сигнал сильнее ослабляется стенами, деревьями и другими препятствиями. Оно может улучшить качество связи, но не устраняет ограничений, связанных с расстоянием и застройкой.

Качество покрытия 5G определяется используемой частотой, плотностью базовых станций, рельефом, застройкой, погодными условиями, характеристиками устройств и текущей нагрузкой на сеть. Поэтому скорость соединения в одной и той же сети может заметно различаться в разных районах города, внутри помещений и на открытой местности^[2].

Наличие значка 5G на экране устройства означает подключение к сети этого поколения, но не гарантирует определённую скорость. Реальные показатели зависят от того, какой диапазон частот использует оператор и сколько абонентов одновременно обслуживает базовая станция.

eMBB (англ. enhanced Mobile Broadband — расширенный мобильный широкополосный доступ) — основной и наиболее распространённый сценарий использования 5G. Он связан с быстрым доступом в интернет на смартфонах и других устройствах, передачей видео высокого разрешения, облачными сервисами и фиксированным беспроводным доступом в интернет^[1].

Фиксированный беспроводной доступ позволяет использовать сеть мобильного оператора для подключения дома или офиса без прокладки кабеля непосредственно до помещения. По данным GSMA, к концу 2024 года такие услуги на базе 5G предоставляли 146 операторов в 72 странах^[5].

mMTC (англ. massive Machine Type Communications) предназначен для массового подключения устройств интернета вещей. Это могут быть датчики, счётчики, трекеры, системы контроля состояния оборудования и другие устройства, передающие сравнительно небольшие объёмы данных^[1].

Подобные решения применяются в коммунальном хозяйстве, логистике, сельском хозяйстве, мониторинге инфраструктуры и системах «умного города». Их внедрение зависит не только от наличия 5G, но и от стоимости устройств, энергопотребления и требований к защите данных.

URLLC (англ. Ultra-Reliable and Low-Latency Communications) объединяет сценарии, где важны высокая надёжность соединения и короткая задержка. К ним относятся некоторые виды промышленного управления, удалённый контроль оборудования и отдельные транспортные системы^[1].

3GPP приводит для отдельных сценариев промышленной автоматизации целевую надёжность до 99,9999 %, сквозную задержку до 50 мс и скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Такие показатели относятся к специализированным условиям и не являются обычной характеристикой пользовательского мобильного соединения^[2].

Большинство устройств с поддержкой 5G также работают в сетях LTE. Это позволяет им использовать 4G там, где сеть пятого поколения отсутствует или её сигнал недостаточно устойчив. В сетях NSA LTE участвует и в работе самого 5G-соединения.

Оборудование, поддерживающее только 4G, не может подключаться к радиоинтерфейсу 5G NR. В то же время возможность совместной работы 4G и 5G позволила операторам внедрять новую технологию постепенно, без одномоментного отключения сетей предыдущего поколения^[2].

В 5G предусмотрены механизмы аутентификации абонента, шифрования и проверки целостности служебного обмена между устройством и сетью. В архитектуру ядра 5G включены отдельные функции, связанные с аутентификацией и безопасностью^[2].

Одновременно использование программно определяемых сетей, облачной инфраструктуры, сетевых срезов и большого числа устройств увеличивает значение кибербезопасности. Для операторов и организаций важны контроль доступа, своевременное обновление программного обеспечения, сегментация сети и мониторинг инцидентов.

Сети 5G используют неионизирующее электромагнитное излучение, как и другие системы радиосвязи. Воздействие радиочастотных полей зависит от частоты, мощности, расстояния до источника и времени нахождения в зоне действия сигнала.

Всемирная организация здравоохранения указывает, что по имеющимся научным данным не установлена причинно-следственная связь между воздействием радиочастотных полей ниже действующих международных пределов и неблагоприятными последствиями для здоровья. Организация также отмечает необходимость дальнейших исследований новых технологий связи^[6].

Энергопотребление учитывается при проектировании и эксплуатации мобильных сетей. По оценке GSMA Intelligence, расходы на электроэнергию в среднем составляют около 20 % операционных расходов мобильных операторов^[5].

На расход энергии влияют нагрузка, число базовых станций, используемые частоты, техническое состояние оборудования и источники электроснабжения. Поэтому сравнение энергопотребления отдельных поколений связи возможно только с учётом конкретной сети, объёма передаваемых данных и условий её работы.

Первые демонстрационные сети 5G были развёрнуты в Республике Корея в связи с проведением зимних Олимпийских игр 2018 года в Пхёнчхане. Коммерческое внедрение сетей пятого поколения началось в 2019 году.

Распространение 5G происходило быстрее, чем у предыдущих поколений мобильной связи. По данным GSMA, к декабрю 2024 года коммерческие услуги 5G предоставляли 305 операторов на 121 рынке; ещё 80 операторов в 60 странах объявили о планах запуска таких услуг^[5].

К концу 2024 года число подключений 5G в мире превысило 2 млрд. В Северной Америке, Большом Китае и развитых странах Азиатско-Тихоокеанского региона на 5G приходилось более половины всех мобильных подключений. GSMA прогнозировала, что к 2028 году число подключений 5G превысит число подключений 4G; к 2030 году технология будет обеспечивать значительную часть мировых мобильных подключений^[5].

Развитие 5G в России связано с выделением радиочастот, готовностью инфраструктуры и требованиями к оборудованию. В августе 2026 года Государственная комиссия по радиочастотам разрешила операторам «большой четвёрки» — «ВымпелКому» (бренд «Билайн»), «МегаФону», МТС и T2 — развёртывать сети пятого поколения на действующих базовых станциях в диапазонах, ранее выделенных для LTE, при использовании зарубежного оборудования, установленного до 1 сентября 2026 года^[7].

11 сентября 2026 года операторы начали коммерческую эксплуатацию первых сетей 5G в России. На первоначальном этапе услуги стали доступны в 16 городах, в которых проживает около 10 млн человек^[8][9].

В Москве, Санкт-Петербурге и Екатеринбурге услуги 5G предоставляют все четыре оператора. В Новосибирске и Казани сети запустили «МегаФон» и МТС, в Самаре — «Билайн» и «МегаФон». «МегаФон» начал предоставлять услуги также в Великом Новгороде, Краснодаре, Нижнем Новгороде и Твери; T2 — в Волгограде, Красноярске, Перми и Челябинске; МТС — в Уфе; «Билайн» — в Ярославле^[8].

МТС отдельно сообщила о запуске гигабитной сети 5G в диапазоне 4,9 ГГц в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Екатеринбурге и Уфе^[10].

Для дальнейшего развития 5G предусматривается использование диапазона 4,63—4,99 ГГц. Операторы должны начать предоставление услуг 5G в городах с населением более 1 млн человек не позднее 2027 года; переход на российские базовые станции запланирован поэтапно на 2027—2031 годы^[7][11].