 |
4G против 5G: ученый Пермского Политеха рассказал, чем отличаются сети 4-го поколения от 5-го
Современная мобильная связь постоянно развивается. 30 марта миллионы пользователей из Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска получили возможность протестировать связь 5G. Ученый Пермского Политеха объясняет, что именно изменилось по сравнению с 4G и как это влияет на качество и доступность мобильного интернета.
Что такое мобильная связь и как она работает
Мобильная связь – это система беспроводной передачи голоса, текстовых сообщений, видео и других данных между абонентами, которые могут перемещаться в пространстве. В отличие от проводного телефона или радиосвязи, здесь не требуется постоянного проводного подключения к сети: сигнал передается по радиоканалам через систему стационарных базовых станций, объединенных в сотовую структуру.
– Многие считают, что вышки сотовой связи передают данные наших смартфонов другим людям, однако это совсем не так. Сами станции являются лишь ретрансляторами – мобильное устройство посылает электромагнитный сигнал к самой близкой из них. Та, в свою очередь, переправляет эти данные либо на соседние вышки, либо через спутник в космосе, чтобы в конечном счете он попал к тому абоненту, для которого предназначен. Скорость, с которой идет обмен информацией, напрямую связана с частотой сигнала: чем частота выше, тем больше данных удается передать за единицу времени, но тем короче дистанция уверенного приема, – делится доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук Даниил Курушин.
Как продолжает эксперт, технологии мобильной коммуникации постоянно совершенствуются. Каждое следующее поколение, которое обозначается буквой G (от английского generation) и цифрой (от 0 до 5), приносит более высокую скорость и расширенные возможности. Переход на новое поколение достигается за счет подъема несущей частоты – по сути, переход на «высокоскоростную полосу» радиовещания. Чем выше диапазон, тем больше данных в секунду можно передать. Однако у этого есть обратная сторона: высокочастотные сигналы заметно слабее проникают сквозь стены зданий, особенно металлические и бетонные. Компенсировать этот недостаток можно только увеличением количества передающих станций и сокращением расстояний между ними.
– Особый интерес сегодня вызывают два последних поколения – четвертое и пятое, поскольку именно они определяют качество мобильного интернета и перспективы цифровых сервисов. Чтобы понять, чем 5G превосходит 4G, а в чем уступает, достаточно сравнить их по ключевым параметрам, – поясняет ученый ПНИПУ.
Скорость передачи данных
Как отмечает Даниил Курушин, чтобы оценить, насколько 5G быстрее 4G в повседневном использовании, стоит сравнить не обещанные гигабиты в секунду, а реальные показатели, которые пользователь получает на улице, внутри помещений и в транспорте.
По словам эксперта, у пятого поколения есть важная особенность: чем выше частота, тем быстрее передаются данные, но тем хуже сигнал проходит через препятствия. Самый скоростной вариант, который называют mmWave, легко блокируют обычные стены и даже некоторые виды стекол, тогда как низкочастотный 5G ведет себя примерно как 4G — он медленнее, зато уверенно проникает внутрь зданий. В движении 4G остается стабильным до 350 км/ч, а 5G — до 500 км/ч, но на практике в автомобиле или поезде разница в скоростях почти не ощущается, потому что телефон слишком часто переключается между вышками. Кроме того, возможны сбои при переходе с одного диапазона на другой: устройство постоянно ищет лучший сигнал и прыгает, например, с высокочастотного mmWave на более низкие частоты. В условиях нестабильного приема такие переключения происходят непрерывно, что создает так называемые накладные расходы – задержки и дополнительную нагрузку, из-за чего батарея садится быстрее обычного.
– Четвертое и пятое поколения мобильной связи обещают впечатляющие теоретические максимумы – 1 Гбит/с и 20 Гбит/с соответственно. На улице реальная скорость 4G обычно составляет 10-100 Мбит/с, что вполне достаточно для просмотра 4K-видео и выполнения большинства повседневных задач. 5G предлагает от 50-150 Мбит/с до 1-3 Гбит/с. На открытой улице, где как раз работают подобные волны, 5G быстрее 4G в 10-20 раз. Однако в обычных городских условиях это преимущество сокращается до 2-3 раз. При слабом сигнале скорости обоих поколений становятся одинаковыми, – продолжает ученый ПНИПУ.
Почему для игр и видеозвонков важнее время отклика, а не скорость
Как продолжает ученый ПНИПУ Даниил Курушин, высокая скорость – не единственное, что отличает новое поколение связи. Не менее важным параметром является пинг (ping), то есть время отклика. Именно он определяет, насколько быстро устройство реагирует на команды.
– Пинг представляет собой время, за которое сигнал идет от вашего устройства до сервера и обратно. У 4G хороший пинг составляет 20–50 мс – для большинства повседневных задач этого достаточно. Однако для динамичных онлайн-игр, видеозвонков, удаленного управления техникой, телемедицины и промышленной автоматизации такие значения критичны. 5G с показателем 1–5 мс дает здесь явное преимущество. Чем ниже пинг, тем быстрее отклик системы и тем комфортнее работа в реальном времени. Пятое поколение лучше в этом отношении, но исследования 2025 года показывают, что в реальных сетях преимущество не всегда заметно из-за недостаточной плотности вышек или ограничений самих телефонов, – объясняет эксперт.
Диапазон частот и покрытие
Еще одно принципиальное отличие между поколениями кроется в используемых частотах радиосигнала – количестве колебаний волны в секунду. Чем показатель выше, тем быстрее скорость, но тем легче сигнал затухает в пространстве и хуже огибает препятствия – стены, деревья, здания. Сети четвертого поколения работают в диапазоне 0,7-2,5 ГГц. Такие частоты хорошо обходят преграды, обеспечивая дальнюю связь, но не могут удерживать высокую скорость – так работает физика процесса.
– У 5G три диапазона, и каждый решает свою задачу. Первый – низкий, до 1 ГГц, который дает такую же дальнюю связь, как у 4G, но скорость здесь незначительно выше. Он подходит для слабо заселенных, удаленных или горных районов, где трудно строить много вышек. Средний (1-6 ГГц) – золотая середина между скоростью и дальностью: в России для пятого поколения операторам разрешили работать на частоте около 4,9 ГГц. И высокий (миллиметровые волны, 24-300 ГГц) предлагает огромную скорость, но требует прямой видимости и годится для мест с высокой плотностью пользователей – городские районы, стадионы, – объясняет эксперт.
По словам Даниила Курушина, высокие частоты – это и плюс, и минус. С одной стороны, они обеспечивают высокую скорость передачи данных и возможность обслуживания большого количества устройств. С другой – они имеют ограниченную дальность и плохо проходят сквозь препятствия.
– Чем выше частота, тем меньше радиус действия одной станции, а значит, для сплошного сигнала требуется больше вышек. В цифрах это выглядит так: базовая станция 4G покрывает 2-5 километров, а станция 5G в высокочастотном диапазоне – всего 200-500 метров. Такое распределение вышек обусловлено физическими свойствами высокочастотных волн, которые быстро затухают и требуют более плотной сетки базовых станций для поддержания стабильного сигнала, – подчеркивает ученый Пермского Политеха.
Новое поколение сети – новые технологии
Как продолжает Даниил Курушин, решить проблему малой дальности позволили мини-вышки – Small Cells – компактные базовые станции, размещаемые на столбах, стенах домов или внутри торговых центров. Если базовая станция 4G покрывает расстояние до 5 километров, то станция 5G в высокочастотном диапазоне – всего 200–500 метров. Поэтому в прошлом поколении большие вышки сами обеспечивали связь на километры, и мини-вышки требовались лишь в местах скопления людей (стадионы, вокзалы). В 5G из-за высоких частот сигнал не пробивается через застройку, поэтому сеть строится из множества маленьких ячеек – мини-вышки не заменяют большие станции полностью, а дополняют их, создавая плотное покрытие в городах. Каждая такая ячейка работает «на свою комнату», подобно точкам доступа Wi-Fi.
– Стоит сказать, что не только мини-вышки, но и две новые технологии обеспечивают сети пятого поколения стабильную работу. Первая – Massive MIMO (много антенн). Если в 4G на базовой станции устанавливали 2-4 антенны, то в 5G их число достигает десятков, а иногда 64-128. Это как переход от одной кассы к пятидесяти – станция может одновременно «разговаривать» с множеством телефонов без очередей, что повышает производительность сети. Вторая – Beamforming (умная фокусировка). В отличие от вышек четвертого поколения, которые излучают сигнал во все стороны, 5G работает как прожектор или луч: система отслеживает местоположение телефона и направляет сигнал точно на него. Это экономит энергию, увеличивает скорость и снижает помехи для соседних устройств, – рассказывает ученый.
Как отмечает эксперт, сеть 4G способна поддерживать до 100 000 устройств на квадратный километр, в то время как 5G – до миллиона. Концепция «умных городов» предполагает интеграцию различных технологий для повышения качества жизни горожан: датчики парковки, счетчики воды, умные фонари, камеры, колонки на каждом шагу. Именно благодаря мини-вышкам, массовому MIMO и направленной фокусировке сигнала все три технологии вместе позволяют 5G работать на высоких частотах, обеспечивая гигабитные скорости и обслуживание до миллиона устройств на квадратный километр без потери стабильности.
Применение 5G
С новым поколением сетей, их скоростью и сверхнизкой задержкой, связывают дистанционное управление автомобилями, удаленные хирургические операции, полностью автоматизированные заводы и облачные игры. Однако, как поясняет эксперт, реальность сложнее.
– Полностью автономным автомобилям интернет не нужен, но современные автопилоты используют удаленное управление и внешние вычислители – здесь требуется пинг около 1 мс, например, чтобы успеть затормозить. Дистанционная хирургия технически возможна, но спорна – массовая подготовка хирургов надежнее, особенно при катастрофах, когда любая связь может отсутствовать. Заводы-роботы, так называемая Индустрия 4.0, получат беспроводную связь без задержек, что позволят гибко перестраивать производство – 5G дает эту возможность там, где оптоволокно проложить невозможно или дорого, – отмечает ученый ПНИПУ.
Как продолжает Даниил Курушин, практически значимый пример – «электронная сцепка» грузовиков: первый задает скорость и направление, остальные едут с минимальной дистанцией, синхронно ускоряясь и тормозя. Это экономит топливо и разгружает трассы. Специальный стандарт 5G NR-V2X (New Radio Vehicle-to-Everything) обеспечивает прямую связь «машина-машина» с небольшой задержкой – то, что 4G дать не могла.
Заметит ли обычный человек разницу
С одной стороны, по словам ученого, специализированные программы для измерения производительности сети показывают заметные улучшения, с другой – в реальной жизни все не так однозначно. Обычные пользователи могут не ощутить существенной разницы в своих повседневных делах – при просмотре соцсетей, видеохостингов, мессенджеров и при оплате улыбкой.
– Тем не менее, есть ситуации, когда преимущества 5G становятся очевидными. Например, объем тяжелых файлов – обновлений программного обеспечения, игр или операционных систем – достигает десятков гигабайт. На их скачивание обычно уходят часы, однако новое поколение сети справляется с этим за минуты. Также разница будет заметна при игре в шутеры с телефона или использовании VR-очков, где требуется высокая скорость и стабильность соединения. Кроме того, 5G может оказаться более надежным выбором для тех, кто находится в центре огромной толпы – на концерте или стадионе, где сеть 4G часто перегружена и работает нестабильно, – рассказывает ученый ПНИПУ.
Где в России уже применяется 5G
В настоящее время развитие сетей пятого поколения является одним из приоритетных направлений для многих стран мира. Россия также ведет работы по внедрению 5G на территории всей страны.
– В некоторых городах уже проводятся пилотные проекты. Среди них можно выделить Москву – улицы Никольская, Кузнецкий мост, Парк Горького, ВДНХ, «Москва-Сити», «Сколково» и «Зарядье». В Санкт-Петербурге – Дворцовая площадь, «Газпром Арена», «Экспофорум» и Кронштадт. В Казани – КамАЗ и Иннополис. А также в таких городах, как Екатеринбург, Томск и Новосибирск, – делится ученый.
Естественно, как заключает ученый Пермского Политеха Даниил Курушин, на данный момент ведутся активные разработки в области телекоммуникаций, и можно сказать, что физический предел пока не достигнут - по крайней мере, в ближайшие два десятилетия нас ждут новые прорывы. Однако для рядового пользователя главное уже сегодня: 5G дает ощутимый выигрыш в скорости при скачивании больших файлов, в играх и в местах скопления людей, открывая новые возможности для комфортного использования мобильного интернета.
Контактное лицо: Ворошнина Александра (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 00:25, 18.04.2026
Количество просмотров: 25
Страна: Россия
| Научная Россия глазами молодежи из-за рубежа, Аналитический центр МНиОП, 01:03, 18.04.2026, |
49 |
| На этой неделе г. Дубна (Московская область) принимала иностранных студентов, молодых ученых, авторов и блогеров из 24 стран мира! |
|
| Как рождается звук: ученый Пермского Политеха рассказал об особенностях работы нашего голосового аппарата, ПНИПУ, 00:36, 18.04.2026, Россия |
30 |
| 16 апреля отмечается Всемирный день голоса. Ученый ПНИПУ объяснил, как устроен голосовой аппарат, как мы воспроизводим звук, чем отличается этот механизм при пении и шепоте, почему мы слышим себя не как другие люди, от чего зависят тембр и громкость, почему голос садится после крика и как поддержать здоровье связок. |
|
| Вместо кулича ели освященный хлеб: ученые Пермского Политеха рассказали об истории пасхальных традиций, ПНИПУ, 22:16, 11.04.2026, Россия |
256 |
| Для россиян Пасха входит в тройку наиболее важных праздников. Ученые ПНИПУ рассказали, как еврейский Песах повлиял на возникновение Пасхи, почему православные, католики и иудеи отмечают ее в разные даты, правда ли, что кулич был обычным хлебом, почему яйца красили красным и откуда взялся пасхальный заяц. |
|
|
|
