РАЗВИТИЕ МОБИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТ 4G К 5G

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье рассматривается развитие мобильных технологий от 4G к 5G. Авторы исследуют последние достижения в области 5G и анализируют перспективы и возможности, которые оно предлагает. В статье также описаны основные преимущества 5G по сравнению с предыдущими поколениями мобильных сетей. Авторы также затрагивают вопросы безопасности и проблемы, с которыми сталкиваются при разработке и внедрении 5G. В заключение, авторы делают вывод о значимости 5G для будущего развития мобильных коммуникаций и предлагают направления для дальнейших исследований.

ABSTRACT

This scientific article discusses the development of mobile technologies from 4G to 5G. The authors explore the latest achievements in the field of 5G and analyze the prospects and opportunities that it offers. The article also describes the main advantages of 5G compared to previous generations of mobile networks. The authors also touch upon security issues and problems encountered in the development and implementation of 5G. In conclusion, the authors conclude that 5G is important for the future development of mobile communications and suggest directions for further research.

Ключевые слова: мобильные технологии, сотовые сети, технологии MIMO, высокочастотный диапазон, виртуализация сети, интернет вещей, экономический рост, «умный» город, промышленный сектор, автономные технологии.

Keywords: mobile technologies, cellular networks, MIMO technologies, high-frequency band, network virtualization, Internet of things, economic growth, smart city, industrial sector, autonomous technologies.

Введение

Мобильные технологии играют огромную роль в современном информационном обществе. Они изменили способ, которым люди получают информацию, общаются, работают и развлекаются. Вот некоторые из ключевых значений мобильных технологий:

1. Доступ к информации. Мобильные технологии позволяют людям искать и получать информацию практически в любом месте и в любое время. Благодаря этому, мы можем быть связаны с новостями, обновлениями социальных сетей, электронной почтой, навигацией и другими важными данными.

2. Связь и коммуникация. Мобильные технологии предлагают различные способы коммуникации, включая телефонные звонки, SMS-сообщения, мгновенные сообщения и видео-звонки. Они помогают нам оставаться связанными с семьей, друзьями и коллегами в любой точке мира.

3. Работа и производительность. Мобильные технологии предоставляют возможность работать удаленно, обмениваться документами, планировать встречи и управлять задачами даже без доступа к компьютеру. Они способствуют повышению производительности и гибкости работы.

4. Развлечения и развитие. Мобильные технологии предлагают широкий спектр развлекательных возможностей, таких как игры, музыка, фильмы, книги и социальные сети. Они также предоставляют доступ к образовательным ресурсам и приложениям, которые помогают нам развиваться и учиться новому.

5. Инновации и развитие бизнеса. Мобильные технологии стимулируют инновации в бизнесе и создание новых продуктов и услуг. Они предоставляют предпринимателям и компаниям новые возможности для расширения клиентской базы и улучшения опыта пользователей.

В целом, мобильные технологии играют неотъемлемую роль в современном обществе, они улучшают нашу связь с окружающим миром, повышают удобство и эффективность нашей повседневной жизни и способствуют нашему развитию и процветанию.

Сотовые сети - это технология беспроводной связи, которая позволяет передавать голосовую информацию между мобильными устройствами. Основные поколения сотовых сетей включают:

1G (First Generation) была первой коммерчески доступной сотовой сетью, которая начала работать в конце 1970-х годов. Она использовала аналоговые сигналы для передачи голоса и основной функционал был ограничен только голосовыми вызовами.

2G (Second Generation), которая возникла в 1990-х годах, внедрила цифровую технологию передачи данных. Это позволило сотовым сетям обрабатывать не только голос, но и текстовые сообщения (SMS). В 2G также были доступны функции, такие как улучшенное качество звука, фотосообщения (MMS) и доступ в интернет.

3G (Third Generation) введена в начале 2000-х годов и предложила значительно более высокую скорость передачи данных по сравнению с 2G. Это позволило пользователям использовать мобильный интернет с меньшими задержками и быстрой загрузкой страниц. Ко всем преимуществам 3G также добавились видеозвонки и потоковое видео.

4G (Fourth Generation) представила в 2010-х годах существенно более высокую скорость передачи данных по сравнению с 3G. Эта технология также предложила более стабильное соединение и поддержку более широкого спектра приложений, таких как видео конференции, потоковая передача видео в высоком разрешении и онлайн-игры. Использование технологий, таких как LTE (Long-Term Evolution) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access).

5G (Fifth Generation). Внедрение началось в 2019 году и все еще продолжается.  Она предлагает еще более высокую скорость передачи данных (до 10 Гбит/с), меньшую задержку, большую емкость сети и поддержку большего количества  устройств (до миллиарда) и различных приложений IoT (Internet of Things). 5G также обещает новые возможности, такие как автономные автомобили, интернет вещей и виртуальная реальность.

6G (Sixth Generation). Пока находится в разработке. Ожидается, что будут предоставляться высокая скорость передачи данных (до 100 Гбит/с) и нижняя задержка. Предполагается, что 6G будет предлагать улучшенные возможности связи для автопилотируемых автомобилей, виртуальной и дополненной реальности, искусственного интеллекта и прочих технологий.

Литературный обзор и методология исследования

Принятие каждого поколения сотовых сетей обусловлено различными факторами. Некоторые из них включают:

1. Технологические возможности. Новое поколение должно предлагать значительное улучшение технических возможностей, таких как более высокая скорость передачи данных, лучшая пропускная способность и меньшая задержка.

2. Потребительский спрос. Потребители ожидают все большей доступности высокоскоростного мобильного интернета и более широкого охвата. Если спрос на новое поколение значителен, это может стимулировать его принятие.

3. Инновации в устройствах. Новое поколение должно быть совместимо с новыми устройствами, чтобы предложить полный набор возможностей. Когда производители устройств начинают создавать и выпускать устройства с поддержкой нового поколения, это способствует его принятию.

4. Цена и доступность. Стоимость устройств и услуг, связанных с новым поколением, играет важную роль в принятии. Если они недоступны или слишком дороги для большинства потребителей, то принятие будет замедлено.

5. Регулятивные факторы. Регуляторные органы и законодательство также могут оказывать влияние на принятие нового поколения сотовых сетей. Они могут устанавливать стандарты и правила для внедрения новых технологий.

6. Конкуренция на рынке. Конкуренция между операторами сотовых сетей может стимулировать внедрение нового поколения, поскольку операторы стремятся привлечь и удержать клиентов, предоставляя им более быстрые и надежные услуги.

7. Географические особенности. Различия в географическом рельефе, населенности и других факторах могут влиять на принятие нового поколения сотовых сетей в различных регионах мира.

8. Бизнес-потребности и промышленное использование. Новые поколения могут быть приняты быстрее в промышленных секторах, где требуются высокоскоростные сети и надежная связь для различных операций.

Развитие сетей связи от 4G к 5G осуществляется с помощью последовательности исследований и разработок. Вот некоторые из предыдущих исследований, проведенных в этой области:

1. Технологии MIMO. Многозоновая многоволоконная многовходовая технология (MIMO) была исследована как один из основных механизмов, обеспечивающих повышенную пропускную способность и увеличение скорости передачи данных в 5G сетях [1].

2. Использование высокочастотных диапазонов. Исследования проводились для определения способности 5G сетей использовать высокочастотные диапазоны, такие как миллиметровые волны, для достижения высокой скорости передачи данных [2].

3. Виртуализация сети. Исследования были проведены для определения возможностей виртуализации сети в 5G сетях. Виртуализация позволяет более гибко управлять ресурсами сети и облегчает развертывание новых функций и услуг [3].

4. Улучшение энергоэффективности. Исследования проводились для определения способов улучшения энергоэффективности в 5G сетях. Это включает разработку механизмов энергосбережения и оптимизацию использования ресурсов сети [4].

5. Интеграция IoT. Особое внимание уделялось исследованию интеграции Интернета вещей (IoT) в 5G сети. Это включает разработку новых протоколов и механизмов связи, чтобы обеспечить подключение огромного количества устройств IoT к сети [5].

Данные исследования способствовали развитию стандартов 5G и помогли внедрить новые технологии и функции.

Важно отметить, что переход от 4G к 5G имеет несколько важных аспектов:

Большая скорость передачи данных. Одним из главных преимуществ 5G является его высокая скорость передачи данных. 5G может достигать скоростей до нескольких гигабит в секунду, что обеспечивает значительно более быструю загрузку и открытие приложений, потоковое воспроизведение видео высокого разрешения и другие онлайн-сервисы.

Меньшая задержка. 5G также обеспечивает задержку, известную как «ла́тенси». Это время, требуемое для передачи данных от передатчика к приемнику. Меньший уровень задержки открывает дверь для различных новых возможностей, таких как виртуальная реальность, дальнобойное управление роботами и автономная езда, где мгновенная связь играет решающую роль.

Большая емкость сети. 5G также предоставляет намного большую емкость сети по сравнению с 4G. Это означает, что больше устройств может быть подключено к сети одновременно без снижения качества или скорости. Большая емкость сети 5G поддерживает различные устройства - от мобильных телефонов и компьютеров до умных городов [6].

Анализ и результаты

Влияние 5G на различные сферы жизни будет значительным и может привести к революционным изменениям. Некоторые из областей, которые могут сильно измениться благодаря 5G, включают:

1. Экономический рост. 5G ожидается, что создаст новые возможности для экономического роста. Благодаря высокой скорости и низкой задержке, 5G значительно увеличит пропускную способность и скорость передачи данных, что позволит разработать и внедрить новые продукты и услуги. Это приведет к созданию новых рабочих мест, инициированию новых индустрий и увеличению производительности [7].

2. Развитие «умных» городов. 5G будет играть важную роль в развитии концепции «умных» городов. Благодаря возможности подключения большого количества устройств к сети одновременно и обработке большого объема данных в реальном времени, 5G позволит управлять различными аспектами городской инфраструктуры, такими как светофоры, транспортная система, энергосбережение и безопасность, что приведет к более эффективному использованию ресурсов и повышению качества жизни горожан [8].

3. Инновации в области здравоохранения. Внедрение 5G позволит развитие новых технологий и решений в области здравоохранения. Благодаря низкой задержке и высокой скорости передачи данных, возможно удаленное управление медицинским оборудованием и проведение удаленных консультаций с пациентами. Это улучшит доступность медицинской помощи и уменьшит нагрузку на больницы и клиники [9].

4. Промышленный сектор. 5G предлагает большие возможности для промышленного сектора. Оно позволит внедрение автоматизации и Интернета вещей (IoT) в промышленности. Это повысит эффективность и производительность, улучшит безопасность и, в конечном итоге, приведет к снижению затрат и повышению конкурентоспособности.

5. Развитие автономной технологии. 5G является основой для развития автономной технологии, такой как самоуправляемые автомобили и дроны. 5G предоставит необходимую связь для безопасной и эффективной работы автономных транспортных средств [10].

Сравнение между 4G и 5G сетями может быть проведено в нескольких аспектах, таких как скорость передачи данных, задержка (латентность), пропускная способность, покрытие и использование.

1. Скорость передачи данных. 4G предлагает скорости до 100 Мбит/с, в то время как 5G может достигать скоростей свыше 10 Гбит/с. Это означает, что 5G позволяет более быструю загрузку и потоковую передачу контента.

2. Задержка. 5G имеет намного меньшую задержку (латентность), чем 4G. В 4G сети задержка составляет около 50 миллисекунд, в то время как в 5G она составляет около 1 миллисекунды. Это позволяет более быструю реакцию и обработку данных.

3. Пропускная способность. 5G обладает гораздо большей пропускной способностью по сравнению с 4G. Это означает, что 5G сети могут обслуживать больше устройств одновременно и предлагать более стабильное соединение с более высокой скоростью.

4. Покрытие. В настоящее время 4G сети имеют более широкое покрытие, чем 5G. 5G, хотя и развертывается по всему миру, но находится в стадии развития и имеет ограниченное покрытие. Ожидается, что с течением времени 5G будет доступен в более широких географических областях.

5. Использование. 5G предлагает новые возможности, включая подключение большого количества устройств (Internet of Things), увеличенную автономность транспортных средств (автономные автомобили), виртуальную и дополненную реальность, удаленные хирургические операции и другие инновационные применения. 4G, в свою очередь, больше используется для передачи данных и доступа к интернету на смартфонах и других устройствах.

4G была предшественницей 5G и обеспечивала хорошую скорость и доступность данных. Однако 5G сети были разработаны для более быстрой и надежной передачи данных, более низкой задержки и более широких возможностей применения на различных устройствах и в сфере индустрии.

Заключение

Развитие от 4G к 5G технологиям представляет собой важный шаг в развитии мобильной связи и передачи данных. 5G технологии обеспечивают значительно более высокую скорость и пропускную способность, низкую задержку, большую масштабируемость и широкий охват. Это позволяет развивать новые возможности в сфере автономных автомобилей, виртуальной реальности, медицины в режиме реального времени и других инновационных приложений. Развитие 5G технологий имеет важное значение для развития цифровой экономики и общества в целом. Оно стимулирует инновации, создание новых бизнес-моделей и повышение производительности в различных отраслях, таких как транспорт, здравоохранение и промышленность. Переход от 4G к 5G потребует сотрудничества и взаимодействия между различными заинтересованными сторонами, включая операторов связи, производителей оборудования, государственные органы и потребителей. Только в таких условиях можно создать устойчивую и эффективную среду для развития мобильных коммуникаций и достижения полного потенциала 5G.

Список литературы:

1. Али М. А. Исследование характеристик передачи данных в системе 5G с использованием Massive Mimo при разных схемах кодирования // Современные технологии в науке и образовании-СТНО-2021. - 2021. - С. 156-161.
2. Гольцов А. С., Которов В. В., Булатов И. И. Проект 5g-концепция и перспективы //традиционная и инновационная наука: история, современное состояние, перспективы. - 2019. - С. 26-28.
3. Горшков А. С., Росляков А. В. Интеграция сетей связи 5G с интернетом вещей //Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ-2020. - 2020. - С. 222-223
4. Кузяшев А. Н., Смолин А. Е. Интернет вещей, умный дом и умные города // Эпоха науки. - 2021. - №. 25. - С. 174-176.
5. Жихарев А. М. и др. Двухдиапазонная щелевая антенна для смартфона с поддержкой технологии MIMO //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2022. - Т. 18. - №. 1. - С. 112-116.
6. Климов А. А. и др. Умные технологии в портах и в судоходстве, как связанные цифровые двойники берега и судна в мультимодальном окружении // International journal of open information technologies. - 2020. - Т. 8. - №. 3. - С. 75-91.
7. Кэмерон Т., Макаренко В., Потемкин Е. Технологическая эволюция ВЧ-устройств систем 5G миллиметрового диапазона //Беспроводные технологии. - 2019. - №. 2. - С. 34-39
8. Мещерякова Ю. И., Соколова Т. А. Значение внедрения механизма 5G в систему управления цифровыми процессами //Бизнес, менеджмент и право: предпринимательское право-online, перезагрузка. - 2020. - С. 437-442.
9. Росляков А. В., Поддубнов И. В. Виртуализация в сетях 5G // Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании" ИНФОТЕХ-2019". - 2019. - С. 114-117.
10. Попов Е. В., Семячков К. А. Систематизация подходов к оценке развития умных городов //Экономика региона. - 2020. - Т. 16. - №. 1. - С. 14-27.