5G: Технологии и особенности построения сетей

Что такое 5G?

5G — это пятое поколение мобильной связи. Оно обеспечивает рекордную скорость передачи данных, мгновенный отклик и возможность подключить миллионы устройств — от телефонов до автоматических промышленных комплексов. 

Эволюция связи развивалась последовательно:

• 1G дал только голос — аналоговые разговоры и ничего больше.
• 2G принес цифровой сигнал, появились SMS и MMS.
• 3G открыл мобильный интернет и мультимедиа.
• 4G обеспечил потоковое видео, высокую скорость и стабильность.
• 5G — это уже сотни миллионов устройств, включая смартфоны и IoT-девайсы, автономный транспорт и обработка больших данных в реальном времени. 
• 6G — перспективное направление мобильной связи с интеграцией ИИ, которое находится на стадии концептуальной разработки.

Эволюция мобильной связи стала основой для появления новых технологий и сервисов, а каждый этап открывал новые возможности для пользователей, бизнеса и городов. Например, благодаря 5G облачный гейминг поддерживает разрешение 8К без задержек, а промышленные системы обрабатывают потоки данных с тысяч IoT-датчиков и автоматизируют производственные линии в режиме реального времени.

Основные задачи, которые решает 5G

Требования цифровой экономики формируют задачи для мобильной связи 5G, поскольку для ее полноценного функционирования нужны масштабируемые «умные» сети с высокой скоростью соединения. Среди таких требований выделяют:

• Массовое подключение устройств, mMTC (Massive Machine-Type Communications): миллион гаджетов, IoT-датчиков и счетчиков на квадратный километр, например, в проектах «умных городов» и в сельском хозяйстве.
• Молниеносный отклик: задержка меньше одной миллисекунды, а полоса пропускания — до 20 Гб/с при пиковой нагрузке за счет сверхширокополосного мобильного доступа (eMBB,Enhanced Mobile Broadband), который подходит для видео 4K/8K, VR и облачного гейминга.
• Высокая надежность, URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications): стабильное соединение без задержек позволяет удаленно управлять беспилотным транспортом и умными устройствами, например, роботами или специализированным оборудованием. Это особенно актуально в сферах, где нельзя допускать перебоев связи: промышленность, медицина. 
• Гибкость: легко интегрировать персональные сервисы и облачные решения.

Особенность архитектуры 5G

Сервисная архитектура 5G (Service-Based Architecture): масштабируемость и скорость развертывания

Ядро сети 5G использует ориентированную на развертывание в облаке сервисную архитектуру. Все сетевые функции общаются между собой как отдельные сервисы, что повышает гибкость и масштабируемость всей сети.

Разделение управляющего и пользовательского слоя (control plane и user plane)

В 5G обработка пользовательского и сигнального трафика разделена логически между сетевыми функциями. Это позволяет оператору независимо масштабировать и администрировать элементы в этих «слоях», гибче распределять трафик между узлами сети для оптимизации производительности.

Разделение сети на сетевые сегменты (Network Slicing)

На основе одного физического соединения могут быть созданы независимые виртуальные сегменты сети (slices) под разные сервисы или клиентов. В рамках сегмента пользователю будут гарантированы необходимые ему параметры соединения – скорость, уровень задержки – независимо от состояния всей сети. Это позволяет операторам предлагать дифференцированные услуги связи и настраивать сеть под запросы конкретного клиента.

Поддержка работы сетевых функций без сохранения состояния (stateless)

Сетевые функции 5G не хранят пользовательские и сессионные данные внутри себя, а обращаются за ними во внешние хранилища при необходимости. Такой подход повышает гибкость и отказоустойчивость сети, поскольку сетевые функции можно обновлять, перезапускать и масштабировать без сложной синхронизации состояния между ними.

Реализация сетевых элементов в виде виртуальных сетевых функций

В архитектуре 5G реализована виртуализация сетевых функций (NFV). Сетевые функции запускаются как ПО на стандартных серверах, масштабируются по запросу и обновляются быстрее. Не надо менять железо для роста производительности.

Принцип работы 5G сети и ее особенности

Работа сетей 5G напрямую зависит от радиочастотного спектра. Глобальным «золотым стандартом» считается диапазон 3,4–3,8 ГГц — он обеспечивает оптимальный баланс между скоростью передачи данных и радиусом покрытия одной базовой станции. 

В России этот диапазон занят силовыми ведомствами, и его высвобождение для коммерческого использования пока не планируется. Поэтому пилотные зоны в РФ тестируются на альтернативных частотах, в основном в диапазоне 4,8–4,99 ГГц. Развертывание сетей в этом диапазоне требует значительно больших капитальных затрат (CAPEX) на построение плотного покрытия по сравнению с «золотым» спектром, что делает такие проекты экономически менее привлекательными.

Отличия от 4G и предыдущих поколений, отличия 5G Non-Standalone и 5G Standalone

В отличие от сетей предыдущих поколений, в 5G работают принципы виртуализации, сервисной архитектуры, масштабируемости и гибкого управления сетевыми ресурсами. Операторы с действующими сетями 4G обычно внедряют технологию поэтапно, чтобы снизить затраты, минимизировать риски сбоев и сохранить качество обслуживания для клиентов.

Первый этап — это запуск сетей 5G в режиме Non-Standalone (NSA). При такой архитектуре новое радиооборудование (5G New Radio) подключается к существующему ядру сети 4G, что позволяет оперативно предложить пользователям услуги сверхскоростного мобильного интернета.

Следующий шаг — полноценный переход к 5G Standalone (SA). Он предполагает полное обновление инфраструктуры с внедрением ядра 5G (5G Core). При запуске автономных сетей 5G оператор может запускать сервисы на базе сегментации сети, обеспечивать сверхнизкую задержку и тонко управлять клиентским опытом.

Преимущества и недостатки

Внедрение 5G открывает для операторов и пользователей как новые возможности, так и дополнительные сложности.

Преимущества

• Улучшенное сетевое подключение: высокая скорость и качество соединения при высокой загрузке сети.
• Минимальные задержки: 1–3 мс — идеально для автоматизации и самоуправляемого транспорта.
• Массовое подключение: тысячи устройств на одну вышку, без потери качества сигнала.
• Энергоэффективность:IoT-устройства могут работать в автономном режиме до 10 лет.

Недостатки

• Ограниченный радиус покрытия: средний радиус действия базовой станции на частотах 3,4–3,6 ГГц — не более 500 метров в застройке. В сетях LTE радиус покрытия — до 2–3 км.
• Риски для безопасности: нужны новые подходы к защите и аутентификации из-за более открытой сервисной архитектуры.
• Высокая стоимость развертывания: строительство дополнительных базовых станций и магистральных линий связи может стоить миллиарды рублей.

Внедрение 5G в России

Пока что 5G-сети в России представлены точечно, преимущественно в виде частных пилотных проектов. Например, Private 5G запущена в  Липецке на металлургическом комбинате, в Стойленском горно-обогатительном комбинате (ГОК) в Старом Осколе в Белгородской области. Private LTE/5G-Ready есть в Лебединском ГОК в Губкине и на Куранахском золотрудноем месторождении. Внедрение 5G в России продвигается медленно из-за ограниченного доступа к основным частотам и необходимости локализации оборудования. 

Хотя для массового внедрения 5G нужны значительные ресурсы, в стране уже выделено финансирование. До 2030 на развитие 5G Advanced и 6G направят 4,5 млрд рублей. По данным Минцифры, за этот период сети пятого поколения будут развернуты в 16 городах, а потенциальная аудитория составит 17,8 миллиона пользователей. 

Перспективные применения 5G-технологий для операторов связи

С развитием сетей пятого поколения для операторов связи и корпоративных клиентов открываются новые сценарии использования, от B2B‑решений до IoT и умных городов. Ниже рассмотрены направления, в которых применение 5G приносит наибольшую эффективность и бизнес‑ценность.

• Частные корпоративные сети. Private 5G для предприятий — автономные корпоративные сети для заводов, энергетики, транспорта.
• Промышленный IoT. Роботы, производственные контроллеры, «умные» датчики и системы мониторинга.
• Телемедицина. Удаленный мониторинг и даже проведение операций.
• Умные города. Транспорт, ЖКХ, видеонаблюдение, аналитика данных.
• Новые B2C-сервисы. Сеть 5G дает быстрый интернет и низкую задержку для облачного гейминга, стриминговых сервисов, VR, AR, 8K-видео. 
• Монетизация сетевых API. Операторы дают возможность управлять качеством соединения самим пользователям. Они обеспечивают безопасный доступ к сети через платные API для разработчиков приложений и поставщиков цифровых сервисов.
• Пограничные вычисление (Edge Computing). Анализ и обработка большого объема данных непосредственно рядом с их источником — от промышленных датчиков до автономных транспортных средств —  с помощью ИИ, без задержек облачных центров обработки данных.

Операторы анализируют спрос и отдачу от внедрения 5G, а также ведут диалог с государством, чтобы оценить коммерческое применение технологии. Из-за крупных инвестиций в развертывание 5G, запуск сети оправдан, если есть реальная бизнес-задача: автоматизация, частные сети, цифровизация городских функций. Пока российские операторы пытаются найти применение технологии, опираясь на зарубежный опыт. Пристальное внимание к Китаю, где в марте 2025 году уровень покрытия 5G составил 76%, а количество базовых станций стандарта 5G превысило 4,39 млн. Сети пятого поколения развернуты во всех городах страны и продолжают развиваться в районах культурных объектов, больницах, университетах, метро. Отдельное направление — промышленность, где уже реализовано более 15 тысяч проектов 5G+.

Несмотря на настороженность со стороны бизнеса, массовый российский пользователь уже получает быстрый интернет, а ИТ-вендоры создают решения для развития технологии. Nexign  — один из ключевых российских разработчиков ПО для телекома, который первым на рынке представил линейку полностью российских продуктов для монетизации сетей 5G. У компании уже есть опыт внедрения сетей 5G в странах СНГ.