Нават не асоба разбіраючыся ў пакаленнях стандартаў мабільнай сувязі, любы напэўна адкажа, што 5G – гэта страмчэй, чым 4G/LTE. Насамрэч, усё не так проста. Давайце разбяромся, у чым усё ж 5G лепш/горш і якія кейсы яго выкарыстання найболей перспектыўныя з улікам бягучага стану.
Дык вось, што ж нам абяцае тэхналогія 5G?
- Павелічэнне хуткасці ў дзясяткі разоў да 10 Гб / с,
- Памяншэнне затрымак (латэнтнасць) у дзясяткі разоў да 1 мс,
- Павелічэнне надзейнасці падключэння (packet loss error rate) у сотні разоў,
- Павелічэнне шчыльнасці (ліку) падлучаных прылад (106/км2).
Усё гэта дасягаецца за кошт:
- шматканальнасці (паралелізм па частотах і базавых станцыях)
- павелічэння апорных радыёчастот з адзінак да дзясяткаў Ггц (прапускная здольнасць радыёканала)
5G палепшыць 4G у традыцыйных абласцях, няхай гэта будзе імгненнае спампоўванне фільма, або бясшвоўная сувязь мабільнага прыкладання з воблакам. Значыць, можна будзе адмовіцца ад дастаўкі Інтэрнэту ў нашы кватэры і офісы па кабелі?
5G забяспечыць універсальную сувязь за ўсё з усім, аб'ядноўваючы шырокапалосныя, энергазатратныя пратаколы з вузкапалоснымі, энергазберагальнымі. Гэта адкрые новыя, недаступныя для 4G напрамкі: міжмашынную сувязь на зямлі і ў паветры, Індустрыю 4.0, Інтэрнэт рэчаў. , Што 5G-бізнэс заробіць $3.5T да 2035 года і створыць 22 млн. працоўных месцаў.
Ці не?..
(Крыніца карцінкі — Reuters)
Як гэта працуе
Хто ведае, як працуе 5G - прапусціце гэты раздзел.
Такім чынам, за рахунак чаго мы зможам дасягнуць такой хуткай перадачы дадзеных у 5G, як апісана вышэй? Бо гэта не магія якая-небудзь?
Павелічэнне хуткасці адбудзецца дзякуючы пераходу ў больш высокі частотны дыяпазон раней незадзейнічаны. Для прыкладу, частата хатняга WiFi складае 2,4 або 5 Ггц, частата існуючых мабільных сетак у межах 2,6 Ггц. Але калі мы гаворым пра 5G, то тут адразу гаворка пра дзясяткі гігагерц. Усё проста: павялічваем частату, памяншаем даўжыню хвалі - і хуткасць перадачы дадзеных становіцца ў разы больш. Ды і сетка ў цэлым разгружаецца.
Вось наглядны комікс, як было і як будзе. Было:
Будзе:
(Крыніца: IEEE Spectrum, )
Частата павысілася ў дзесяткі разоў, таму ў 5G мы маем справу са значна больш кароткімі, міліметровымі хвалямі. Яны дрэнна праходзяць праз перашкоды. І ў сувязі з гэтым мяняецца і архітэктура сеткі. Калі раней сувязь нам забяспечвалася вялікімі магутнымі вышкамі, якія давалі сувязь на вялікіх адлегласцях, то зараз неабходна будзе расставіць шмат кампактных маламагутных вышак паўсюль. І улічвайце, што ў буйных гарадах станцый запатрабуецца вельмі шмат, за рахунак перакрыцця сігналу вышыннымі хатамі. Так, для ўпэўненага абсталявання Нью-Ёрка сеткамі 5G трэба колькасць базавых станцый у 500 (!) разоў.
Па расійскіх аператараў, пераход на 5G для іх будзе каштаваць прыкладна 150 мільярдаў рублёў – кошт, супастаўны з папярэднімі выдаткамі на разгортванне 4G-сеткі, і гэта нават нягледзячы на тое, што кошт станцыі 5G ніжэй за існуючыя (але іх трэба шмат).
Два варыянты сеткі: стацыянарны і мабільны
Для памяншэння энергаспажывання і павышэння далёкасці выкарыстоўваецца тэхналогія фармуе прамень — дынамічнае фармаванне радыёпрамяня для канкрэтнага абанента. Як гэта робіцца? Базавая станцыя запамінае, адкуль і ў колькі прыйшоў сігнал (ён зыходзіць не толькі ад вашага тэлефона, але і як адлюстраванне ад перашкод), і пры дапамозе метадаў трыянгуляцыі вылічвае ваша прыкладнае месцазнаходжанне, а затым будуе аптымальную траекторыю сігналу.
Крыніца: Analysys Mason
Аднак неабходнасць адсочваць становішча прымача прыводзіць да невялікага адрознення для фіксаванага і мабільных варыянтаў выкарыстання, і гэта знаходзіць сваё адлюстраванне ў розных кейсах выкарыстання (пра гэта - крыху далей, у раздзеле "Спажывецкі рынак").
Становішча, якое існуе
стандарты
Прынятага стандарту 5G няма. Занадта складаная тэхналогія і занадта шмат гульцоў з супярэчлівымі інтарэсамі.
У стадыі прапановы высокай ступені прапрацоўкі знаходзіцца стандарт 5G NR (Новае радыё) ад арганізацыі 3GPP (Праект партнёрства трэцяга пакалення), якая распрацавала папярэднія стандарты, 3G і 4G. 5G выкарыстоўвае два радыёчастотных дыяпазону (Дыяпазон прайграваных частот, або скарочана проста FR). FR1 прапануе частоты ніжэй за 6Ггц. FR2 - вышэй 24Ггц, т.зв. міліметровыя хвалі. Стандарт падтрымлівае стацыянарныя і якія рухаюцца прымачы і з'яўляецца далейшым развіццём стандарту 5GTF ад амерыканскага тэлекам-гіганта Verizon, які падтрымлівае толькі стацыянарныя прымачы (такі выгляд паслуг завецца сеткамі фіксаванага бесправаднога доступу).
Стандарт 5G NR прадугледжвае тры сцэнары выкарыстання:
- eMBB (enhanced Mobile Broadband) – вызначае звыклы нам мабільны інтэрнэт;
- URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) - вялікія патрабаванні да хуткасці водгуку і надзейнасці - для такіх задач, як аўтаномны транспарт або дыстанцыйная хірургія;
- mMTC (massive Machine Type Communications) - падтрымка вялікай колькасці прылад, якія адпраўляюць дадзеныя рэдка - кейс Інтэрнэту рэчаў, гэта значыць лічыльнікаў і прылад маніторынгу.
Ці коратка, тое ж самае на малюнку:
Важна разумець, што спачатку індустрыя сфакусуецца на ўкараненні eMBB, як больш зразумелым сцэнары з існуючымі грашовымі патокамі.
укараненне
З 2018 праводзіцца маштабнае тэсціраванне, напрыклад, на зімовых Алімпійскіх гульнях у Паўднёвай Карэі. У 2018-м усе расейскія аператары "вялікай чацвёркі" правялі тэсты. МТС тэсціравала новую тэхналогію - правяраліся сцэнары выкарыстання з відэазванкамі, перадачай відэа высокага дазволу, анлайн-гульнямі.
У Паўднёвай Карэі, упершыню ў свеце, 5G сэрвіс быў прапанаваны ў канцы 2018-га. Сусветнае камерцыйнае ўкараненне чакаецца ў наступным, 2020 годзе. На пачатковым этапе будзе выкарыстоўвацца дыяпазон FR1 як надбудова да існуючых 4G сетак. Згодна з планамі Мінкамсувязі, у Расіі 5G пачне з'яўляцца ў гарадах-мільённіках з 2020-га года. На практыцы, маштабнае разгортванне будзе вызначацца магчымасцю манетызацыі, і гэты аспект 5G пакуль не ясны.
У чым жа праблема з манетызацыяй? Справа ў тым, што целікам-аператары пакуль не бачаць важкіх падстаў для мадэрнізацыі: існуючыя сеткі цалкам спраўляюцца з нагрузкай. І зараз 5G разглядаецца імі хутчэй у плоскасці маркетынгу: абразок 5G на экране тэлефона адназначна будзе плюсам у вачах абанентаў целікам-аператара. Паказальны анекдатычны выпадак з , якія размясцілі абразок 5G пры адсутнасці рэальнай сеткі, за што канкурэнты прад'явілі яму судовы пазоў за падман.
Калі добра прыгледзецца, то відаць, што абразок насамрэч "5GE" – расшыфроўваецца як 5G Evolution, і раптам гэта не 5G, пра які мы думаем, а ўсяго толькі лэйбл, прыдуманы маркетолагамі для існуючай LTE-сеткі з некаторымі паляпшэннямі.
чыпсэты
Мікраэлектронныя кампаніі ўжо інвеставалі многія мільярды долараў у 5G. Мікрасхемы для 5G NR сотавых мадэмаў прапануе Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Мадэмы ад Intel, новага гульца на гэтым рынку, чакаюцца да канца 2019. Мадэм Samsung выкананы па 10нм FinFET тэхналогіі, і сумяшчальны са старымі стандартамі, пачынальна з 2G. У частотным дыяпазоне да 6Ггц забяспечвае хуткасць загрузкі да 2 Гб/c, пры выкарыстанні міліметровага дыяпазону хуткасць узрастае да 6 Гб/c.
Тэлефоны
Практычна ўсе вытворцы тэлефонаў на Android абвясцілі аб планах укаранення 5G. Samsung прадставіла флагман Galaxy S10 у версіі для 5G на выставе Mobile World Congress у канцы лютага 2019 г. Ужо 5 красавіка адбыўся яго рэліз у Карэі. У ЗША навінка з'явілася 16 траўня, і тамака злучэнне адбываецца з сеткай целікам-аператара Verizon. Падцягваюцца і іншыя аператары: AT&T заяўляе аб планах выпусціць сумесна з Samsung другі смартфон у 2-й палове 2019 гады.
На працягу года 5G-смартфоны розных вытворцаў, у асноўным прэміяльнага класа, будуць паступаць на прылаўкі магазінаў. Па некаторых ацэнках новая тэхналогія павялічыць кошт прылад на $200-300 і абаненцкую плату на 10%.
Спажывецкі рынак
Кейс 1. Хатні Інтэрнэт
5G-сеткі фіксаванага бесправаднога доступу стануць альтэрнатывай правадному інтэрнэту ў нашых кватэрах. Калі раней Інтэрнэт паступаў у нашу кватэру па кабелі, то ў будучыні - з 5G-вышкі, а далей ужо роўтэр будзе раздаваць яго праз звыклы хатні WiFi. Асноўныя кампаніі-гульцы скончылі падрыхтоўку, сінхранізуючы выпуск роўтэраў у продаж з разгортваннем 5G сетак. Тыповы 5G-роўтар варта $700-900, і забяспечвае хуткасць запампоўкі 2-3 Гбіт/сек. Такім чынам аператары вырашаць для сябе праблему "апошняй мілі" і паменшаць выдаткі на пракладку правадоў. І не трэба баяцца, што існуючыя магістральныя сеткі не справяцца з тым які павялічыўся трафікам, які будзе паступаць ад сетак 5G: вядуцца даследаванні па выкарыстанні існуючага рэзерву оптавалакновых сетак – так званае «чорнае валакно» (dark fibre).
Наколькі ў навінку гэты сцэнар будзе для карыстальнікаў? Ужо зараз у некаторых краінах перастаюць карыстацца традыцыйным хатнім правадным інтэрнэтам, і пераходзяць на LTE: аказваецца хутчэй і танней карыстацца мабільнай сувяззю ва ўсіх сітуацыях, пры наяўнасці зручных тарыфаў. Такая сітуацыя, напрыклад, склалася ў Карэі. І яна праілюстравана вось у гэтым коміксе:
Кейс 2. Масавыя навалы людзей
Напэўна ўсё бывалі ў такой непрыемнай сітуацыі: прыходзьце на выставу ці стадыён, і знікае мабільная сувязь. І гэта менавіта ў той момант, калі хочацца запосціць фота ці напісаць у сацсеткі.
стадыёны
Samsung правёў тэст сумесна з японскім целікам-аператарам KDDI на 30-тысячным бейсбольным стадыёне. Выкарыстоўваючы тэставыя 5G-планшэты, удалося прадэманстраваць стрымінг 4K-відэа адначасова на некалькіх планшэтах.
Стадыён - адзін з трох сцэнарыяў, якія праілюстраваны ў дэмазоне пад назвай 5G City, размешчанай у г. Сувоне (штаб-кватэры Samsung). Іншыя сцэнары ўключаюць у сябе гарадское асяроддзе (падлучэнне відэакамер, сэнсараў і інфармацыйных табло) і высакахуткасную кропку доступу для дастаўкі HD-відэа ў які рухаецца аўтобус: пакуль ён праязджае міма кропкі, паспявае запампавацца фільм.
Гульні
Кампанія Niantic - стваральнік сусветна вядомай геолокационной гульні Pokemon Go - ускладае вялікія надзеі на 5G. І вось чаму: не так даўно ў гульні з'явіліся групавыя падзеі - рэйды. У рэйдах вам трэба скаардынавацца з іншымі гульцамі, каб сумеснымі намаганнямі перамагчы асабліва моцнага покемон, і гэта стварае цікавыя сітуацыі ў рэальным жыцці. Так, галоўная легендарная лакацыя гульні з самым рэдкім покемон Mewtwo знаходзіцца на Таймс-Сквер у Нью Ёрку - можаце сабе ўявіць, які там здольны сабрацца натоўп, якая складаецца не толькі з паляўнічых на покемон, але і проста турыстаў.
Дапоўненую рэальнасць таксама разглядаюць як "killer app" для 5G. У гэтым вы можаце ўбачыць канцэпт магічных паядынкаў у рэальным часе, якія зараз распрацоўваюцца Niantic у новай гульні па матывах "Гары Потэра". Niantic ужо заключыла партнёрства з Samsung і аператарамі Deutsche Telecom і SK Telecom.
Транспарт
Нарэшце, цікавы кейс з цягнікамі. З'явілася ідэя забяспечыць чыгунку сувяззю 5G для забаў і камфорту пасажыраў. Даследаванне Брыстальскага ўніверсітэта : каб дамагчыся высакахуткаснай бясшвоўнай сувязі, трэба абсталяваць чыгунку кропкамі доступу на адлегласці 800 метраў сябар ад сябра!
Прыклад таго, як трэба расставіць кропкі доступу ўздоўж чыгуначнага палатна
Былі паспяхова праведзены тэсты на цягніку, які курсіраваў каля Токіа - іх а Samsung сумесна з целікам-аператарам KDDI. Падчас тэстаў была дасягнута хуткасць 1,7 Гбіт/з, і падчас тэсту адбылося запампоўка 8К-відэа і загрузка 4К-відэа з камеры.
Новыя сцэнары выкарыстання
Але ўсё гэта - хутчэй рашэнне ўжо звыклых нам задач. А што прынцыпова новага можа прапанаваць нам 5G?
Connected car
Асноўная перавага маленькая латэнтнасць, якая дазваляе машынам звязвацца сябар з сябрам на хуткасцях да 500 км/ч. У адрозненні ад людзей-кіроўцаў, машыны нарэшце змогуць дамовіцца паміж сабой або з нерухомай інфраструктурай аб манеўрах, зрабіўшы дарогу бяспечней. Цікава, што сістэма будзе ўлічваць умовы надвор'я: усе ведаюць, што ў слізкае надвор'е тармазны шлях даўжэйшы, таму і правілы ў такой сістэме павінны мяняцца.
Еўрапейская асацыяцыя 5GAA (Automotive Association) ужо аб'ядноўвае больш за 100 асноўных телеком-і аўтавытворцаў па ўсім свеце з мэтай паскорыць разгортванне сістэмы C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Асноўныя задачы асацыяцыі - усёабдымная дарожная бяспека і эфектыўнасць руху. На бяспеку могуць разлічваць таксама веласіпедысты і пешаходы з 5G-смартфонамі. Удзельнікі руху на адлегласцях да 1 км змогуць звязацца напрамую, пры вялікіх адлегласцях ім спатрэбіцца наяўнасць 5G-пакрыцця. Сістэма забяспечыць стварэнне калідораў для паліцыі і хуткай дапамогі, прадугледзіць абмен сэнсарыкай паміж машынамі, выдаленае кіраванне і іншыя цуды. Пасля запуску C-V2X асацыяцыя плануе прымяніць атрыманы вопыт у 5G V2X, дзе замахнецца на індустрыю 4.0, разумныя гарады і ўсё, што рухаецца выкарыстоўвае 5G.
Прыклады сітуацый, якія можна вырашыць пры дапамозе Connected Car. Крыніца: Qualcomm.
5G дазволіць звязвацца не толькі наземным машынам, але і лятальным апаратам. У гэтым годзе Samsung, сумесна з іспанскім інтэрнэт-правайдэрам Orange, , Як выдалены пілот кіраваў палётам робата са сваёй нагі, карыстаючыся разгорнутай 5G сеткай, і атрымліваючы відэаструмень высокага дазволу ў рэальным часе. Амерыканскі правайдэр Verizon у 2017-м купіў , абяцае мільёны 5G-падключаных палётаў Дроны кампаніі ўжо падключаны да запушчанай 4G-сеткі Verizon.
Прамысловасць 4.0
Наогул выраз "Industrie 4.0" прыдумалі ў Нямеччыне для сваёй праграмы мадэрнізацыі прамысловасці. Асацыяцыя (5G Alliance for Connected Industries and Automation) са штаб-кватэрай у Нямеччыне аб'ядноўвае з 2018 года вытворчыя кампаніі, зацікаўленыя ў выкарыстанні 5G. Найбольшыя патрабаванні да латэнтнасці і надзейнасці прад'яўляе кантроль руху прамысловых робатаў, дзе час водгуку не можа перавышаць дзясяткаў мікрасекунд. Цяпер гэта вырашаецца з дапамогай Industrial Ethernet (напрыклад, стандарт EtherCAT). Цалкам верагодна, што 5G пазмагаецца і за гэтую нішу!
Іншыя прымянення, такія як сувязь паміж індустрыяльнымі кантролерамі або з чалавекам-аператарам, сэнсарныя сеткі, менш патрабавальныя. Цяпер большасць такіх сетак выкарыстоўваюць кабель, так што бесправадны 5G уяўляецца эканамічна апраўданым рашэннем, у дадатак якія дазваляюць хуткую рэканфігурацыю вытворчасці.
На практыцы эканамічная мэтазгоднасць прывядзе да ўкаранення 5G у найбольш дарагіх галінах, звязаных з аплатай чалавечай працы, напрыклад, вадзіцеляў пагрузчыкаў на фабрыках і складах. Так, еўрапейская інжынерная кампанія Acciona прадэманстравала . Каляска перадае 360-відэа ў высокім дазволе, выдалены аператар дапаможа ёй выехаць з непрадбачанай сітуацыі. Каляска выкарыстоўвае 5G-тэхналогіі Cisco і Samsung.
Тэхналогіі дыстанцыйнага супрацоўніцтва пойдуць далей. У гэтым годзе было прадэманстравана, як хірург-эксперт у рэальным часе назірае за ходам анкалагічнай аперацыі, якая адбываецца за многія кіламетры ад яго, і паказвае сваім калегам, як лепш рабіць аперацыю. Па меры ўдасканалення тэхналогіі, ён зможа прыняць больш актыўны ўдзел, ужо непасрэдна кіруючы хірургічнымі інструментамі.
інтэрнэт рэчаў
Перш за ўсё, 5G вырашыць праблему са шматлікімі і дрэнна падтрымліваемымі стандартамі сувязі Інтэрнэту рэчаў, якая цяпер, на нашу думку, абмяжоўвае развіццё гэтага напрамку.
Тут 5G можа прапанаваць наступнае:
- Ad hoc сеткі (без роўтэраў)
- Высокая шчыльнасць падлучаных прылад
- Падтрымка вузкапалосных, энергаэфектыўных (10+ гадоў на адной батарэйцы) камунікацый
Але падобна, вялікаму бізнэсу пакуль цікавей іншыя, адрозныя ад Інтэрнэту рэчаў сцэнары. Беглы пошук па інтэрнэце не знайшоў дэманстрацый ключавымі гульцамі пераваг 5G для Інтэрнэту рэчаў.
Завяршаючы гэтую тэму, звернем увагу на наступную цікавую магчымасць. Цяпер залежнасць ад разеткі або неабходнасць замены батарэй абмяжоўвае выбар "рэчаў". Нізкачашчынная індуктыўная бесправадная зарадка працуе толькі на адлегласці ў некалькі сантыметраў. 5G і яго накіраваныя міліметровыя хвалі дазволяць эфектыўную зарадку на адлегласцях у некалькі метраў. Хаця існуючыя стандарты гэта і не агаворваюць, мы не сумняваемся, што інжынеры хутка знойдуць спосабы скарыстацца гэтай магчымасцю!
Магчымасці для распрацоўшчыкаў
Калі вас зацікавіла тэма, то куды рухацца далей?
сувязі. Асабіста пазнаёміцца з 5G-гульцамі можна будзе на бліжэйшых расійскіх канферэнцыях 29-30 траўня, 30-31 траўня, 25-27 чэрвеня, 24 кастрычніка.
З акадэмічных кантактаў трэба адзначыць які праводзіцца ў Інстытуце Праблем Перадачы Інфармацыі.
фінансаванне. Ключавыя гульцы праводзяць конкурсы па выкарыстанні 5G у розных абласцях. У ЗША Verizon нядаўна конкурс "Built on 5G Challenge" на Індустрыю 4.0, імерсіўныя спажывецкія прыкладанні (VR/AR), і прарыўныя ідэі (якія змяняюць наш лад жыцця і працы). Конкурс адкрыты для зарэгістраванага ў ЗША малога бізнэсу, заяўкі прымаюцца да 15 ліпеня. Прызавы фонд - $ 1M. Пераможцы будуць названы сёлета ў кастрычніку.
працаўладкаванне. Акрамя сотавых аператараў вялікай чацвёркі, у Расіі ёсць некалькі кампаній, якія плануюць выкарыстанне 5G у найбліжэйшай будучыні. Бізнес-мадэль вядучага правайдэра дастаўкі кантэнту ў Расіі і СНД, кампаніі CDNVideo - плата за аб'ём атрыманага трафіку. Выкарыстанне 5G, патэнцыйна які зніжае гэты кошт, дазволіць кампаніі зменшыць выдаткі. Кампанія PlayKey прасоўвае гульні ў воблаку, нядзіўна, што і ў яе планах выкарыстанне 5G.
Open Source, па бачнасці, будзе гуляць ключавую ролю ў інфраструктуры. Амерыканскі падтрымлівае 5G. Еўрапейскі аб'ядноўвае жадаючых абысці прапрыетарныя кампаненты 5G інфраструктуры. Стратэгічныя напрамкі ўключаюць падтрымку 5G мадэмаў і software-defined сістэм, гетэрагенныя сеткі і інтэрнэт рэчаў. віртуалізуе сеткі радыёдоступу (Radio Access Networks). Рэалізацыя ядра сеткі даступна ад .
аўтары:
Станіслаў Палонскі – Начальнік упраўлення перспектыўных даследаванняў і распрацовак Даследчага цэнтра Samsung
Таццяна Волкава – Аўтар вучэбнай праграмы праекта IoT Акадэмія Samsung, спецыяліст па праграмах карпаратыўнай сацыяльнай адказнасці Даследчага цэнтра Samsung
Крыніца: habr.com