Дори да не сте много запознати с поколенията на мобилните мрежи, всеки може да отговори, че 5G е по-добро от 4G/LTE. Всъщност, нещата не са толкова прости. Нека разберем какво прави 5G по-добро/лошо и какви случаи за използване са най-перспективни с оглед на текущото състояние.
Така какво обещава технологията 5G?
- Увеличаване на скоростта десетократно до 10 Гб/с,
- Намаляване на закъсненията (латентност) десетократно до 1 мс,
- Увеличаване на надеждността на свързването (packet loss error rate) стотици пъти,
- Увеличаване на плътността (брой) на свързаните устройства (106/км2).
Всичко това се постига чрез:
- мултиканалност (паралелизъм по честоти и базови станции)
- увеличение на носещите радиочестоти от единици до десетки ГХц (пропускателната способност на радиоканала)
5G ще подобри 4G в традиционните области, независимо дали става дума за мигновено сваляне на филм или безпроблемна свръзка между мобилно приложение и облака. Значи можем ли да се откажем от доставката на интернет в нашите домове и офиси по кабел?
5G ще осигури универсална свързаност между всичко, комбинирайки широколентови, енергоемки протоколи с тяснообхватни, енергийно ефективни. Това ще отвори нови направления, недостъпни за 4G: машинна комуникация на земята и въздуха, Индустрия 4.0, Интернет на нещата. , че бизнесът с 5G ще генерира $3.5T до 2035 година и ще създаде 22 милиона работни места.
Или не?..
(Източник на изображението — Reuters)
Как работи това
Който знае как работи 5G – да пропусне този раздел.
Така че, как ще постигнем такава бърза предаване на данни в 5G, както е описано по-горе? Нали не е магия?
Увеличаването на скоростта ще се случи благодарение на преминаването към по-висок честотен диапазон – преди това неизползван. Например, честотата на домашния WiFi е 2.4 или 5 ГХц, а честотата на съществуващите мобилни мрежи е около 2.6 ГХц. Но когато говорим за 5G, веднага става дума за десетки гигахерци. Всичко е просто: увеличаваме честотата, намаляваме дължината на вълната – и скоростта на предаване на данни става много по-висока. Освен това, мрежата като цяло се освобождава.
Ето един визуален комикс, как беше и как ще бъде. Беше:
Ще бъде:
(Източник: IEEE Spectrum, )
Честотата се увеличи десетократно, затова в 5G имаме работа с много по-къси, милиметрови вълни. Те не преминават добре през препятствия. И във връзка с това се променя и архитектурата на мрежата. Ако преди връзката ни се осигуряваше от големи мощни кули, които осигуряваха връзка на големи разстояния, сега ще бъде необходимо да се разположат много компактни и маломощни кули навсякъде. Имейте предвид, че в големите градове ще са нужни много станции, поради покритие на сигнала от високи сгради. Така, за уверено осигуряване на Ню Йорк със 5G мрежи е необходимо да броя на базовите станции 500 (!) пъти.
По За руските оператори, преминаването на 5G ще струва около 150 милиарда рубли – стойност, съпоставима с предишните разходи за разгръщане на 4G мрежа, и това, дори въпреки факта, че цената на 5G станциите е по-ниска от съществуващите (но тях трябва да бъдат много).
Има два варианта на мрежата: стационарен и мобилен
За намаляване на енергопотреблението и увеличаване на обхвата се използва технология beamforming — динамично формиране на радиовълна за конкретен абонат. Как става това? Базовата станция запомня откъде и кога е дошъл сигналът (той идва не само от вашия телефон, но и от отразявания от препятствия), и с помощта на методи за триангулация изчислява вашето приблизително местоположение, след което построява оптимална траектория на сигнала.
Източник: Analysys Mason
Въпреки това, необходимостта от проследяване на положението на приемника води до малка разлика за стационарните и мобилните варианти на използване, и това се отразява в различни случаи на употреба (за това – малко по-късно, в раздела „Пазар за потребителите“).
Status Quo
Стандарти
Не съществува приет стандарт за 5G. Технологията е твърде сложна и има твърде много участници с противоречиви интереси.
В стадий на предложение с висока степен на разработка е стандартът 5G NR (New Radio) от организацията 3GPP (3rd Generation Partnership Project), която разработи предишните стандарти, 3G и 4G. 5G използва два радиочестотни диапазона (Frequency Range, или просто FR). FR1 предлагаща честоти под 6GHz. FR2 – над 24GHz, т.н. милиметрови вълни. Стандартът поддържа стационарни и движещи се приемници и е следващото развитие на стандарта 5GTF от американския телеком гигант Verizon, който поддържа само стационарни приемници (такива услуги се наричат мрежи за фиксиран безжичен достъп).
Стандарт 5G NR предвижда три сценария на употреба:
- eMBB (подобрена мобилна широколентова свързаност) – определя познатия ни мобилен интернет;
- URLLC (супер надеждни комуникации с ниска латентност) — големи изисквания към скоростта на отговор и надеждността – за задачи като автономен транспорт или дистанционна хирургия;
- mMTC (масови комуникации между устройства) – поддръжка на голям брой устройства, които изпращат данни рядко – случай от Интернет на нещата, т.е. от дистанционни измерватели и монитори.
Или накратко, същото на картинката:
Важно е да разберете, че първоначално индустрията ще се фокусира върху внедряването на eMBB, като по-познат сценарий с налични парични потоци.
Внедряване
От 2018 г. се провеждат мащабни тестове, например на зимните олимпийски игри в Южна Корея. През 2018 г. всички руски оператори „голямата четворка“ проведоха тестове. МТС тествала новата технология – проверявали се сценарии на употреба със видеозвънци, предаване на видео с висока разделителна способност, онлайн игри.
В Южна Корея, за първи път в света, 5G услуга беше предложена в края на 2018 г. Очаква се световно търговско внедряване през следващата, 2020 г. В началния етап ще се използва диапазонът FR1 като добавка към съществуващите 4G мрежи. Според плановете на Министерството на комуникациите, 5G в Русия ще започне да се появява в градовете с повече от един милион жители от 2020 г. На практика, мащабното разгръщане ще се определя от възможността за монетизация, и този аспект на 5G все още не е ясен.
В какво всъщност е проблемът с монетизацията? Работата е там, че телеком операторите все още не виждат убедителни основания за модернизация: съществуващите мрежи се справят с натоварването. И в момента 5G се разглежда от тях по-скоро в маркетингова плоскост: иконката 5G на екрана на телефона определено ще бъде плюс в очите на абонатите на телеком оператора. Показателен е анекдотичният случай с , поставил иконка 5G без наличието на реална мрежа, за което конкурентите му завели съдебен иск за измама.
Ако се вгледате по-внимателно, ще видите, че иконката всъщност е "5GE" — което означава 5G Evolution, и изведнъж това не е 5G, за което мислим, а просто етикет, създаден от маркетолозите за съществуваща LTE мрежа с някои подобрения.
Чипсети
Микроелектронните компании вече са инвестирали милиарди долари в 5G. Чиповете за 5G NR мобилни модеми предлагат Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Модемите от Intel, нов играч на този пазар, се очакват до края на 2019. Модемът на Samsung е изработен със 10nm FinFET технология и е съвместим със стари стандарти, започвайки от 2G. В честотния диапазон до 6GHz осигурява скорост на изтегляне до 2 Gb/c, а при използване на милиметровия диапазон скоростта нараства до 6 Gb/c.
Телефони
Практически всички производители на телефони с Android обявиха планове за внедряване на 5G. Samsung представи флагманския Galaxy S10 в версия за 5G на Mobile World Congress в края на февруари 2019 г. Вече на 5 април състоя се неговото пускане в Корея. В САЩ новият продукт се появи на 16 май, и там свързването се извършва с мрежата на оператор Verizon. Други оператори също се включват: AT&T обявява планове да пусне заедно със Samsung втори смартфон през втората половина на 2019 година.
В течение на годината 5G смартфони от различни производители, главно от премиум клас, ще постъпват на щандовете в магазините. Според някои оценки новата технология ще увеличи цената на устройствата с $200-300 и абонаментната такса с 10%.
Потребителския пазар
Кейс 1. Домашен интернет
5G мрежите за фиксирован достъп ще станат алтернатива на кабелния интернет в нашите домове. Ако преди интернетът навлизаше в дома ни чрез кабел, в бъдеще той ще идва от 5G мачта, а след това рутерът ще го разпространява чрез познатия домашен WiFi. Основните компании на пазара завършиха подготовката, синхронизирайки пускането на рутерите в продажба с разгръщането на 5G мрежите. Типичен 5G рутер струва $700-900 и осигурява скорост на изтегляне от 2-3 Гбит/сек. По този начин операторите ще решат проблема с „последната миля“ и ще намалят разходите за полагане на кабели. И не трябва да се страхувате, че съществуващите магистрални мрежи няма да се справят с увеличения трафик, който ще идва от 5G мрежите: извършват се изследвания за използването на съществуващия резерв от оптични мрежи — т.нар. „черно влакно“ (dark fibre).
Насколько ново ще бъде това за потребителите? Вече в някои държави хората спират да използват традиционен домашен кабелен интернет и преминават на LTE: оказва се, че е по-бързо и по-евтино да се ползва мобилна връзка във всички ситуации, при наличието на удобни тарифи. Такава ситуация, например, е настъпила в Корея. И тя е илюстрирана в този комикс:
Кейс 2. Масови струпвания на хора
Сигурно всеки е бил в такава неприятна ситуация: отивате на изложба или стадион и мобилната връзка спира. И то точно в момента, когато искате да публикувате снимка или да напишете в социалните мрежи.
Стадиони
Samsung проведе тест заедно с японския телеком оператор KDDI на бейзболен стадион с капацитет 30 000 души. Използвайки тестови 5G таблети, успяха да демонстрират стрийминг на 4K видео едновременно на няколко таблета.
Стадионът е един от трите сценария, илюстрирани в демонстрационната зона, наречена 5G City, разположена в Сувон (централата на Samsung). Другите сценарии включват градска среда (свързване на видеокамери, сензори и информационни табла) и високоскоростен достъп за доставка на HD видео в движещ се автобус: докато минава покрай точката, филмът успява да се изтегли.
Игри
Компания Niantic – създателят на световно известната геолокационна игра Pokemon Go – има големи надежди за 5G. Ето защо: неотдавна в играта се появиха групови събития – рейдове. В рейдовете трябва да се координирате с други играчи, за да победите заедно особено силен покемон, и това създава интересни ситуации в реалния живот. Така, основната легендарна локация на играта с най-редкия покемон Mewtwo се намира на Таймс Скуеър в Ню Йорк – можете ли да си представите каква тълпа може да се събере там, състояща се не само от ловци на покемони, но и от обикновени туристи.
Допълнената реалност също се разглежда като "killer app" за 5G. В това можете да видите концепцията за магически двубои в реално време, които в момента Niantic разработва в новата игра, вдъхновена от "Хари Потър". Niantic вече сключи партньорство с Samsung и операторите Deutsche Telekom и SK Telecom.
Транспорт
Накрая, интересен е примерът с влаковете. Появи се идеята да се осигури железопътната мрежа с 5G за развлечения и удобство на пътниците. Изследване на Бристолския университет : за да се постигне високоскоростна безшевна връзка, е нужно да се оборудва железопътната линия с точки за достъп на разстояние 800 метра една от друга!
Пример за това как трябва да се поставят точките за достъп по железопътната линия
Бяха проведени успешни тестове на влак, който минава близо до Токио – те от Samsung съвместно с телеком оператора KDDI. По време на тестовете беше постигната скорост от 1,7 Гбит/с, а в процеса на теста се изтегли 8K видео и се качи 4K видео от камера.
Нови сценарии за използване
Но всичко това е по-скоро решение на познати вече задачи. А какво принципално ново може да ни предложи 5G?
Свързано автомобила
Основното предимство – ниска латентност, позволяваща на колите да се свързват помежду си със скорости до 500 км/ч. За разлика от човешките шофьори, автомобилите накрая ще могат да се споразумеят помежду си или с неподвижната инфраструктура за маневри, правейки пътя по-безопасен. Интересно е, че системата ще отчита метеорологичните условия: всеки знае, че при хлъзгаво време спирачният път е по-дълъг, затова и правилата в такава система трябва да се променят.
Европейската асоциация 5GAA (Автомобилната асоциация) вече обединява над 100 основни телекомуникационни и автомобилни производители по целия свят с цел да ускори разгръщането на системата C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Основните задачи на асоциацията са всеобхватната безопасност на пътя и ефективността на движението. В безопасността могат да разчитат и велосипедистите и пешеходците с 5G смартфони. Участниците в движението на разстояния до 1 км ще могат да комуникират директно, а за по-големи разстояния им е необходимо наличие на 5G покритие. Системата ще осигури създаването на коридори за полицията и спешна помощ, ще предвиди обмен на сензорни данни между автомобилите, дистанционно управление и други чудеса. След старта на C-V2X асоциацията планира да приложи получените знания в 5G V2X, където ще се стреми към индустрия 4.0, интелигентни градове и всичко, което се движи, използвайки 5G.
Примери за ситуации, които могат да се решат с помощта на Свързани автомобили. Източник: Qualcomm.
5G ще позволи свързване не само на наземни автомобили, но и на летателни апарати. Тази година Samsung, заедно с испанския интернет доставчик Orange, , как дистанционен пилот управлява полета на дрон, използвайки развита 5G мрежа и получавайки видеопоток с висока разделителна способност в реално време. Американският доставчик Verizon през 2017 г. купи , обещавайки милиони 5G свързани полета. Дроновете на компанията вече са свързани с разпространената 4G мрежа на Verizon.
Индустрия 4.0
Изобщо терминът „Industrie 4.0“ е изобретен в Германия за тяхната програма за модернизиране на индустрията. Асоциацията (5G Алианс за свързани индустрии и автоматизация) с централа в Германия обединява от 2018 г. производствени компании, заинтересовани в използването на 5G. Най-високите изисквания за латентност и надеждност се поставят при контрола на движението на индустриални роботи, където времето за реакция не може да надвишава десетки микросекунди. В момента това се решава с помощта на Industrial Ethernet (например, стандарт EtherCAT). Изключително вероятно е, че 5G ще се бори и за този сектор!
Други приложения, като свързаност между индустриални контролери или с човека-оператор, сензорни мрежи, са по-малко взискателни. В момента повечето от тези мрежи използват кабел, така че безжичният 5G изглежда като икономически оправдано решение, което също позволява бърза реконфигурация на производството.
На практика, икономическата целесъобразност ще доведе до внедряване на 5G в най-скъпите области, свързани с плащането на човешки труд, например, шофьори на повдигачи във фабрики и складове. Така например, европейската инженерна компания Acciona демонстрира . Количката предава 360-градусово видео с висока разделителна способност, а дистанционен оператор ще ѝ помогне да излезе от непредвидена ситуация. Количката използва 5G технологии на Cisco и Samsung.
Технологиите за дистанционно сътрудничество ще напреднат. Тази година беше демонстрирано как хирург-експерт в реално време наблюдава хода на онкологична операция, провеждаща се на много километри разстояние от него, и показва на колегите си как най-добре да извършат операцията. С напредъка на технологията, той ще може да участва по-активно, вече директно управлявайки хирургическите инструменти.
Интернет на нещата
На първо място, 5G ще реши проблема с многобройните и слабо поддържани стандарти за свързаност на Интернет на нещата, което в момента, по нашето мнение, ограничава развитието на тази посока.
Тук 5G може да предложи следното:
- Ad hoc мрежи (без рутери)
- Висока плътност на свързаните устройства
- Поддръжка на теснодомейни, енергийно ефективни (10+ години на една батерия) комуникации
Но изглежда, че големият бизнес все още се интересува повече от други сценарии, различни от Интернет на нещата. Бързо търсене в интернет не намери демонстрации от ключови играчи за предимствата на 5G за Интернет на нещата.
Завършвайки тази тема, ще обърнем внимание на една интересна възможност. В момента зависимостта от контакт или необходимостта от смяна на батерията ограничава избора на "неща". Нискочестотната индукционна безжична зареждане работи само на разстояние от няколко сантиметра. 5G и насочените му милиметрови вълни ще позволят ефективно зареждане на разстояния от няколко метра. Въпреки че съществуващите стандарти не предвиждат това, ние сме сигурни, че инженерите скоро ще намерят начини да се възползват от тази възможност!
Възможности за разработчици
Ако темата ви е интересна, накъде да се насочите по-нататък?
Връзки. Лично можете да се запознаете с 5G участниците на най-близките руски конференции 29-30 май, 30-31 май, 25-27 юни, 24 октомври.
Сред академичните контакти следва да се отбележи проведен в Института за проблеми на предаването на информация.
Финансиране. Ключови участници провеждат конкурси за използването на 5G в различни области. В САЩ Verizon наскоро пусна конкурса „Built on 5G Challenge“ за Индустрия 4.0, поглъщащи приложения (VR/AR), и иновационни идеи (променящи начина, по който живеем и работим). Конкурсът е отворен за регистрирани в САЩ малки предприятия, а заявленията се приемат до 15 юли. Наградният фонд е $1M. Победителите ще бъдат обявени през октомври тази година.
Заетост. Освен мобилните оператори от голямата четворка, в Русия има няколко компании, планиращи използването на 5G в близко бъдеще. Бизнес моделът на водещия доставчик на съдържание в Русия и ОНД, компанията CDNVideo – плащане за обема на получен трафик. Използването на 5G, което потенциално намалява тази цена, ще позволи на компанията да намали разходите си. Компанията PlayKey промотира облачни игри, не е учудващо, че в плановете й е включено и използването на 5G.
Отворен код, изглежда, ще играе ключова роля в инфраструктурата. Американският подкрепя 5G. Европейският обединява желаещи да избегнат propietary компоненти на 5G инфраструктурата. Стратегическите направления включват подкрепа на 5G модеми и софтуерно-определени системи, хетерогенни мрежи и интернет на нещата. виртуализира мрежи за радиодостъп (Radio Access Networks). Изпълнението на ядрото на мрежата е налично от .
Автори:
Станислав Полонски — Началник на управление за перспективни изследвания и разработки в Изследователския център на Samsung
Татяна Волкова — Автор на учебната програма на проекта IoT Академия на Samsung, специалист по програми за корпоративна социална отговорност в Изследователския център на Samsung
Източник: habr.com
