Дори и без много разбиране на поколенията стандарти за мобилна комуникация, всеки със сигурност ще отговори, че 5G е по-готин от 4G / LTE. Всъщност всичко не е толкова просто. Нека да видим какво е 5G по-добро / по-лошо и кои са най-обещаващите случаи на употреба, предвид текущото състояние.
И така, какво ни обещава 5G технологията?
- Увеличаване на скоростта десетократно до 10 Gb/s,
- Намаляване на закъсненията (латентността) десетократно до 1 ms,
- Повишаване на надеждността на връзката (процент грешки при загуба на пакети) стотици пъти
- Повишена плътност (брой) на свързани устройства (106/km2).
Всичко това се постига чрез:
- многоканален (паралелизъм в честотите и базовите станции)
- увеличаване на носещите честоти от единици до десетки GHz (честотна лента на радиоканала)
5G ще подобри 4G в традиционните области, независимо дали става въпрос за незабавно изтегляне на филми или безпроблемна връзка на мобилни приложения с облака. Така че ще бъде възможно да откажем да доставяме интернет до нашите апартаменти и офиси по кабел?
5G ще даде възможност всичко към всичко да бъде универсално свързано чрез комбиниране на високочестотни, енергоемки протоколи с теснолентови, енергоспестяващи. Това ще отвори нови посоки, недостъпни за 4G: комуникация между машини на земята и във въздуха, Индустрия 4.0, Интернет на нещата. че 5G бизнесът ще спечели 3.5 трилиона долара до 2035 г. и ще създаде 22 милиона работни места.
Или не?..
(Източник на изображението: Reuters)
Как работи
За тези, които знаят как работи 5G, пропуснете този раздел.
И така, как можем да постигнем толкова бърз трансфер на данни в 5G, както е описано по-горе? Не е някаква магия, нали?
Увеличаването на скоростта ще се дължи на прехода към по-висок честотен диапазон - неизползван преди това. Например честотата на домашния WiFi е 2,4 или 5 GHz, честотата на съществуващите мобилни мрежи е в рамките на 2,6 GHz. Но когато говорим за 5G, тук веднага говорим за десетки гигахерци. Всичко е просто: увеличаваме честотата, намаляваме дължината на вълната - и скоростта на трансфер на данни става многократно по-висока. И мрежата като цяло се разтоварва.
Ето визуален комикс, как беше и как ще бъде. Беше:
Ще:
(Източник: IEEE Spectrum, )
Честотата се е увеличила десетократно, така че в 5G имаме работа с много по-къси милиметрови вълни. Те не минават добре през препятствията. И във връзка с това се променя архитектурата на мрежата. Ако по-рано комуникацията ни беше осигурена от големи мощни кули, които осигуряваха комуникация на дълги разстояния, сега ще е необходимо да поставим много компактни кули с ниска мощност навсякъде. И имайте предвид, че в големите градове ще са необходими много станции, поради припокриването на сигнала от високи сгради. Така че, за да оборудвате уверено Ню Йорк с 5G мрежи, имате нужда броя на базовите станции с 500 (!) пъти.
На Руските оператори преходът към 5G за тях ще струва около 150 милиарда рубли - цена, сравнима с предишните разходи за разгръщане на 4G мрежа, и това въпреки факта, че цената на 5G станция е по-ниска от съществуващите (но те нужда от много).
Две опции за мрежа: фиксирана и мобилна
Използва се технология за намаляване на консумацията на енергия и увеличаване на обхвата генериране на лъчи — динамично оформяне на лъча за конкретен абонат. Как се прави? Базовата станция запомня откъде и в колко часа е дошъл сигналът (той идва не само от вашия телефон, но и като отражение от препятствия) и използвайки триангулационни методи, изчислява вашето приблизително местоположение и след това изгражда оптималния път на сигнала.
Източник: Analysys Mason
Необходимостта от проследяване на позицията на приемника обаче води до малка разлика между случаите на фиксирана и мобилна употреба и това се отразява в различни случаи на употреба (повече за това в раздела за потребителския пазар по-долу).
Статукво
стандарти
Няма приет 5G стандарт. Технологията е твърде сложна и има твърде много играчи с противоречиви интереси.
Стандартът 5G NR (Ново радио) от организацията 3GPP (Проект за партньорство от трето поколение), който разработи предишните стандарти, 3G и 4G. 5G използва две радиочестотни ленти (Честотен обхват, или просто накратко FR). FR1 предлага честоти под 6GHz. FR2 - над 24GHz, т.нар. милиметрови вълни. Стандартът поддържа фиксирани и движещи се приемници и е по-нататъшно развитие на стандарта 5GTF от американския телекомуникационен гигант Verizon, който поддържа само фиксирани приемници (този тип услуга се нарича фиксирани мрежи за безжичен достъп).
Стандартът 5G NR предвижда три случая на употреба:
- eMBB(подобрена мобилна широколентова връзка) - определя познатия ни мобилен интернет;
- URLLC(Изключително надеждна комуникация с ниска латентност) - високи изисквания за скорост на реагиране и надеждност - за задачи като автономен транспорт или дистанционна хирургия;
- mMTC(масивни комуникации от машинен тип) - поддръжка за голям брой устройства, които рядко изпращат данни - случаят с Интернет на нещата, тоест броячи и устройства за наблюдение.
Или накратко, същото на снимката:
Важно е да се разбере, че индустрията първо ще се фокусира върху внедряването на eMBB, като по-разбираем сценарий със съществуващите парични потоци.
Внедрение
От 2018 г. се провеждат мащабни тестове, например на Зимните олимпийски игри в Южна Корея. През 2018 г. всички руски оператори от Голямата четворка проведоха тестове. MTS тества нова технология - Случаите на използване бяха тествани с видео разговори, видео предаване с висока разделителна способност, онлайн игри.
В Южна Корея за първи път в света 5G услуга беше предложена в края на 2018 г. Световното комерсиално пускане се очаква следващата година, 2020 г. В началния етап лентата FR1 ще се използва като добавка към съществуващите 4G мрежи. Според плановете на Министерството на телекомуникациите и масовите комуникации в Русия 5G ще започне да се появява в милионни градове от 2020 г. На практика широкомащабното внедряване ще се определя от възможността за монетизация и този аспект на 5G все още не е ясен.
Какъв е проблемът с монетизацията? Факт е, че телекомуникационните оператори все още не виждат убедителни причини за модернизация: съществуващите мрежи доста се справят с натоварването. И сега те обмислят 5G по-скоро в маркетинговата равнина: иконата 5G на екрана на телефона определено ще бъде плюс в очите на абонатите на телекомуникационния оператор. Анекдотичен случай с , който публикува 5G икона при липса на реална мрежа, за което конкурентите го съдят за измама.
Ако се вгледате внимателно, можете да видите, че иконата всъщност е "5GE" - означава 5G Evolution и изведнъж това не е 5G, което мислим, че е, а просто етикет, измислен от търговци за съществуващата LTE мрежа с някои подобрения.
Чипсети
Микроелектронните компании вече са инвестирали много милиарди долари в 5G. Чипове за 5G NR клетъчни модеми се предлагат от Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Модемите от Intel, нов играч на този пазар, се очакват до края на 2019 г. Модемът на Samsung е базиран на 10nm FinFET технология и е съвместим с по-стари стандарти, започвайки с 2G. В честотния диапазон до 6 GHz осигурява скорост на изтегляне до 2 Gb / s, при използване на милиметрова вълна скоростта се увеличава до 6 Gb / s.
Телефони
Почти всички производители на телефони с Android обявиха планове за внедряване на 5G. Samsung представи флагмана Galaxy S10 във версия 5G на Световния мобилен конгрес в края на февруари 2019 г. Още на 5 април той беше пуснат в Корея. В САЩ новостта се появи на 16 май и там връзката се осъществява с мрежата на телеком оператора Verizon. Други оператори също наваксват: AT&T обявява планове да пусне втори смартфон със Samsung през втората половина на 2 г.
През годината на рафтовете на магазините ще пристигнат 5G смартфони от различни производители, предимно от премиум клас. Според някои оценки новата технология ще увеличи цената на устройствата с $200-300 и абонаментните такси с 10%.
Потребителски пазар
Казус 1. Домашен интернет
5G мрежите за фиксиран безжичен достъп ще станат алтернатива на кабелния интернет в нашите апартаменти. Ако по-рано интернет дойде в нашия апартамент чрез кабел, тогава в бъдеще той ще дойде от 5G кула и след това рутерът ще го разпространява чрез обичайния домашен WiFi. Основните компании играчи са завършили подготовката, синхронизирайки пускането на рутери за продажба с разгръщането на 5G мрежи. Типичен 5G рутер струва $700-900 и осигурява скорост на изтегляне от 2-3Gbps. По този начин операторите ще решат за себе си проблема с „последната миля“ и ще намалят разходите за полагане на проводници. И няма нужда да се страхувате, че съществуващите опорни мрежи няма да могат да се справят с увеличения трафик, който ще дойде от 5G мрежи: в ход са изследвания за използване на съществуващия резерв от оптични мрежи - така нареченото „черно влакно“ (тъмно влакно).
Колко нов ще бъде този сценарий за потребителите? Вече в някои страни те престават да използват традиционния домашен кабелен интернет и преминават към LTE: оказва се, че е по-бързо и по-евтино да използвате мобилни комуникации във всички ситуации, с удобни тарифи. Такава ситуация се е развила например в Корея. И е илюстрирано в този комикс:
Казус 2. Масово събиране на хора
Със сигурност всеки е бил в такава неприятна ситуация: дойдете на изложба или стадион и мобилните комуникации изчезват. И това е точно в момента, в който искате да публикувате снимка или да пишете в социалната мрежа.
Стадиони
Samsung проведе тест с японския телеком оператор KDDI на бейзболен стадион с 30 5 места. Използвайки тестови 4G таблети, успяхме да демонстрираме поточно предаване на XNUMXK видео едновременно на няколко таблета.
Стадионът е един от трите сценария, илюстрирани в демонстрационната зона на 5G City, разположена в Suwon (централата на Samsung). Други сценарии включват градска среда (свързване на видеокамери, сензори и информационни табла) и високоскоростна точка за достъп за доставяне на HD видео към движещ се автобус: докато минава покрай точката, филмът има време за изтегляне.
Игры
Niantic, създателят на световноизвестната игра за геолокация Pokemon Go, възлага големи надежди на 5G. И ето защо: не толкова отдавна в играта се появиха групови събития - набези. При набези трябва да се координирате с други играчи, за да работите заедно, за да свалите особено мощен покемон и това създава интересни ситуации в реалния живот. И така, основното легендарно място на играта с най-редкия Pokemon Mewtwo се намира на Таймс Скуеър в Ню Йорк - можете да си представите каква тълпа може да се събере там, състояща се не само от ловци на Pokemon, но и просто от туристи.
Разширената реалност също се смята за „приложението убиец“ за 5G. В това можете да видите концепцията за магически битки в реално време, която в момента се разработва от Niantic в нова игра, базирана на "Хари Потър". Niantic вече си партнира със Samsung и операторите Deutsche Telecom и SK Telecom.
транспорт
И накрая, случаят с влака е интересен. Имаше идея железницата да бъде осигурена с 5G комуникации за забавление и комфорт на пътниците. Проучване на Бристолския университет : за да постигнете високоскоростна безпроблемна комуникация, трябва да оборудвате железопътната линия с точки за достъп на разстояние 800 метра една от друга!
Пример за организиране на точки за достъп по железопътната линия
Успешно бяха извършени тестове на влак, пътуващ близо до Токио - техните и Samsung заедно с телеком оператора KDDI. По време на тестовете беше постигната скорост от 1,7 Gb / s, а по време на теста беше изтеглено 8K видео и качено 4K видео от камерата.
Нови случаи на употреба
Но всичко това е по-скоро решение на вече познати ни проблеми. И какво принципно ново може да ни предложи 5G?
свързан автомобил
Основното предимство е ниската латентност, която позволява на машините да комуникират помежду си при скорости до 500 км/ч. За разлика от хората шофьори, автомобилите най-накрая ще могат да преговарят помежду си или с фиксирана инфраструктура за маневри, което прави пътя по-безопасен. Интересното е, че системата ще вземе предвид метеорологичните условия: всеки знае, че при хлъзгаво време спирачният път е по-дълъг, така че правилата в такава система трябва да се променят.
Европейската асоциация 5GAA (Automotive Association) вече обединява повече от 100 големи производители на телекомуникации и автомобили по целия свят, за да ускори внедряването на системата C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Основните цели на сдружението са цялостна пътна безопасност и ефективност на движението. Велосипедистите и пешеходците с 5G смартфони също могат да разчитат на безопасност. Участниците в движението на разстояния до 1 км ще могат да комуникират директно, на по-големи разстояния ще имат нужда от 5G покритие. Системата ще осигури създаването на коридори за полиция и линейки, ще осигури обмен на сензори между автомобили, дистанционно шофиране и други чудеса. След стартирането на C-V2X, асоциацията планира да приложи научените уроци към 5G V2X, където ще се стреми към индустрия 4.0, интелигентни градове и всичко, което се движи с помощта на 5G.
Примери за ситуации, които могат да бъдат разрешени с Connected Car. Източник: Qualcomm.
5G ще позволи комуникация не само за наземни превозни средства, но и за самолети. Тази година Samsung, заедно с испанския ISP Orange, как дистанционен пилот управлява дрон, използвайки разгърната 5G мрежа и получава видео поток с висока разделителна способност в реално време. Американският доставчик Verizon през 2017 г. купи , обещава милиони полети, свързани с 5G. Дроновете на компанията вече са свързани към стартиралата 4G мрежа на Verizon.
Индустрия 4.0
Като цяло изразът „Industrie 4.0“ е измислен в Германия за нейната програма за индустриална модернизация. Асоциация (5G Alliance for Connected Industries and Automation), със седалище в Германия, обединява производствени компании, които се интересуват от използването на 2018G от 5 г. Най-големи изисквания за латентност и надеждност има управлението на движението на индустриалните роботи, където времето за реакция не може да надвишава десетки микросекунди. Сега това е решено с Industrial Ethernet (напр. стандарта EtherCAT). Вероятно 5G ще се конкурира и за тази ниша!
Други приложения, като комуникация между индустриални контролери или с човешки оператор, сензорни мрежи, са по-малко взискателни. Сега повечето от тези мрежи използват кабел, така че 5G безжичната връзка изглежда е рентабилно решение, в допълнение към това, че позволява бързо преконфигуриране на производството.
На практика икономическата осъществимост ще доведе до внедряване на 5G в най-скъпите области на човешкия труд, като шофьори на мотокари във фабрики и складове. Така демонстрира европейската инженерна компания Acciona . Количката предава видео с висока разделителна способност 360, дистанционен оператор ще й помогне да се измъкне от неочаквана ситуация. Количката използва 5G технология от Cisco и Samsung.
Технологиите за отдалечено сътрудничество ще отидат по-далеч. Тази година беше показано как експерт хирург наблюдава в реално време хода на онкологична операция, която се извършва на много километри разстояние и показва на колегите си как да извършат по-добре операцията. С усъвършенстването на технологията той ще може да участва по-активно, като вече директно оперира с хирургическите инструменти.
Интернет на нещата
На първо място, 5G ще реши проблема с многобройните и слабо поддържани IoT комуникационни стандарти, което според нас в момента ограничава развитието на тази посока.
Тук 5G може да предложи следното:
- Ad hoc мрежи (без рутери)
- Висока плътност на свързаните устройства
- Поддръжка на теснолентови, енергийно ефективни (10+ години с една батерия) комуникации
Но изглежда, че големият бизнес се интересува повече от други сценарии, различни от Интернет на нещата. Бегло търсене в мрежата не намери демонстрации от ключови играчи на предимствата на 5G за IoT.
Завършвайки тази тема, нека обърнем внимание на следната интересна възможност. Сега зависимостта от контакта или необходимостта от смяна на батериите ограничава избора на „неща“. Нискочестотното индуктивно безжично зареждане работи само на разстояние от няколко сантиметра. 5G и неговите насочени милиметрови вълни ще позволят ефективно зареждане на разстояния от няколко метра. Въпреки че съществуващите стандарти не предвиждат това, не се съмняваме, че инженерите скоро ще намерят начини да се възползват от тази възможност!
Възможности за разработчици
Ако се интересувате от темата, тогава накъде да продължите?
общуване. Ще бъде възможно лично да се запознаете с 5G играчите на следващите руски конференции 29-30 май, 30-31 май, 25-27 юни, 24 октомври.
От академичните контакти трябва да се отбележи проведено в Института по проблеми на предаването на информация.
финансиране. Ключови играчи провеждат състезания по използването на 5G в различни области. В САЩ Verizon наскоро Изграден върху 5G Challenge за индустрия 4.0, завладяващи потребителски приложения (VR/AR) и пробивни идеи (променящи начина, по който живеем и работим). Състезанието е отворено за регистрирани в САЩ малки предприятия до 15 юли. Наградният фонд е $1 милион. Победителите ще бъдат обявени през октомври тази година.
Наемане на работа. В допълнение към четирите големи клетъчни оператора, в Русия има няколко компании, които планират да използват 5G в близко бъдеще. Бизнес моделът на водещия доставчик на съдържание в Русия и ОНД, CDNVideo, е плащане за количеството получен трафик. Използването на 5G, което потенциално намалява тази цена, ще позволи на компанията да намали разходите. PlayKey прокарва игри в облака и не е изненада, че 5G също е в плановете му.
Open Source, вероятно ще играе ключова роля в инфраструктурата. американски поддържа 5G. европейски обединява тези, които искат да заобиколят частните компоненти на 5G инфраструктурата. Стратегическите насоки включват поддръжка за 5G модеми и софтуерно дефинирани системи, разнородни мрежи и Интернет на нещата. виртуализира мрежи за радио достъп (Radio Access Networks). Внедряването на мрежовото ядро е достъпно от .
Автори:
Станислав Полонски — Ръководител на напредналите изследвания и разработки, Samsung Research Center
Татяна Волкова — автор на учебната програма на проекта IoT Samsung Academy, специалист по програми за корпоративна социална отговорност в изследователския център на Samsung
Източник: www.habr.com