Fins i tot sense entendre especialment les generacions d'estàndards de comunicació mòbil, probablement algú respondrà que el 5G és més fresc que el 4G/LTE. En realitat, no tot és tan senzill. Anem a esbrinar per què el 5G és millor/pitjor i quins casos d'ús són els més prometedors, tenint en compte l'estat actual.
Aleshores, què ens promet la tecnologia 5G?
- Augmenta la velocitat desenes de vegades fins a 10 Gb/s,
- Reduint els retards (latència) desenes de vegades fins a 1 ms,
- Augment de la fiabilitat de la connexió (taxa d'error de pèrdua de paquets) centenars de vegades,
- Augment de la densitat (nombre) de dispositius connectats (106/km2).
Tot això s'aconsegueix mitjançant:
- multicanal (paral·lelisme entre freqüències i estacions base)
- augmentant les freqüències de la portadora de ràdio d'unitats a desenes de GHz (capacitat del canal de ràdio)
El 5G millorarà el 4G a les àrees tradicionals, ja sigui la descàrrega instantània de pel·lícules o la connexió perfecta d'una aplicació mòbil al núvol. Aleshores, serà possible negar-se a lliurar Internet als nostres apartaments i oficines per cable?
El 5G proporcionarà connectivitat universal des de tot fins a tot, combinant protocols d'ample de banda elevat i consumits d'energia amb protocols de banda estreta i eficients energèticament. Això obrirà noves direccions que són inaccessibles al 4G: comunicació màquina a màquina a terra i a l'aire, Indústria 4.0, Internet de les coses. aquest negoci 5G guanyarà 3.5 mil milions de dòlars el 2035 i crearà 22 milions de llocs de treball.
O no?...
(Font de la imatge - Reuters)
Com funciona això
Si sabeu com funciona el 5G, ometeu aquesta secció.
Aleshores, com podem aconseguir una transferència de dades tan ràpida en 5G, tal com es descriu anteriorment? Això no és cap mena de màgia, oi?
L'augment de la velocitat es produirà a causa de la transició a un rang de freqüències més alt, abans no utilitzat. Per exemple, la freqüència del WiFi domèstic és de 2,4 o 5 GHz, la freqüència de les xarxes mòbils existents es troba dins dels 2,6 GHz. Però quan parlem de 5G, de seguida estem parlant de desenes de gigahertz. És senzill: augmentem la freqüència, reduïm la longitud d'ona i la velocitat de transferència de dades és moltes vegades més gran. I la xarxa en el seu conjunt està descarregada.
Aquí teniu un còmic visual de com va ser i com serà. Era:
Voluntat:
(Font: IEEE Spectrum, )
La freqüència s'ha multiplicat per deu, de manera que en 5G estem davant d'ones molt més curtes i mil·límetres. No travessen bé els obstacles. I en relació amb això, l'arquitectura de la xarxa està canviant. Si les comunicacions anteriors ens proporcionaven torres grans i poderoses que proporcionaven comunicació a llargues distàncies, ara caldrà col·locar moltes torres compactes i de poca potència arreu. I tingueu en compte que a les grans ciutats necessitareu moltes estacions, ja que el senyal està bloquejat per edificis de gran alçada. Per tant, per equipar amb confiança Nova York amb xarxes 5G, cal el nombre d'estacions base és de 500 (!) vegades.
En Els operadors russos, la transició al 5G els costarà aproximadament 150 milions de rubles, un cost comparable als costos anteriors per desplegar una xarxa 4G, i això fins i tot malgrat que el cost d'una estació 5G és inferior al de les existents (però molts d'ells). són necessaris).
Dues opcions de xarxa: fixa i mòbil
Tecnologia utilitzada per reduir el consum d'energia i augmentar l'autonomia transformació de feines — formació dinàmica d'un feix de ràdio per a un abonat concret. Com es fa això? L'estació base recorda d'on prové el senyal i en quina hora (no només prové del telèfon, sinó també com a reflex dels obstacles) i, utilitzant mètodes de triangulació, calcula la vostra ubicació aproximada i, a continuació, crea el camí del senyal òptim.
Font: Analysys Mason
Tanmateix, la necessitat de fer un seguiment de la posició del receptor comporta una lleugera diferència entre els casos d'ús fix i mòbil, i això es reflecteix en diferents casos d'ús (més sobre això més endavant a la secció "Mercat de consum").
Status Quo
Normes
No hi ha cap estàndard 5G acceptat. La tecnologia és massa complexa i hi ha massa jugadors amb interessos en conflicte.
L'estàndard 5G NR es troba en una fase de proposta molt desenvolupada (Nova ràdio) de l'organització 3GPP (Projecte de col·laboració de tercera generació), que va desenvolupar els estàndards anteriors, 3G i 4G. 5G utilitza dues bandes de radiofreqüència (Rang de freqüència, o simplement escurçat FR). FR1 ofereix freqüències per sota dels 6GHz. FR2: per sobre de 24 GHz, l'anomenat. ones mil·límetres. L'estàndard admet receptors estacionaris i mòbils i és un desenvolupament posterior de l'estàndard 5GTF del gegant nord-americà de telecomunicacions Verizon, que només admet receptors estacionaris (aquest tipus de servei s'anomena xarxes d'accés sense fil fixes).
L'estàndard 5G NR preveu tres casos d'ús:
- eMBB (Banda ampla mòbil millorada) – defineix l'Internet mòbil al qual estem acostumats;
- URLLC(Comunicacions de baixa latència ultra fiables) - alts requisits de velocitat de resposta i fiabilitat - per a tasques com el transport autònom o la cirurgia remota;
- mMTC (Comunicacions de tipus massiu de màquines) – suport per a un gran nombre de dispositius que rarament envien dades, el cas de l'Internet de les coses, és a dir, comptadors i dispositius de monitorització.
O breument, el mateix a la imatge:
És important entendre que la indústria es centrarà inicialment a implementar eMBB com un escenari més comprensible amb els fluxos d'efectiu existents.
Implementació
Des del 2018, s'han dut a terme proves a gran escala, per exemple, als Jocs Olímpics d'hivern de Corea del Sud. El 2018, tots els operadors dels Quatre Grans russos van realitzar proves. MTS va provar una nova tecnologia — Es van provar casos d'ús amb videotrucades, transmissió de vídeo d'alta definició i jocs en línia.
A Corea del Sud, per primera vegada al món, el servei 5G es va oferir a finals del 2018. S'espera el llançament comercial mundial l'any vinent, el 2020. En l'etapa inicial, la banda FR1 s'utilitzarà com a complement a les xarxes 4G existents. Segons els plans del Ministeri de Telecomunicacions i Comunicacions de masses, a Rússia el 5G començarà a aparèixer a les ciutats amb una població de més d'un milió d'habitants a partir del 2020. A la pràctica, el desplegament a gran escala estarà determinat per la capacitat de monetitzar, i aquest aspecte del 5G encara no està clar.
Quin és el problema de la monetització? El fet és que els operadors de telecomunicacions encara no veuen motius convincents per a la modernització: les xarxes existents poden fer front a la càrrega força bé. I ara consideren més el 5G pel que fa al màrqueting: la icona 5G a la pantalla del telèfon serà sens dubte un avantatge als ulls dels subscriptors de l'operador de telecomunicacions. Un cas anecdòtic amb , que va col·locar una icona 5G a falta d'una xarxa real, per la qual cosa els competidors el van demandar per engany.
Si us fixeu bé, podeu veure que la icona és en realitat "5GE", que significa 5G Evolution, i de sobte no és el 5G en què pensem, sinó només una etiqueta inventada pels venedors per a una xarxa LTE existent amb algunes millores.
Xipsets
Les empreses de microelectrònica ja han invertit molts milers de milions de dòlars en 5G. Samsung ofereix xips per a mòdems mòbils 5G NR (), Qualcomm (), Huawei (). Els mòdems d'Intel, un nou jugador en aquest mercat, s'esperen a finals de 2019. El mòdem de Samsung està fabricat amb tecnologia FinFET de 10 nm i és compatible amb estàndards anteriors, començant per 2G. En el rang de freqüències de fins a 6 GHz proporciona velocitats de descàrrega de fins a 2 Gb/s; quan s'utilitza l'ona mil·limètrica, la velocitat augmenta fins a 6 Gb/s.
Mòbils
Gairebé tots els fabricants de telèfons Android han anunciat plans per introduir 5G. Samsung va presentar el vaixell insígnia Galaxy S10 en la versió 5G a l'exposició Mobile World Congress a finals de febrer de 2019. Va ser llançat a Corea el 5 d'abril. Als EUA, el nou producte va aparèixer el 16 de maig, i allà es produeix la connexió amb la xarxa de l'operador de telecomunicacions Verizon. Altres operadors també s'estan posant al dia: AT&T anuncia plans per llançar un segon telèfon intel·ligent juntament amb Samsung a la segona meitat del 2.
Al llarg de l'any, els telèfons intel·ligents 5G de diversos fabricants, principalment premium, arribaran als prestatges de les botigues. Segons algunes estimacions, la nova tecnologia augmentarà el cost dels dispositius entre 200 i 300 dòlars i la quota de subscripció un 10%.
Mercat de consum
Cas 1. Internet domèstic
Les xarxes d'accés sense fil fixes 5G es convertiran en una alternativa a Internet per cable als nostres apartaments. Si abans Internet arribava al nostre apartament per cable, en el futur vindrà d'una torre 5G i, a continuació, l'encaminador el distribuirà a través del WiFi habitual de casa. Les principals companyies de jugadors han completat els preparatius, sincronitzant el llançament d'encaminadors a la venda amb el desplegament de xarxes 5G. Un encaminador 5G típic costa entre 700 i 900 dòlars i ofereix velocitats de descàrrega de 2 a 3 Gbps. D'aquesta manera, els operadors solucionaran el problema de l'"última milla" per ells mateixos i reduiran el cost de la posada de cables. I no cal témer que les xarxes troncals existents no puguin fer front a l'augment del trànsit que vindrà de les xarxes 5G: s'està investigant per utilitzar la reserva existent de xarxes de fibra òptica, l'anomenada "fibra fosca".
Què tan nou serà aquest escenari per als usuaris? Ja ara, en alguns països ja no utilitzen Internet per cable domèstic tradicional, i es canvien a LTE: resulta que és més ràpid i econòmic utilitzar les comunicacions mòbils en totes les situacions, amb tarifes convenients disponibles. Aquesta situació, per exemple, s'ha desenvolupat a Corea. I està il·lustrat en aquest còmic:
Cas 2. Aplecs de gent
Segur que tothom ha estat en una situació tan desagradable: veniu a una exposició o estadi, i la connexió mòbil desapareix. I això és precisament en el moment en què es vol penjar una foto o escriure a les xarxes socials.
Estadis
Samsung va realitzar la prova juntament amb l'operador de telecomunicacions japonès KDDI en un estadi de beisbol de 30 seients. Utilitzant tauletes 5G de prova, vam poder demostrar la transmissió de vídeo 4K en diverses tauletes simultàniament.
L'estadi és un dels tres escenaris que s'il·lustren en una àrea de demostració anomenada 5G City, situada a Suwon (seu de Samsung). Altres escenaris inclouen un entorn urbà (connexió de càmeres de vídeo, sensors i taulers d'informació) i un punt d'accés d'alta velocitat per lliurar vídeo HD a un autobús en moviment: mentre passa pel punt, la pel·lícula té temps per descarregar-se.
Игры
Niantic, el creador del famós joc basat en localitzacions Pokemon Go, té moltes esperances amb el 5G. I aquí és per què: no fa gaire, els esdeveniments de grup van aparèixer al joc: incursions. Les incursions requereixen que et coordines amb altres jugadors per treballar junts per derrotar un Pokémon especialment poderós, i això crea situacions interessants a la vida real. Així, la principal ubicació llegendària del joc amb el Pokémon Mewtwo més rar es troba a Times Square a Nova York; us podeu imaginar quina multitud s'hi pot reunir, formada no només per caçadors de Pokémons, sinó també per turistes.
La realitat augmentada també es considera una "aplicació assassina" per a 5G. En aquest podeu veure el concepte de duels màgics en temps real que actualment està desenvolupant Niantic al nou joc basat en Harry Potter. Niantic ja ha establert associacions amb Samsung i els operadors Deutsche Telecom i SK Telecom.
Transport
Finalment, el cas del tren és interessant. Va sorgir una idea per proporcionar al ferrocarril comunicacions 5G per a l'entreteniment i la comoditat dels viatgers. Estudi de la Universitat de Bristol : per aconseguir una comunicació perfecta d'alta velocitat, cal equipar el ferrocarril amb punts d'accés a una distància de 800 metres els uns dels altres!
Un exemple de com col·locar punts d'accés al llarg d'una via de tren
Les proves es van dur a terme amb èxit en un tren que funcionava a prop de Tòquio - el seu i Samsung juntament amb l'operador de telecomunicacions KDDI. Durant les proves, es va aconseguir una velocitat d'1,7 Gbps, i durant la prova es va descarregar un vídeo de 8K i un vídeo 4K des de la càmera.
Nous casos d'ús
Però tot això és més aviat una solució a problemes que ja ens són familiars. Quines coses fonamentalment noves ens pot oferir el 5G?
Cotxe connectat
El principal avantatge és la baixa latència, que permet que les màquines es comuniquin entre elles a velocitats de fins a 500 km/h. A diferència dels conductors humans, els cotxes finalment podran negociar entre ells o amb una infraestructura fixa sobre les maniobres, fent la carretera més segura. És interessant que el sistema tingui en compte les condicions meteorològiques: tothom sap que en temps relliscós la distància de frenada és més llarga, per la qual cosa les regles d'aquest sistema haurien de canviar.
L'European 5GAA (Automotive Association) ja reuneix més de 100 principals fabricants de telecomunicacions i automòbils d'arreu del món per accelerar el desplegament de C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Els principals objectius de l'associació són la seguretat viària integral i l'eficiència del trànsit. Els ciclistes i vianants amb telèfons intel·ligents 5G també poden comptar amb la seguretat. Els participants del trànsit a distàncies de fins a 1 km es podran comunicar directament; a distàncies més llargues necessitaran cobertura 5G. El sistema garantirà la creació de passadissos per a la policia i les ambulàncies, preveu l'intercanvi de sensors entre cotxes, la conducció a distància i altres miracles. Després del llançament de C-V2X, l'associació té previst aplicar l'experiència adquirida en 5G V2X, on tindrà com a objectiu la indústria 4.0, les ciutats intel·ligents i tot el que es mou amb 5G.
Exemples de situacions que es poden resoldre mitjançant Connected Car. Font: Qualcomm
El 5G permetrà la comunicació no només per a vehicles terrestres, sinó també per a avions. Enguany, Samsung, juntament amb el proveïdor d'Internet espanyol Orange, , com un pilot remot va controlar el vol d'un dron mitjançant una xarxa 5G desplegada i rebent un flux de vídeo d'alta resolució en temps real. El proveïdor nord-americà Verizon va comprar el 2017 , promet milions de vols connectats a 5G. Els drons de la companyia ja estan connectats a la xarxa 4G en directe de Verizon.
Indústria 4.0
En general, l'expressió "Industria 4.0" es va inventar a Alemanya pel seu programa de modernització industrial. Associació (5G Alliance for Connected Industries and Automation), amb seu a Alemanya, uneix empreses de fabricació interessades a utilitzar 2018G des del 5. Els majors requisits de latència i fiabilitat els imposa el control de moviment dels robots industrials, on el temps de resposta no pot superar les desenes de microsegons. Això ara es resol amb Industrial Ethernet (per exemple, l'estàndard EtherCAT). És probable que 5G també competirà per aquest nínxol!
Altres aplicacions, com la comunicació entre controladors industrials o amb operadors humans, xarxes de sensors, són menys exigents. Avui en dia, la majoria d'aquestes xarxes utilitzen cable, de manera que el 5G sense fil sembla ser una solució econòmicament viable, a més de permetre una ràpida reconfiguració de la producció.
A la pràctica, la viabilitat econòmica portarà a l'adopció del 5G a les àrees de mà d'obra humana més cares, com els conductors de carretons elevadors a les fàbriques i els magatzems. Així ho va demostrar l'empresa d'enginyeria europea Acciona . El carro transmet vídeo 360 en alta definició i un operador remot l'ajudarà a sortir d'una situació inesperada. El carretó utilitza tecnologia 5G de Cisco i Samsung.
Les tecnologies de col·laboració remota aniran més enllà. Enguany, s'ha demostrat com un cirurgià expert fa un seguiment en temps real del progrés d'una operació de càncer, que té lloc a molts quilòmetres de distància, i mostra als seus col·legues la millor manera de realitzar l'operació. A mesura que millori la tecnologia, podrà tenir un paper més actiu, controlant directament els instruments quirúrgics.
Internet de les coses
En primer lloc, el 5G solucionarà el problema dels nombrosos i poc suportats estàndards de comunicació de l'Internet de les coses, que actualment, segons la nostra opinió, limita el desenvolupament d'aquesta àrea.
Aquí 5G pot oferir el següent:
- Xarxes ad hoc (sense encaminadors)
- Alta densitat de dispositius connectats
- Admet comunicacions de banda estreta i eficients energèticament (10 anys o més amb una bateria).
Però sembla que les grans empreses encara estan més interessades en altres escenaris diferents de l'Internet de les coses. Una cerca ràpida a Internet no va trobar cap demostració per part dels actors clau dels avantatges del 5G per a l'Internet de les coses.
Concloent aquest tema, prestem atenció a la següent possibilitat interessant. Avui en dia, la dependència d'una presa de corrent o la necessitat de substituir les piles limita l'elecció de "coses". La càrrega sense fil inductiva de baixa freqüència només funciona a una distància d'uns quants centímetres. El 5G i les seves ones mil·limètriques direccionals permetran una càrrega eficient a distàncies de diversos metres. Tot i que els estàndards actuals no ho especifiquen, no tenim cap dubte que els enginyers aviat trobaran maneres d'aprofitar aquesta oportunitat!
Característiques del desenvolupador
Si estàs interessat en el tema, a on anar després?
Connexions. Podreu conèixer personalment jugadors de 5G a les properes conferències russes 29-30 de maig, 30-31 de maig, 25-27 de juny, 24 d’octubre.
Entre els contactes acadèmics cal destacar celebrada a l'Institut de Problemes de Transmissió d'Informació.
Finançament. Els jugadors clau estan organitzant competicions per utilitzar 5G en diverses àrees. Als EUA Verizon recentment Competició "Desafiament 5G" per a la indústria 4.0, aplicacions de consum immersives (VR/AR) i idees innovadores (canviant la nostra manera de viure i treballar). El concurs està obert a petites empreses registrades dels Estats Units i s'accepten sol·licituds fins al 15 de juliol. El fons del premi és d'1 milió de dòlars. Els guanyadors es donaran a conèixer a l'octubre d'enguany.
Pràctiques laborals. A més dels quatre grans operadors mòbils, hi ha diverses empreses a Rússia que planegen utilitzar 5G en un futur proper. El model de negoci del proveïdor líder de lliurament de contingut a Rússia i la CEI, CDNVideo, és el pagament pel volum de trànsit rebut. L'ús del 5G, que potencialment redueix aquest preu, permetrà a l'empresa reduir costos. PlayKey està promocionant jocs al núvol i no és estrany que també tingui previst utilitzar 5G.
Open Source, és probable que tingui un paper clau en infraestructures. americà suporta 5G. Europeu reuneix aquells que volen evitar components propietaris de la infraestructura 5G. Les àrees estratègiques inclouen el suport per a mòdems 5G i sistemes definits per programari, xarxes heterogènies i Internet de les coses. virtualitza les xarxes d'accés de ràdio. La implementació del nucli de xarxa està disponible des de .
Autors:
Stanislav Polonsky - Cap del Departament d'Investigació Avançada i Desenvolupament del Centre de Recerca de Samsung
Tatyana Volkova - Autora del pla d'estudis del projecte IoT Samsung Academy, especialista en programes de responsabilitat social corporativa al Samsung Research Center
Font: www.habr.com