I bez zvláštního porozumění generacím standardů mobilní komunikace někdo pravděpodobně odpoví, že 5G je chladnější než 4G/LTE. Ve skutečnosti není všechno tak jednoduché. Pojďme přijít na to, proč je 5G lepší/horší a které případy jeho využití jsou s přihlédnutím k aktuálnímu stavu nejslibnější.
Co nám tedy technologie 5G slibuje?
- Desetinásobné zvýšení rychlosti až na 10 Gb/s,
- Snížení zpoždění (latence) o desítky krát na 1 ms,
- Zvýšená spolehlivost připojení (chybovost ztráty paketů) stokrát,
- Zvýšení hustoty (počtu) připojených zařízení (106/km2).
Toho všeho je dosaženo prostřednictvím:
- vícekanálový (paralelnost napříč frekvencemi a základnovými stanicemi)
- zvýšení rádiových nosných frekvencí z jednotek na desítky GHz (kapacita rádiového kanálu)
5G vylepší 4G v tradičních oblastech, ať už jde o okamžité stahování filmů nebo bezproblémové připojení mobilní aplikace ke cloudu. Bude tedy možné odmítnout doručování internetu do našich bytů a kanceláří přes kabel?
5G poskytne univerzální konektivitu od všeho ke všemu a kombinuje širokopásmové, energeticky náročné protokoly s úzkopásmovými, energeticky účinnými. Tím se otevřou nové směry, které jsou pro 4G nepřístupné: komunikace mezi stroji na zemi i ve vzduchu, Průmysl 4.0, Internet věcí. že 5G podnikání bude do roku 3.5 vydělávat 2035 tis. USD a vytvoří 22 milionů pracovních míst.
Nebo ne?..
(Zdroj obrázku - Reuters)
Jak to funguje
Pokud víte, jak 5G funguje, přeskočte tuto sekci.
Jak tedy můžeme dosáhnout tak rychlého přenosu dat v 5G, jak je popsáno výše? To není nějaká magie, že?
Ke zvýšení rychlosti dojde přechodem na vyšší frekvenční rozsah - dříve nevyužitý. Například frekvence domácí WiFi je 2,4 nebo 5 GHz, frekvence stávajících mobilních sítí je do 2,6 GHz. Když se ale bavíme o 5G, hned se bavíme o desítkách gigahertzů. Je to jednoduché: zvýšíme frekvenci, snížíme vlnovou délku – a rychlost přenosu dat se mnohonásobně zvýší. A síť jako celek je vyložena.
Zde je vizuální komiks, jak to bylo a jak to bude. bylo:
Bude:
(Zdroj: IEEE Spectrum, )
Frekvence se zdesetinásobila, takže v 5G máme co do činění s mnohem kratšími, milimetrovými vlnami. Špatně procházejí překážkami. A v souvislosti s tím se mění architektura sítě. Jestliže nám dřívější komunikaci zajišťovaly velké výkonné věže, které zajišťovaly komunikaci na velké vzdálenosti, nyní bude nutné všude umístit mnoho kompaktních věží s nízkým výkonem. A mějte na paměti, že ve velkých městech budete potřebovat hodně stanic, kvůli signálu, který blokují výškové budovy. Chcete-li tedy s jistotou vybavit New York sítěmi 5G, potřebujete počet základnových stanic je 500 (!) krát.
Na Ruské operátory bude přechod na 5G stát přibližně 150 miliard rublů – náklady srovnatelné s předchozími náklady na nasazení 4G sítě, a to i přesto, že cena 5G stanice je nižší než u stávajících (ale mnoho z nich jsou potřeba).
Dvě možnosti sítě: pevná a mobilní
Technologie používaná ke snížení spotřeby energie a zvýšení dojezdu tvarování paprsku — dynamické vytváření rádiového paprsku pro konkrétního účastníka. Jak se to dělá? Základnová stanice si pamatuje, odkud signál přišel a v jakém čase (nepřichází jen z vašeho telefonu, ale také jako odraz od překážek) a pomocí triangulačních metod vypočítá vaši přibližnou polohu a následně sestaví optimální signálovou cestu.
Zdroj: Analysys Mason
Potřeba sledovat polohu přijímače však vede k mírnému rozdílu mezi pevnými a mobilními případy použití, což se odráží v různých případech použití (více o tom později v sekci „Spotřebitelský trh“).
Status Quo
Standardy
Neexistuje žádný akceptovaný standard 5G. Technologie je příliš složitá a je zde příliš mnoho hráčů s protichůdnými zájmy.
Standard 5G NR je ve fázi vysoce vyvinutého návrhu (Nové rádio) z organizace 3GPP (Projekt partnerství třetí generace), která vyvinula předchozí standardy, 3G a 4G. 5G využívá dvě rádiová frekvenční pásma (Frekvenční rozsah, nebo jednoduše zkráceny FR). FR1 nabízí frekvence pod 6GHz. FR2 – nad 24 GHz, tzv. milimetrové vlny. Standard podporuje stacionární i pohyblivé přijímače a je dalším vývojem standardu 5GTF od amerického telekomunikačního gigantu Verizon, který podporuje pouze stacionární přijímače (tento typ služby se nazývá pevné bezdrátové přístupové sítě).
Standard 5G NR poskytuje tři případy použití:
- eMBB (vylepšené mobilní širokopásmové připojení) – definuje mobilní internet, na který jsme zvyklí;
- URLLC(Ultra spolehlivá komunikace s nízkou latencí) - vysoké požadavky na rychlost odezvy a spolehlivost - pro úkoly, jako je autonomní doprava nebo vzdálená chirurgie;
- mMTC (Stroj masivní typ komunikace) – podpora velkého množství zařízení, která data odesílají jen zřídka – případ internetu věcí, tedy měřidel a monitorovacích zařízení.
Nebo stručně to samé na obrázku:
Je důležité pochopit, že průmysl se zpočátku zaměří na implementaci eMBB jako srozumitelnějšího scénáře se stávajícími peněžními toky.
Vdědření
Od roku 2018 probíhá rozsáhlé testování například na zimních olympijských hrách v Jižní Koreji. V roce 2018 provedli všechny ruské operátory velké čtyřky testy. MTS testovala novou technologii — Byly testovány případy použití s videohovory, přenosem videa ve vysokém rozlišení a online hrami.
V Jižní Koreji byla na konci roku 5 poprvé na světě nabízena služba 2018G. Celosvětové komerční zavedení se očekává v příštím roce 2020. V počáteční fázi bude pásmo FR1 využíváno jako doplněk ke stávajícím 4G sítím. Podle plánů ministerstva telekomunikací a masových komunikací se v Rusku od roku 5 začne 2020G objevovat ve městech s více než milionem obyvatel. V praxi bude rozsáhlé nasazení určováno schopností monetizace a tento aspekt 5G zatím není jasný.
Jaký je problém s monetizací? Telekomunikační operátoři totiž zatím nevidí pádné důvody pro modernizaci: stávající sítě se se zátěží docela dobře vypořádají. A nyní uvažují o 5G více z hlediska marketingu: ikona 5G na obrazovce telefonu bude v očích předplatitelů telekomunikačního operátora rozhodně plus. Neoficiální případ s , který umístil ikonu 5G při absenci skutečné sítě, za což ho konkurenti žalovali za podvod.
Když se podíváte pozorně, můžete vidět, že ikona je ve skutečnosti „5GE“ - což znamená 5G Evolution, a najednou to není 5G, které si myslíme, ale jen označení vymyšlené obchodníky pro stávající síť LTE s určitými vylepšeními.
Čipové sady
Mikroelektronické společnosti již investovaly mnoho miliard dolarů do 5G. Čipy pro mobilní modemy 5G NR nabízí společnost Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemy od Intelu, nového hráče na tomto trhu, se očekávají do konce roku 2019. Modem Samsung je vyroben pomocí 10nm FinFET technologie a je kompatibilní se staršími standardy počínaje 2G. Ve frekvenčním rozsahu do 6 GHz poskytuje rychlost stahování až 2 Gb/s, při použití milimetrové vlny se rychlost zvýší na 6 Gb/s.
Telefony
Téměř všichni výrobci telefonů s Androidem oznámili plány na zavedení 5G. Samsung představil vlajkovou loď Galaxy S10 v 5G verzi na Mobile World Congress na konci února 2019. V Koreji vyšla 5. dubna. V USA se novinka objevila 16. května a tam dochází ke spojení se sítí telekomunikačního operátora Verizon. Ostatní operátoři také dohánějí: AT&T oznamuje plány na vydání druhého smartphonu společně se Samsungem ve 2. polovině roku 2019.
V průběhu roku se na pulty obchodů dostanou 5G smartphony různých výrobců, většinou prémiových. Podle některých odhadů nová technologie zvýší náklady na zařízení o 200–300 USD a poplatek za předplatné o 10 %.
Spotřebitelský trh
Případ 1. Domácí internet
Pevné bezdrátové přístupové sítě 5G se stanou alternativou ke kabelovému internetu v našich apartmánech. Pokud dříve internet přišel do našeho bytu kabelem, pak v budoucnu bude pocházet z 5G věže a router jej pak bude distribuovat prostřednictvím obvyklé domácí WiFi. Hlavní hráčské společnosti dokončily přípravy a synchronizovaly uvolnění routerů do prodeje s nasazením sítí 5G. Typický 5G router stojí 700-900 $ a poskytuje rychlost stahování 2-3 Gbps. Operátoři tak sami vyřeší problém „poslední míle“ a sníží náklady na pokládku drátů. A není třeba se bát, že by stávající páteřní sítě nezvládly zvýšený provoz, který bude pocházet ze sítí 5G: probíhá výzkum využití stávající rezervy optických sítí – tzv. „černého vlákna“ ( tmavé vlákno).
Jak nový bude tento scénář pro uživatele? Již nyní v některých zemích již nepoužívají tradiční domácí kabelový internet a přecházejí na LTE: ukazuje se, že je rychlejší a levnější využívat mobilní komunikace ve všech situacích a jsou k dispozici výhodné tarify. Tato situace se například vyvinula v Koreji. A je to znázorněno v tomto komiksu:
Případ 2. Hromadná shromáždění lidí
Každý se jistě dostal do takové nepříjemné situace: přijďte na výstavu nebo stadion a mobilní připojení zmizí. A to právě ve chvíli, kdy chcete na sociální sítě zveřejnit fotku nebo napsat.
Stadiony
Samsung provedl test společně s japonským telekomunikačním operátorem KDDI na baseballovém stadionu s kapacitou 30 5 míst. Pomocí testovacích 4G tabletů jsme byli schopni demonstrovat streamování XNUMXK videa na několika tabletech současně.
Stadion je jedním ze tří scénářů, které jsou znázorněny v ukázkové oblasti zvané 5G City, která se nachází v Suwonu (ústředí Samsungu). Mezi další scénáře patří městské prostředí (propojení videokamer, senzorů a informačních tabulí) a vysokorychlostní přístupový bod pro přenos HD videa do jedoucího autobusu: zatímco projíždí bodem, film má čas se stáhnout.
Игры
Niantic, tvůrce světoznámé lokační hry Pokemon Go, vkládá velké naděje do 5G. A tady je proč: není to tak dávno, co se ve hře objevily skupinové akce – nájezdy. Nájezdy vyžadují, abyste se koordinovali s ostatními hráči, abyste společně porazili obzvláště silného Pokémona, což vytváří zajímavé situace v reálném životě. Hlavní legendární lokace hry s nejvzácnějším Pokémonem Mewtwo se tedy nachází na Times Square v New Yorku - dokážete si představit, jaký dav se tam může shromáždit, složený nejen z lovců Pokémonů, ale také jen turistů.
Rozšířená realita je také považována za „vražednou aplikaci“ pro 5G. V tomto můžete vidět koncept magických soubojů v reálném čase, který v současné době vyvíjí Niantic v nové hře založené na Harrym Potterovi. Niantic již uzavřel partnerství se Samsungem a operátory Deutsche Telecom a SK Telecom.
Doprava
Konečně je zajímavý případ vlaku. Objevil se nápad poskytnout železnici komunikaci 5G pro zábavu a pohodlí cestujících. Studie University of Bristol : pro dosažení vysokorychlostní bezproblémové komunikace je třeba vybavit železnici přístupovými body ve vzdálenosti 800 metrů od sebe!
Příklad umístění přístupových bodů podél železniční trati
Testy byly úspěšně provedeny na vlaku operujícím poblíž Tokia - jejich a Samsung společně s telekomunikačním operátorem KDDI. Během testů bylo dosaženo rychlosti 1,7 Gbps a během testu bylo staženo 8K video a nahráno 4K video z kamery.
Nové případy použití
To vše je ale spíše řešením nám již známých problémů. Co zásadně nového nám může 5G nabídnout?
Připojené auto
Hlavní výhodou je nízká latence, umožňující strojům mezi sebou komunikovat rychlostí až 500 km/h. Na rozdíl od lidských řidičů budou auta konečně schopna vyjednávat mezi sebou nebo s pevnou infrastrukturou o manévrech, díky čemuž bude silnice bezpečnější. Zajímavé je, že systém bude brát v úvahu povětrnostní podmínky: každý ví, že v kluzkém počasí je brzdná dráha delší, takže by se pravidla v takovém systému měla změnit.
Evropská asociace 5GAA (Automotive Association) již sdružuje více než 100 hlavních výrobců telekomunikací a automobilů po celém světě, aby urychlili nasazení C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Hlavním cílem sdružení je komplexní bezpečnost silničního provozu a efektivita provozu. S bezpečností mohou počítat i cyklisté a chodci s 5G chytrými telefony. Účastníci provozu na vzdálenost do 1 km budou moci komunikovat přímo, na delší vzdálenosti budou potřebovat pokrytí 5G. Systém zajistí vytvoření koridorů pro policii a záchranku, zajistí výměnu senzorů mezi auty, dálkové jízdy a další zázraky. Po uvedení C-V2X asociace plánuje uplatnit zkušenosti získané v 5G V2X, kde se zaměří na průmysl 4.0, chytrá města a vše, co se hýbe, využívá 5G.
Příklady situací, které lze vyřešit pomocí Connected Car. Zdroj: Qualcomm
5G umožní komunikaci nejen pro pozemní vozidla, ale i pro letadla. Letos Samsung společně se španělským poskytovatelem internetu Orange, , jak vzdálený pilot řídil let dronu pomocí nasazené sítě 5G a přijímal video stream ve vysokém rozlišení v reálném čase. Americký poskytovatel Verizon koupil v roce 2017 , slibuje miliony letů připojených k 5G. Drony společnosti jsou již připojeny k živé 4G síti Verizon.
Průmysl 4.0
Obecně byl výraz „Industrie 4.0“ vynalezen v Německu pro program průmyslové modernizace. Sdružení (5G Alliance for Connected Industries and Automation), se sídlem v Německu, sdružuje od roku 2018 výrobní společnosti se zájmem o využívání 5G. Největší požadavky na latenci a spolehlivost klade řízení pohybu průmyslových robotů, kde doba odezvy nemůže přesáhnout desítky mikrosekund. To je nyní řešeno pomocí průmyslového Ethernetu (například standardu EtherCAT). Je pravděpodobné, že 5G bude soutěžit i o tento výklenek!
Jiné aplikace, jako je komunikace mezi průmyslovými ovladači nebo s lidskou obsluhou, senzorové sítě, jsou méně náročné. V dnešní době většina těchto sítí využívá kabel, takže bezdrátové 5G se zdá být ekonomicky životaschopným řešením, navíc umožňuje rychlou rekonfiguraci výroby.
V praxi povede ekonomická proveditelnost k přijetí 5G v nejdražších oblastech lidské práce, jako jsou řidiči vysokozdvižných vozíků v továrnách a skladech. Tak předvedla evropská strojírenská společnost Acciona . Vozík přenáší 360-video ve vysokém rozlišení a vzdálená obsluha mu pomůže dostat se z nečekané situace. Vozík využívá technologii 5G od společností Cisco a Samsung.
Technologie vzdálené spolupráce půjdou dále. Letos bylo ukázáno, jak odborný chirurg v reálném čase sleduje průběh operace rakoviny odehrávající se mnoho kilometrů daleko a ukazuje svým kolegům, jak operaci nejlépe provést. Jak se technologie zlepšuje, bude moci převzít aktivnější roli a přímo ovládat chirurgické nástroje.
Internet věcí
5G v první řadě vyřeší problém četných a málo podporovaných komunikačních standardů internetu věcí, které v současnosti podle našeho názoru omezují rozvoj této oblasti.
Zde 5G může nabídnout následující:
- Ad hoc sítě (bez routerů)
- Vysoká hustota připojených zařízení
- Podporuje úzkopásmovou, energeticky účinnou (10+ let na jednu baterii) komunikaci
Zdá se ale, že velký byznys stále více zajímají jiné scénáře než internet věcí. Rychlé vyhledávání na internetu nenašlo žádné ukázky klíčových hráčů o výhodách 5G pro internet věcí.
Na závěr tohoto tématu věnujme pozornost následující zajímavé možnosti. V dnešní době omezuje výběr „věcí“ závislost na zásuvce nebo potřeba výměny baterií. Nízkofrekvenční indukční bezdrátové nabíjení funguje pouze na vzdálenost několika centimetrů. 5G a jeho směrové milimetrové vlny umožní efektivní nabíjení na vzdálenost několika metrů. Ačkoli to současné normy nespecifikují, nepochybujeme, že inženýři brzy najdou způsoby, jak této příležitosti využít!
Příležitosti pro vývojáře
Pokud vás téma zajímá, kam dál?
Komunikace. S hráči 5G se budete moci osobně setkat na nadcházejících ruských konferencích 29.–30. května 30.–31. května 25.–27. června 24 Říjen.
Mezi akademickými kontakty je třeba poznamenat pořádané v Ústavu problémů přenosu informací.
Financování. Klíčoví hráči pořádají soutěže o využití 5G v různých oblastech. Nedávno v americkém Verizonu Soutěž „Built on 5G Challenge“ pro Průmysl 4.0, pohlcující spotřebitelské aplikace (VR/AR) a průlomové nápady (měnící způsob, jakým žijeme a pracujeme). Soutěž je otevřena pro registrované malé podniky z USA a přihlášky jsou přijímány do 15. července. Výherní fond je 1 milion $. Vítězové budou vyhlášeni v říjnu tohoto roku.
Zaměstnanost. Kromě velké čtyřky mobilních operátorů existuje v Rusku několik společností, které plánují v blízké budoucnosti používat 5G. Obchodním modelem předního poskytovatele doručování obsahu v Rusku a SNS, CDNVideo, je platba za objem přijatého provozu. Využití 5G, které tuto cenu potenciálně snižuje, umožní společnosti snížit náklady. PlayKey propaguje hry v cloudu a není divu, že plánuje využívat i 5G.
Open Source, pravděpodobně bude hrát klíčovou roli v infrastruktuře. americký podporuje 5G. evropský sdružuje ty, kteří chtějí obejít proprietární součásti infrastruktury 5G. Strategické oblasti zahrnují podporu pro 5G modemy a softwarově definované systémy, heterogenní sítě a internet věcí. virtualizuje rádiové přístupové sítě. Implementace jádra sítě je dostupná od .
Autoři:
Stanislav Polonsky - vedoucí oddělení pokročilého výzkumu a vývoje Výzkumného centra Samsung
Taťána Volková - autorka osnov pro IoT projekt Samsung Academy, specialistka na programy společenské odpovědnosti společnosti Samsung Research Center
Zdroj: www.habr.com