Selv dem, der ikke har en dyb forståelse af generationerne af mobilstandarder, ville uden tvivl svare, at 5G er bedre end 4G/LTE. Faktisk er det ikke så simpelt. Lad os undersøge, hvordan 5G er bedre/værre, og hvilke anvendelser der er mest lovende i betragtning af den nuværende tilstand.
Så hvad lover teknologien 5G os?
- En stigning i hastigheden mange gange op til 10 Gb/s,
- En reduktion af forsinkelsen (latens) mange gange ned til 1 ms,
- En stigning i forbindelsesens pålidelighed (packet loss error rate) hundrede gange,
- En stigning i densiteten (antallet) af tilsluttede enheder (106/km2).
Alt dette opnås gennem:
- flere kanaler (parallelsimulering på frekvenser og mobilmaster)
- en stigning i båndbredden fra enheder til titusinder af GHz (kapacitet i radiokanal)
5G vil forbedre 4G i traditionelle områder, hvad enten det er øjeblikkelig download af film eller sømløs forbindelse mellem mobilapps og cloud. Det betyder, at vi kan slippe for at levere internet til vores lejligheder og kontorer via kabel?
5G vil sikre universel forbindelse mellem alt og alle, der kombinerer bredbånds- og energikrævende protokoller med smale og energibesparende. Dette vil åbne nye veje, som 4G ikke kan: maskin-til-maskin kommunikation på land og i luften, Industri 4.0, Internet of Things. , at 5G-virksomheden vil generere $3,5 billioner i 2035 og skabe 22 millioner arbejdspladser.
Eller måske ikke?..
(Kilde til billeder - Reuters)
Hvordan fungerer det
Hvis du kender til, hvordan 5G virker - spring dette afsnit over.
Så hvordan kan vi opnå en så hurtig dataoverførsel i 5G, som beskrevet ovenfor? Det er vel ikke magi?
Hastigheden vil stige takket være overgangen til et højere frekvensområde - som tidligere ikke var udnyttet. For eksempel er frekvensen for hjemme-WiFi 2,4 eller 5 GHz, og frekvensen for de eksisterende mobilnetværk ligger inden for 2,6 GHz. Men når vi taler om 5G, så handler det straks om titusinder af gigahertz. Det er enkelt: vi øger frekvensen, reducerer bølgelængden - og dataoverførelsen bliver mange gange større. Og netværket bliver generelt også mindre belastet.
Her er en illustrerende tegneserie om, hvordan det var, og hvordan det vil være. Det var:
Fremover:
(Kilde: IEEE Spectrum, )
Frekvensen er steget mange gange, så i 5G har vi at gøre med meget kortere, millimeterbølger. De har svært ved at passere forhindringer. Derfor ændres også netværksarkitekturen. Hvor forbindelsen tidligere blev sikret af store kraftige master, der gav dækning over lange afstande, er det nu nødvendigt at placere mange kompakte lavtgående master overalt. Og vær opmærksom på, at der i store byer vil være brug for mange stationer for at kompensere for signaloverlapning fra højhuse. For at sikre robust 5G-dækning i New York er der behov for antallet af basestationer i 500 (!) gange.
Ifølge For de russiske operatører vil overgangen til 5G koste dem cirka 150 milliarder rubler - omkostninger, der svarer til tidligere udgifter til udrulning af 4G-netværket, og selvom prisen for en 5G-station er lavere end for de eksisterende (men der kræves mange af dem).
Der er to netværksmuligheder: stationære og mobile
For at reducere energiforbruget og øge rækkevidden anvendes teknologien beamforming — dynamisk dannelse af radiobølger til specifikke abonnenter. Hvordan sker det? Basestationen husker, hvorledes og hvornår signalet kom (det kommer ikke kun fra din telefon, men også som spejling fra forhindringer), og ved hjælp af triangulering beregner den din omtrentlige position, og derefter skaber den den optimale signalbane.
Kilde: Analysys Mason
Behovet for at spore modtagerens position fører dog til en lille forskel for de faste og mobile anvendelsesmuligheder, hvilket afspejles i forskellige anvendelsessager (dette vil være nævnt senere i afsnittet "Forbrugermarkedet").
Status Quo
Standarder
Der er endnu ingen vedtaget 5G-standard. Teknologien er for kompleks, og der er for mange aktører med modstridende interesser.
Standarden 5G NR (New Radio) fra organisationen 3GPP (3rd Generation Partnership Project), som har udviklet de tidligere standarder, 3G og 4G, er under forslag af høj kvalitet. 5G bruger to radiofrekvensbånd (Frequency Range, eller bare kognitativt FR). FR1 tilbyder frekvenser under 6 GHz. FR2 – over 24 GHz, også kaldet millimeterbølger. Standarten understøtter stationære og bevægelige modtagere og er en videreudvikling af standarden 5GTF fra den amerikanske telekomgigant Verizon, som kun understøttede stationære modtagere (denne type tjenester kaldes netværk af fast trådløs adgang).
Standarten 5G NR forudser tre anvendelsesscenarier:
- eMBB (forbedret mobil bredbånd) – definerer den mobile internetoplevelse, vi kender;
- URLLC (ultra pålidelig lav latens kommunikation) – høje krav til responstid og pålidelighed – til opgaver som selvkørende transport eller fjernkirurgi;
- mMTC (massive maskinetypekommunikationer) – støtte til et stort antal enheder, der sjældent sender data – et tilfælde fra Internet of Things, dvs. målere og overvågningsanordninger.
Eller kort sagt, det samme i billedformat:
Det er vigtigt at forstå, at industrien først vil fokusere på implementeringen af eMBB, som er et mere forståeligt scenarie med eksisterende indtægtsstrømme.
Implementering
Siden 2018 er der udført omfattende test, for eksempel ved de vinterolympiske lege i Sydkorea. I 2018 udførte alle russiske operatører fra 'den store firkløver' tests. MTS testede den nye teknologi – brugsscenarier med videoopkald, transmission af høj opløsning video, online spil blev testet.
I Sydkorea blev 5G tjenesten første gang i verden tilbudt i slutningen af 2018. Verdensomspændende kommerciel implementering forventes i det følgende, 2020. I begyndelsen vil FR1-båndet blive brugt som et supplement til eksisterende 4G-netværk. Ifølge planerne fra Ministeriet for Digital udvikling, vil 5G begynde at dukke op i storbyer med over en million indbyggere fra 2020. I praksis vil den omfattende udrulning blive bestemt af muligheden for at monetisere, og dette aspekt af 5G er indtil videre uklart.
Hvad er problemet med monetisering? Problemet er, at telekomoperatørerne endnu ikke ser væsentlige grunde til at modernisere: de eksisterende netværk klarer belastningen fint. Og i øjeblikket overvejer de 5G mere som et marketingværktøj: 5G-ikonet på telefonens skærm vil helt klart være et plus i øjnene på telekomoperatørens abonnenter. Et illustrerende anekdotisk tilfælde er med , som placerede et 5G-ikon uden faktisk netværk, og derfor blev han sagsøgt af konkurrenterne for bedrag.
Hvis man ser nærmere efter, kan man se, at ikonet faktisk er "5GE" — som står for 5G Evolution, og pludselig er det ikke 5G, som vi tænker på, men blot en label opfundet af marketingfolk til det eksisterende LTE-net med nogle forbedringer.
Chipsæt
Mikroelektronikfirmaer har allerede investeret mange milliarder dollars i 5G. Chipsets til 5G NR mobilmodemer tilbydes af Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemer fra Intel, en ny spiller på dette marked, forventes at komme i slutningen af 2019. Samsung-modemet er fremstillet med 10 nm FinFET-teknologi og er kompatibelt med de ældre standarder, der går tilbage til 2G. I frekvensområdet op til 6 GHz muliggør det downloadhastigheder på op til 2 Gbit/s, mens det i millimeterområdet kan nå hastigheder på op til 6 Gbit/s.
Telefoner
Næsten alle producenter af Android-telefoner har annonceret planer om at implementere 5G. Samsung præsenterede sin flagskib Galaxy S10 i en 5G-version på Mobile World Congress i slutningen af februar 2019. Den blev udgivet i Korea den 5. april. I USA blev den tilgængelig den 16. maj, og der sker forbindelsen til telekommunikationsoperatøren Verizon. Andre operatører følger også med: AT&T har planer om at udgive en anden smartphone sammen med Samsung i 2. halvdel af 2019.
I løbet af året vil 5G-smartphones fra forskellige producenter, primært i premium-segmentet, blive tilgængelige i butikkerne. Nogle estimater angiver, at den nye teknologi vil øge prisen på enhederne med $200-300 og abonnementsafgiften med 10%.
Forbrugermarkedet
Case 1. Hjemmeinternet
5G-netværk med fast trådløs adgang vil blive et alternativ til kablet internet i vores hjem. Tidligere kom internettet ind i vores lejlighed via kabel, men i fremtiden vil det komme fra en 5G-mast, hvorefter en router vil dele det via det velkendte hjemlige WiFi. De vigtigste aktører i branchen har afsluttet forberedelserne ved at synkronisere lanceringen af routere til 5G-netværk. En typisk 5G-router koster 700-900 $, og sikrer downloadhastigheder på 2-3 Gbit/s. På den måde vil operatørerne løse deres problem med 'den sidste mile' og reducere omkostningerne til at trække kabler. Og der er ingen grund til at frygte, at de eksisterende backbone-netværk ikke vil kunne håndtere den øgede trafik fra 5G-netværk: der bliver udført forskning i at udnytte det eksisterende overskud af fibernet - såkaldt 'dark fibre'.
Hvor meget nyt bliver dette scenarie for brugerne? Allerede nu stopper nogle lande med at bruge traditionelt kablet internet derhjemme og skifter til LTE: det viser sig at være hurtigere og billigere at bruge mobilforbindelse i alle situationer, når der er gode tarifplaner. En sådan situation er for eksempel opstået i Korea. Dette er illustreret i denne tegneserie:
Case 2. Massesammenstimlinger
Alle har sikkert oplevet den ubehagelige situation: man kommer til en messe eller et stadion, og mobilforbindelsen forsvinder. Præcis i det øjeblik, man ønsker at poste et billede eller skrive på sociale medier.
Stadioner
Samsung gennemførte en test sammen med den japanske telekommunikationsoperatør KDDI på en 30.000-personers baseballstadion. Ved at bruge test-5G-tablets lykkedes det at demonstrere streaming af 4K-video samtidig på flere tablets.
Stadionet er et af tre scenarier, der er illustreret i demozonen kaldet 5G City, beliggende i Suwon (hovedkvarteret for Samsung). Andre scenarier inkluderer bymiljø (tilslutning af videokameraer, sensorer og informationsskærme) og en højhastighedsadgang til levering af HD-video i en kørende bus: mens den passerer forbi punktet, lykkes det at downloade en film.
Spil
Virksomheden Niantic – skaberen af det verdensberømte geolocation-spil Pokemon Go – har store forventninger til 5G. Og her er hvorfor: For ikke længe siden blev der introduceret gruppeevents – raids – i spillet. I raids skal du koordinere med andre spillere for sammen at nedkæmpe en særligt stærk Pokemon, hvilket skaber interessante situationer i det virkelige liv. Den mest legendariske lokation i spillet med den sjældneste Pokemon, Mewtwo, ligger på Times Square i New York – kan du forestille dig, hvor mange der kan samles der, ikke kun af Pokemon-jægere, men også af almindelige turister.
Augmented reality betragtes også som en "killer app" for 5G. I denne kan du se konceptet for magiske kampe i realtid, som Niantic i øjeblikket udvikler i et nyt spil baseret på "Harry Potter". Niantic har allerede indgået partnerskaber med Samsung samt teleoperatørerne Deutsche Telekom og SK Telecom.
Transport
Endelig er der en interessant case med tog. Ideen er opstået om at udstyre jernbanen med 5G-forbindelse til underholdning og komfort for passagererne. Forskning fra University of Bristol : for at opnå højhastigheds sammenhængende forbindelse, skal jernbanen være udstyret med adgangspunkter med 800 meters afstand mellem hinanden!
Et eksempel på, hvordan adgangspunkter skal placeres langs jernbanelinjen
Der blev gennemført vellykkede tests på et tog, der kørte nær Tokyo – disse af Samsung sammen med telekommunikationsoperatøren KDDI. Under testene blev der opnået en hastighed på 1,7 Gbit/s, og der blev downloadet 8K-video og uploadet 4K-video fra kameraet.
Nye anvendelsesscenarier
Men alt dette er for det meste løsninger på allerede kendte opgaver. Hvad kan 5G egentlig tilbyde os, som er helt nyt?
Connected car
Den primære fordel er lav latens, hvilket gør det muligt for biler at kommunikere med hinanden med hastigheder op til 500 km/t. I modsætning til menneskelige chauffører kan biler endelig blive enige med hinanden eller med den faste infrastruktur om manøvrer, hvilket gør vejene sikrere. Det er interessant, at systemet vil tage vejrforholdene i betragtning: Alle ved, at bremselængden er længere i glatte forhold, så reglerne i et sådant system bør også ændres.
Den europæiske 5GAA (Automotive Association) har allerede forenet over 100 førende tele- og bilproducenter verden over med det formål at fremskynde implementeringen af C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything) systemet. Foreningens hovedformål er omfattende vej-sikkerhed og trafik effektivitet. Også cyklister og fodgængere med 5G-smartphones kan regne med sikkerhed. Deltagerne i trafikken på afstande op til 1 km vil kunne kommunikere direkte, mens det ved større afstande kræver 5G-dækning. Systemet vil skabe korridorer for politi og ambulancer, sikre sensorudveksling mellem køretøjer, fjernbetjent kørsel og andre vidunderlige funktioner. Efter lanceringen af C-V2X planlægger foreningen at anvende den opnåede erfaring i 5G V2X, hvor den sigter mod industri 4.0, smarte byer og alt, der bevæger sig, ved hjælp af 5G.
Eksempler på situationer, der kan løses med Connected Car. Kilde: Qualcomm.
5G vil muliggøre kommunikation ikke kun mellem jordbaserede køretøjer, men også luftfartøjer. I år har Samsung, i samarbejde med den spanske internetudbyder Orange, , hvordan en fjernpilot styrede dronens flyvning ved hjælp af det udrulende 5G-netværk og modtog en højopløst videostream i realtid. Den amerikanske udbyder Verizon købte i 2017 , og lover millioner af 5G-forbundne flyvninger. Virksomhedens droner er allerede tilsluttet det lancerede 4G-netværk fra Verizon.
Industri 4.0
Generelt blev udtrykket „Industrie 4.0“ opfundet i Tyskland til deres program for modernisering af industrien. Foreningen (5G Alliance for Connected Industries and Automation) med hovedkvarter i Tyskland har siden 2018 forenet produktionsvirksomheder, der er interesseret i at anvende 5G. De største krav til latenstid og pålidelighed stilles af bevægelseskontrol af industrielle robotter, hvor svartiden ikke må overstige flere tiendedele af mikrosekunder. Dette løses i øjeblikket ved hjælp af Industrial Ethernet (for eksempel standard EtherCAT). Det er meget muligt, at 5G også vil kæmpe om dette marked!
Andre anvendelser, såsom kommunikation mellem industrielle controllere eller med menneskelige operatører, er mindre krævende. I øjeblikket bruger de fleste af disse netværk kabler, så trådløst 5G fremstår som en økonomisk rimelig løsning, der også muliggør hurtig omkonfiguration af produktionen.
I praksis vil den økonomiske rentabilitet føre til implementeringen af 5G i de dyreste områder, der involverer menneskelig arbejdsbetaling, for eksempel gaffeltruckchauffører i fabrikker og lagre. Den europæiske ingeniørvirksomhed Acciona har således demonstreret . Vognen transmitterer 360-graders video i høj opløsning, og en fjernbetjener vil hjælpe den med at komme ud af en uventet situation. Vognen bruger 5G-teknologier fra Cisco og Samsung.
Teknologier til fjernsamarbejde vil gå videre. I år blev der demonstreret, hvordan en ekspertkirurg i realtid overvåger forløbet af en kræftoperation, der finder sted mange kilometer væk, og viser sine kolleger, hvordan man bedst udfører operationen. Efterhånden som teknologien forbedres, vil han kunne deltage mere aktivt ved direkte at styre kirurgiske instrumenter.
Internettet af ting
Først og fremmest vil 5G løse problemet med de mange og dårligt understøttede kommunikationsstandarder for Internettet af ting, som vi mener i øjeblikket begrænser udviklingen på dette område.
Her kan 5G tilbyde følgende:
- Ad hoc-netværk (uden routere)
- Høj tæthed af tilsluttede enheder
- Understøttelse af smalbåndede, energieffektive (10+ år på ét batteri) kommunikationer
Men det ser ud til, at store virksomheder endnu finder andre scenarier, der ikke involverer Internettet af ting, mere interessante. En hurtig søgning på internettet fandt ikke demonstrationer fra nøglespillere af fordelene ved 5G for Internettet af ting.
Afslutningsvis skal vi se på en interessant mulighed. I øjeblikket begrænser afhængighed af stikkontakter eller behovet for at udskifte batterier valget af "ting". Lavfrekvent induktiv trådløs opladning fungerer kun på afstande på et par centimeter. 5G og dens rettede millimeterbølger vil muliggøre effektiv opladning på afstande på flere meter. Selvom de nuværende standarder ikke specificerer dette, er vi ikke i tvivl om, at ingeniører snart vil finde måder at udnytte denne mulighed!
Muligheder for udviklere
Hvis emnet har fanget din interesse, hvad skal der så ske næste gang?
Forbindelser. Du kan mødes med 5G-aktørerne på de kommende russiske konferencer 29.-30. maj, 30.-31. maj, 25.-27. juni, 24. oktober.
Bland akademiske forbindelser bør nævnes afholdt på Institute of Problems of Transmission of Information.
Finansiering. Nøgleaktører afholder konkurrencer om brugen af 5G i forskellige områder. I USA har Verizon for nylig afholdt konkurrencen "Built on 5G Challenge" for Industrie 4.0, immersive forbrugerapplikationer (VR/AR), og banebrydende ideer (der ændrer vores liv og arbejdsmetoder). Konkurrencen er åben for små virksomheder registreret i USA, ansøgninger accepteres indtil 15. juli. Præmiefonden er $1M. Vinderne vil blive offentliggjort i oktober i år.
Beskæftigelse. Udover de fire store mobiloperatører er der flere virksomheder i Rusland, der planlægger at bruge 5G i den nærmeste fremtid. Forretningsmodellen for den førende leverandør af indholdlevering i Rusland og CIS, CDNVideo – betaling for det modtagne trafikvolumen. Brug af 5G, som potentielt kan reducere denne pris, vil mulig gøre det muligt for virksomheden at reducere omkostningerne. Virksomheden PlayKey promoverer cloud gaming, så det er ikke overraskende, at de også planlægger at anvende 5G.
Open Source, vil tilsyneladende spille en nøglerolle i infrastrukturen. Den amerikanske støtter 5G. Den europæiske samler dem, der ønsker at omgå proprietære komponenter i 5G-infrastrukturen. De strategiske retninger omfatter støtte til 5G-modemer og softwaredefinerede systemer, heterogene netværk og internet of things. virtualiserer radiotilgangsnetværk (Radio Access Networks). Implementeringen af netværkskernen er tilgængelig fra .
Forfattere:
Stanislav Polonsky – Chefen for afdelingen for fremtidig forskning og udvikling ved Samsung Research Center
Tatiana Volkova – Forfatter af uddannelsesprogrammet for IoT Akadamiet hos Samsung, specialist i programmer til virksomheders sociale ansvar ved Samsung Research Center
Kilde: habr.com
