Selv uden at forstå generationerne af mobilkommunikationsstandarder, vil enhver formentlig svare, at 5G er køligere end 4G/LTE. I virkeligheden er alt ikke så enkelt. Lad os finde ud af, hvorfor 5G er bedre/værre, og hvilke tilfælde af dets brug er de mest lovende, under hensyntagen til den nuværende tilstand.
Så hvad lover 5G-teknologien os?
- Hastighed øges titusinder op til 10 Gb/s,
- Reduktion af forsinkelser (latency) med titusindvis af gange til 1 ms,
- Øget forbindelsessikkerhed (pakketab fejlrate) hundredvis af gange,
- Forøgelse af tætheden (antal) af tilsluttede enheder (106/km2).
Alt dette opnås gennem:
- multikanal (parallelisme på tværs af frekvenser og basestationer)
- at øge radiobærefrekvenser fra enheder til titusinder af GHz (radiokanalkapacitet)
5G vil forbedre sig i forhold til 4G i traditionelle områder, uanset om det er øjeblikkelig filmdownload eller problemfri forbindelse af en mobilapp til skyen. Så vil det være muligt at nægte at levere internettet til vores lejligheder og kontorer via kabel?
5G vil give universel forbindelse fra alt til alt og kombinere høj båndbredde, energikrævende protokoller med smalbånds, energieffektive. Dette vil åbne op for nye retninger, der er utilgængelige for 4G: maskine-til-maskine kommunikation på jorden og i luften, Industry 4.0, Internet of Things. at 5G-virksomheden vil tjene $3.5T i 2035 og skabe 22 millioner job.
Eller ikke?..
(Billedkilde - Reuters)
Hvordan fungerer denne her
Hvis du ved, hvordan 5G fungerer, så spring dette afsnit over.
Så hvordan kan vi opnå så hurtig dataoverførsel i 5G, som beskrevet ovenfor? Det her er ikke en slags magi, vel?
Hastighedsforøgelsen vil opstå på grund af overgangen til et højere frekvensområde - tidligere ubrugt. For eksempel er frekvensen af WiFi i hjemmet 2,4 eller 5 GHz, frekvensen af eksisterende mobilnetværk er inden for 2,6 GHz. Men når vi taler om 5G, taler vi umiddelbart om snesevis af gigahertz. Det er enkelt: Vi øger frekvensen, mindsker bølgelængden - og dataoverførselshastigheden bliver mange gange større. Og netværket som helhed er aflastet.
Her er en visuel tegneserie af, hvordan det var, og hvordan det bliver. Var:
Vilje:
(Kilde: IEEE Spectrum, )
Frekvensen er tidoblet, så i 5G har vi at gøre med meget kortere millimeterbølger. De passerer ikke godt igennem forhindringer. Og i forbindelse med dette ændrer netværksarkitekturen sig. Hvis tidligere kommunikation blev leveret til os af store, kraftfulde tårne, der leverede kommunikation over lange afstande, vil det nu være nødvendigt at placere mange kompakte laveffekttårne overalt. Og husk på, at du i store byer får brug for mange stationer, på grund af at signalet er blokeret af højhuse. Så for trygt at udstyre New York med 5G-netværk, har du brug for det antallet af basestationer er 500 (!) gange.
On Russiske operatører, overgangen til 5G vil koste dem cirka 150 milliarder rubler - en omkostning, der kan sammenlignes med tidligere omkostninger for implementering af et 4G-netværk, og dette selv på trods af, at prisen på en 5G-station er lavere end de eksisterende (men mange af dem) er nødvendige).
To netværksmuligheder: fastnet og mobil
Teknologi, der bruges til at reducere strømforbruget og øge rækkevidden beamforming — dynamisk dannelse af en radiostråle for en bestemt abonnent. Hvordan gøres dette? Basestationen husker, hvor signalet kom fra og på hvilket tidspunkt (det kommer ikke kun fra din telefon, men også som en refleksion fra forhindringer), og ved hjælp af trianguleringsmetoder beregner du din omtrentlige placering og bygger derefter den optimale signalvej.
Kilde: Analysys Mason
Behovet for at spore modtagerens position fører dog til en lille forskel mellem faste og mobile use cases, og dette afspejles i forskellige use cases (mere om dette senere i afsnittet “Forbrugermarked”).
Status quo
standarder
Der er ingen accepteret 5G-standard. Teknologien er for kompleks, og der er for mange aktører med modstridende interesser.
5G NR-standarden er i den højtudviklede forslagsfase (Ny radio) fra 3GPP-organisationen (3. generations partnerskabsprojekt), som udviklede de tidligere standarder, 3G og 4G. 5G bruger to radiofrekvensbånd (Frekvensområdeeller blot forkortet FR). FR1 tilbyder frekvenser under 6GHz. FR2 – over 24 GHz, såkaldt. millimeter bølger. Standarden understøtter stationære og bevægelige modtagere og er en videreudvikling af 5GTF-standarden fra den amerikanske telegigant Verizon, som kun understøtter stationære modtagere (denne type service kaldes faste trådløse adgangsnetværk).
5G NR-standarden giver tre anvendelsesmuligheder:
- eMBB (forbedret mobilt bredbånd) – definerer det mobile internet, vi er vant til;
- URLLC(Ultra pålidelig kommunikation med lav latens) - høje krav til reaktionshastighed og pålidelighed - til opgaver såsom autonom transport eller fjernkirurgi;
- mMTC (Maskine massiv type kommunikation) – understøttelse af et stort antal enheder, der sjældent sender data – tilfældet med Internet of Things, det vil sige målere og overvågningsenheder.
Eller kort sagt det samme på billedet:
Det er vigtigt at forstå, at industrien i første omgang vil fokusere på at implementere eMBB som et mere forståeligt scenarie med eksisterende pengestrømme.
indførelsen af
Siden 2018 er der blevet udført test i stor skala, for eksempel ved de olympiske vinterlege i Sydkorea. I 2018 gennemførte alle russiske Big Four-operatører tests. MTS testede ny teknologi — brugstilfælde med videoopkald, high-definition videotransmission og onlinespil blev testet.
I Sydkorea blev der for første gang i verden tilbudt 5G-tjeneste i slutningen af 2018. Verdensomspændende kommerciel udrulning forventes næste år, 2020. I den indledende fase vil FR1-båndet blive brugt som en tilføjelse til eksisterende 4G-netværk. Ifølge planerne fra ministeriet for telekommunikation og massekommunikation vil 5G i Rusland begynde at dukke op i byer med en befolkning på over en million fra 2020. I praksis vil storskala implementering blive bestemt af evnen til at tjene penge, og dette aspekt af 5G er endnu ikke klart.
Hvad er problemet med indtægtsgenerering? Faktum er, at teleoperatører endnu ikke ser tvingende grunde til modernisering: eksisterende netværk kan klare belastningen ret godt. Og nu overvejer de 5G mere med hensyn til markedsføring: 5G-ikonet på telefonskærmen vil helt sikkert være et plus i øjnene af teleoperatørens abonnenter. En anekdotisk sag med , som placerede et 5G-ikon i mangel af et rigtigt netværk, som konkurrenterne sagsøgte ham for for bedrag.
Hvis man kigger godt efter, kan man se, at ikonet faktisk er "5GE" - som står for 5G Evolution, og pludselig er det ikke den 5G, vi tænker på, men blot en etiket opfundet af marketingfolk til et eksisterende LTE-netværk med nogle forbedringer.
Chipsæt
Mikroelektronikvirksomheder har allerede investeret mange milliarder dollars i 5G. Chips til 5G NR cellulære modemer tilbydes af Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemer fra Intel, en ny spiller på dette marked, forventes i slutningen af 2019. Samsung-modemet er lavet ved hjælp af 10nm FinFET-teknologi og er kompatibelt med ældre standarder, startende med 2G. I frekvensområdet op til 6 GHz giver den downloadhastigheder på op til 2 Gb/s; ved brug af millimeterbølgen øges hastigheden til 6 Gb/s.
Telefoner
Næsten alle Android-telefonproducenter har annonceret planer om at introducere 5G. Samsung præsenterede flagskibet Galaxy S10 i 5G-versionen på Mobile World Congress-udstillingen i slutningen af februar 2019. Den blev frigivet i Korea den 5. april. I USA dukkede det nye produkt op den 16. maj, og der opstår forbindelsen med teleoperatøren Verizons netværk. Andre operatører indhenter også: AT&T annoncerer planer om at frigive en anden smartphone sammen med Samsung i 2. halvår af 2019.
I løbet af året vil 5G-smartphones fra forskellige producenter, for det meste premium-smartphones, komme på butikshylderne. Ifølge nogle skøn vil den nye teknologi øge prisen på enheder med $200-300 og abonnementsgebyret med 10%.
Forbrugermarkedet
Case 1. Hjemmeinternet
5G faste trådløse adgangsnetværk bliver et alternativ til kablet internet i vores lejligheder. Hvis internettet tidligere kom til vores lejlighed via kabel, så vil det i fremtiden komme fra et 5G-tårn, og så vil routeren distribuere det gennem det sædvanlige hjemme-WiFi. De vigtigste spillervirksomheder har afsluttet forberedelserne og synkroniseret frigivelsen af routere til salg med implementeringen af 5G-netværk. En typisk 5G-router koster $700-900 og giver downloadhastigheder på 2-3 Gbps. På denne måde vil operatørerne selv løse problemet med "sidste mil" og reducere omkostningerne ved at lægge ledninger. Og der er ingen grund til at være bange for, at eksisterende backbone-netværk ikke vil klare den øgede trafik, der vil komme fra 5G-netværk: forskning er i gang i brugen af den eksisterende reserve af fiberoptiske netværk - den såkaldte "sort fiber" ( mørke fibre).
Hvor nyt vil dette scenarie være for brugerne? Allerede nu bruger de i nogle lande ikke længere traditionelt kablet internet til hjemmet og skifter til LTE: det viser sig, at det er hurtigere og billigere at bruge mobilkommunikation i alle situationer med praktiske takster til rådighed. Denne situation har for eksempel udviklet sig i Korea. Og det er illustreret i denne tegneserie:
Case 2. Masseforsamlinger af mennesker
Alle har sikkert været i sådan en ubehagelig situation: Kom til en udstilling eller et stadion, og mobilforbindelsen forsvinder. Og det er netop i det øjeblik, du vil poste et billede eller skrive på sociale netværk.
Stadioner
Samsung gennemførte testen sammen med den japanske teleoperatør KDDI på et baseballstadion med 30 sæder. Ved at bruge test 5G-tablets var vi i stand til at demonstrere 4K-videostreaming på flere tablets samtidigt.
Stadionet er et af tre scenarier, der er illustreret i et demoområde kaldet 5G City, beliggende i Suwon (Samsungs hovedkvarter). Andre scenarier inkluderer et bymiljø (tilslutning af videokameraer, sensorer og informationstavler) og et højhastighedsadgangspunkt til levering af HD-video til en bus i bevægelse: mens den passerer forbi punktet, har filmen tid til at downloade.
Игры
Niantic, skaberen af det verdensberømte lokationsbaserede spil Pokemon Go, har store forhåbninger til 5G. Og her er hvorfor: For ikke så længe siden dukkede gruppebegivenheder op i spillet - raids. Raids kræver, at du koordinerer med andre spillere for at arbejde sammen for at besejre en særlig kraftfuld Pokémon, og dette skaber interessante situationer i det virkelige liv. Således er den vigtigste legendariske placering af spillet med den sjældneste Pokemon Mewtwo placeret på Times Square i New York - du kan forestille dig, hvad en menneskemængde kan samles der, bestående ikke kun af Pokemon-jægere, men også blot turister.
Augmented reality betragtes også som en "killer app" til 5G. I det du kan se konceptet med magiske dueller i realtid, som i øjeblikket udvikles af Niantic i det nye spil baseret på Harry Potter. Niantic har allerede indgået partnerskaber med Samsung og operatørerne Deutsche Telecom og SK Telecom.
Transport
Endelig er togsagen interessant. Der opstod en idé om at forsyne jernbanen med 5G-kommunikation til underholdning og passagerkomfort. University of Bristol undersøgelse : For at opnå en problemfri højhastighedskommunikation skal du udstyre jernbanen med adgangspunkter i en afstand af 800 meter fra hinanden!
Et eksempel på, hvordan man placerer adgangspunkter langs et jernbanespor
Test blev udført med succes på et tog, der kører nær Tokyo - deres og Samsung sammen med teleoperatøren KDDI. Under testene blev der opnået en hastighed på 1,7 Gbps, og under testen blev 8K video downloadet og 4K video uploadet fra kameraet.
Nye use cases
Men alt dette er snarere en løsning på problemer, som vi allerede kender. Hvilke fundamentalt nye ting kan 5G tilbyde os?
Tilsluttet bil
Den største fordel er lav latenstid, hvilket gør det muligt for maskiner at kommunikere med hinanden ved hastigheder på op til 500 km/t. I modsætning til menneskelige chauffører vil biler endelig være i stand til at forhandle indbyrdes eller med fast infrastruktur om manøvrer, hvilket gør vejen mere sikker. Det er interessant, at systemet vil tage højde for vejrforhold: alle ved, at i glat vejr er bremselængden længere, så reglerne i et sådant system bør ændres.
European 5GAA (Automotive Association) samler allerede mere end 100 store telekommunikations- og bilproducenter rundt om i verden for at fremskynde implementeringen af C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Foreningens hovedformål er omfattende trafiksikkerhed og trafikeffektivitet. Cyklister og fodgængere med 5G-smartphones kan også regne med sikkerhed. Trafikdeltagere på afstande på op til 1 km vil være i stand til at kommunikere direkte; på længere afstande skal de have 5G-dækning. Systemet vil sikre oprettelsen af korridorer til politi og ambulancer, sørge for udveksling af sensorer mellem biler, fjernkørsel og andre mirakler. Efter lanceringen af C-V2X planlægger foreningen at anvende erfaringerne fra 5G V2X, hvor den vil tage sigte på industri 4.0, smarte byer og alt, der bevæger sig, bruger 5G.
Eksempler på situationer, der kan løses ved hjælp af Connected Car. Kilde: Qualcomm
5G vil tillade kommunikation ikke kun for landkøretøjer, men også for fly. I år har Samsung sammen med den spanske internetudbyder Orange, , hvordan en fjernpilot styrede flyvningen af en drone ved hjælp af et installeret 5G-netværk og modtog en videostream i høj opløsning i realtid. Den amerikanske udbyder Verizon købte i 2017 , lover millioner af 5G-forbundne flyvninger. Virksomhedens droner er allerede forbundet til Verizons live 4G-netværk.
Industri 4.0
Generelt blev udtrykket "Industrie 4.0" opfundet i Tyskland for dets industrielle moderniseringsprogram. Foreningen (5G Alliance for Connected Industries and Automation), med hovedkontor i Tyskland, har siden 2018 forenet produktionsvirksomheder, der er interesseret i at bruge 5G. De største krav til latenstid og pålidelighed stilles af industrirobotters bevægelsesstyring, hvor responstiden ikke kan overstige snesevis af mikrosekunder. Dette er nu løst ved hjælp af Industrial Ethernet (for eksempel EtherCAT-standarden). Det er sandsynligt, at 5G også vil konkurrere om denne niche!
Andre applikationer, såsom kommunikation mellem industrielle controllere eller med menneskelige operatører, sensornetværk, er mindre krævende. I dag bruger de fleste af disse netværk kabel, så trådløs 5G ser ud til at være en økonomisk levedygtig løsning, udover at tillade hurtig omkonfiguration af produktionen.
I praksis vil økonomisk gennemførlighed føre til indførelse af 5G i de dyreste menneskelige arbejdsområder, såsom gaffeltruckchauffører på fabrikker og lagre. Således demonstrerede det europæiske ingeniørfirma Acciona . Vognen transmitterer 360-video i high definition, og en fjernoperatør hjælper den med at komme ud af en uventet situation. Vognen bruger 5G-teknologi fra Cisco og Samsung.
Teknologier til fjernsamarbejde vil gå længere. I år blev det demonstreret, hvordan en ekspertkirurg overvåger forløbet af en kræftoperation i realtid, der finder sted mange kilometer væk, og viser sine kolleger, hvordan de bedst kan udføre operationen. Efterhånden som teknologien forbedres, vil han være i stand til at spille en mere aktiv rolle ved direkte at kontrollere kirurgiske instrumenter.
Internet af ting
Først og fremmest vil 5G løse problemet med adskillige og dårligt understøttede Internet of Things-kommunikationsstandarder, som i øjeblikket efter vores mening begrænser udviklingen af dette område.
Her kan 5G tilbyde følgende:
- Ad hoc-netværk (uden routere)
- Høj tæthed af tilsluttede enheder
- Understøtter smalbånds, energieffektiv (10+ år på et batteri) kommunikation
Men det ser ud til, at big business stadig er mere interesseret i andre scenarier end tingenes internet. En hurtig internetsøgning fandt ingen demonstrationer fra nøgleaktører af fordelene ved 5G til tingenes internet.
Afsluttende dette emne, lad os være opmærksomme på følgende interessante mulighed. I dag begrænser afhængighed af en stikkontakt eller behovet for at udskifte batterier valget af "ting". Lavfrekvent induktiv trådløs opladning fungerer kun over en afstand på få centimeter. 5G og dens retningsbestemte millimeterbølger vil muliggøre effektiv opladning over 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 på!
Udviklerfunktioner
Hvis du er interesseret i emnet, hvor skal du så gå hen?
Meddelelse. Du vil personligt kunne møde 5G-spillere ved kommende russiske konferencer 29-30 maj, 30-31 maj, 25-27 juni, 24 oktober.
Blandt akademiske kontakter skal det bemærkes afholdt på Institute of Information Transmission Problemer.
finansiering. Nøglespillere afholder konkurrencer om at bruge 5G på forskellige områder. I USA Verizon for nylig "Bygget på 5G Challenge"-konkurrence for Industry 4.0, fordybende forbrugerapplikationer (VR/AR) og banebrydende ideer (ændrer måden, vi lever og arbejder på). Konkurrencen er åben for registrerede amerikanske små virksomheder, og ansøgninger accepteres indtil den 15. juli. Præmiefonden er $1 mio. Vinderne offentliggøres i oktober i år.
Job placering. Ud over de fire store mobiloperatører er der flere virksomheder i Rusland, der planlægger at bruge 5G i den nærmeste fremtid. Forretningsmodellen for den førende udbyder af indholdslevering i Rusland og CIS, CDNVideo, er betaling for mængden af modtaget trafik. Brugen af 5G, som potentielt sænker denne pris, vil give virksomheden mulighed for at reducere omkostningerne. PlayKey promoverer spil i skyen, og det er ikke overraskende, at det også planlægger at bruge 5G.
Open Source, vil sandsynligvis spille en nøglerolle i infrastrukturen. amerikansk understøtter 5G. europæisk samler dem, der ønsker at omgå proprietære komponenter af 5G-infrastruktur. Strategiske områder omfatter støtte til 5G-modemmer og softwaredefinerede systemer, heterogene netværk og tingenes internet. virtualiserer radioadgangsnetværk. Implementering af netværkskernen er tilgængelig fra .
Forfattere:
Stanislav Polonsky - leder af afdelingen for avanceret forskning og udvikling af Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Forfatter af læseplanen for IoT-projektet Samsung Academy, specialist i programmer for virksomheders sociale ansvar ved Samsung Research Center
Kilde: www.habr.com