Selbst wenn man sich nicht besonders mit den Generationen der Mobilfunkstandards auskennt, kann jeder wahrscheinlich antworten, dass 5G besser ist als 4G/LTE. In Wirklichkeit ist es jedoch nicht so einfach. Lassen Sie uns herausfinden, in welchen Aspekten 5G besser oder schlechter ist und welche Anwendungsfälle mit dem aktuellen Stand am vielversprechendsten sind.
Also, was verspricht uns die 5G-Technologie?
- Eine Geschwindigkeitssteigerung um das Zehnfache auf bis zu 10 Gbit/s,
- Eine Verringerung der Latenzzeiten um das Zehnfache auf bis zu 1 ms,
- Eine Vermehrung der Verbindungszuverlässigkeit (packet loss error rate) um Hunderte von Prozent,
- Eine Erhöhung der Dichte der angeschlossenen Geräte (106/km2).
All dies wird erreicht durch:
- Multikanaligkeit (Parallelität bei Frequenzen und Basisstationen)
- Erhöhung der Trägerfrequenzen von einer auf mehrere Dutzend GHz (Kanalbandbreite)
5G wird 4G in traditionellen Bereichen verbessern, sei es beim sofortigen Herunterladen eines Films oder beim nahtlosen Verbinden einer mobilen App mit der Cloud. Bedeutet das, dass wir auf eine kabelgebundene Internetverbindung in unseren Wohnungen und Büros verzichten können?
5G wird universelle Kommunikation zwischen allem und jedem ermöglichen, indem breitbandige, energieintensive Protokolle mit schmalbandigen, energiesparenden kombiniert werden. Dies wird neue, für 4G unerreichbare Bereiche eröffnen: Maschinenkommunikation zu Lande und in der Luft, Industrie 4.0, Internet der Dinge. dass das 5G-Geschäft bis 2035 3,5 Billionen Dollar einbringen und 22 Millionen Arbeitsplätze schaffen wird.
Oder auch nicht?..
(Bildquelle — Reuters)
Die DANE-Spezifikation ist in
Wer weiß, wie 5G funktioniert – überspringen Sie diesen Abschnitt.
Also, wie werden wir die so schnelle Datenübertragung in 5G erreichen, wie oben beschrieben? Denn das ist doch kein Zauber?
Die Geschwindigkeitssteigerung wird durch den Wechsel in einen höheren Frequenzbereich erfolgen – einen bisher ungenutzten. Zum Beispiel beträgt die Frequenz von WLAN zu Hause 2,4 oder 5 GHz, die Frequenz der bestehenden Mobilfunknetze liegt bei etwa 2,6 GHz. Aber wenn wir von 5G sprechen, geht es sofort um mehrere Dutzend Gigahertz. Es ist ganz einfach: Wenn wir die Frequenz erhöhen, verkürzt sich die Wellenlänge – und die Datenübertragungsrate wird erheblich erhöht. Und auch das Netzwerk insgesamt wird entlastet.
Hier ist ein anschaulicher Comic, wie es war und wie es sein wird. So war es:
Wird sein:
(Quelle: IEEE Spectrum, )
Die Frequenz ist um das zigfach gestiegen, daher haben wir es im 5G mit viel kürzeren, millimetergenauen Wellen zu tun. Diese durchdringen Hindernisse schlecht. Infolgedessen ändert sich auch die Netzwerkarchitektur. Früher wurde die Verbindung durch große, leistungsstarke Türme gewährleistet, die Kommunikation über weite Strecken ermöglichten. Jetzt müssen überall viele kompakte, schwach leistungsfähige Türme aufgestellt werden. Und beachten Sie, dass in großen Städten aufgrund von Signalüberlagerungen durch Hochhäuser sehr viele Stationen erforderlich sind. So benötigt man für die zuverlässige Ausstattung New Yorks mit 5G-Netzen eine Anzahl von Basisstationen von 500 (!) mal.
Nach Für russische Betreiber wird der Übergang zu 5G etwa 150 Milliarden Rubel kosten – eine Summe, die mit den vorherigen Ausgaben für die Umsetzung des 4G-Netzes vergleichbar ist, auch wenn die Kosten für eine 5G-Station niedriger sind (aber es werden viele benötigt).
Es gibt zwei Netzvarianten: stationär und mobil.
Zur Verringerung des Energieverbrauchs und zur Erhöhung der Reichweite wird die Technologie Beamforming — die dynamische Formung des Funkstrahls für den jeweiligen Nutzer. Wie funktioniert das? Die Basisstation speichert, woher und zu welcher Zeit das Signal kam (es stammt nicht nur von Ihrem Telefon, sondern auch als Reflexionen von Hindernissen), und ermittelt mit Triangulationsmethoden Ihren ungefähren Standort, um dann die optimale Signalroute zu erstellen.
Quelle: Analysys Mason
Die Notwendigkeit, die Position des Empfängers zu verfolgen, führt jedoch zu einem kleinen Unterschied zwischen den festen und mobilen Einsatzvarianten, was sich in verschiedenen Nutzungsszenarien äußert (darüber später im Abschnitt „Konsumentenmarkt“).
Status Quo
Standards
Es gibt keinen akzeptierten 5G-Standard. Die Technologie ist zu komplex und es gibt zu viele Akteure mit widersprüchlichen Interessen.
In der Vorschlagsphase mit einem hohen Detaillierungsgrad befindet sich der Standard 5G NR (New Radio) von der Organisation 3GPP (3rd Generation Partnership Project), die die vorherigen Standards, 3G und 4G, entwickelt hat. 5G nutzt zwei Funkfrequenzbereiche (Frequency Range, oder kurz einfach FR). FR1 bietet Frequenzen unter 6 GHz an. FR2 – über 24 GHz, die sogenannten Millimeterwellen. Der Standard unterstützt stationäre und mobile Empfänger und ist eine Weiterentwicklung des 5GTF-Standards des amerikanischen Telekom-Riesen Verizon, der ausschließlich stationäre Empfänger unterstützt (diese Art von Dienst wird als feste drahtlose Zugangsnetze bezeichnet).
Der 5G NR-Standard sieht drei Anwendungszenarien vor:
- eMBB (erweitertes mobiles Breitband) – definiert das mobile Internet, das wir kennen;
- URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) — hohe Anforderungen an Reaktionsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit – für solche Anwendungen wie autonomes Fahren oder Telechirurgie;
- mMTC (massive Machine Type Communications) – Unterstützung einer großen Anzahl von Geräten, die selten Daten senden – ein Fall des Internet der Dinge, das heißt Zähler und Überwachungsgeräte.
Oder kurz, das Gleiche auf dem Bild:
Es ist wichtig zu verstehen, dass sich die Industrie zunächst auf die Implementierung von eMBB konzentrieren wird, als nachvollziehbarer Anwendungsfall mit bestehenden Einnahmeströmen.
Einführung
Seit 2018 finden umfangreiche Tests statt, zum Beispiel bei den Olympischen Winterspielen in Südkorea. Im Jahr 2018 führten alle vier großen russischen Betreiber Tests durch. MTS testete die neue Technologie – Anwendungszenarien wurden mit Videoanrufen, hochauflösender Videoübertragung und Online-Gaming getestet.
In Südkorea wurde 5G erstmals weltweit Ende 2018 angeboten. Die weltweite kommerzielle Einführung wird im nächsten, 2020, erwartet. In der Anfangsphase wird der Frequenzbereich FR1 als Ergänzung zu bestehenden 4G-Netzen verwendet. Laut den Plänen des Ministeriums für digitale Entwicklung wird 5G in Russland ab 2020 in Großstädten eingeführt. In der Praxis wird die umfassende Implementierung von der Möglichkeit der Monetarisierung abhängen, und dieser Aspekt von 5G ist derzeit unklar.
Was ist also das Problem mit der Monetarisierung? Das Problem ist, dass Telekommunikationsanbieter derzeit keine überzeugenden Gründe für eine Modernisierung sehen: Die bestehenden Netzwerke bewältigen die Lasten ganz gut. Derzeit wird 5G eher in einem Marketingrahmen betrachtet: das 5G-Symbol auf dem Telefonbildschirm wird eindeutig ein Pluspunkt in den Augen der Abonnenten des Telekommunikationsanbieters sein. Eine bemerkenswerte Anekdote ist der Fall mit , das ein 5G-Symbol angezeigt hat, obwohl es kein echtes Netzwerk gab, wofür Wettbewerber eine Klage wegen Täuschung erhoben haben.
Bei genauerem Hinsehen erkennt man, dass das Symbol tatsächlich „5GE“ ist – eine Abkürzung für 5G Evolution, und plötzlich handelt es sich nicht um 5G, wie wir es uns vorstellen, sondern lediglich um ein von Vermarktern erfundenes Label für ein bestehendes LTE-Netz mit einigen Verbesserungen.
Chipsätze
Mikroelektronikunternehmen haben bereits Milliarden von Dollar in 5G investiert. Die Chips für 5G NR Mobilfunkmodems werden von Samsung angeboten (), Qualcomm (), Huawei (). Modems von Intel, einem neuen Akteur auf diesem Markt, werden Ende 2019 erwartet. Das Samsung-Modem ist mit der 10nm FinFET-Technologie hergestellt und kompatibel mit älteren Standards, beginnend mit 2G. Im Frequenzbereich bis 6 GHz ermöglicht es Downloadgeschwindigkeiten von bis zu 2 Gb/s, bei Verwendung des Millimeterbereichs steigt die Geschwindigkeit auf bis zu 6 Gb/s.
Telefone
Fast alle Hersteller von Android-Telefonen haben Pläne angekündigt, 5G einzuführen. Samsung stellte auf dem Mobile World Congress Ende Februar 2019 das Flaggschiff Galaxy S10 in einer 5G-Version vor. Bereits am 5. April wurde es in Korea veröffentlicht. In den USA erschien das Gerät am 16. Mai, und dort erfolgt die Verbindung über das Netzwerk des Telekommunikationsanbieters Verizon. Andere Anbieter ziehen nach: AT&T kündigte Pläne an, gemeinsam mit Samsung im zweiten Halbjahr 2019 ein zweites Smartphone herauszubringen.
Im Laufe des Jahres werden 5G-Smartphones verschiedener Hersteller, hauptsächlich im Premium-Segment, in den Geschäften erhältlich sein. Schätzungen zufolge wird die neue Technologie die Kosten der Geräte um 200-300 $ und die Abonnementsgebühren um 10 % erhöhen.
Konsumermarkt
Fall 1. Internet zu Hause
5G-Netze für festen drahtlosen Zugang werden eine Alternative zum kabelgebundenen Internet in unseren Wohnungen. Während das Internet zuvor über Kabel in unsere Wohnung kam, wird es in Zukunft von einem 5G-Mast ausgehen, und dann wird der Router es über das gewohnte Heim-WiFi ausstrahlen. Die wichtigsten Akteure haben die Vorbereitung abgeschlossen und synchronisieren den Verkauf von Routern mit dem Rollout der 5G-Netze. Ein typischer 5G-Router kostet 700-900 $ und bietet Downloadgeschwindigkeiten von 2-3 Gbit/s. Damit lösen die Betreiber das Problem der „letzten Meile“ und reduzieren die Kosten für den Kabelverlegungsaufwand. Zudem muss man sich keine Sorgen machen, dass die bestehenden Backbone-Netze mit dem gesteigerten Traffic von 5G-Netzen überfordert sein werden: Es werden Studien zur Nutzung der vorhandenen Kapazitäten von Glasfasernetzen — so genannte „dunklen Fasern“ — durchgeführt.
Wie neu dieser Szenario für die Nutzer sein wird? Bereits jetzt stellen in einigen Ländern die Menschen auf traditionelles kabelgebundenes Internet um und nutzen stattdessen LTE: es ist schneller und günstiger, mobile Verbindungen in allen Situationen zu nutzen, wenn es passende Tarife gibt. Eine solche Situation gibt es beispielsweise in Korea. Und das wird in diesem Comic veranschaulicht:
Fallstudie 2. Massenansammlungen von Menschen
Sicherlich waren alle einmal in einer unangenehmen Situation: Man kommt zu einer Ausstellung oder ins Stadion und die mobile Verbindung bricht ab. Und das genau in dem Moment, in dem man ein Foto posten oder in sozialen Medien schreiben möchte.
Stadien
Samsung führte zusammen mit dem japanischen Telekommunikationsanbieter KDDI einen Test in einem 30.000-Personen-Ballpark durch. Mithilfe von Test-5G-Tablets konnte das Streamen von 4K-Videos gleichzeitig auf mehreren Tablets demonstriert werden.
Das Stadion ist eines von drei Szenarien, die in der Demozone namens 5G City dargestellt werden, die sich in der Stadt Suwon (Hauptsitz von Samsung) befindet. Weitere Szenarien umfassen städtische Umgebungen (Anschluss von Kameras, Sensoren und Anzeigetafeln) und einen Hochgeschwindigkeitszugang zur Übertragung von HD-Videos in einem fahrenden Bus: während er an einem Punkt vorbeifährt, kann der Film heruntergeladen werden.
Spiele
Das Unternehmen Niantic, Schöpfer des weltweit bekannten GPS-Spiels Pokemon Go, setzt große Hoffnungen in 5G. Und das aus gutem Grund: Vor nicht allzu langer Zeit wurden in dem Spiel Gruppenevents – Raids – eingeführt. In Raids müssen Sie sich mit anderen Spielern abstimmen, um gemeinsam einen besonders starken Pokémon zu besiegen, was interessante Situationen im echten Leben schafft. So befindet sich der Hauptstandort des Spiels mit dem seltensten Pokémon Mewtwo am Times Square in New York – man kann sich vorstellen, welche Menschenmenge sich dort versammeln kann, die aus nicht nur Pokémon-Jägern, sondern auch Touristen besteht.
Augmented Reality wird ebenfalls als „Killer-App“ für 5G angesehen. In diesem können Sie das Konzept von magischen Kämpfen in Echtzeit sehen, die derzeit von Niantic in einem neuen Spiel basierend auf „Harry Potter“ entwickelt werden. Niantic hat bereits Partnerschaften mit Samsung und den Betreibern Deutsche Telekom und SK Telecom geschlossen.
Transport
Schließlich ist der Fall mit den Zügen interessant. Es gab die Idee, die Eisenbahn mit 5G für Unterhaltung und Komfort der Passagiere auszustatten. Eine Studie der Universität Bristol : Um eine hochgeschwindigkeitsfähige, nahtlose Verbindung zu erreichen, müssen entlang der Eisenbahn WLAN-Hotspots in einem Abstand von 800 Metern zueinander eingerichtet werden!
Ein Beispiel dafür, wie man die Hotspots entlang des Gleises platzieren sollte
Wurden erfolgreich Tests an einem Zug durchgeführt, der in der Nähe von Tokio verkehrt – diese von Samsung zusammen mit dem Telekom-Anbieter KDDI durchgeführt. Während der Tests wurde eine Geschwindigkeit von 1,7 GBit/s erreicht, und während des Tests wurden 8K-Videos heruntergeladen und 4K-Videos von einer Kamera hochgeladen.
Neue Nutzungsszenarien
Aber das alles sind eher Lösungen für uns bereits vertraute Probleme. Was kann 5G uns grundsätzlich Neues bieten?
Connected Car
Der Hauptvorteil – geringe Latenz, die es Fahrzeugen erlaubt, sich untereinander mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h zu verbinden. Im Gegensatz zu menschlichen Fahrern werden Fahrzeuge endlich in der Lage sein, sich untereinander oder mit der stationären Infrastruktur über Manöver abzusprechen, was die Straße sicherer macht. Interessanterweise wird das System die Wetterbedingungen berücksichtigen: Jeder weiß, dass der Bremsweg bei rutschigem Wetter länger ist, daher sollten auch die Regeln in einem solchen System angepasst werden.
Der europäische 5GAA (Automotive Association) vereint bereits über 100 führende Telekommunikations- und Automobilhersteller weltweit, um die Einführung des C-V2X-Systems (Cellular Vehicle-To-Everything) zu beschleunigen. Die Hauptziele der Vereinigung sind umfassende Verkehrssicherheit und Effizienz im Verkehrsfluss. Auch Radfahrer und Fußgänger mit 5G-Smartphones können auf Sicherheit zählen. Verkehrsteilnehmer auf Distanzen von bis zu 1 km können direkt kommunizieren; bei größeren Entfernungen ist 5G-Abdeckung erforderlich. Das System wird Korridore für Polizei und Rettungsdienste schaffen, den Austausch von Sensorinformationen zwischen Fahrzeugen, Remote-Fahren und weitere Wunder ermöglichen. Nach dem Start von C-V2X plant die Vereinigung, die gewonnenen Erfahrungen im 5G V2X anzuwenden, wo sie sich der Industrie 4.0, smarten Städten und allem, was sich mit 5G bewegt, widmen wird.
Beispiele für Situationen, die mit Connected Car gelöst werden können. Quelle: Qualcomm.
5G wird nicht nur Landfahrzeuge, sondern auch Luftfahrzeuge miteinander verbinden. In diesem Jahr hat Samsung, gemeinsam mit dem spanischen Internetanbieter Orange, , als ein Remote-Pilot den Flug einer Drohne über das ausgebaute 5G-Netz steuerte und einen hochauflösenden Videostream in Echtzeit erhielt. Der amerikanische Anbieter Verizon kaufte 2017 , und verspricht Millionen von 5G-verbundenen Flügen. Die Drohnen des Unternehmens sind bereits mit dem gestarteten 4G-Netz von Verizon verbunden.
Industrie 4.0
Der Ausdruck „Industrie 4.0“ wurde in Deutschland für sein Programm zur Modernisierung der Industrie geprägt. Die Vereinigung (5G Alliance for Connected Industries and Automation) mit Sitz in Deutschland vereint seit 2018 Produktionsunternehmen, die an der Nutzung von 5G interessiert sind. Die höchsten Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit ergeben sich aus der Steuerung von Industriesrobotern, wo die Reaktionszeit nicht mehr als einige Mikrosekunden betragen darf. Derzeit wird dies mit Industrial Ethernet (zum Beispiel dem EtherCAT-Standard) gelöst. Es ist durchaus wahrscheinlich, dass 5G auch in diesem Bereich konkurrieren wird!
Andere Anwendungen, wie die Kommunikation zwischen industriellen Steuerungen oder mit dem Menschen-Operator, oder Sensornetzwerke sind weniger anspruchsvoll. Derzeit nutzen die meisten dieser Netzwerke Kabel, sodass kabelloses 5G als wirtschaftlich vernünftige Lösung erscheint, die zudem eine schnelle Rekonfiguration der Produktion ermöglicht.
In der Praxis wird die wirtschaftliche Rentabilität zu einer Einführung von 5G in den kostspieligsten Bereichen führen, die mit der Bezahlung menschlicher Arbeitskraft verbunden sind, wie zum Beispiel bei Gabelstaplerfahrern in Fabriken und Lagern. So hat das europäische Ingenieurbüro Acciona demonstriert, . Der Wagen überträgt 360-Grad-Video in hoher Auflösung, ein Remote-Operator wird ihm helfen, aus unerwarteten Situationen herauszukommen. Der Wagen nutzt 5G-Technologien von Cisco und Samsung.
Die Technologien der Fernzusammenarbeit werden weitergehen. In diesem Jahr wurde demonstriert, wie ein Experte in Echtzeit den Verlauf einer Krebsoperation verfolgt, die viele Kilometer entfernt stattfindet, und seinen Kollegen zeigt, wie man die Operation besser durchführt. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird er aktiver eingreifen können, indem er direkt chirurgische Instrumente steuert.
Internet der Dinge
Vor allem wird 5G das Problem mit zahlreichen und schlecht unterstützten Kommunikationsstandards des Internet der Dinge lösen, das nach unserer Meinung derzeit die Entwicklung dieses Bereichs einschränkt.
Hier kann 5G Folgendes anbieten:
- Ad-hoc-Netzwerke (ohne Router)
- Hohe Dichte an verbundenen Geräten
- Unterstützung von schmalbandigen, energieeffizienten (10+ Jahre mit einer Batterie) Kommunikation
Aber es scheint, dass große Unternehmen vorerst an anderen, von IoT abweichenden Szenarien interessiert sind. Eine oberflächliche Suche im Internet hat keine Demonstrationen von Hauptakteuren zu den Vorteilen von 5G für das Internet der Dinge gefunden.
Um dieses Thema abzuschließen, möchten wir auf eine interessante Möglichkeit hinweisen. Derzeit schränkt die Abhängigkeit von einer Steckdose oder der Bedarf an Batteriewechsel die Auswahl von 'Dingen' ein. Niedrigfrequente induktive kabellose Ladegeräte funktionieren nur über Entfernungen von wenigen Zentimetern. 5G und seine gerichteten Millimeterwellen werden eine effektive Ladung über Entfernungen von mehreren Metern ermöglichen. Obwohl die bestehenden Standards dies nicht vorsehen, zweifeln wir nicht daran, dass Ingenieure bald Möglichkeiten finden werden, diese Möglichkeit zu nutzen!
Möglichkeiten für Entwickler
Wenn Sie sich für das Thema interessieren, wohin sollten Sie als Nächstes gehen?
Verbindungen. Persönlich kennenlernen können Sie 5G-Akteure auf den nächsten russischen Konferenzen 29.-30. Mai, 30.-31. Mai, 25.-27. Juni, 24. Oktober.
Aus akademischen Kontakten ist hervorzuheben, das im Institut für Probleme der Informationsübertragung stattfindet.
Finanzierung. Die wichtigsten Akteure veranstalten Wettbewerbe zur Nutzung von 5G in verschiedenen Bereichen. In den USA hat Verizon kürzlich den Wettbewerb „Built on 5G Challenge“ für Industrie 4.0, immersive Verbraucheranwendungen (VR/AR) und disruptive Ideen (die unser Leben und Arbeiten verändern). Der Wettbewerb ist für registrierte Kleinunternehmen in den USA offen, Bewerbungen werden bis zum 15. Juli angenommen. Der Preisfonds beträgt 1 Million Dollar. Die Gewinner werden im Oktober dieses Jahres bekannt gegeben.
Einstieg in die Berufswelt. Neben den vier großen Mobilfunkanbietern gibt es in Russland mehrere Unternehmen, die die Nutzung von 5G in naher Zukunft planen. Das Geschäftsmodell des führenden Anbieters von Content-Delivery in Russland und den GUS-Staaten, CDNVideo, basiert auf der Bezahlung nach übertragener Datenmenge. Der Einsatz von 5G, das potenziell diese Kosten senken kann, wird dem Unternehmen helfen, seine Ausgaben zu reduzieren. Die Firma PlayKey fördert Cloud-Gaming, daher ist es nicht verwunderlich, dass auch sie vorhat, 5G zu nutzen.
Open Source, scheint eine Schlüsselrolle in der Infrastruktur zu spielen. Die amerikanische unterstützt 5G. Die europäische vereint diejenigen, die proprietäre Komponenten der 5G-Infrastruktur umgehen möchten. Strategische Richtungen umfassen die Unterstützung von 5G-Modems und softwaredefinierten Systemen, heterogenen Netzen und dem Internet der Dinge. virtualisiert Funkzugangsnetze (Radio Access Networks). Die Implementierung des Kernnetzwerks ist verfügbar von .
Autoren:
Stanislav Polonsky – Leiter der strategischen Forschung und Entwicklung im Forschungszentrum von Samsung
Tatjana Volkova – Autorin des Ausbildungsprogramms des Projekts IoT Akademie Samsung, Spezialistin für Programme zur gesellschaftlichen Unternehmensverantwortung im Forschungszentrum von Samsung
Quelle: habr.com
Russian
Italian
German
Polish
Estonian
Albanian
Bulgarian
Croatian
Czech
Danish
Dutch
English
Finnish
French
Hungarian
Latvian
Lithuanian
Norwegian
Portuguese
Romanian
Slovak
Slovenian
Spanish
Swedish