Auch ohne viel Verständnis für die Generationen mobiler Kommunikationsstandards wird sicherlich jeder antworten, dass 5G cooler ist als 4G/LTE. Tatsächlich ist nicht alles so einfach. Schauen wir uns an, was 5G besser/schlechter ist und welche Anwendungsfälle angesichts des aktuellen Stands am vielversprechendsten sind.
Was verspricht uns die 5G-Technologie?
- Verzehnfachung der Geschwindigkeit auf bis zu 10 Gbit/s,
- Reduzierung der Verzögerungen (Latenz) um das Zehnfache auf bis zu 1 ms,
- Erhöhung der Verbindungszuverlässigkeit (Paketverlust-Fehlerrate) Hunderte Male
- Erhöhte Dichte (Anzahl) angeschlossener Geräte (106/km2).
All dies wird erreicht durch:
- Mehrkanal (Parallelität in Frequenzen und Basisstationen)
- Erhöhung der Trägerfunkfrequenzen von Einheiten auf mehrere zehn GHz (Funkkanalbandbreite)
5G wird 4G in herkömmlichen Bereichen verbessern, sei es beim sofortigen Herunterladen von Filmen oder bei der nahtlosen Verbindung mobiler Apps mit der Cloud. Wird es also möglich sein, die Lieferung des Internets per Kabel in unsere Wohnungen und Büros zu verweigern?
5G ermöglicht die universelle Vernetzung von allem, indem es energiehungrige Protokolle mit hoher Bandbreite mit energiesparenden Schmalbandprotokollen kombiniert. Dies wird neue Wege eröffnen, die 4G nicht zugänglich macht: Maschine-zu-Maschine-Kommunikation am Boden und in der Luft, Industrie 4.0, das Internet der Dinge. dass das 5G-Geschäft bis 3.5 2035 Billionen US-Dollar erwirtschaften und 22 Millionen Arbeitsplätze schaffen wird.
Oder nicht?..
(Bildquelle: Reuters)
Wie funktioniert das
Wenn Sie wissen, wie 5G funktioniert, überspringen Sie diesen Abschnitt.
Wie können wir also eine so schnelle Datenübertragung in 5G erreichen, wie oben beschrieben? Es ist keine Art von Magie, oder?
Die Geschwindigkeitssteigerung erfolgt durch den Übergang in einen bisher ungenutzten höheren Frequenzbereich. Beispielsweise beträgt die Frequenz von Heim-WLAN 2,4 oder 5 GHz, die Frequenz bestehender Mobilfunknetze liegt innerhalb von 2,6 GHz. Aber wenn wir über 5G sprechen, sprechen wir hier sofort von mehreren zehn Gigahertz. Ganz einfach: Wir erhöhen die Frequenz, verringern die Wellenlänge – und die Datenübertragungsrate wird um ein Vielfaches höher. Und das Netzwerk als Ganzes wird entlastet.
Hier ist ein visueller Comic, wie es war und wie es sein wird. War:
Es wird sein:
(Quelle: IEEE Spectrum, )
Die Frequenz hat sich verzehnfacht, sodass wir es bei 5G mit deutlich kürzeren Millimeterwellen zu tun haben. Sie überwinden Hindernisse nicht gut. Und damit einhergehend verändert sich auch die Architektur des Netzwerks. Während uns früher die Kommunikation über große, leistungsstarke Türme ermöglicht wurde, die die Kommunikation über große Entfernungen ermöglichten, müssen jetzt überall viele kompakte Türme mit geringer Leistung aufgestellt werden. Und bedenken Sie, dass in Großstädten aufgrund der Überlappung des Signals durch Hochhäuser viele Stationen benötigt werden. Um New York sicher mit 5G-Netzen auszustatten, benötigen Sie also die Anzahl der Basisstationen um das 500(!)fache.
Auf Für russische Betreiber wird der Übergang zu 5G etwa 150 Milliarden Rubel kosten – Kosten, die mit den bisherigen Kosten für den Aufbau eines 4G-Netzes vergleichbar sind, und dies trotz der Tatsache, dass die Kosten einer 5G-Station niedriger sind als die der bestehenden (aber sie brauche viel).
Zwei Netzwerkoptionen: Festnetz und Mobilfunk
Technologie wird eingesetzt, um den Stromverbrauch zu reduzieren und die Reichweite zu erhöhen Strahlformung — dynamische Strahlformung für einen bestimmten Teilnehmer. Wie wird es gemacht? Die Basisstation merkt sich, wo und zu welcher Zeit das Signal kam (es kommt nicht nur von Ihrem Telefon, sondern auch als Reflexion von Hindernissen), berechnet mithilfe von Triangulationsmethoden Ihren ungefähren Standort und erstellt dann den optimalen Signalpfad.
Quelle: Analysys Mason
Allerdings führt die Notwendigkeit, die Position des Empfängers zu verfolgen, zu einem leichten Unterschied zwischen stationären und mobilen Anwendungsfällen, und dies spiegelt sich in verschiedenen Anwendungsfällen wider (mehr dazu im Abschnitt „Verbrauchermarkt“ weiter unten).
Status Quo
Normen
Es gibt keinen akzeptierten 5G-Standard. Die Technologie ist zu komplex und es gibt zu viele Akteure mit gegensätzlichen Interessen.
Der 5G NR-Standard (Neues Radio) von der 3GPP-Organisation (Partnerschaftsprojekt der 3. Generation), das die Vorgängerstandards 3G und 4G entwickelt hat. 5G nutzt zwei Funkfrequenzbänder (Frequenzbereich, oder einfach kurz FR). FR1 bietet Frequenzen unter 6 GHz. FR2 – über 24 GHz, das sogenannte. Millimeterwellen. Der Standard unterstützt feste und bewegliche Empfänger und ist eine Weiterentwicklung des 5GTF-Standards des amerikanischen Telekommunikationsriesen Verizon, der nur feste Empfänger unterstützt (diese Art von Dienst wird als feste drahtlose Zugangsnetze bezeichnet).
Der 5G NR-Standard sieht drei Anwendungsfälle vor:
- eMBB(verbessertes mobiles Breitband) – definiert das uns bekannte mobile Internet;
- URLLC(Extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz) – hohe Anforderungen an Reaktionsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit – für Aufgaben wie autonomer Transport oder Fernchirurgie;
- mMTC(massive maschinenartige Kommunikation) – Unterstützung für eine große Anzahl von Geräten, die selten Daten senden – der Fall des Internets der Dinge, also Zähler und Überwachungsgeräte.
Oder kurz gesagt, das Gleiche im Bild:
Es ist wichtig zu verstehen, dass sich die Branche zunächst auf die Implementierung von eMBB als einem verständlicheren Szenario mit vorhandenen Cashflows konzentrieren wird.
Внедрение
Seit 2018 werden groß angelegte Tests durchgeführt, beispielsweise bei den Olympischen Winterspielen in Südkorea. Im Jahr 2018 führten alle großen vier russischen Betreiber Tests durch. MTS testete neue Technologie - Anwendungsfälle wurden mit Videoanrufen, hochauflösender Videoübertragung und Online-Spielen getestet.
In Südkorea wurde Ende 5 zum ersten Mal weltweit ein 2018G-Dienst angeboten. Die weltweite kommerzielle Einführung wird für nächstes Jahr, 2020, erwartet. In der Anfangsphase wird das FR1-Band als Ergänzung zu bestehenden 4G-Netzen genutzt. Nach den Plänen des Ministeriums für Telekommunikation und Massenkommunikation wird 5G in Russland ab 2020 in über einer Million Städten eingeführt. In der Praxis wird der groß angelegte Einsatz von der Möglichkeit der Monetarisierung abhängen, und dieser Aspekt von 5G ist noch nicht klar.
Was ist das Problem bei der Monetarisierung? Tatsache ist, dass die Telekommunikationsbetreiber noch keine zwingenden Gründe für eine Modernisierung sehen: Die bestehenden Netze sind der Belastung durchaus gewachsen. Und jetzt erwägen sie 5G eher im Marketingbereich: Das 5G-Symbol auf dem Telefonbildschirm wird in den Augen der Abonnenten von Telekommunikationsbetreibern definitiv ein Pluspunkt sein. Ein anekdotischer Fall mit , der in Ermangelung eines echten Netzes ein 5G-Symbol postete, wofür Konkurrenten ihn wegen Täuschung verklagten.
Wenn man genau hinschaut, sieht man, dass das Symbol tatsächlich „5GE“ ist – es steht für 5G Evolution, und plötzlich ist es nicht mehr das 5G, für das wir es halten, sondern nur eine von Vermarktern erfundene Bezeichnung für das bestehende LTE-Netz mit einigen Verbesserungen.
Chipsätze
Mikroelektronikunternehmen haben bereits viele Milliarden Dollar in 5G investiert. Chips für 5G NR-Mobilfunkmodems werden von Samsung angeboten (), Qualcomm (), Huawei (). Modems von Intel, einem neuen Player auf diesem Markt, werden für Ende 2019 erwartet. Das Samsung-Modem basiert auf der 10-nm-FinFET-Technologie und ist mit älteren Standards ab 2G kompatibel. Im Frequenzbereich bis 6 GHz sind Download-Geschwindigkeiten von bis zu 2 Gbit/s möglich, bei Nutzung der Millimeterwelle steigt die Geschwindigkeit auf 6 Gbit/s.
Phones
Fast alle Hersteller von Android-Handys haben Pläne zur Einführung von 5G angekündigt. Ende Februar 10 stellte Samsung auf dem Mobile World Congress das Flaggschiff Galaxy S5 in der 2019G-Version vor. Bereits am 5. April wurde es in Korea veröffentlicht. In den USA erschien die Neuheit am 16. Mai und dort wird die Verbindung mit dem Netzwerk des Telekommunikationsbetreibers Verizon hergestellt. Auch andere Mobilfunkanbieter holen auf: AT&T kündigt Pläne an, im 2. Halbjahr 2019 ein zweites Smartphone mit Samsung auf den Markt zu bringen.
Im Laufe des Jahres werden 5G-Smartphones verschiedener Hersteller, meist Premiumklasse-Smartphones, in die Regale der Geschäfte kommen. Einigen Schätzungen zufolge wird die neue Technologie die Gerätekosten um 200 bis 300 US-Dollar und die Abonnementgebühren um 10 % erhöhen.
Verbrauchermarkt
Fall 1. Heim-Internet
5G-Netzwerke mit festem WLAN-Zugang werden in unseren Wohnungen eine Alternative zum kabelgebundenen Internet sein. Kam das Internet früher per Kabel in unsere Wohnung, kommt es künftig von einem 5G-Turm und wird dann vom Router über das gewohnte Heim-WLAN verteilt. Die wichtigsten Player-Unternehmen haben die Vorbereitungen abgeschlossen und die Freigabe von Routern zum Verkauf mit der Bereitstellung von 5G-Netzwerken synchronisiert. Ein typischer 5G-Router kostet 700–900 US-Dollar und bietet Download-Geschwindigkeiten von 2–3 Gbit/s. Auf diese Weise lösen Betreiber das Problem der „letzten Meile“ für sich und reduzieren die Kosten für die Verkabelung. Und dass die bestehenden Backbone-Netze dem zunehmenden Datenverkehr aus den 5G-Netzen nicht gewachsen sein werden, muss man auch nicht befürchten: Es wird daran geforscht, die vorhandene Reserve an Glasfasernetzen – die sogenannte „Black Fiber“ – zu nutzen. (dunkle Faser).
Wie neu wird dieses Szenario für Benutzer sein? In einigen Ländern verzichten sie bereits auf die Nutzung des herkömmlichen kabelgebundenen Internets zu Hause und steigen auf LTE um: Es erweist sich als schneller und kostengünstiger, die mobile Kommunikation in allen Situationen zu nutzen, und das zu günstigen Tarifen. Eine solche Situation hat sich beispielsweise in Korea entwickelt. Und es wird in diesem Comic veranschaulicht:
Fall 2. Massenversammlungen von Menschen
Sicherlich war jeder schon einmal in einer so unangenehmen Situation: Wenn man zu einer Ausstellung oder ins Stadion kommt, verschwindet der Mobilfunk. Und das genau in dem Moment, in dem Sie ein Foto posten oder in einem sozialen Netzwerk schreiben möchten.
Stadien
Samsung führte einen Test mit dem japanischen Telekommunikationsbetreiber KDDI in einem Baseballstadion mit 30 Sitzplätzen durch. Mit Test-5G-Tablets konnten wir 4K-Videostreaming gleichzeitig auf mehreren Tablets demonstrieren.
Das Stadion ist eines von drei Szenarien, die in der 5G City-Demozone in Suwon (dem Hauptsitz von Samsung) dargestellt werden. Andere Szenarien umfassen eine städtische Umgebung (Anschluss von Videokameras, Sensoren und Informationstafeln) und einen Hochgeschwindigkeitszugangspunkt, um HD-Videos an einen fahrenden Bus zu liefern: Während dieser an der Haltestelle vorbeifährt, hat der Film Zeit zum Herunterladen.
Игры
Niantic, der Schöpfer des weltberühmten Geolokalisierungsspiels Pokemon Go, setzt große Hoffnungen in 5G. Und hier ist der Grund: Vor nicht allzu langer Zeit erschienen Gruppenevents im Spiel – Raids. Bei Raids müssen Sie sich mit anderen Spielern abstimmen, um gemeinsam ein besonders mächtiges Pokémon zu besiegen, was im wirklichen Leben zu interessanten Situationen führt. Der wichtigste legendäre Ort des Spiels mit den seltensten Mewtu-Pokémon befindet sich also am Times Square in New York – Sie können sich vorstellen, was für eine Menschenmenge sich dort versammeln kann, nicht nur aus Pokémon-Jägern, sondern auch nur aus Touristen.
Augmented Reality gilt auch als „Killer-App“ für 5G. Darin Das Konzept der Echtzeit-Zauberkämpfe, das Niantic derzeit in einem neuen Spiel basierend auf „Harry Potter“ entwickelt, können Sie sehen. Niantic hat bereits Partnerschaften mit Samsung und den Mobilfunkanbietern Deutsche Telecom und SK Telecom geschlossen.
Transport
Schließlich ist der Zugfall interessant. Es gab die Idee, die Bahn zur Unterhaltung und zum Komfort der Fahrgäste mit 5G-Kommunikation auszustatten. Studie der Universität Bristol : Um eine nahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikation zu erreichen, müssen Sie die Eisenbahn mit Zugangspunkten in einer Entfernung von 800 Metern voneinander ausstatten!
Ein Beispiel für die Anordnung von Zugangspunkten entlang der Bahnstrecke
Tests wurden erfolgreich an einem Zug durchgeführt, der in der Nähe von Tokio verkehrte – ihrem und Samsung zusammen mit dem Telekommunikationsbetreiber KDDI. Während der Tests wurde eine Geschwindigkeit von 1,7 Gbit/s erreicht und während des Tests wurden 8K-Videos heruntergeladen und 4K-Videos von der Kamera hochgeladen.
Neue Anwendungsfälle
Aber das alles ist eher eine Lösung für uns bereits bekannte Probleme. Und was grundsätzlich Neues kann uns 5G bieten?
Vernetztes Auto
Der Hauptvorteil ist die geringe Latenz, die es Maschinen ermöglicht, bei Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h miteinander zu kommunizieren. Im Gegensatz zu menschlichen Fahrern werden Autos endlich in der Lage sein, untereinander oder mit fester Infrastruktur über Manöver zu verhandeln und so den Straßenverkehr sicherer zu machen. Interessanterweise berücksichtigt das System die Wetterbedingungen: Jeder weiß, dass bei rutschigem Wetter der Bremsweg länger ist, daher müssen sich die Regeln in einem solchen System ändern.
Der europäische Verband 5GAA (Automotive Association) bringt bereits mehr als 100 große Telekommunikations- und Automobilhersteller auf der ganzen Welt zusammen, um die Einführung des C-V2X-Systems (Cellular Vehicle-To-Everything) zu beschleunigen. Die Hauptziele des Vereins sind umfassende Verkehrssicherheit und Verkehrseffizienz. Auch Radfahrer und Fußgänger mit 5G-Smartphones können auf Sicherheit zählen. Teilnehmer an der Bewegung können bei Entfernungen bis zu 1 km direkt kommunizieren, bei größeren Entfernungen benötigen sie eine 5G-Abdeckung. Das System wird die Schaffung von Korridoren für Polizei und Krankenwagen, den Austausch von Sensoren zwischen Autos, Fernfahren und andere Wunder ermöglichen. Nach der Einführung von C-V2X plant der Verband, die gewonnenen Erkenntnisse auf 5G V2X anzuwenden und sich dabei auf Industrie 4.0, Smart Cities und alles, was sich mit 5G bewegt, zu konzentrieren.
Beispiele für Situationen, die mit Connected Car gelöst werden können. Quelle: Qualcomm.
5G wird die Kommunikation nicht nur für Bodenfahrzeuge, sondern auch für Flugzeuge ermöglichen. In diesem Jahr hat Samsung zusammen mit dem spanischen ISP Orange wie ein Fernpilot eine Drohne über ein bereitgestelltes 5G-Netzwerk flog und einen hochauflösenden Videostream in Echtzeit empfing. Der amerikanische Anbieter Verizon wurde 2017 gekauft , verspricht Millionen von 5G-vernetzten Flügen. Die Drohnen des Unternehmens sind bereits mit dem eingeführten 4G-Netzwerk von Verizon verbunden.
Industrie 4.0
Im Allgemeinen wurde in Deutschland der Begriff „Industrie 4.0“ für sein industrielles Modernisierungsprogramm erfunden. Verband Die 5G Alliance for Connected Industries and Automation mit Sitz in Deutschland bringt seit 2018 produzierende Unternehmen zusammen, die an der Nutzung von 5G interessiert sind. Die höchsten Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit werden durch die Bewegungssteuerung von Industrierobotern gestellt, bei denen die Reaktionszeit mehrere zehn Mikrosekunden nicht überschreiten darf. Dies wird nun mit Industrial Ethernet (z. B. dem EtherCAT-Standard) gelöst. Es ist wahrscheinlich, dass 5G auch um diese Nische konkurrieren wird!
Andere Anwendungen, wie die Kommunikation zwischen Industriesteuerungen oder mit einem menschlichen Bediener, Sensornetzwerke, sind weniger anspruchsvoll. Mittlerweile nutzen die meisten dieser Netzwerke Kabel, sodass 5G-Funk eine kostengünstige Lösung zu sein scheint und darüber hinaus eine schnelle Neukonfiguration der Produktion ermöglicht.
In der Praxis wird die wirtschaftliche Machbarkeit dazu führen, dass 5G in den kostspieligsten Bereichen menschlicher Arbeit eingesetzt wird, beispielsweise bei Gabelstaplerfahrern in Fabriken und Lagerhäusern. Das hat das europäische Ingenieurbüro Acciona vorgemacht . Der Wagen überträgt hochauflösende 360-Grad-Videos. Ein Fernbediener hilft ihm, aus einer unerwarteten Situation herauszukommen. Der Wagen nutzt die 5G-Technologie von Cisco und Samsung.
Remote-Collaboration-Technologien werden noch weiter gehen. In diesem Jahr wurde gezeigt, wie ein erfahrener Chirurg in Echtzeit den Fortschritt einer viele Kilometer entfernt stattfindenden onkologischen Operation beobachtet und seinen Kollegen zeigt, wie sie die Operation besser durchführen können. Mit der Verbesserung der Technologie wird er in der Lage sein, aktiver mitzuwirken und die chirurgischen Instrumente bereits direkt zu bedienen.
Internet der Dinge
Erstens wird 5G das Problem mit den zahlreichen und schlecht unterstützten IoT-Kommunikationsstandards lösen, was unserer Meinung nach derzeit die Entwicklung dieser Richtung einschränkt.
Hier bietet 5G Folgendes:
- Ad-hoc-Netzwerke (ohne Router)
- Hohe Dichte an angeschlossenen Geräten
- Unterstützung für schmalbandige, energieeffiziente Kommunikation (10+ Jahre mit einer einzigen Batterie).
Aber es scheint, dass große Unternehmen mehr an anderen Szenarien als dem Internet der Dinge interessiert sind. Bei einer oberflächlichen Suche im Internet konnten keine Belege wichtiger Akteure für die Vorteile von 5G für das IoT gefunden werden.
Lassen Sie uns zum Abschluss dieses Themas noch auf die folgende interessante Möglichkeit achten. Jetzt schränkt die Abhängigkeit von der Steckdose oder die Notwendigkeit, Batterien auszutauschen, die Auswahl an „Dingen“ ein. Niederfrequentes induktives kabelloses Laden funktioniert nur in einer Entfernung von wenigen Zentimetern. 5G und seine gerichteten Millimeterwellen ermöglichen effizientes Laden über Distanzen von mehreren Metern. Obwohl bestehende Normen dies nicht vorschreiben, haben wir keinen Zweifel daran, dass Ingenieure bald Wege finden werden, diese Chance zu nutzen!
Möglichkeiten für Entwickler
Wenn Sie sich für das Thema interessieren, wo können Sie dann weitermachen?
Verbindung. Auf den nächsten russischen Konferenzen wird es möglich sein, 5G-Akteure persönlich kennenzulernen 29.-30. Mai 30.-31. Mai 25.-27. Juni 24 Oktober.
Zu beachten sind die akademischen Kontakte findet am Institut für Informationsübertragungsprobleme statt.
Finanzierung. Wichtige Akteure veranstalten Wettbewerbe zum Einsatz von 5G in verschiedenen Bereichen. In den USA kürzlich Verizon Basierend auf der 5G-Herausforderung für Industrie 4.0, immersiven Verbraucheranwendungen (VR/AR) und bahnbrechenden Ideen (die die Art und Weise verändern, wie wir leben und arbeiten). Der Wettbewerb steht bis zum 15. Juli allen in den USA registrierten Kleinunternehmen offen. Der Preispool beträgt 1 Million US-Dollar. Die Gewinner werden im Oktober dieses Jahres bekannt gegeben.
Beschäftigung. Neben den vier großen Mobilfunkbetreibern planen mehrere Unternehmen in Russland, in naher Zukunft 5G zu nutzen. Das Geschäftsmodell des führenden Content-Delivery-Anbieters in Russland und der GUS, CDNVideo, ist die Zahlung für die Menge des empfangenen Datenverkehrs. Der Einsatz von 5G, der möglicherweise diesen Preis senkt, wird es dem Unternehmen ermöglichen, die Kosten zu senken. PlayKey treibt Spiele in der Cloud voran und es ist keine Überraschung, dass 5G auch in seinen Plänen enthalten ist.
Open Source, dürfte eine Schlüsselrolle in der Infrastruktur spielen. amerikanisch unterstützt 5G. europäisch bringt diejenigen zusammen, die die proprietären Komponenten der 5G-Infrastruktur umgehen wollen. Zu den strategischen Ausrichtungen gehört die Unterstützung von 5G-Modems und softwaredefinierten Systemen, heterogenen Netzwerken und dem Internet der Dinge. virtualisiert Funkzugangsnetze (Radio Access Networks). Die Implementierung des Netzwerkkerns ist verfügbar unter .
Autoren:
Stanislav Polonsky – Leiter der fortgeschrittenen Forschung und Entwicklung, Samsung Research Center
Tatyana Volkova – Autorin des IoT-Projektlehrplans der Samsung Academy, Spezialistin für Corporate Social Responsibility-Programme am Samsung Research Center
Source: habr.com