Incluso sin tener un gran conocimiento de las generaciones de estándares de comunicación móvil, cualquiera podría decir que 5G es mejor que 4G/LTE. Sin embargo, la realidad es más compleja. Vamos a analizar en qué aspectos 5G es mejor o peor y cuáles son los casos de uso más prometedores considerando el estado actual.
Entonces, ¿qué nos promete la tecnología 5G?
- Un aumento en la velocidad de decenas de veces, hasta 10 Gb/s,
- Una reducción de la latencia de decenas de veces, hasta 1 ms,
- Un aumento en la fiabilidad de la conexión (tasa de error de pérdida de paquetes) de cientos de veces,
- Un aumento en la densidad (número) de dispositivos conectados (106/km²).
Todo esto se logra gracias a:
- multicanalidad (paralelismo por frecuencias y estaciones base)
- aumento de las frecuencias portadoras de una a decenas de GHz (ancho de banda del canal de radio)
5G mejorará 4G en áreas tradicionales, ya sea la descarga instantánea de una película o la conexión fluida de una aplicación móvil con la nube. ¿Significa eso que podremos prescindir de la entrega de Internet a nuestros hogares y oficinas por cable?
5G proporcionará conectividad universal de todo con todo, combinando protocolos de banda ancha y de alto consumo de energía con protocolos de banda angosta y de bajo consumo. Esto abrirá nuevas direcciones que 4G no puede ofrecer: comunicación entre máquinas en tierra y aire, Industria 4.0, Internet de las Cosas. , que el negocio 5G genere $3.5T para 2035 y cree 22 millones de empleos.
¿O no?
(Fuente de la imagen - Reuters)
¿Cómo funciona?
Quien sepa cómo funciona 5G, puede saltarse esta sección.
Entonces, ¿cómo podremos lograr una transmisión de datos tan rápida en 5G, como se describe arriba? ¿No es magia alguna?
El aumento de la velocidad se producirá gracias a la transición a un rango de frecuencia más alto, que antes no se utilizaba. Por ejemplo, la frecuencia del WiFi doméstico es de 2.4 o 5 GHz, mientras que la frecuencia de las redes móviles existentes está en el rango de 2.6 GHz. Pero cuando hablamos de 5G, estamos hablando de decenas de gigahercios. La idea es sencilla: aumentamos la frecuencia, disminuimos la longitud de onda – y la velocidad de transmisión de datos aumenta varias veces. Y la red en general se descongestiona.
Aquí hay un cómic ilustrativo de cómo era y cómo será. Era:
Será:
(Fuente: IEEE Spectrum, )
La frecuencia ha aumentado decenas de veces, por lo que en 5G estamos tratando con ondas mucho más cortas, de milímetros. Estas atraviesan mal los obstáculos. Y debido a esto, la arquitectura de la red también cambia. Si antes la comunicación la aseguraban grandes torres potentes que proporcionaban señal a largas distancias, ahora será necesario colocar muchas torres compactas y de baja potencia por todas partes. Y tenga en cuenta que en las grandes ciudades se necesitarán muchas estaciones, debido a la intersección de la señal con los edificios altos. Así, para equipar adecuadamente Nueva York con redes 5G se necesita un número de estaciones base que es 500 (!) veces mayor.
Por Para los operadores rusos, la transición a 5G costará aproximadamente 150 mil millones de rublos, un gasto comparable al de la implementación de la red 4G, y esto a pesar de que el costo de una estación 5G es más bajo que el de las existentes (pero se necesitan muchas).
Existen dos variantes de la red: fija y móvil.
Para reducir el consumo energético y aumentar la distancia, se utiliza la tecnología beamforming — formación dinámica del haz de radio para un abonado específico. ¿Cómo se hace esto? La estación base registra de dónde y a qué hora llegó la señal (que proviene no solo de su teléfono, sino también como reflejo de obstáculos) y, mediante métodos de triangulación, calcula su ubicación aproximada, y luego construye una trayectoria óptima de la señal.
Fuente: Analysys Mason
Sin embargo, la necesidad de rastrear la ubicación del receptor genera una pequeña diferencia entre las opciones de uso fijo y móvil, y esto se refleja en varios casos de uso (sobre esto, más adelante en la sección «Mercado de consumo»).
Status Quo
Estándares
No existe un estándar 5G aceptado. La tecnología es demasiado compleja y hay demasiados actores con intereses contradictorios.
Se encuentra en una fase de propuesta altamente elaborada el estándar 5G NR (Nuevo Radio) de la organización 3GPP (3rd Generation Partnership Project), que desarrolló los estándares anteriores, 3G y 4G. 5G utiliza dos bandas de frecuencia (Frequency Range, o simplemente FR). FR1 ofrece frecuencias por debajo de 6 GHz. FR2 – por encima de 24 GHz, conocidas como ondas milimétricas. El estándar admite receptores fijos y móviles y es un desarrollo posterior del estándar 5GTF del gigante de telecomunicaciones estadounidense Verizon, que solo admite receptores fijos (este tipo de servicios se llama redes de acceso inalámbrico fijo).
El estándar 5G NR prevé tres escenarios de uso:
- eMBB (banda ancha móvil mejorada) – define el internet móvil tal como lo conocemos;
- URLLC (comunicaciones de baja latencia ultra confiables) — altos requisitos de velocidad de respuesta y fiabilidad, para tareas como el transporte autónomo o la cirugía remota;
- mMTC (comunicaciones masivas de tipo máquina) – soporte para un gran número de dispositivos que envían datos raramente, un caso del Internet de las cosas, es decir, contadores y dispositivos de monitoreo.
O en resumen, lo mismo en la imagen:
Es importante entender que primero la industria se concentrará en la implementación de eMBB, como un escenario más comprensible con flujos de ingresos existentes.
Implementación
Desde 2018, se están realizando pruebas a gran escala, por ejemplo, en los Juegos Olímpicos de Invierno en Corea del Sur. En 2018, todos los operadores rusos de la "gran cuarta" realizaron pruebas. MTS probó la nueva tecnología — se verificaron escenarios de uso con videollamadas, transmisión de video de alta definición, juegos en línea.
En Corea del Sur, por primera vez en el mundo, se ofreció servicio 5G a finales de 2018. Se espera la implementación comercial mundial en el próximo año, 2020. En la etapa inicial se utilizará el rango FR1 como complemento a las existentes redes 4G. Según los planes del Ministerio de Telecomunicaciones, 5G comenzará a aparecer en las ciudades con más de un millón de habitantes desde 2020. En la práctica, el despliegue a gran escala se determinará por la posibilidad de monetización, y este aspecto de 5G aún no está claro.
¿Cuál es entonces el problema con la monetización? La cuestión es que los operadores de telecomunicaciones aún no ven razones significativas para la modernización: las redes existentes están manejando la carga con bastante eficacia. Y ahora 5G se considera más bien desde la perspectiva del marketing: el ícono 5G en la pantalla del teléfono sin duda será un plus en los ojos de los abonados del operador de telecomunicaciones. Un caso anecdótico es el de , que colocó un ícono de 5G sin tener una red real, lo que llevó a sus competidores a presentar una demanda por engaño.
Si se observa con atención, se puede ver que el ícono en realidad dice “5GE”, que se traduce como 5G Evolution, y de repente no es 5G lo que pensamos, sino solo una etiqueta creada por los especialistas en marketing para una red LTE existente con algunas mejoras.
Chipsets
Las empresas de microelectrónica ya han invertido miles de millones de dólares en 5G. Los chips para módems móviles 5G NR son ofrecidos por Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Se espera que los módems de Intel, un nuevo jugador en este mercado, lleguen a finales de 2019. El módem de Samsung está fabricado con tecnología FinFET de 10 nm, y es compatible con estándares anteriores desde 2G. En el rango de frecuencia de hasta 6 GHz, proporciona velocidades de descarga de hasta 2 Gbps, y al usar el rango de milímetros, la velocidad aumenta hasta 6 Gbps.
Teléfonos
Prácticamente todos los fabricantes de teléfonos Android han anunciado planes para implementar 5G. Samsung presentó su buque insignia Galaxy S10 en versión 5G en la feria Mobile World Congress a finales de febrero de 2019. Su lanzamiento en Corea fue el 5 de abril. En Estados Unidos, el nuevo modelo llegó el 16 de mayo, conectándose a la red del operador Verizon. Otros operadores también están en marcha: AT&T ha anunciado planes para lanzar junto a Samsung un segundo smartphone en la segunda mitad de 2019.
Durante el año, los smartphones 5G de diferentes fabricantes, principalmente de gama alta, estarán disponibles en las tiendas. Según algunas estimaciones, la nueva tecnología aumentará el costo de los dispositivos entre $200 y $300 y la tarifa mensual en un 10%.
Mercado consumidor
Caso 1. Internet en casa
Las redes 5G de acceso inalámbrico fijo se convertirán en una alternativa a Internet por cable en nuestros hogares. Si anteriormente Internet llegaba a nuestro hogar a través de un cable, en el futuro llegará desde una torre 5G y luego un enrutador lo distribuirá a través de nuestro WiFi doméstico habitual. Las principales compañías han completado los preparativos, sincronizando el lanzamiento de enrutadores a la venta con el despliegue de redes 5G. Un enrutador 5G típico cuesta entre $700 y $900, y proporciona velocidades de descarga de 2-3 Gb/s. De esta manera, los operadores resolverán el problema de la "última milla" y reducirán costos de cableado. Y no hay que temer que las redes troncales existentes no soporten el aumento del tráfico que vendrá de las redes 5G: se están llevando a cabo investigaciones sobre el uso de la reserva existente de redes de fibra óptica, conocida como "fibra oscura".
¿Qué tan novedoso será este escenario para los usuarios? Ya en algunos países se está dejando de usar Internet por cable doméstico tradicional y se está haciendo la transición a LTE: resulta más rápido y económico usar la conexión móvil en todas las situaciones, siempre que haya tarifas convenientes. Una situación así se ha dado, por ejemplo, en Corea. Y está ilustrada en esta tira cómica:
Caso 2. Masivos aglomeraciones de personas
Seguramente todos hemos estado en una situación desagradable: llegas a una exposición o a un estadio y pierdes la señal móvil. Y ese es precisamente el momento en el que deseas publicar una foto o escribir en las redes sociales.
Estadios
Samsung realizó una prueba en conjunto con el operador de telecomunicaciones japonés KDDI en un estadio de béisbol de 30,000 asientos. Usando tabletas 5G de prueba, se logró demostrar la transmisión de video 4K simultáneamente en varias tabletas.
El estadio es uno de los tres escenarios que se ilustran en la zona de demostración llamada 5G City, ubicada en la ciudad de Suwon (sede de Samsung). Los otros escenarios incluyen un entorno urbano (conexión de cámaras de video, sensores y tableros informativos) y un punto de acceso de alta velocidad para la entrega de video HD en un autobús en movimiento: mientras pasa por el punto, logra descargarse una película.
Juegos
La empresa Niantic, creadora del famoso juego de geolocalización Pokémon Go, tiene grandes expectativas para el 5G. Y aquí está el porqué: hace poco se introdujeron eventos grupales en el juego, conocidos como incursiones. En las incursiones, necesitas coordinarte con otros jugadores para derrotar, en conjunto, a un Pokémon especialmente fuerte, lo que crea situaciones interesantes en la vida real. De hecho, la ubicación legendaria principal del juego, donde se encuentra el Pokémon más raro, Mewtwo, está en Times Square, Nueva York. Puedes imaginar la multitud que podría reunirse allí, compuesta no solo por cazadores de Pokémon, sino también por turistas.
La realidad aumentada también se considera como la «killer app» para el 5G. En este puedes ver el concepto de duelos mágicos en tiempo real, que Niantic está desarrollando para un nuevo juego basado en «Harry Potter». Niantic ya ha establecido una asociación con Samsung y los operadores Deutsche Telekom y SK Telecom.
Transporte
Finalmente, es interesante el caso de los trenes. Ha surgido la idea de equipar las vías férreas con conectividad 5G para el entretenimiento y la comodidad de los pasajeros. Un estudio de la Universidad de Bristol : para lograr una conexión de alta velocidad y sin interrupciones, ¡es necesario equipar la línea de tren con puntos de acceso a intervalos de 800 metros entre sí!
Ejemplo de cómo deben colocarse los puntos de acceso a lo largo de la línea de tren
Se realizaron pruebas exitosas en un tren que circula cerca de Tokio; estas por Samsung junto con el operador de telecomunicaciones KDDI. Durante las pruebas, se alcanzó una velocidad de 1.7 Gb/s, y durante el proceso de prueba se descargó un video en 8K y se subió un video en 4K desde la cámara.
Nuevos escenarios de uso
Pero todo esto es más bien una solución a tareas ya familiares. ¿Qué puede ofrecer el 5G de verdaderamente nuevo?
Coche conectado
La principal ventaja es la baja latencia, que permite a los coches comunicarse entre sí a velocidades de hasta 500 km/h. A diferencia de los conductores humanos, los coches finalmente podrán acordar maniobras entre ellos o con la infraestructura fija, haciendo que las carreteras sean más seguras. Es interesante que el sistema tendrá en cuenta las condiciones meteorológicas: todos saben que en condiciones resbaladizas, la distancia de frenado es mayor, por lo que las reglas en tal sistema deben cambiar.
La Asociación Europea 5GAA (Automotive Association) ya reúne a más de 100 principales empresas de telecomunicaciones y fabricantes de automóviles en todo el mundo con el objetivo de acelerar el despliegue del sistema C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Las principales tareas de la asociación son la seguridad vial integral y la eficiencia en el tráfico. También pueden contar con la seguridad ciclistas y peatones con smartphones 5G. Los participantes en el tráfico a distancias de hasta 1 km podrán conectarse directamente; para distancias mayores necesitarán cobertura 5G. El sistema permitirá la creación de corredores para la policía y ambulancias, prevé el intercambio de datos de sensores entre vehículos, conducción remota y otras maravillas. Tras el lanzamiento de C-V2X, la asociación planea aplicar la experiencia adquirida en 5G V2X, donde se atreverá con la industria 4.0, ciudades inteligentes y todo lo que se mueva utilizando 5G.
Ejemplos de situaciones que se pueden resolver con el Connected Car. Fuente: Qualcomm.
5G permitirá la conexión no solo de vehículos terrestres, sino también de aeronaves. Este año, Samsung, en colaboración con el proveedor de internet español Orange, , como piloto remoto manejó el vuelo de un dron utilizando una red 5G desplegada y recibiendo una transmisión de video de alta resolución en tiempo real. El proveedor estadounidense Verizon compró en 2017 , promete millones de vuelos conectados a 5G. Los drones de la compañía ya están conectados a la red 4G desplegada por Verizon.
Industria 4.0
De hecho, la expresión "Industrie 4.0" fue inventada en Alemania para su programa de modernización industrial. La asociación (5G Alliance for Connected Industries and Automation), con sede en Alemania, reúne desde 2018 a empresas manufactureras interesadas en el uso de 5G. Los mayores requisitos de latencia y fiabilidad los presenta el control del movimiento de robots industriales, donde el tiempo de respuesta no puede superar unas pocas decenas de microsegundos. Actualmente, esto se resuelve mediante Ethernet Industrial (por ejemplo, el estándar EtherCAT). ¡Es muy probable que 5G también compita en este nicho!
Otras aplicaciones, como la comunicación entre controladores industriales o con el operador humano, redes de sensores, son menos exigentes. Actualmente, la mayoría de estas redes utilizan cables, por lo que el 5G inalámbrico se presenta como una solución económicamente justificada, además de permitir una rápida reconfiguración de la producción.
En la práctica, la viabilidad económica conducirá a la implementación del 5G en las áreas más costosas relacionadas con el pago del trabajo humano, como los conductores de carretillas elevadoras en fábricas y almacenes. Así, la empresa de ingeniería europea Acciona demostró . La carretilla transmite video en 360 grados en alta resolución, un operador remoto la asistirá para salir de situaciones imprevistas. La carretilla utiliza tecnologías 5G de Cisco y Samsung.
Las tecnologías de colaboración a distancia avanzarán aún más. Este año se demostró cómo un cirujano experto observa en tiempo real el desarrollo de una operación oncológica que tiene lugar a muchos kilómetros de distancia, y muestra a sus colegas la mejor manera de realizar la operación. A medida que la tecnología mejore, podrá participar de manera más activa, controlando directamente los instrumentos quirúrgicos.
Internet de las cosas
Primero que nada, el 5G resolverá el problema de los numerosos y mal soportados estándares de comunicación del Internet de las cosas, que ahora, en nuestra opinión, limita el desarrollo de esta área.
Aquí el 5G puede ofrecer lo siguiente:
- Redes ad hoc (sin enrutadores)
- Alta densidad de dispositivos conectados
- Soporte para comunicaciones de bajo ancho de banda y altamente eficientes en energía (más de 10 años con una sola batería)
Pero parece que a las grandes empresas hasta ahora les interesan más otros escenarios diferentes al Internet de las cosas. Una búsqueda rápida en Internet no encontró demostraciones por parte de los actores claves de las ventajas del 5G para el Internet de las cosas.
Concluyendo este tema, prestemos atención a la siguiente posibilidad interesante. Actualmente, la dependencia de un enchufe o la necesidad de cambiar baterías limita la selección de "cosas". La carga inalámbrica inductiva de baja frecuencia solo funciona a distancias de unos pocos centímetros. El 5G y sus ondas milimétricas dirigidas permitirán una carga eficiente a distancias de varios metros. Aunque los estándares existentes no lo contemplan, no tenemos dudas de que los ingenieros pronto encontrarán formas de aprovechar esta oportunidad.
Oportunidades para desarrolladores
Si te ha interesado el tema, ¿cuál es el siguiente paso?
Conexiones. Puedes conocer personalmente a los jugadores del 5G en las próximas conferencias rusas 29-30 de mayo, 30-31 de mayo, 25-27 de junio, 24 de octubre.
Entre los contactos académicos, se debe destacar realizado en el Instituto de Problemas de Transmisión de Información.
Financiamiento. Los actores clave están realizando concursos sobre el uso de 5G en diversas áreas. En Estados Unidos, Verizon recientemente lanzó el concurso 'Built on 5G Challenge' para la Industria 4.0, aplicaciones de consumo inmersivas (VR/AR) y propuestas disruptivas (que cambian nuestra forma de vivir y trabajar). El concurso está abierto para pequeñas empresas registradas en Estados Unidos, con solicitudes hasta el 15 de julio. El premio total es de $1M. Los ganadores se anunciarán en octubre de este año.
Empleo. Además de los cuatro grandes operadores de telefonía móvil, en Rusia hay varias empresas planificando el uso de 5G en un futuro cercano. El modelo de negocio del principal proveedor de entrega de contenido en Rusia y la CEI, CDNVideo, es el pago por volumen de tráfico recibido. El uso de 5G, que puede reducir este costo, permitirá a la empresa disminuir sus gastos. PlayKey, que promueve los juegos en la nube, por supuesto, también planea utilizar 5G.
Open Source, aparentemente, jugará un papel clave en la infraestructura. La apoya 5G. La une a quienes desean evitar componentes propietarios en la infraestructura 5G. Las direcciones estratégicas incluyen el apoyo a módems 5G y sistemas definidos por software, redes heterogéneas e Internet de las Cosas. virtualiza las redes de acceso de radio (Radio Access Networks). La implementación del núcleo de la red está disponible desde .
Autores:
Stanislav Polonsky — Jefe del Departamento de Investigación y Desarrollo del Centro de Investigación de Samsung
Tatiana Volkova — Autora del programa de estudios del proyecto IoT Academia Samsung, especialista en programas de responsabilidad social corporativa del Centro de Investigación de Samsung
Fuente: habr.com
