🥇5G – kus ja kellele seda vaja on?

Isegi ilma mobiilsidestandardite põlvkondadest eriliselt mõistmata vastab ilmselt igaüks, et 5G on lahedam kui 4G/LTE. Tegelikkuses pole kõik nii lihtne. Mõelgem välja, miks 5G on parem/halvem ja millised selle kasutusjuhtumid on hetkeseisu arvestades kõige lootustandvamad.

Niisiis, mida 5G tehnoloogia meile lubab?

Kiirus suureneb kümneid kordi kuni 10 Gb/s,
Viivituste (latentsuse) vähendamine kümneid kordi 1 ms-ni,
Suurenenud ühenduse töökindlus (pakettide kadumise veamäär) sadu kordi,
Ühendatud seadmete tiheduse (arvu) suurendamine (106/km2).

Kõik see saavutatakse läbi:

mitme kanaliga (paralleelsus sageduste ja tugijaamade vahel)
raadiokandesageduste suurendamine ühikutelt kümnete GHz-ni (raadiokanali võimsus)

5G täiustab 4G-d traditsioonilistes valdkondades, olgu selleks siis filmide kohene allalaadimine või mobiilirakenduse sujuv ühendamine pilvega. Niisiis, kas on võimalik keelduda Interneti kaabli kaudu meie korteritesse ja kontoritesse tarnimisest?

5G pakub universaalset ühenduvust kõigest kõigega, ühendades suure ribalaiusega energianäljased protokollid kitsaribaliste energiatõhusate protokollidega. See avab uued suunad, mis on 4G jaoks kättesaamatud: masinatevaheline side maa peal ja õhus, tööstus 4.0, asjade internet. Oodatudet 5G äri teenib 3.5. aastaks 2035 tuhat dollarit ja loob 22 miljonit töökohta.
Või mitte?..

(Pildi allikas – Reuters)

Kuidas see töötab

Kui teate, kuidas 5G töötab, jätke see jaotis vahele.

Niisiis, kuidas me saavutame 5G-s nii kiire andmeedastuse, nagu eespool kirjeldatud? See pole mingi maagia, eks?

Kiiruse suurenemine toimub ülemineku tõttu kõrgemale sagedusvahemikule - varem kasutamata. Näiteks koduse WiFi sagedus on 2,4 või 5 GHz, olemasolevate mobiilivõrkude sagedus jääb 2,6 GHz piiresse. Aga kui me räägime 5G-st, siis me räägime kohe kümnetest gigahertsidest. See on lihtne: suurendame sagedust, vähendame lainepikkust – ja andmeedastuskiirus muutub kordades suuremaks. Ja võrk tervikuna on koormatud.

Siin on visuaalne koomiks sellest, kuidas see oli ja kuidas see saab olema. Oli:

Tahe:

(Allikas: IEEE Spectrum, Kõik, mida pead 5G kohta teadma)

Sagedus on kümnekordistunud, nii et 5G puhul on meil tegemist palju lühemate, millimeeterlainetega. Nad ei läbi takistusi hästi. Ja sellega seoses muutub võrgu arhitektuur. Kui varem pakkusid meile sidet suured võimsad tornid, mis pakkusid sidet pikkade vahemaade taha, siis nüüd on vaja kõikjale paigutada palju kompaktseid väikese võimsusega torne. Ja pidage meeles, et suurtes linnades on teil vaja palju jaamu, kuna kõrghooned blokeerivad signaali. Nii et New Yorgi enesekindlaks varustamiseks 5G võrkudega on teil vaja suurendama tugijaamade arv on 500 (!) korda.

Edasi hinnanguliselt Venemaa operaatoritele läheb 5G-le üleminek neile maksma ligikaudu 150 miljardit rubla – kulu on võrreldav varasemate 4G-võrgu kasutuselevõtu kuludega ja seda isegi hoolimata asjaolust, et 5G-jaama maksumus on madalam kui olemasolevatel (kuid paljud neist on vajalikud).

Kaks võrguvalikut: lauatelefon ja mobiiltelefon

Tehnoloogia, mida kasutatakse energiatarbimise vähendamiseks ja ulatuse suurendamiseks kiirguse moodustamine — raadiokiire dünaamiline moodustamine konkreetse abonendi jaoks. Kuidas seda tehakse? Tugijaam jätab meelde, kust ja mis ajal signaal tuli (see ei tule mitte ainult sinu telefonist, vaid ka peegeldusena takistustelt) ning arvutab triangulatsioonimeetodite abil välja sinu ligikaudse asukoha ning seejärel koostab optimaalse signaalitee.

Allikas: Analysys Mason

Vastuvõtja asukoha jälgimise vajadus toob aga kaasa väikese erinevuse fikseeritud ja mobiilsete kasutusjuhtude vahel ning see kajastub erinevates kasutusjuhtudes (sellest lähemalt edaspidi rubriigis “Tarbijaturg”).

Status Quo

Standardid

Pole aktsepteeritud 5G standardit. Tehnoloogia on liiga keeruline ja vastandlike huvidega mängijaid on liiga palju.

5G NR-i standard on kõrgelt arenenud ettepanekutapis (Uus raadio) 3GPP organisatsioonilt (3. põlvkonna partnerlusprojekt), mis töötas välja varasemad standardid 3G ja 4G. 5G kasutab kahte raadiosagedusala (Sagedusalavõi lihtsalt lühendatud FR). FR1 pakub sagedusi alla 6 GHz. FR2 – üle 24 GHz, nn. millimeetri lained. Standard toetab statsionaarseid ja liikuvaid vastuvõtjaid ning on edasiarendus Ameerika telekommunikatsioonihiiu Verizon 5GTF standardist, mis toetab ainult statsionaarseid vastuvõtjaid (seda tüüpi teenust nimetatakse fikseeritud traadita juurdepääsuvõrkudeks).

5G NR standard näeb ette kolm kasutusjuhtu:

eMBB (täiustatud mobiilne lairibaühendus) – määratleb meile harjumuspärase mobiilse interneti;
URLLC(Ülikindel madala latentsusega side) – kõrged nõuded reageerimiskiirusele ja töökindlusele – selliste ülesannete puhul nagu autonoomne transport või kaugkirurgia;
mMTC (Masina massiivne tüüpside) – tugi suurele hulgale harva andmeid saatvatele seadmetele – asjade interneti ehk arvestite ja jälgimisseadmete puhul.

Või lühidalt sama asi pildil:

Oluline on mõista, et tööstus keskendub esialgu eMBB rakendamisele kui arusaadavamale stsenaariumile olemasolevate rahavoogudega.

Rakendamine

Alates 2018. aastast on suuremahulisi katsetusi tehtud näiteks Lõuna-Korea taliolümpiamängudel. 2018. aastal viisid testid läbi kõik Venemaa suure neliku operaatorid. MTS testis uut tehnoloogiat koos Samsungiga — testiti videokõnede, kõrglahutusega videoedastuse ja võrgumängude kasutusjuhtumeid.

Lõuna-Koreas hakati maailmas esimest korda 5G-teenust pakkuma 2018. aasta lõpus. Ülemaailmset kaubanduslikku levikut oodatakse järgmisel aastal, 2020. aastal. Esialgsel etapil kasutatakse FR1 sagedusala olemasolevate 4G võrkude lisana. Telekomi- ja massikommunikatsiooniministeeriumi plaanide kohaselt hakkab Venemaal alates 5. aastast 2020G ilmuma üle miljoni elanikuga linnadesse. Praktikas määrab suuremahulise kasutuselevõtu raha teenimise võime ja see 5G aspekt pole veel selge.

Mis on monetiseerimise probleem? Fakt on see, et sideoperaatorid ei näe veel kaalukaid põhjusi moderniseerimiseks: olemasolevad võrgud saavad koormusega üsna hästi hakkama. Ja nüüd arvestavad nad 5G-ga turunduslikult rohkem: 5G ikoon telefoni ekraanil on sideoperaatori tellijate silmis kindlasti plussiks. Anekdootlik juhtum koos operaator AT&T, kes päris võrgu puudumisel asetas 5G ikooni, mille pärast kaebasid konkurendid ta petmise eest kohtusse.

Kui vaatate tähelepanelikult, näete, et ikoon on tegelikult "5GE" – mis tähistab 5G Evolutionit, ja äkki pole see 5G, mida me mõtleme, vaid lihtsalt turundajate leiutatud silt olemasoleva LTE-võrgu jaoks koos mõningate täiustustega.

Kiibid

Mikroelektroonikaettevõtted on juba investeerinud 5G-sse miljardeid dollareid. Samsung pakub kiipe 5G NR-i mobiilside modemitele (Exynos Modem 5100), Qualcomm (Snapdragon X55 modem), Huawei (Õhupall 5000). Selle turu uue mängija Inteli modemid on oodata 2019. aasta lõpuks. Samsungi modem on valmistatud 10nm FinFET-tehnoloogia abil ja ühildub vanemate standarditega, alates 2G-st. Sagedusvahemikus kuni 6 GHz pakub allalaadimiskiirust kuni 2 Gb/s, millimeeterlainet kasutades tõuseb kiirus 6 Gb/s.

Telefonid

Peaaegu kõik telefonitootjad Android teatas plaanist rakendada 5G. Samsung esitles oma lipulaeva Galaxy S10 5G versiooni Mobile World Congressil 2019. aasta veebruari lõpus. See ilmus Koreas 5. aprillil. Uus mudel saabus USA-sse 16. mail, ühendudes Verizoni võrguga. Ka teised operaatorid on sellest aru saamas: AT&T teatas plaanist turule tuua teine nutitelefon koostöös Samsungiga 2019. aasta teisel poolel.
Aasta jooksul jõuavad poelettidele erinevate tootjate 5G nutitelefonid, peamiselt premium-klassi nutitelefonid. Mõnede hinnangute kohaselt tõstab uus tehnoloogia seadmete maksumust 200-300 dollari võrra ja liitumistasu 10%.

Tarbijaturg

Juhtum 1. Kodune Internet

5G traadita püsivõrgud saavad meie korterites alternatiiviks traadiga internetile. Kui varem tuli internet meie korterisse kaabli kaudu, siis edaspidi tuleb see 5G tornist ja siis jagab ruuter seda tavalise koduse WiFi kaudu. Peamised mängijad on lõpetanud ettevalmistused, sünkroonides müügiks müüdavate ruuterite väljalaske 5G võrkude kasutuselevõtuga. Tüüpiline 5G ruuter maksab 700–900 dollarit ja pakub allalaadimiskiirust 2–3 Gbps. Nii lahendavad operaatorid ise "viimase miili" probleemi ja vähendavad juhtmete paigaldamise kulusid. Ja pole vaja karta, et olemasolevad magistraalvõrgud ei tule toime 5G võrkudest tuleneva suurenenud liiklusega: käimas on uuringud olemasoleva fiiberoptiliste võrkude reservi – nn musta kiu – kasutamise kohta ( tume kiud).

Kui uus on see stsenaarium kasutajate jaoks? Juba praegu ei kasuta nad mõnes riigis enam traditsioonilist kodust traadiga internetti ja lähevad üle LTE-le: selgub, et mugavate tariifidega on mobiilside kasutamine igas olukorras kiirem ja odavam. Selline olukord on välja kujunenud näiteks Koreas. Ja seda illustreerib see koomiks:

Juhtum 2. Inimeste massikogunemised

Kindlasti on kõik olnud sellises ebameeldivas olukorras: tulge näitusele või staadionile ja mobiiliühendus kaob. Ja seda just sel hetkel, kui soovite sotsiaalvõrgustikesse foto postitada või kirjutada.

Staadionid

Samsung viis testi läbi koos Jaapani telekommunikatsioonioperaatoriga KDDI 30 5-kohalisel pesapallistaadionil. Testitavate 4G tahvelarvutite abil saime demonstreerida XNUMXK video voogesitust mitmel tahvelarvutil korraga.

Staadion on üks kolmest stsenaariumist, mida illustreeritakse Suwonis (Samsungi peakorteris) asuvas demoalal nimega 5G City. Muud stsenaariumid hõlmavad linnakeskkonda (videokaamerate, andurite ja teabetahvlite ühendamine) ja kiiret pääsupunkti HD-video edastamiseks liikuvale bussile: kui see punktist möödub, on filmil aega alla laadida.

Игры

Maailmakuulsa asukohapõhise mängu Pokemon Go looja Niantic loodab 5G-le suuri lootusi. Ja siin on põhjus: mitte nii kaua aega tagasi ilmusid mängu grupiüritused - haarangud. Raidid nõuavad teiste mängijatega kooskõlastamist, et teha koostööd eriti võimsa Pokémoni alistamiseks ja see tekitab päriselus huvitavaid olukordi. Seega asub kõige haruldasema Pokemon Mewtwoga mängu peamine legendaarne asukoht New Yorgis Times Square’il – võite ette kujutada, milline rahvamass võib sinna koguneda, kes ei koosne mitte ainult pokemoniküttidest, vaid ka lihtsalt turistidest.

Liitreaalsust peetakse ka 5G jaoks "tapjarakenduseks". Selles video Näete reaalajas maagiliste duellide kontseptsiooni, mida Niantic praegu arendab uues Harry Potteril põhinevas mängus. Niantic on juba sõlminud partnerlussuhted Samsungi ning operaatoritega Deutsche Telecom ja SK Telecom.

Transport

Lõpuks on rongijuhtum huvitav. Tekkis idee pakkuda raudteele meelelahutuse ja reisijate mugavuse huvides 5G side. Bristoli ülikooli uuring paljastas: kiire sujuva suhtluse saavutamiseks peate varustama raudtee juurdepääsupunktidega üksteisest 800 meetri kaugusel!

Näide juurdepääsupunktide paigutamisest mööda raudteed

Katsed viidi edukalt läbi Tokyo lähedal sõitnud rongis – nende kulutatudja Samsung koos sideoperaatoriga KDDI. Testide käigus saavutati kiirus 1,7 Gbps ning testi käigus laaditi alla 8K video ja kaamerast 4K video.

Uued kasutusjuhtumid

Kuid see kõik on pigem lahendus meile juba tuttavatele probleemidele. Mida põhimõtteliselt uut saab 5G meile pakkuda?

Ühendatud auto

Peamine eelis on madal latentsusaeg, mis võimaldab masinatel üksteisega suhelda kiirusel kuni 500 km/h. Erinevalt inimjuhtidest saavad autod lõpuks omavahel või fikseeritud infrastruktuuriga manöövrite osas läbi rääkida, muutes tee turvalisemaks. Huvitav on see, et süsteem hakkab arvestama ilmastikuoludega: kõik teavad, et libeda ilmaga on pidurdusteekond pikem, seega peaksid reeglid sellises süsteemis muutuma.

Euroopa 5GAA (Automotive Association) ühendab juba enam kui 100 suuremat telekommunikatsiooni- ja autotootjat üle maailma, et kiirendada C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything) süsteemi kasutuselevõttu. Ühingu peamisteks eesmärkideks on igakülgne liiklusohutus ja liikluse tõhusus. Turvalisusele võivad loota ka jalgratturid ja jalakäijad, kellel on 5G nutitelefonid. Liikluses osalejad kuni 1 km kaugusel saavad suhelda otse, pikematel vahemaadel vajavad nad 5G levi. Süsteem tagab koridoride loomise politsei- ja kiirabiautodele, võimaldab andurite vahetamist autode vahel, kaugjuhtimist ja muid imesid. Pärast C-V2X turuletulekut plaanib ühendus rakendada 5G V2X-is omandatud kogemusi, kus võetakse sihikule tööstus 4.0, targad linnad ja kõik, mis liigub, kasutab 5G-d.

Näited olukordadest, mida saab lahendada rakenduse Connected Car abil. Allikas: Qualcomm

5G võimaldab sidet mitte ainult maapealsete sõidukite, vaid ka õhusõidukite jaoks. Sel aastal Samsung koos Hispaania Interneti-pakkujaga Orange demonstreeris, kuidas kaugpiloot juhtis drooni lendu, kasutades kasutusele võetud 5G võrku ja saades reaalajas kõrge eraldusvõimega videovoogu. Ameerika teenusepakkuja Verizon ostis 2017. aastal Skyward drooni operaator, lubab miljoneid 5G-ühendusega lende. Ettevõtte droonid on juba ühendatud Verizoni reaalajas 4G võrguga.

Tööstus 4.0

Üldiselt leiutati väljend “Industrie 4.0” Saksamaal selle tööstuse moderniseerimisprogrammi jaoks. Ühing 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), mille peakorter asub Saksamaal, ühendab 2018G kasutamisest huvitatud tootmisettevõtteid alates 5. aastast. Suurimad nõuded latentsusele ja töökindlusele seab tööstusrobotite liikumisjuhtimine, kus reageerimisaeg ei tohi ületada kümneid mikrosekundeid. See on nüüd lahendatud Industrial Etherneti abil (näiteks EtherCAT standard). Tõenäoliselt konkureerib 5G ka selle niši pärast!

Muud rakendused, näiteks side tööstuslike kontrollerite või inimoperaatoritega, andurite võrgud, on vähem nõudlikud. Tänapäeval kasutab enamik neist võrkudest kaablit, nii et traadita 5G näib olevat majanduslikult tasuv lahendus, lisaks võimaldab tootmist kiiresti ümber seadistada.

Praktikas toob majanduslik teostatavus kaasa 5G kasutuselevõtu kõige kallimates inimtööjõu piirkondades, nagu näiteks tõstukijuhid tehastes ja ladudes. Nii demonstreeris Euroopa insenerifirma Acciona autonoomne robotkäru MIR200. Käru edastab 360-kraadist videot kõrglahutusega ning kaugjuhtimine aitab tal ootamatust olukorrast välja tulla. Käru kasutab Cisco ja Samsungi 5G tehnoloogiat.

Kaugkoostöö tehnoloogiad lähevad kaugemale. Sel aastal demonstreeriti, kuidas asjatundlik kirurg jälgib reaalajas paljude kilomeetrite kaugusel toimuva vähioperatsiooni kulgu ja näitab kolleegidele, kuidas operatsiooni kõige parem teha. Tehnoloogia arenedes saab ta võtta aktiivsema rolli, kontrollides otseselt kirurgilisi instrumente.

Asjade Internet

Esiteks lahendab 5G arvukate ja halvasti toetatud asjade interneti kommunikatsioonistandardite probleemi, mis praegu meie hinnangul piirab selle valdkonna arengut.

Siin saab 5G pakkuda järgmist:

Ad hoc võrgud (ilma ruuteriteta)
Ühendatud seadmete suur tihedus
Toetab kitsasriba energiasäästlikku (10+ aastat ühe akuga) sidet

Kuid tundub, et suurettevõtted on siiski rohkem huvitatud muudest stsenaariumidest peale asjade interneti. Kiire Interneti-otsing ei leidnud, et peamised mängijad oleksid demonstreerinud 5G eeliseid asjade Interneti jaoks.

Selle teema lõpetuseks pöörame tähelepanu järgmisele huvitavale võimalusele. Tänapäeval piirab “kraami” valikut sõltuvus pistikupesast või vajadus patareisid vahetada. Madalsageduslik induktiivne juhtmevaba laadimine töötab vaid mõne sentimeetri kaugusel. 5G ja selle suunatud millimeeterlained võimaldavad tõhusat laadimist mitme meetri kaugusel. Kuigi kehtivad standardid seda ei täpsusta, pole meil kahtlustki, et insenerid leiavad peagi viise, kuidas seda võimalust ära kasutada!

Arendaja funktsioonid

Kui teema huvitab, siis kuhu edasi?

Ühendused. Eelseisvatel Venemaa konverentsidel saate 5G mängijatega isiklikult kohtuda Skolkovo Startup Village 2019 29.–30. mai Traadita ühenduse Venemaa foorum: 4G, 5G ja peale 2019. aasta 30.–31. mai CEBIT Venemaa 2019 25.–27. juuni Nutikad autod ja teed 2019 24 oktoober.

Akadeemiliste kontaktide hulgas tuleb märkida Moskva telekommunikatsiooniseminar toimus infoedastusprobleemide instituudis.

Finantseerimine. Võtmemängijad korraldavad võistlusi 5G kasutamiseks erinevates valdkondades. Hiljuti USA-s Verizon kuulutas välja Konkurss „Built on 5G Challenge” tööstusele 4.0, kaasahaaravatele tarbijarakendustele (VR/AR) ja läbimurdelistele ideedele (muutub meie elu- ja tööviisi). Konkursil võivad osaleda registreeritud USA väikeettevõtted ja avaldusi võetakse vastu kuni 15. juulini. Auhinnafond on 1 miljon dollarit. Võitjad kuulutatakse välja selle aasta oktoobris.

Tööhõive. Lisaks suure neliku mobiilioperaatoritele plaanivad Venemaal lähiajal 5G-d kasutusele võtta mitmed ettevõtted. Venemaa ja SRÜ juhtiva sisu edastamise pakkuja CDNVideo ärimudel on vastuvõetud liikluse mahu eest tasumine. 5G kasutamine, mis potentsiaalselt seda hinda langetab, võimaldab ettevõttel kulusid vähendada. PlayKey reklaamib mänge pilves ja pole üllatav, et plaanib kasutada ka 5G-d.

Open Source, mängib infrastruktuuris tõenäoliselt võtmerolli. Ameerika Avatud Võrgustiku Fond toetab 5G. euroopalik OpenAirInterface'i tarkvaraliit koondab neid, kes soovivad 5G infrastruktuuri patenteeritud komponentidest mööda minna. Strateegilised valdkonnad hõlmavad 5G-modemite ja tarkvaraga määratletud süsteemide, heterogeensete võrkude ja asjade Interneti toetamist. O-RAN Allianss virtualiseerib raadiojuurdepääsuvõrgud. Võrgutuuma juurutamine on saadaval alates Open5GCore.

Autorid:

Stanislav Polonsky – Samsungi uurimiskeskuse täiustatud uurimis- ja arendusosakonna juhataja