Même sans bien comprendre les générations de normes de communication mobile, tout le monde répondra probablement que la 5G est plus froide que la 4G/LTE. En réalité, tout n’est pas si simple. Voyons pourquoi la 5G est meilleure/pire et quels cas d'utilisation sont les plus prometteurs, compte tenu de l'état actuel.
Alors, que nous promet la technologie 5G ?
- La vitesse augmente des dizaines de fois jusqu'à 10 Gb/s,
- Réduire les délais (latences) de plusieurs dizaines de fois à 1 ms,
- Fiabilité de connexion accrue (taux d'erreur de perte de paquets) des centaines de fois,
- Augmenter la densité (nombre) d'appareils connectés (106/km2).
Tout cela est réalisé grâce à :
- multicanal (parallélisme entre les fréquences et les stations de base)
- augmentation des fréquences porteuses radio d'unités à des dizaines de GHz (capacité des canaux radio)
La 5G améliorera la 4G dans les domaines traditionnels, qu'il s'agisse du téléchargement instantané de films ou de la connexion transparente d'une application mobile au cloud. Alors, sera-t-il possible de refuser de livrer Internet dans nos appartements et bureaux par câble ?
La 5G fournira une connectivité universelle de tout à tout, combinant des protocoles à large bande passante et gourmands en énergie avec des protocoles à bande étroite et économes en énergie. Cela ouvrira de nouvelles directions inaccessibles à la 4G : communication de machine à machine au sol et dans les airs, Industrie 4.0, Internet des objets. que l'activité 5G rapportera 3.5 milliards de dollars d'ici 2035 et créera 22 millions d'emplois.
Ou non?..
(Source de l'image - Reuters)
Comment ça marche
Si vous savez comment fonctionne la 5G, ignorez cette section.
Alors, comment pouvons-nous obtenir un transfert de données aussi rapide en 5G, comme décrit ci-dessus ? Ce n'est pas une sorte de magie, n'est-ce pas ?
L'augmentation de la vitesse se produira en raison de la transition vers une gamme de fréquences plus élevée - auparavant inutilisée. Par exemple, la fréquence du WiFi domestique est de 2,4 ou 5 GHz, la fréquence des réseaux mobiles existants est comprise entre 2,6 GHz. Mais quand on parle de 5G, on parle immédiatement de dizaines de gigahertz. C’est simple : nous augmentons la fréquence, diminuons la longueur d’onde – et la vitesse de transfert des données devient plusieurs fois supérieure. Et le réseau dans son ensemble est déchargé.
Voici une bande dessinée visuelle de comment cela s'est passé et comment cela se passera. Était:
Ce sera:
(Source : Spectre IEEE, )
La fréquence a été décuplée, nous avons donc affaire en 5G à des ondes millimétriques beaucoup plus courtes. Ils ne franchissent pas bien les obstacles. Et en lien avec cela, l’architecture du réseau évolue. Si auparavant les communications nous étaient assurées par de grandes et puissantes tours permettant de communiquer sur de longues distances, il sera désormais nécessaire de placer partout de nombreuses tours compactes et de faible puissance. Et gardez à l’esprit que dans les grandes villes, vous aurez besoin de beaucoup de stations, car le signal est bloqué par les immeubles de grande hauteur. Ainsi, pour équiper New York en réseaux 5G en toute confiance, il vous faut le nombre de stations de base est de 500 (!) fois.
Sur Opérateurs russes, la transition vers la 5G leur coûtera environ 150 milliards de roubles - un coût comparable aux coûts antérieurs de déploiement d'un réseau 4G, et ce même malgré le fait que le coût d'une station 5G est inférieur à celui des stations existantes (mais beaucoup d'entre eux sont nécessaires).
Deux options de réseau : fixe et mobile
Technologie utilisée pour réduire la consommation d’énergie et augmenter la portée Formage de faisceau — formation dynamique d'un faisceau radio pour un abonné spécifique. Comment cela se fait-il ? La station de base se souvient d'où vient le signal et à quelle heure (il provient non seulement de votre téléphone, mais également du reflet d'obstacles), et à l'aide de méthodes de triangulation, calcule votre position approximative, puis construit le chemin de signal optimal.
Source : Analysys Mason
Cependant, la nécessité de suivre la position du récepteur entraîne une légère différence entre les cas d'utilisation fixes et mobiles, et cela se reflète dans différents cas d'utilisation (nous y reviendrons plus tard dans la section « Marché grand public »).
Statu quo
normes
Il n’existe pas de norme 5G acceptée. La technologie est trop complexe et il y a trop d’acteurs aux intérêts contradictoires.
La norme 5G NR est au stade de proposition très développée (Nouvelle radio) de l'organisme 3GPP (Projet de partenariat de 3e génération), qui a développé les normes précédentes, 3G et 4G. La 5G utilise deux bandes de fréquences radio (Gamme de fréquences, ou simplement raccourci FR). FR1 propose des fréquences inférieures à 6 GHz. FR2 – au-dessus de 24 GHz, ce qu'on appelle. ondes millimétriques. La norme prend en charge les récepteurs fixes et mobiles et constitue une évolution de la norme 5GTF du géant américain des télécommunications Verizon, qui ne prend en charge que les récepteurs fixes (ce type de service est appelé réseau d'accès fixe sans fil).
La norme 5G NR prévoit trois cas d’usage :
- eMBB (Haut débit mobile amélioré) – définit l’Internet mobile auquel nous sommes habitués ;
- URLLC(Communications ultra fiables à faible latence) - des exigences élevées en matière de rapidité de réponse et de fiabilité - pour des tâches telles que le transport autonome ou la chirurgie à distance ;
- mMTC (Machine de communication de type massif) – prise en charge d’un grand nombre d’appareils qui envoient rarement des données – c’est le cas de l’Internet des objets, c’est-à-dire des compteurs et des appareils de surveillance.
Ou brièvement, la même chose sur la photo :
Il est important de comprendre que l’industrie se concentrera dans un premier temps sur la mise en œuvre de l’eMBB comme scénario plus compréhensible avec les flux de trésorerie existants.
Mise en œuvre
Depuis 2018, des tests à grande échelle ont été effectués, par exemple lors des Jeux olympiques d'hiver en Corée du Sud. En 2018, tous les opérateurs russes des Big Four ont effectué des tests. MTS a testé une nouvelle technologie — des cas d'utilisation avec appels vidéo, transmission vidéo haute définition et jeux en ligne ont été testés.
En Corée du Sud, pour la première fois au monde, le service 5G a été proposé fin 2018. Le déploiement commercial mondial est attendu l’année prochaine, 2020. Dans un premier temps, la bande FR1 sera utilisée en complément des réseaux 4G existants. Selon les plans du ministère des Télécommunications et des Communications, en Russie, la 5G commencera à apparaître dans les villes de plus d'un million d'habitants à partir de 2020. En pratique, le déploiement à grande échelle sera déterminé par la capacité à monétiser, et cet aspect de la 5G n’est pas encore clair.
Quel est le problème avec la monétisation ? Le fait est que les opérateurs de télécommunications ne voient pas encore de raisons impérieuses de se moderniser : les réseaux existants peuvent assez bien supporter la charge. Et désormais, ils envisagent davantage la 5G en termes de marketing : l’icône 5G sur l’écran du téléphone sera certainement un plus aux yeux des abonnés de l’opérateur télécom. Un cas anecdotique avec , qui a placé une icône 5G en l'absence d'un véritable réseau, pour lequel des concurrents l'ont poursuivi en justice pour tromperie.
Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir que l'icône est en fait « 5GE » – qui signifie 5G Evolution, et du coup, ce n'est pas la 5G à laquelle nous pensons, mais juste une étiquette inventée par les spécialistes du marketing pour un réseau LTE existant avec quelques améliorations.
Chipsets
Les entreprises de microélectronique ont déjà investi plusieurs milliards de dollars dans la 5G. Des puces pour les modems cellulaires 5G NR sont proposées par Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Les modems d'Intel, nouvel acteur sur ce marché, sont attendus d'ici fin 2019. Le modem Samsung est réalisé avec la technologie FinFET 10 nm et est compatible avec les anciens standards, à commencer par la 2G. Dans la gamme de fréquences allant jusqu'à 6 GHz, il offre des vitesses de téléchargement allant jusqu'à 2 Gb/s ; en utilisant l'onde millimétrique, la vitesse augmente jusqu'à 6 Gb/s.
Mobiles
Presque tous les fabricants de téléphones Android ont annoncé leur intention d’introduire la 5G. Samsung a présenté le produit phare Galaxy S10 dans la version 5G lors du salon Mobile World Congress fin février 2019. Il est sorti en Corée le 5 avril. Aux États-Unis, le nouveau produit est apparu le 16 mai et la connexion y est établie avec le réseau de l'opérateur télécom Verizon. D'autres opérateurs rattrapent également leur retard : AT&T annonce son intention de sortir un deuxième smartphone avec Samsung au 2ème semestre 2019.
Au cours de l’année, des smartphones 5G de différents fabricants, pour la plupart haut de gamme, arriveront dans les magasins. Selon certaines estimations, la nouvelle technologie augmentera le coût des appareils de 200 à 300 dollars et les frais d'abonnement de 10 %.
Le marché du consommateur
Cas 1. Internet domestique
Les réseaux d’accès fixes sans fil 5G deviendront une alternative à l’Internet filaire dans nos appartements. Si auparavant Internet arrivait dans notre appartement via le câble, il proviendra à l'avenir d'une tour 5G, puis le routeur le distribuera via le WiFi domestique habituel. Les principaux acteurs ont achevé leurs préparatifs, synchronisant la mise en vente des routeurs avec le déploiement des réseaux 5G. Un routeur 5G typique coûte entre 700 et 900 $ et offre des vitesses de téléchargement de 2 à 3 Gbit/s. De cette manière, les opérateurs résoudront eux-mêmes le problème du « dernier kilomètre » et réduiront le coût de pose des câbles. Et il ne faut pas craindre que les réseaux fédérateurs existants ne puissent pas faire face à l'augmentation du trafic qui proviendra des réseaux 5G : des recherches sont en cours sur l'utilisation de la réserve existante de réseaux de fibre optique - la soi-disant « fibre noire » ( fibre foncée).
Dans quelle mesure ce scénario sera-t-il nouveau pour les utilisateurs ? Déjà, dans certains pays, ils n'utilisent plus l'Internet filaire domestique traditionnel et passent au LTE : il s'avère qu'il est plus rapide et moins cher d'utiliser les communications mobiles dans toutes les situations, avec des tarifs avantageux disponibles. Cette situation s’est par exemple développée en Corée. Et c'est illustré dans cette bande dessinée :
Cas 2. Rassemblements massifs de personnes
Tout le monde s'est sûrement retrouvé dans une situation aussi désagréable : venez à une exposition ou à un stade et la connexion mobile disparaît. Et c’est justement au moment où l’on a envie de poster une photo ou d’écrire sur les réseaux sociaux.
Stades
Samsung a mené le test en collaboration avec l'opérateur de télécommunications japonais KDDI dans un stade de baseball de 30 5 places. En utilisant des tablettes 4G de test, nous avons pu démontrer le streaming vidéo XNUMXK sur plusieurs tablettes simultanément.
Le stade est l'un des trois scénarios illustrés dans une zone de démonstration appelée 5G City, située à Suwon (siège de Samsung). D'autres scénarios incluent un environnement urbain (connexion de caméras vidéo, de capteurs et de panneaux d'information) et un point d'accès haut débit pour transmettre des vidéos HD à un bus en mouvement : pendant qu'il passe devant le point, le film a le temps de se télécharger.
Игры
Niantic, le créateur du jeu de localisation Pokemon Go de renommée mondiale, fonde de grands espoirs sur la 5G. Et voici pourquoi : il n'y a pas si longtemps, des événements de groupe sont apparus dans le jeu : les raids. Les raids nécessitent de vous coordonner avec d'autres joueurs pour travailler ensemble afin de vaincre un Pokémon particulièrement puissant, ce qui crée des situations intéressantes dans la vie réelle. Ainsi, le principal lieu légendaire du jeu avec le Pokémon Mewtwo le plus rare est situé à Times Square à New York - vous pouvez imaginer quelle foule peut s'y rassembler, composée non seulement de chasseurs de Pokémon, mais aussi uniquement de touristes.
La réalité augmentée est également considérée comme une « application qui tue » pour la 5G. En cela vous pouvez voir le concept de duels magiques en temps réel actuellement développé par Niantic dans le nouveau jeu basé sur Harry Potter. Niantic a déjà conclu des partenariats avec Samsung et les opérateurs Deutsche Telecom et SK Telecom.
Transports
Enfin, le cas du train est intéressant. Une idée a émergé : doter le chemin de fer de communications 5G pour le divertissement et le confort des passagers. Étude de l'Université de Bristol : pour parvenir à une communication transparente à haut débit, il faut équiper le chemin de fer de points d'accès distants de 800 mètres les uns des autres !
Un exemple de placement de points d'accès le long d'une voie ferrée
Des tests ont été effectués avec succès sur un train circulant près de Tokyo - leur et Samsung en collaboration avec l'opérateur télécom KDDI. Pendant les tests, une vitesse de 1,7 Gbit/s a été atteinte et pendant le test, une vidéo 8K a été téléchargée et une vidéo 4K a été téléchargée depuis la caméra.
Nouveaux cas d'utilisation
Mais tout cela est plutôt une solution à des problèmes qui nous sont déjà familiers. Quelles choses fondamentalement nouvelles la 5G peut-elle nous offrir ?
Voiture connectée
Le principal avantage est une faible latence, permettant aux machines de communiquer entre elles à des vitesses allant jusqu'à 500 km/h. Contrairement aux conducteurs humains, les voitures seront enfin capables de négocier leurs manœuvres entre elles ou avec une infrastructure fixe, rendant ainsi la route plus sûre. Il est intéressant de noter que le système prendra en compte les conditions météorologiques : tout le monde sait que par temps glissant, la distance de freinage est plus longue, les règles d'un tel système devraient donc changer.
La 5GAA (Automotive Association) européenne rassemble déjà plus de 100 grands constructeurs télécoms et automobiles du monde entier pour accélérer le déploiement du système C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Les principaux objectifs de l'association sont la sécurité routière globale et l'efficacité du trafic. Les cyclistes et les piétons équipés de smartphones 5G peuvent également compter sur la sécurité. Les usagers de la route pourront communiquer directement à des distances allant jusqu'à 1 km ; à des distances plus longues, ils auront besoin d'une couverture 5G. Le système assurera la création de couloirs pour la police et les ambulances, prévoira l'échange de capteurs entre les voitures, la conduite à distance et d'autres miracles. Après le lancement de C-V2X, l'association prévoit d'appliquer l'expérience acquise dans la 5G V2X, en visant l'industrie 4.0, les villes intelligentes et tout ce qui bouge utilise la 5G.
Exemples de situations pouvant être résolues grâce à la Voiture Connectée. Source : Qualcomm
La 5G permettra la communication non seulement pour les véhicules terrestres, mais aussi pour les avions. Cette année, Samsung, en collaboration avec le fournisseur Internet espagnol Orange, , comment un télépilote contrôlait le vol d'un drone à l'aide d'un réseau 5G déployé et recevait un flux vidéo haute résolution en temps réel. L'opérateur américain Verizon racheté en 2017 , promet des millions de vols connectés à la 5G. Les drones de l'entreprise sont déjà connectés au réseau 4G en direct de Verizon.
Industrie 4.0
De manière générale, l'expression « Industrie 4.0 » a été inventée en Allemagne pour son programme de modernisation industrielle. Association (5G Alliance for Connected Industries and Automation), dont le siège est en Allemagne, fédère depuis 2018 les entreprises manufacturières intéressées par l’utilisation de la 5G. Les exigences les plus élevées en matière de latence et de fiabilité sont imposées par le contrôle des mouvements des robots industriels, où le temps de réponse ne peut pas dépasser des dizaines de microsecondes. Ce problème est désormais résolu grâce à Industrial Ethernet (par exemple, la norme EtherCAT). Il est probable que la 5G soit également en compétition pour ce créneau !
D'autres applications, comme la communication entre contrôleurs industriels ou avec des opérateurs humains, les réseaux de capteurs, sont moins exigeantes. Aujourd’hui, la plupart de ces réseaux utilisent le câble, la 5G sans fil semble donc être une solution économiquement viable, en plus de permettre une reconfiguration rapide de la production.
En pratique, la faisabilité économique conduira à l’adoption de la 5G dans les domaines de main-d’œuvre les plus coûteux, comme les conducteurs de chariots élévateurs dans les usines et les entrepôts. Ainsi, la société d'ingénierie européenne Acciona a démontré . Le chariot transmet une vidéo 360 en haute définition et un opérateur à distance l'aidera à se sortir d'une situation inattendue. Le chariot utilise la technologie 5G de Cisco et Samsung.
Les technologies de collaboration à distance iront plus loin. Cette année, il a été démontré comment un chirurgien expert surveille en temps réel le déroulement d'une opération contre le cancer, qui se déroule à plusieurs kilomètres de distance, et montre à ses collègues la meilleure façon de réaliser l'opération. À mesure que la technologie s’améliorera, il pourra jouer un rôle plus actif en contrôlant directement les instruments chirurgicaux.
Internet des objets
Tout d’abord, la 5G résoudra le problème des normes de communication nombreuses et mal prises en charge pour l’Internet des objets, qui limitent actuellement, à notre avis, le développement de ce domaine.
Ici, la 5G peut offrir les éléments suivants :
- Réseaux ad hoc (sans routeurs)
- Haute densité d'appareils connectés
- Prend en charge les communications à bande étroite et économes en énergie (plus de 10 ans avec une seule batterie)
Mais il semble que les grandes entreprises s’intéressent encore davantage à d’autres scénarios que l’Internet des objets. Une recherche rapide sur Internet n’a trouvé aucune démonstration par les principaux acteurs des avantages de la 5G pour l’Internet des objets.
Pour conclure ce sujet, prêtons attention à la possibilité intéressante suivante. De nos jours, la dépendance à l'égard d'une prise de courant ou la nécessité de remplacer les piles limitent le choix des « trucs ». La recharge sans fil inductive basse fréquence ne fonctionne que sur une distance de quelques centimètres. La 5G et ses ondes millimétriques directionnelles permettront une recharge efficace sur des distances de plusieurs mètres. Même si les normes actuelles ne le précisent pas, nous ne doutons pas que les ingénieurs trouveront bientôt le moyen de profiter de cette opportunité !
Opportunités pour les développeurs
Si le sujet vous intéresse, où aller ensuite ?
Les communications. Vous pourrez rencontrer personnellement les acteurs de la 5G lors des prochaines conférences russes 29-30 mai, 30-31 mai, 25-27 juin, 24 d'Octobre.
Parmi les contacts académiques, il convient de noter tenue à l'Institut des problèmes de transmission de l'information.
Financement. Les principaux acteurs organisent des concours pour utiliser la 5G dans divers domaines. Aux États-Unis, Verizon récemment Concours « Built on 5G Challenge » pour l'Industrie 4.0, les applications grand public immersives (VR/AR) et les idées révolutionnaires (changer notre façon de vivre et de travailler). Le concours est ouvert aux petites entreprises américaines enregistrées et les candidatures sont acceptées jusqu'au 15 juillet. Le fonds du prix est de 1 million de dollars. Les gagnants seront annoncés en octobre de cette année.
Emploi. Outre les quatre grands opérateurs de téléphonie mobile, plusieurs entreprises russes envisagent d’utiliser la 5G dans un avenir proche. Le modèle commercial du principal fournisseur de diffusion de contenu en Russie et dans la CEI, CDNVideo, est le paiement du volume de trafic reçu. Le recours à la 5G, qui fait potentiellement baisser ce prix, permettra à l’entreprise de réduire ses coûts. PlayKey fait la promotion de jeux dans le cloud et il n'est pas surprenant qu'il envisage également d'utiliser la 5G.
Open source, est susceptible de jouer un rôle clé dans les infrastructures. Américain prend en charge la 5G. européen rassemble ceux qui souhaitent contourner les composants propriétaires de l’infrastructure 5G. Les domaines stratégiques incluent la prise en charge des modems 5G et des systèmes définis par logiciel, des réseaux hétérogènes et de l'Internet des objets. virtualise les réseaux d'accès radio. La mise en œuvre du cœur de réseau est disponible auprès de .
Auteurs:
Stanislav Polonsky - Chef du département de recherche et développement avancé du Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Auteur du programme du projet IoT Samsung Academy, spécialiste des programmes de responsabilité sociale des entreprises au Samsung Research Center
Source: habr.com