Čak i bez puno razumijevanja generacija standarda mobilne komunikacije, svatko će sigurno odgovoriti da je 5G hladniji od 4G / LTE. Zapravo, sve nije tako jednostavno. Pogledajmo što je 5G bolje/lošije i koji su slučajevi korištenja koji najviše obećavaju, s obzirom na trenutno stanje.
Dakle, što nam 5G tehnologija obećava?
- Desetostruko povećanje brzine do 10 Gb/s,
- Smanjenje kašnjenja (latencije) deset puta do 1 ms,
- Povećanje pouzdanosti veze (stopa pogreške gubitka paketa) stotinama puta
- Povećana gustoća (broj) priključenih uređaja (106/km2).
Sve se to postiže kroz:
- višekanalni (paralelizam u frekvencijama i baznim stanicama)
- povećanje nosivih radijskih frekvencija od jedinica do desetaka GHz (propusnost radio kanala)
5G će poboljšati 4G u tradicionalnim područjima, bilo da se radi o trenutnom preuzimanju filmova ili besprijekornom povezivanju mobilne aplikacije s oblakom. Dakle, bit će moguće odbiti isporuku interneta u naše stanove i urede putem kabela?
5G će omogućiti univerzalnu vezu između svih i svih kombiniranjem protokola visoke propusnosti, gladnih energije i uskopojasnih protokola koji štede energiju. To će otvoriti nove smjerove nedostupne 4G: komunikacija stroj-stroj na zemlji iu zraku, Industrija 4.0, Internet stvari. da će 5G posao zaraditi 3.5 tisuća dolara do 2035. i stvoriti 22 milijuna radnih mjesta.
Ili ne?..
(Izvor slike: Reuters)
Kako ovo radi
Za one koji znaju kako 5G funkcionira, preskočite ovaj odjeljak.
Dakle, kako možemo postići tako brz prijenos podataka u 5G, kao što je gore opisano? Nije to neka magija, zar ne?
Do povećanja brzine doći će zbog prijelaza na viši frekvencijski raspon - prethodno neiskorišten. Na primjer, frekvencija kućnog WiFi-a je 2,4 ili 5 GHz, frekvencija postojećih mobilnih mreža je unutar 2,6 GHz. Ali kada govorimo o 5G, ovdje odmah govorimo o desecima gigaherca. Jednostavno je: povećavamo frekvenciju, smanjujemo valnu duljinu - i brzina prijenosa podataka postaje višestruko veća. I mreža kao cjelina je rasterećena.
Evo jedan vizualni strip, kako je bilo i kako će biti. Bio je:
Htjeti:
(Izvor: IEEE Spectrum, )
Frekvencija se udeseterostručila, pa u 5G imamo posla s mnogo kraćim milimetarskim valovima. Ne prelaze dobro preko prepreka. S tim u vezi mijenja se i arhitektura mreže. Ako su nam ranije komunikaciju pružali veliki moćni tornjevi koji su pružali komunikaciju na velikim udaljenostima, sada će biti potrebno posvuda postaviti mnogo kompaktnih tornjeva male snage. I imajte na umu da će u velikim gradovima biti potrebno mnogo stanica, zbog preklapanja signala visokim zgradama. Dakle, da biste s pouzdanjem opremili New York 5G mrežama, trebate broj baznih stanica za 500 (!) puta.
Na Ruske operatere, prijelaz na 5G za njih će koštati oko 150 milijardi rubalja - trošak usporediv s prethodnim troškovima postavljanja 4G mreže, i to unatoč činjenici da je trošak 5G stanice niži od postojećih (ali oni treba puno).
Dvije mogućnosti mreže: fiksna i mobilna
Tehnologija se koristi za smanjenje potrošnje energije i povećanje dometa snopa — dinamičko oblikovanje snopa za određenog pretplatnika. Kako se to radi? Bazna stanica pamti odakle i u koje vrijeme je signal stigao (ne dolazi samo s vašeg telefona, već i kao refleksija od prepreka), te pomoću metoda triangulacije izračunava vašu približnu lokaciju, a zatim gradi optimalnu putanju signala.
Izvor: Analysys Mason
Međutim, potreba za praćenjem položaja prijamnika rezultira malom razlikom između fiksnih i mobilnih slučajeva upotrebe, a to se odražava u različitim slučajevima upotrebe (više o tome u odjeljku Potrošačko tržište u nastavku).
Dosadašnje stanje
standardi
Ne postoji prihvaćeni 5G standard. Tehnologija je presložena i ima previše igrača sa suprotstavljenim interesima.
5G NR standard (Novi radio) od organizacije 3GPP (Projekt partnerstva treće generacije), koji je razvio prethodne standarde, 3G i 4G. 5G koristi dva radiofrekvencijska pojasa (Frekvencijski opseg, ili jednostavno skraćeno FR). FR1 nudi frekvencije ispod 6GHz. FR2 - iznad 24GHz, tzv. milimetarski valovi. Standard podržava fiksne i pokretne prijamnike i daljnji je razvoj standarda 5GTF američkog telekom diva Verizon, koji podržava samo fiksne prijamnike (ova vrsta usluge naziva se fiksne bežične pristupne mreže).
5G NR standard predviđa tri slučaja upotrebe:
- eMBB(poboljšana mobilna širokopojasna veza) - definira mobilni internet koji nam je poznat;
- URLLC(Iznimno pouzdana komunikacija niske latencije) - visoki zahtjevi za brzinom odgovora i pouzdanošću - za zadatke kao što su autonomni transport ili operacija na daljinu;
- mMTC(masivne komunikacije tipa stroja) - podrška za veliki broj uređaja koji rijetko šalju podatke - slučaj interneta stvari, odnosno brojača i uređaja za nadzor.
Ili ukratko isto na slici:
Važno je razumjeti da će se industrija prvo fokusirati na implementaciju eMBB-a, kao razumljivijeg scenarija s postojećim novčanim tokovima.
uvođenje
Od 2018. provode se velika testiranja, primjerice, na Zimskim olimpijskim igrama u Južnoj Koreji. U 2018. sva velika četvorka ruskih operatera provela je testove. MTS je testirao novu tehnologiju - Slučajevi korištenja testirani su s video pozivima, video prijenosom visoke razlučivosti, online igrama.
U Južnoj Koreji je prvi put u svijetu 5G usluga ponuđena krajem 2018. godine. Svjetsko komercijalno predstavljanje očekuje se sljedeće godine, 2020. U početnoj fazi, FR1 pojas će se koristiti kao dodatak postojećim 4G mrežama. Prema planovima Ministarstva telekomunikacija i masovnih komunikacija, u Rusiji će se 5G početi pojavljivati u milijunskim gradovima od 2020. godine. U praksi će velika implementacija biti određena mogućnošću monetizacije, a ovaj aspekt 5G još nije jasan.
U čemu je problem s monetizacijom? Činjenica je da telekom operateri još ne vide uvjerljive razloge za modernizaciju: postojeće mreže sasvim se nose s opterećenjem. A sada 5G razmatraju radije u marketinškoj ravni: ikona 5G na ekranu telefona definitivno će biti plus u očima pretplatnika telekom operatera. Anegdotski slučaj sa , koji je objavio 5G ikonu u nedostatku prave mreže, zbog čega su ga konkurenti tužili za prijevaru.
Ako bolje pogledate, možete vidjeti da je ikona zapravo "5GE" - označava 5G Evolution, i odjednom to nije 5G kakav mislimo da jest, već samo oznaka koju su izmislili marketinški stručnjaci za postojeću LTE mrežu s nekim poboljšanjima.
Čipseti
Mikroelektroničke tvrtke već su uložile mnogo milijardi dolara u 5G. Čipove za 5G NR mobilne modeme nudi Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemi Intela, novog igrača na ovom tržištu, očekuju se do kraja 2019. godine. Samsung modem je baziran na 10nm FinFET tehnologiji, te je kompatibilan sa starijim standardima počevši od 2G. U frekvencijskom rasponu do 6 GHz osigurava brzine preuzimanja do 2 Gb/s, pri korištenju milimetarskog vala brzina se povećava na 6 Gb/s.
Telefoni
Gotovo svi proizvođači Android telefona najavili su planove za implementaciju 5G. Samsung je predstavio vodeći Galaxy S10 u 5G verziji na Mobile World Congressu krajem veljače 2019. Već 5. travnja pušten je u prodaju u Koreji. U SAD-u se novost pojavila 16. svibnja, a tamo se spaja s mrežom telekom operatera Verizon. Drugi operateri također sustižu: AT&T najavljuje planove za izdavanje drugog pametnog telefona sa Samsungom u drugoj polovici 2.
Tijekom godine na police trgovina stići će 5G pametni telefoni različitih proizvođača, uglavnom premium klase. Prema nekim procjenama, nova tehnologija će povećati cijenu uređaja za 200-300 USD, a pretplatu za 10%.
Tržište potrošača
Slučaj 1. Kućni internet
5G mreže fiksnog bežičnog pristupa postat će alternativa žičnom internetu u našim stanovima. Ako je ranije internet dolazio u naš stan putem kabela, onda će u budućnosti dolaziti iz 5G tornja, a zatim će ga usmjerivač distribuirati putem uobičajenog kućnog WiFi-a. Tvrtke s glavnim igračima dovršile su pripreme, sinkronizirajući puštanje usmjerivača u prodaju s uvođenjem 5G mreža. Tipični 5G usmjerivač košta 700-900 USD i pruža brzine preuzimanja od 2-3 Gbps. Na taj će način operateri sami sebi riješiti problem "zadnje milje" i smanjiti troškove polaganja žica. I ne treba se bojati da se postojeće okosnice mreža neće moći nositi s povećanim prometom koji će dolaziti iz 5G mreža: u tijeku su istraživanja kako iskoristiti postojeću rezervu optičkih mreža - tzv. "crno vlakno" (tamno vlakno).
Koliko će ovaj scenarij biti nov za korisnike? Već sada u nekim zemljama prestaju koristiti tradicionalni kućni žičani internet i prelaze na LTE: ispada da je brže i jeftinije koristiti mobilnu komunikaciju u svim situacijama, uz povoljne tarife. Takva se situacija, primjerice, razvila u Koreji. A to je ilustrirano u ovom stripu:
Slučaj 2. Masovna okupljanja ljudi
Sigurno je svatko bio u takvoj neugodnoj situaciji: dođete na izložbu ili na stadion, a mobilne komunikacije nestanu. I to baš u trenutku kada želite objaviti fotografiju ili napisati na društvenoj mreži.
Stadioni
Samsung je proveo test s japanskim telekom operaterom KDDI na bejzbolskom stadionu od 30 mjesta. Koristeći testne 5G tablete, uspjeli smo demonstrirati 4K video streaming istovremeno na nekoliko tableta.
Stadion je jedan od tri scenarija ilustrirana u demo zoni 5G City koja se nalazi u Suwonu (sjedište Samsunga). Ostali scenariji uključuju urbano okruženje (povezivanje video kamera, senzora i informativnih ploča) i pristupnu točku velike brzine za isporuku HD videa autobusu u pokretu: dok prolazi kraj točke, film ima vremena za preuzimanje.
Игры
Niantic, tvorac svjetski poznate geolokacijske igre Pokemon Go, polaže velike nade u 5G. A evo i zašto: ne tako davno u igri su se pojavili grupni događaji - racije. U pohodima se morate koordinirati s drugim igračima kako biste zajedno srušili posebno moćnog Pokémona, a to stvara zanimljive situacije u stvarnom životu. Dakle, glavno legendarno mjesto igre s najrjeđim Mewtwo Pokemonom nalazi se na Times Squareu u New Yorku - možete zamisliti kakva se gomila tamo može okupiti, koja se sastoji ne samo od lovaca na Pokemone, već i od samo turista.
Proširena stvarnost također se smatra "ubojitom aplikacijom" za 5G. U tome možete vidjeti koncept magičnih borbi u stvarnom vremenu koje trenutno razvija Niantic u novoj igri temeljenoj na "Harry Potteru". Niantic je već sklopio partnerstvo sa Samsungom i operaterima Deutsche Telecom i SK Telecom.
Prijevoz
Na kraju, zanimljiv je slučaj vlaka. Postojala je ideja da se željeznici omogući 5G komunikacija za zabavu i udobnost putnika. Studija Sveučilišta u Bristolu : da biste postigli besprijekornu komunikaciju velike brzine, trebate opremiti željeznicu pristupnim točkama na udaljenosti od 800 metara jedna od druge!
Primjer kako urediti pristupne točke duž željezničke pruge
Testovi su uspješno obavljeni na vlaku koji prometuje u blizini Tokija - njihov i Samsung zajedno s telekom operaterom KDDI. Tijekom testova postignuta je brzina od 1,7 Gb/s, a tijekom testa s kamere je preuziman 8K video i uploadan 4K video.
Novi slučajevi upotrebe
Ali sve je to prije rješenje problema koji su nam već poznati. I što nam temeljno novo može ponuditi 5G?
povezani automobil
Glavna prednost je niska latencija, koja omogućuje strojevima da međusobno komuniciraju pri brzinama do 500 km/h. Za razliku od ljudskih vozača, automobili će konačno moći pregovarati međusobno ili s fiksnom infrastrukturom o manevrima, čineći cestu sigurnijom. Zanimljivo, sustav će uzeti u obzir vremenske uvjete: svi znaju da je po skliskom vremenu zaustavni put duži, pa se pravila u takvom sustavu moraju promijeniti.
Europsko udruženje 5GAA (Automotive Association) već okuplja više od 100 velikih proizvođača telekomunikacija i automobila diljem svijeta kako bi ubrzali implementaciju sustava C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Glavni ciljevi udruge su sveobuhvatna sigurnost cestovnog prometa i prometna učinkovitost. Biciklisti i pješaci s 5G pametnim telefonima također mogu računati na sigurnost. Sudionici kretanja na udaljenostima do 1 km moći će komunicirati izravno, na većim udaljenostima trebat će 5G pokrivenost. Sustav će omogućiti stvaranje koridora za policiju i hitnu pomoć, omogućiti razmjenu senzora između automobila, daljinsku vožnju i druga čuda. Nakon lansiranja C-V2X, udruga planira primijeniti naučene lekcije na 5G V2X, gdje će ciljati na industriju 4.0, pametne gradove i sve što se kreće pomoću 5G.
Primjeri situacija koje se mogu riješiti uz Connected Car. Izvor: Qualcomm.
5G će omogućiti komunikaciju ne samo za kopnena vozila, već i za zrakoplove. Ove je godine Samsung, zajedno sa španjolskim ISP-om Orange, kako je daljinski pilot upravljao dronom koristeći postavljenu 5G mrežu i primao video stream visoke razlučivosti u stvarnom vremenu. Američki provajder Verizon kupio je 2017 , obećava milijune letova povezanih 5G. Dronovi tvrtke već su spojeni na Verizonovu pokrenutu 4G mrežu.
Industrija 4.0
Općenito, izraz "Industrie 4.0" je izmišljen u Njemačkoj za njen program industrijske modernizacije. Udruga (5G Alliance for Connected Industries and Automation), sa sjedištem u Njemačkoj, od 2018. godine okuplja proizvodne tvrtke zainteresirane za korištenje 5G. Najveće zahtjeve za latencijom i pouzdanošću postavlja upravljanje kretanjem industrijskih robota, gdje vrijeme odziva ne smije prelaziti desetke mikrosekundi. To je sada riješeno industrijskim Ethernetom (npr. EtherCAT standard). Vjerojatno će se 5G natjecati i za ovu nišu!
Ostale primjene, kao što je komunikacija između industrijskih kontrolera ili s ljudskim operaterom, mreže senzora, manje su zahtjevne. Sada većina tih mreža koristi kabel, pa se 5G bežična mreža čini isplativim rješenjem, osim što omogućuje brzu rekonfiguraciju proizvodnje.
U praksi, ekonomska izvedivost će dovesti do implementacije 5G u najskupljim područjima ljudskog rada, kao što su vozači viličara u tvornicama i skladištima. Tako je pokazala europska inženjerska tvrtka Acciona . Kolica emitiraju 360 video visoke razlučivosti, daljinski operater pomoći će mu da se izvuče iz neočekivane situacije. Kolica koriste 5G tehnologiju tvrtki Cisco i Samsung.
Tehnologije daljinske suradnje ići će dalje. Ove godine prikazano je kako stručnjak kirurg u stvarnom vremenu promatra tijek onkološke operacije koja se odvija kilometrima daleko i pokazuje svojim kolegama kako što bolje izvesti operaciju. Kako se tehnologija bude poboljšavala, on će moći aktivnije sudjelovati, već izravno upravljajući kirurškim instrumentima.
Internet stvari
Prije svega, 5G će riješiti problem s brojnim i slabo podržanim IoT komunikacijskim standardima koji, po našem mišljenju, trenutno ograničavaju razvoj ovog smjera.
Ovdje 5G nudi sljedeće:
- Ad hoc mreže (bez rutera)
- Velika gustoća povezanih uređaja
- Podrška za uskopojasne, energetski učinkovite (10+ godina na jednoj bateriji) komunikacije
No čini se da je veliki biznis više zainteresiran za druge scenarije osim Interneta stvari. Površno pretraživanje weba nije pronašlo demonstracije ključnih igrača o prednostima 5G za IoT.
Zaključujući ovu temu, obratimo pozornost na sljedeću zanimljivu mogućnost. Sada ovisnost o utičnici ili potreba za zamjenom baterija ograničava izbor "stvari". Niskofrekventno induktivno bežično punjenje radi samo na udaljenosti od nekoliko centimetara. 5G i njegovi usmjereni milimetarski valovi omogućit će učinkovito punjenje na udaljenostima od nekoliko metara. Iako postojeći standardi to ne propisuju, ne sumnjamo da će inženjeri uskoro pronaći načine kako iskoristiti ovu priliku!
Mogućnosti programera
Ako vas zanima tema, kamo onda dalje?
Veze. Na sljedećim ruskim konferencijama bit će moguće osobno se upoznati s 5G igračima 29.-30. svibnja, 30.-31. svibnja, 25.-27. lipnja, 24. listopada.
Od akademskih kontakata treba istaknuti održan u Zavodu za probleme prijenosa informacija.
finansiranje. Ključni igrači održavaju natjecanja o korištenju 5G u raznim područjima. U SAD-u, Verizon nedavno Izgrađen na 5G Challenge for Industry 4.0, impresivnim korisničkim aplikacijama (VR/AR) i revolucionarnim idejama (mijenjajući način na koji živimo i radimo). Natječaj je otvoren za mala poduzeća registrirana u SAD-u do 15. srpnja. Nagradni fond je 1 milijun dolara. Pobjednici će biti objavljeni u listopadu ove godine.
Raspored poslova. Uz velika četiri mobilna operatera, postoji nekoliko tvrtki u Rusiji koje planiraju koristiti 5G u bliskoj budućnosti. Poslovni model vodećeg pružatelja usluge isporuke sadržaja u Rusiji i CIS-u, CDNVideo, je plaćanje prema količini primljenog prometa. Korištenje 5G, potencijalno smanjenje ove cijene, omogućit će tvrtki smanjenje troškova. PlayKey gura igranje u oblak, a ne čudi da je i 5G u njegovim planovima.
Open Source, vjerojatno će igrati ključnu ulogu u infrastrukturi. američki podržava 5G. europski okuplja one koji žele zaobići vlasničke komponente 5G infrastrukture. Strateški pravci uključuju podršku za 5G modeme i softverski definirane sustave, heterogene mreže i Internet stvari. virtualizira radijske pristupne mreže (Radio Access Networks). Implementacija jezgre mreže dostupna je na .
Autori:
Stanislav Polonsky — Voditelj naprednog istraživanja i razvoja, Samsungov istraživački centar
Tatiana Volkova — autorica kurikuluma projekta IoT Samsung Academy, specijalistica za programe korporativne društvene odgovornosti u Samsung Research Centeru
Izvor: www.habr.com