Čak i bez mnogo znanja o generacijama standarda mobilne komunikacije, svatko bi sigurno odgovorio da je 5G bolje od 4G/LTE. U stvarnosti, situacija nije tako jednostavna. Razjasnimo u čemu je 5G bolji/lošiji i koji su njegovi najperspektivniji slučajevi korištenja s obzirom na trenutno stanje.
Pa, što nam obećava tehnologija 5G?
- Povećanje brzine deset puta do 10 Gb/s,
- Smanjenje latencije deset puta do 1 ms,
- Povećanje pouzdanosti veze (packet loss error rate) stotine puta,
- Povećanje gustoće (broja) povezanih uređaja (106/km2).
Sve se to postiže zahvaljujući:
- mnogokanalu (paralelizam po frekvencijama i baznim stanicama)
- povećanju nosivih radiofrekvenencija s jednog na desetke GHz (propusnost radio kanala)
5G će poboljšati 4G u tradicionalnim područjima, bilo da se radi o trenutnom preuzimanju filma ili neprekidnoj vezi mobilne aplikacije s oblakom. Hoće li to značiti da se možemo osloboditi dostave Interneta u naša stanovanja i urede putem kabela?
5G će omogućiti univerzalnu povezanost svega sa svime, spajajući širokopojasne, energijski zahtjevne protokole s uskopojasnim, energetski štednim. To će otvoriti nova, nedostupna 4G područja: međustrojnu komunikaciju na zemlji i u zraku, Industriju 4.0, Internet stvari. , da će 5G posao generirati 3,5 trilijuna dolara do 2035. godine i stvoriti 22 milijuna radnih mjesta.
Ili možda ne?..
(Izvor slike — Reuters)
Kako to funkcionira
Tko zna kako radi 5G – može preskočiti ovaj odjeljak.
Dakle, zahvaljujući čemu ćemo moći postići takvu brzu prijenos podataka u 5G, kao što je opisano gore? To ipak nije neka čarolija?
Povećanje brzine dogodit će se zahvaljujući prijelazu u viši frekvencijski raspon – ranije neiskorišten. Na primjer, frekvencija kućnog WiFi-a iznosi 2,4 ili 5 GHz, dok se frekvencija postojećih mobilnih mreža kreće oko 2,6 GHz. No kada govorimo o 5G, odmah se radi o desecima gigaherca. Sve je jednostavno: povećavamo frekvenciju, smanjujemo valnu duljinu – i brzina prijenosa podataka postaje nekoliko puta veća. A i sama mreža se u cjelini rasterećuje.
Evo slikovitog stripa, kako je bilo i kako će biti. Bilo je:
Bit će:
(Izvor: IEEE Spectrum, )
Frekvencija je povećana nekoliko puta, pa se u 5G suočavamo s mnogo kraćim, milimetarskim valovima. Oni slabo prolaze kroz prepreke. I zbog toga se menja i arhitektura mreže. Dok su nam ranije povezivanje osiguravale velike snažne antene koje su obezbeđivale vezu na velikim udaljenostima, sada će biti potrebno postaviti mnogo kompaktnih, niskoenergetskih antena svuda. I imajte na umu da će u velikim gradovima biti potrebno mnogo stanica, zbog preklapanja signala visokim zgradama. Tako, za pouzdano opremanje New Yorka mrežama 5G potrebno je broj baznih stanica povećati za 500 (!) puta.
Po Za ruske operatere, prelazak na 5G će ih koštati oko 150 milijardi rubalja – trošak koji je sličan prethodnim izdatcima na postavljanje 4G mreže, čak i uprkos tome što je cena 5G stanice niža od postojećih (ali ih treba mnogo).
Dve varijante mreže: fiksna i mobilna
Za smanjenje potrošnje energije i povećanje dometa koristi se tehnologija beamforming — dinamičko oblikovanje radio-zračenja za određenog korisnika. Kako se to radi? Bazna stanica pamti odakle i kada je signal stigao (on dolazi ne samo iz vašeg telefona, već i kao odraz od prepreka), a zatim pomoću triangulacije izračunava vašu približnu lokaciju, a zatim gradi optimalnu putanju signala.
Izvor: Analysys Mason
Međutim, potreba za praćenjem položaja prijemnika dovodi do malih razlika za fiksnu i mobilnu upotrebu, a to se odražava u različitim slučajevima korišćenja (o tome – malo kasnije, u odeljku „Potrošačko tržište“).
Status Quo
Standardi
Standarda 5G nema. Tehnologija je previše složena i previše je igrača s protivrečnim interesima.
U fazi predloga visoke stepenice obrade je standard 5G NR (New Radio) od organizacije 3GPP (3rd Generation Partnership Project), koja je razvila prethodne standarde, 3G i 4G. 5G koristi dva radiofrekventna opsega (Frequency Range, ili skraćeno samo FR). FR1 nudi frekvencije ispod 6 GHz. FR2 – iznad 24 GHz, takozvani milimetarskih valova. Standard podržava stacionarne i pokretne prijemnike i predstavlja daljnji razvoj standarda 5GTF od američkog telekomunikacijskog giganta Verizona, koji podržava samo stacionarne prijemnike (ovakav tip usluga naziva se mreže fiksnog bežičnog pristupa).
Standard 5G NR predviđa tri scenarija korištenja:
- eMBB (poboljšana mobilna širokopojasna mreža) – definira naš poznati mobilni internet;
- URLLC (Ultra pouzdana komunikacija s niskom latencijom) — visoki zahtjevi za brzinom odgovora i pouzdanošću – za takve zadatke kao što su autonomni prijevoz ili daljinska kirurgija;
- mMTC (masivna komunikacija tipa uređaja) – podrška za veliki broj uređaja koji rijetko šalju podatke – slučaj Interneta stvari, tj. brojila i uređaji za nadzor.
Ili ukratko, isto na slici:
Važno je razumjeti da će se industrija prvo fokusirati na implementaciju eMBB, kao razumljiviji scenarij s postojećim novčanim tokovima.
Implementacija
Od 2018. provodi se opsežno testiranje, na primjer, na Zimskim olimpijskim igrama u Južnoj Koreji. 2018. svi ruski operateri 'velike četvorke' provodili su testove. MTS je testirao novu tehnologiju – testirani su scenariji korištenja s videopozivima, prijenosom videa visoke razlučivosti, online igrama.
U Južnoj Koreji, po prvi put u svijetu, 5G usluga je ponuđena krajem 2018. godine. Svjetska komercijalna implementacija očekuje se iduće, 2020. godine. U početnoj fazi koristit će se raspon FR1 kao nadogradnja postojećim 4G mrežama. Prema planovima Ministarstva komunikacija, 5G će se početi pojavljivati u gradovima s milion stanovnika od 2020. godine. U praksi, opsežno razmještanje ovisit će o mogućnostima monetizacije, a ovaj aspekt 5G zasad nije jasan.
Što je zapravo problem s monetizacijom? Problem je u tome što telekom operateri zasad ne vide bitne temelje za modernizaciju: postojeće mreže sasvim dobro podnose opterećenje. I sada, 5G se razmatra više u smislu marketinga: ikona 5G na ekranu telefona bit će bez sumnje plus u očima korisnika telekom operatera. Zanimljiv je anegdotski slučaj s , koji je postavio 5G ikonu bez stvarne mreže, zbog čega su ga konkurenti tužili za prevaru.
Ako pažljivo pogledate, može se primijetiti da ikona zapravo označava „5GE“ — što znači 5G Evolution, i iznenada to nije 5G o kojem razmišljamo, već samo oznaka koju su stvorili marketinški stručnjaci za postojeću LTE mrežu s nekim poboljšanjima.
Čipseti
Mikroelektronske kompanije već su investirale mnoge milijarde dolara u 5G. Čipovi za 5G NR mobilne modeme nude Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemi od Intela, novog igrača na ovom tržištu, očekuju se do kraja 2019. godine. Samsungov modem je izrađen u 10nm FinFET tehnologiji, i kompatibilan je sa starim standardima, počevši od 2G. U frekvencijskom opsegu do 6GHz osigurava brzinu preuzimanja do 2 Gb/s, dok kod korištenja milimetarskog opsega brzina raste do 6 Gb/s.
Telefoni
Praktično svi proizvođači telefona na Androidu najavili su planove za uvođenje 5G. Samsung je predstavio svoj flagship Galaxy S10 u verziji za 5G na Mobile World Congressu krajem veljače 2019. godine. Već 5. travnja njegovo je lansiranje održano u Koreji. U SAD-u je novitet predstavljen 16. svibnja, a povezuje se s mrežom telekom operatera Verizon. Pridružuju se i drugi operateri: AT&T najavljuje planove za zajedničko izdavanje drugog pametnog telefona s Samsungom u drugoj polovici 2019. godine.
Tijekom godine 5G pametni telefoni različitih proizvođača, većinom premium klase, dolazit će u trgovine. Prema nekim procjenama, nova tehnologija povećat će cijenu uređaja za $200-300 i mjesečnu pretplatu za 10%.
Potrošačko tržište
Slučaj 1. Kućni Internet
5G mreže fiksnog bežičnog pristupa postat će alternativa žičanom internetu u našim stanovima. Dok je ranije internet dolazio u naš stan putem kabla, u budućnosti će dolaziti iz 5G bazne stanice, a zatim će usmjerivač dijeliti vezu putem uobičajenog kućnog WiFi-a. Glavne tvrtke su završile pripreme, sinkronizirajući prodaju usmjerivača s implementacijom 5G mreža. Tipični 5G usmjerivač košta između 700 i 900 dolara, a osigurava brzinu preuzimanja od 2-3 Gbps. Na taj način operateri će riješiti problem "posljednje milje" i smanjiti troškove postavljanja žica. Također, ne treba se bojati da postojeće magistralne mreže neće moći podnijeti povećani promet koji će dolaziti iz 5G mreža: istražuju se načini korištenja postojećeg rezervnog kapaciteta optičkih mreža - tzv. "crno vlakno" (dark fibre).
Koliko će ovaj scenarij biti nov za korisnike? Već sada u nekim zemljama prestaju koristiti tradicionalni kućni fiksni internet i prelaze na LTE: ispada brže i jeftinije koristiti mobilnu vezu u svim situacijama, uz odgovarajuće tarife. Takva situacija se, na primjer, dogodila u Koreji. A to je ilustrirano u ovom stripu:
Slučaj 2. Masovni skupovi ljudi
Zasigurno su svi bili u takvoj neugodnoj situaciji: dođeš na izložbu ili stadion, i nestane mobilna veza. I to upravo u trenutku kada želiš objaviti fotografiju ili napisati nešto na društvenim mrežama.
Stadioni
Samsung je proveo test u suradnji s japanskim telekom operatorom KDDI na stadionu s 30.000 mjesta. Koristeći testne 5G tablete, uspjeli su demonstrirati streamanje 4K videa istovremeno na nekoliko tableta.
Stadion je jedan od tri scenarija prikazana u demo zoni pod nazivom 5G City, smještenoj u gradu Suwon (sjedište Samsunga). Ostali scenariji uključuju urbanu sredinu (povezivanje kamera, senzora i informativnih displeja) te visok brzi pristup za isporuku HD videa u pokretnom autobusu: dok prolazi pored točke, uspjela se preuzeti cijeli film.
Igre
Tvrtka Niantic, kreator svjetski poznate geolokacijske igre Pokemon Go, polaže velike nade u 5G. Evo zašto: nedavno su u igri uvedeni grupni događaji – raidovi. U raidovima trebate se koordinirati s drugim igračima kako biste zajedničkim snagama pobijedili posebno snažnog Pokémona, a to stvara zanimljive situacije u stvarnom životu. Tako se glavna legendarna lokacija igre s najrjeđim Pokémonom Mewtwo nalazi na Times Squareu u New Yorku – možete zamisliti koliko se ljudi može okupiti, ne samo lovaca na Pokémone, već i običnih turista.
Proširena stvarnost također se smatra „killer app“ za 5G. U ovom možete vidjeti koncept čarobnjačkih dvoboja u stvarnom vremenu, koji trenutno razvija Niantic u novoj igri inspiriranoj „Harryjem Potterom“. Niantic je već sklopio partnerstvo s Samsungom i operatorima Deutsche Telecom i SK Telecom.
Transport
Na kraju, zanimljiv je slučaj s vlakovima. Pojavila se ideja opskrbiti željeznicu 5G vezom za zabavu i udobnost putnika. Istraživanje Sveučilišta Bristol : kako bi se postigla visoko brza neprekidna veza, potrebno je postaviti pristupne točke na udaljenosti od 800 metara jedna od druge!
Primjer kako treba postaviti pristupne točke duž željezničke pruge
Uspješno su provedena testiranja na vlaku koji vozi blizu Tokija – njih tvrtka Samsung zajedno s telekom operatorom KDDI. Tijekom testiranja postignuta je brzina od 1,7 Gbps, a u procesu testa preuzeto je 8K video i učitano 4K video s kamere.
Novi scenariji korištenja
No, sve ovo su više manje rješenja već poznatih nam problema. A što 5G može ponuditi radikalno novo?
Povezani automobil
Glavna prednost je mala latencija, koja omogućava automobilima da komuniciraju međusobno brzinama do 500 km/h. Za razliku od vozača, automobili će napokon moći dogovoriti manevre između sebe ili s nepomičnom infrastrukturom, čineći put sigurnijim. Zanimljivo je da će sustav uzimati u obzir vremenske uvjete: svi znamo da je put kočenja duži u skliskim uvjetima, pa tako i pravila u tom sustavu trebaju varirati.
Europska udruga 5GAA (Automotive Association) već okuplja više od 100 vodećih telekomunikacijskih i automobilski proizvođača širom svijeta s ciljem ubrzavanja implementacije C-V2X sustava (Cellular Vehicle-To-Everything). Glavni ciljevi udruge su sveobuhvatna sigurnost na cestama i učinkovitost prometa. Biciklisti i pješaci s 5G pametnim telefonima također mogu računati na sigurnost. Sudionici prometa na udaljenostima do 1 km moći će komunicirati izravno, dok će im za veće udaljenosti trebati 5G pokrivenost. Sustav će osigurati stvaranje koridora za policiju i hitnu pomoć, predvidjeti razmjenu senzora između vozila, daljinsko upravljanje i druge čarolije. Nakon pokretanja C-V2X, udruga planira primijeniti stečeno iskustvo u 5G V2X, gdje će se usredotočiti na industriju 4.0, pametne gradove i sve što se kreće koristeći 5G.
Primjeri situacija koje se mogu riješiti uz pomoć Connected Car. Izvor: Qualcomm.
5G će omogućiti povezivanje ne samo kopnenih vozila, već i letjelica. Ove godine Samsung, zajedno sa španskim Internet provajderom Orange, , upravljao je letom drona na daljinu koristeći razrađenu 5G mrežu i primajući video stream visoke definicije u stvarnom vremenu. Američki pružatelj usluga Verizon kupio je , obećavajući milijune 5G povezanih letova. Dronovi tvrtke već su povezani s pokrenutom 4G mrežom Verizon.
Industrija 4.0
Izraz „Industrie 4.0“ prvi put je skovan u Njemačkoj za njihovu program modernizacije industrije. Udruga (5G Alliance for Connected Industries and Automation) sa sjedištem u Njemačkoj okuplja od 2018. godine proizvodne tvrtke koje su zainteresirane za korištenje 5G. Najveće zahtjeve u pogledu latencije i pouzdanosti postavlja kontrola kretanja industrijskih robota, gdje vrijeme odziva ne može premašiti nekoliko desetaka mikrosekundi. To se sada rješava uz pomoć Industrijskog Etherneta (na primjer, standard EtherCAT). Posve je vjerojatno da će se 5G natjecati i za ovu nišu!
Drage primjene, poput komunikacije između industrijskih kontrolera ili s operatorom, senzorskim mrežama, manje su zahtjevne. Trenutno većina takvih mreža koristi kabel, tako da bežični 5G izgleda kao ekonomski opravdano rješenje, uz to omogućava brzu rekonstrukciju proizvodnje.
U praksi, ekonomska isplativost će dovesti do implementacije 5G u najskupljim područjima povezanima s ljudskim radom, poput vozača viljuškara u tvornicama i skladištima. Tako je europska inženjerska kompanija Acciona demonstrirala . Viljuškarica prenosi 360-video u visokoj rezoluciji, a udaljeni operater će joj pomoći da izađe iz nepredviđene situacije. Viljuškarica koristi 5G tehnologije Cisco i Samsung.
Tehnologije daljinskog suradnje će se dalje razvijati. Ove godine demonstrirano je kako kirurg-stručnjak u stvarnom vremenu nadgleda tijek onkološke operacije koja se događa na mnogim kilometrima od njega i pokazuje svojim kolegama kako najbolje izvesti operaciju. Kako se tehnologija poboljšava, moći će aktivnije sudjelovati, izravno upravljajući kirurškim instrumentima.
Internet stvari
Prije svega, 5G će riješiti problem s brojnim i slabo podržavanim standardima komunikacije Interneta stvari, koji trenutno, po našem mišljenju, ograničavaju razvoj ovog područja.
Ovdje 5G može ponuditi sljedeće:
- Ad hoc mreže (bez usmjerivača)
- Visoka gustoća povezanih uređaja
- Podrška za uske, energetski učinkovite (10+ godina na jednoj bateriji) komunikacije
No, čini se da je velikim tvrtkama zasad zanimljivije istraživati druge scenarije osim Interneta stvari. Površno pretraživanje interneta nije pronašlo demonstracije ključnih igrača u prednostima 5G za Internet stvari.
Zaključujući ovu temu, obratimo pažnju na sljedeću zanimljivu mogućnost. Trenutno ovisnost o utičnici ili potreba za zamjenom baterija ograničava izbor "stvari". Niskofrekventno induktivno bežično punjenje djeluje samo na udaljenosti od nekoliko centimetara. 5G i njegove usmjerene milimetarske valove omogućit će učinkovito punjenje na udaljenostima od nekoliko metara. Iako postojeći standardi to ne predviđaju, ne sumnjamo da će inženjeri uskoro pronaći načine da iskoriste ovu mogućnost!
Mogućnosti za developere
Ako vas zanima ova tema, koji su sljedeći koraci?
Veze. Osobno se možete upoznati s 5G igračima na najbližim ruskim konferencijama 29-30 svibnja, 30-31 svibnja, 25-27 lipnja, 24. listopada.
Iz akademskih kontakata može se istaknuti organiziran u Institutu za probleme prijenosa informacija.
Financiranje. Ključni igrači provode natječaje za korištenje 5G u raznim područjima. U SAD-u je Verizon nedavno pokrenuo natjecanje „Built on 5G Challenge“ za Industriju 4.0, imerzivne potrošačke aplikacije (VR/AR) i pionirske ideje (koje mijenjaju naš način života i rada). Natjecanje je otvoreno za registrirane male tvrtke u SAD-u, a prijave se primaju do 15. srpnja. Nagradni fond iznosi 1 milijun dolara. Pobjednici će biti proglašeni u listopadu ove godine.
Zapošljavanje. Osim četiriju glavnih mobilnih operatora, u Rusiji postoji nekoliko tvrtki koje planiraju koristiti 5G u bliskoj budućnosti. Poslovni model vodećeg pružatelja sadržaja u Rusiji i CIS-u, tvrtke CDNVideo – plaćanje po zaprimljenom prometu. Korištenje 5G, koje potencijalno smanjuje ovaj trošak, omogućit će tvrtki smanjenje troškova. Tvrtka PlayKey promovira igre u oblaku i nije iznenađujuće da su i u njenim planovima uključeni 5G.
Open Source, očito, igrat će ključnu ulogu u infrastrukturi. Američka podržava 5G. Europska okuplja one koji žele izbjeći proprietary komponente 5G infrastrukture. Strateški smjerovi uključuju podršku 5G modemima i sustavima definiranima softverom, heterogene mreže i Internet stvari. virtualizira mreže radio pristupa (Radio Access Networks). Implementacija jezgre mreže dostupna je od .
Autori:
Stanislav Polonski — Voditelj odjela za buduće istraživanje i razvoj Istraživačkog centra Samsung
Tatjana Volkova — Autorica nastavnog programa projekta IoT Akademija Samsung, stručnjakinja za programe korporativne društvene odgovornosti Istraživačkog centra Samsung
Izvor: habr.com
