Még ha nem is ismerjük a mobil kommunikációs szabványok generációit, bárki biztosan válaszolja, hogy a 5G jobb, mint a 4G/LTE. Valójában azonban minden nem olyan egyszerű. Nézzük meg, miben jobb/rosszabb a 5G, és mely felhasználási esetek a legígéretesebbek a jelenlegi állapot figyelembevételével.
Na, mit ígér nekünk az 5G technológia?
- A sebesség növelése több tízszeresére, akár 10 Gb/s-ig,
- A késleltetés csökkentése (latencia) több tízszeresére, akár 1 ms-ig,
- A kapcsolódás megbízhatóságának növelése (csomagvesztési hiba arány) akár több százszorosára,
- A csatlakoztatott eszközök sűrűségének növelése (106/db2).
Mindez a következők révén érhető el:
- többcsatornás működés (paralelizmus frekvenciák és bázisállomások szerint)
- a hordozó rádiófrekvenciák növelése egyenlőről több tíz GHz-ra (a rádiócsatorna sávszélessége)
A 5G javítani fogja a 4G-t a hagyományos területeken, legyen szó egy film azonnali letöltéséről vagy a mobileszköz és a felhő közötti zökkenőmentes kapcsolatról. Tehát le lehet mondani az internetszolgáltatásról a lakásainkba és irodáinkba kábel segítségével?
A 5G egyetemes kapcsolatot biztosít mindenki számára, összekapcsolva a szélessávú, energiaintenzív protokollokat a keskeny sávú, energiatakarékosakkal. Ez új, a 4G számára elérhetetlen irányokat nyit meg: gépek közötti kommunikáció a földön és a levegőben, Ipar 4.0, IoT. , a 5G üzletág 2035-re 3,5 billió dollárt fog termelni, és 22 millió munkahelyet teremt.
Vagy nem?..
(Kép forrása – Reuters)
Hogyan működik ez
Aki tudja, hogyan működik a 5G, átugorhatja ezt a részt.
Na, mivel érhetjük el az említett gyors adatátvitelt az 5G-ben? Mert ez nem valamiféle varázslat?
A sebesség növekedése azáltal valósul meg, hogy magasabb frekvenciasávra lépünk - amely korábban nem volt hasznosítva. Például a háztartási WiFi frekvenciája 2,4 vagy 5 GHz, a meglévő mobilhálózatok frekvenciája 2,6 GHz körüli. De amikor 5G-ről beszélünk, az azonnal több tíz gigahertzt jelent. Egyszerűen fogalmazva: növeljük a frekvenciát, csökkentjük a hullámhosszt – és az adatátviteli sebesség drámaian megnő. Az egész hálózat is tehermentesül.
Itt van egy szemléletes képregény arról, hogyan volt és hogyan lesz. Volt:
Lesz:
(Forrás: IEEE Spectrum, )
A frekvencia tízszeresére nőtt, ezért az 5G esetében sokkal rövidebb, milliméteres hullámokkal foglalkozunk. Ezek rosszul hatolnak át az akadályokon. Ennek következtében a hálózat architektúrája is megváltozik. Ha korábban a kapcsolatot nagy teljesítményű tornyok biztosították, amelyek nagy távolságra adtak jelet, most számos kompakt, alacsony teljesítményű tornyot kell telepíteni mindenütt. Ne feledje, hogy a nagyvárosokban nagyon sok állomásra lesz szükség a magas épületek által zavart jel áthidalásához. Például New York 5G-hálózattal való ellátásához szükséges az alapállomások számát 500 (!) alkalommal.
A az orosz szolgáltatók számára a 5G-re való áttérés körülbelül 150 milliárd rubelbe kerül, ami összehasonlítható a 4G-hálózat kiépítésére fordított korábbi költségekkel, még akkor is, ha a 5G állomás költsége alacsonyabb a meglévőknél (de sokra van szükség belőlük).
Két hálózati változat: állandó és mobil
A energiafogyasztás csökkentése és a távolság növelése érdekében a következő technológiát használják: beamforming — dinamikus rádiónyaláb-képzés a konkrét előfizető számára. Hogyan történik ez? Az alapállomás megjegyzi, honnan és mikor érkezett a jel (ez nemcsak az ön telefonjából, hanem az akadályokról való visszaverődés által is érkezik), és trilaterációs módszerekkel kiszámítja az ön körüli körübelüli helyzetét, majd megtervezi a jel optimális pályáját.
Forrás: Analysys Mason
A vevő helyének nyomon követésének szükségessége azonban kis eltérést vezet a fix és mobil változatok használatában, és ez a felhasználási esetek különbségeiben is megmutatkozik (erről később, a 'Fogyasztói piac' részben).
Current Status
Szabványok
Nincs elfogadott 5G szabvány. A technológia túl bonyolult, és túl sok szereplő van ellentmondásos érdekekkel.
Magas fokú kidolgozottságú javaslatként van folyamatban a 5G NR szabvány (New Radio) a 3GPP szervezettől (3rd Generation Partnership Project), amely a korábbi 3G és 4G szabványokat is kidolgozta. Az 5G két rádiófrekvenciás tartományt használ (Frekvencia Tartomány, vagy egyszerűen FR). FR1 alacsonyabb mint 6 GHz frekvenciákat kínál. FR2 – 24 GHz felett, az úgynevezett milliméteres hullámok. A szabvány álló és mozgó vevőegységeket támogat, és a Verizon amerikai telekommunikációs óriás 5GTF szabványának továbbfejlesztése, amely csak álló vevőegységeket támogat (ezt a szolgáltatást rögzített vezeték nélküli hálózatoknak nevezzük).
Az 5G NR szabvány három felhasználási forgatókönyvet ír elő:
- eMBB (megerősített mobil szélessáv) – a megszokott mobil internetet definiálja;
- URLLC (ultra megbízható alacsony késleltetésű kommunikáció) — magas válaszsebességi és megbízhatósági követelmények – olyan feladatokhoz, mint az önálló közlekedés vagy a távsebészet;
- mMTC (tömeges géptípusú kommunikáció) – támogatja a sok eszköz egyidejű használatát, amelyek ritkán küldenek adatokat – az Internet of Things esetét, azaz a mérőórákat és az ellenőrző eszközöket.
Vagy röviden, ugyanez a képen:
Fontos megérteni, hogy először az ipar az eMBB bevezetésére összpontosít, mint a létező pénzáramokkal rendelkező forgatókönyv, ami érthetőbb.
Bevezetés
2018 óta nagyszabású tesztelés folyik, például a dél-koreai téli olimpiákon. 2018-ban a négy legnagyobb orosz szolgáltató végrehajtotta a teszteket. Az MTS új technológiát tesztelt – videohívásokkal, nagy felbontású videóátvitellel, online játékokkal kapcsolatos felhasználási forgatókönyveket ellenőriztek.
Dél-Koreában, először a világon, 5G szolgáltatást kínáltak 2018 végén. A globális kereskedelmi bevezetés 2020-ban várható. A kezdeti szakaszban az FR1 sávot fogják használni a meglévő 4G hálózatok kiegészítéseként. A Miniszterelnökség tervei szerint Oroszországban a 5G 2020-tól nagyvárosokban kezd megjelenni. A gyakorlatban a nagyszabású bevezetést a monetizálási lehetőségek határozzák meg, és a 5G ezen szempontja egyelőre nem világos.
Mi a probléma a monetizálással? Az a helyzet, hogy a telekommunikációs szolgáltatók egyelőre nem látnak indokolt okokat a modernizálásra: a meglévő hálózatok teljesítik a terhelést. Jelenleg a 5G-t inkább marketing szempontból vizsgálják: a telefon képernyőjén megjelenő 5G ikon kétségtelenül előny a telekommunikációs szolgáltató ügyfelei előtt. Figyelemre méltó az anekdotikus eset a , az ikon 5G elhelyezésével valós hálózat nélkül, amiért a versenytársak pert indítottak ellene csalás miatt.
Ha alaposan megnézzük, láthatjuk, hogy az ikon valójában "5GE" - ami a 5G Evolution rövidítése, és hirtelen nem az a 5G, amire gondolunk, hanem csupán egy címke, amelyet a marketingesek találtak ki a meglévő LTE-hálózat néhány fejlesztésével.
Chipek
A mikroelektronikai vállalatok már több milliárd dollárt fektettek a 5G-be. A Samsung kínálja az 5G NR mobilmodemekhez a lapkákat (), a Qualcomm (), a Huawei (). Az Intel, a piacon új szereplő, modemjei 2019 végére várhatóak. A Samsung modemje 10nm FinFET technológiával készült, és kompatibilis a régi szabványokkal, kezdve a 2G-től. 6 GHz-ig terjedő frekvenciasávban 2 Gb/s letöltési sebességet biztosít, milliméteres sáv használatakor a sebesség 6 Gb/s-ra nő.
Telefonok
Gyakorlatilag minden Android telefongyártó bejelentette 5G bevezetési terveit. A Samsung bemutatta a Galaxy S10 5G verziót a Mobile World Congress-en 2019 február végén. Április 5-én már megjelent Dél-Koreában. Az Egyesült Államokban május 16-án került piacra, és ott a Verizon telekommunikációs operátor hálózatával csatlakozik. Más szolgáltatók is követik: az AT&T tervezi, hogy 2019 második felében együttműködik a Samsung-gal egy második okostelefon piacra dobásában.
Az év folyamán különböző gyártók 5G okostelefonjai, főleg prémium kategóriás modellek, kerülnek a boltok polcaira. Egyes becslések szerint az új technológia 200-300 dollárral növeli az eszközök árát és 10%-kal a havidíjat.
Fogyasztói piac
Eset 1. Otthoni Internet
Az 5G rögzített vezeték nélküli hozzáférési hálózatok alternatívát jelentenek a vezetékes internet számára lakásainkban. Míg korábban az internet kábelen érkezett a lakásunkba, a jövőben a 5G-toronyból fog érkezni, onnan pedig a router osztja el a szokásos otthoni WiFi-n keresztül. A fő szereplő cégek befejezték a felkészülést, szinkronizálva a routerek piaci bevezetését az 5G hálózatok kiépítésével. Egy tipikus 5G router ára 700-900 USD között mozog, és 2-3 Gbit/s letöltési sebességet biztosít. Így az operátorok megoldják a „last mile” problémát, és csökkentik a vezetékek telepítésének költségeit. Nem kell aggódni amiatt sem, hogy a meglévő gerinchálózatok nem bírják el azt a megnövekedett forgalmat, ami az 5G hálózatoktól származik: folynak a kutatások a meglévő üvegszálas hálózatok tartalékainak kihasználására – a úgynevezett „fekete szál” (dark fibre) felhasználására.
Mennyire lesz új ez a forgatókönyv a felhasználók számára? Jelenleg már néhány országban felhagynak a hagyományos vezetékes internet használatával, és áttérnek az LTE-re: kiderült, hogy gyorsabb és olcsóbb mobil kapcsolatot használni minden helyzetben, megfelelő tarifák mellett. Ilyen helyzet alakult ki például Koreában. Ezt a képregény is illusztrálja:
2. eset: Tömeges emberek
Biztosan mindenki járt már egy ilyen kellemetlen helyzetben: elérkezik egy kiállításra vagy stadionba, és megszűnik a mobil kapcsolat. Pont abban a pillanatban, amikor posztolni szeretnél egy képet vagy írni a közösségi médiába.
Stadionok
A Samsung tesztet végzett a japán telekommunikációs szolgáltató, a KDDI közreműködésével egy 30 000 fős baseball-stadionban. Használva a tesztelés céljára készült 5G táblagépeket, sikerült bemutatni 4K videók streamingjét egyszerre több táblagépen.
A stadion egyike azoknak a három forgatókönyvnek, amelyeket a 5G City nevű bemutatózónában illusztrálnak, amely Szuvonban található (a Samsung központjában). A többi forgatókönyv városi környezetet tartalmaz (videokamerák, érzékelők és információs táblák csatlakozása) és egy nagysebességű hozzáférési pontot HD videók szállítására egy mozgó busz számára: miközben elhalad a ponthoz, időben letöltődik a film.
Játékok
A Niantic, a világszerte ismert helymeghatározós játék, a Pokemon Go készítője, nagy reményeket fűz a 5G-hez. Íme, miért: nemrégiben csoportos események – raidok – jelentek meg a játékban. A raidok során más játékosokkal kell összehangolni magunkat, hogy közös erővel legyőzzük a különösen erős pokemont, ami érdekes helyzeteket teremt a valós életben. Így a játék fő legendás helyszíne, ahol a legritkább pokemon, Mewtwo található, a New York-i Times Square-en van – el tudja képzelni, mekkora tömeg gyűlik ott össze, amely nem csak pokemon vadászokból, hanem egyszerű turistákból is áll.
A kiterjesztett valóságot szintén a 5G „killer app”-jának tekintik. Ebben a látni fogja a valós időben zajló mágikus párbajok koncepcióját, amelyet a Niantic jelenleg fejleszt az „Harry Potter” ihletésére készült új játékban. A Niantic már partnerséget kötött a Samsunggal és a Deutsche Telekom valamint SK Telecom szolgáltatókkal.
Szállítás
Végül érdekes a vonatokkal kapcsolatos eset. Megszületett az ötlet, hogy a vasutat 5G kapcsolattal lássák el az utasok szórakozása és kényelme érdekében. A Bristol Egyetem kutatása : ahhoz, hogy nagysebességű, zökkenőmentes kapcsolatot érjünk el, 800 méterre elhelyezett hozzáférési pontokkal kell felszerelni a vasutat!
Példa arra, hogyan kell elhelyezni a hozzáférési pontokat a vasúti pálya mentén
Sikeres teszteket végeztek egy Tokió környékén közlekedő vonaton – ezeket a Samsung a KDDI telekommunikációs szolgáltatóval együtt. A tesztek során 1,7 Gb/s sebességet értek el, és a teszt során 8K videó töltődött le, valamint 4K videó töltődött fel a kameráról.
Új felhasználási forgatókönyvek
De mindez inkább a már megszokott feladatok megoldása. De mit kínálhat nekünk a 5G igazán újat?
Összekapcsolt autó
Az alapvető előny – az alacsony késleltetés, amely lehetővé teszi, hogy az autók akár 500 km/h sebességgel kommunikáljanak egymással. Az emberekkel ellentétben az autók végre meg tudják beszélni egymással vagy a statikus infrastruktúrával a manővereiket, ezáltal biztonságosabbá téve az utakat. Érdekes, hogy a rendszer figyelembe veszi az időjárási viszonyokat: mindenki tudja, hogy csúszós időben a fékút hosszabb, ezért egy ilyen rendszer szabályainak is változnia kell.
Az 5GAA (Automotive Association) európai szövetség már több mint 100 vezető távközlési és autóipari gyártót egyesít világszerte, hogy felgyorsítsa a C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything) rendszer bevezetését. A szövetség fő céljai a teljes körű közúti biztonság és a közlekedés hatékonysága. A biztonságot a 5G okostelefonokkal rendelkező kerékpárosok és gyalogosok is élvezhetik. A közlekedési résztvevők legfeljebb 1 km távolságból közvetlen kapcsolatot létesítenek, nagyobb távolságok esetén pedig 5G lefedettségre van szükségük. A rendszer lehetővé teszi a rendőrség és mentőszolgálatok számára fenntartott korridorok kialakítását, szenzoros adatcsere a járművek között, távoli vezetés és egyéb csodák megvalósítását. A C-V2X elindulása után a szövetség a megszerzett tapasztalatokat szeretné alkalmazni a 5G V2X területén, célul tűzve az ipar 4.0-t, az okos városokat és mindent, ami 5G-t használ.
Példák olyan helyzetekre, amelyeket a Connected Car segítségével lehet megoldani. Forrás: Qualcomm.
Az 5G lehetővé teszi a földi járművek és légijárművek közötti kapcsolatot. Idén a Samsung, együttműködve a spanyol internet szolgáltatóval, az Orange-zsal, , mint távoli pilóta irányított egy drónt, kihasználva a fejlett 5G hálózatot, és valós időben kapott nagy felbontású videostreamet. Az amerikai szolgáltató, a Verizon 2017-ben megvásárolta , ígérve millió 5G-vel csatlakozó repülést. A cég drónjai már csatlakozva vannak a Verizon által indított 4G hálózathoz.
Ipar 4.0
Valójában a "Industrie 4.0" kifejezést Németországban találták ki ipari modernizációs programjuk számára. A (5G Alliance for Connected Industries and Automation) német székhellyel 2018 óta egyesíti azokat a gyártó cégeket, akik érdeklődnek az 5G alkalmazása iránt. A legnagyobb követelményeket a ipari robotok mozgásának irányítása támasztja, ahol a válaszidő nem haladhatja meg a tized másodperceket. Ezt jelenleg ipari Ethernet (például EtherCAT szabvány) segítségével kezelik. Nagy valószínűséggel a 5G ezen a piacon is versenyezni fog!
Más alkalmazások, mint az ipari vezérlők és az emberi operátor közötti kommunikáció, érzékelőhálózatok, kevésbé igénylik a kevesebb késleltetést. Jelenleg a legtöbb ilyen hálózat kábelt használ, ezért a vezeték nélküli 5G gazdaságilag indokolt megoldásnak tűnik, emellett gyors gyártási átkonfigurációt is lehetővé tesz.
A gyakorlatban a gazdasági megfontolások a 5G bevezetéséhez vezetnek a legdrágább területeken, amelyek az emberi munkaerővel kapcsolatosak, például a gyárakban és raktárakban dolgozó targoncavezetők esetében. Ilyen például az európai mérnöki cég, az Acciona. . A kocsi 360 fokos, nagy felbontású videót közvetít, távoli operátor segíti őt a váratlan helyzetekből való kiutat. A kocsi a Cisco és Samsung 5G technológiáit használja.
A távoli együttműködés technológiái még tovább fejlődnek. Idén bemutatták, hogy egy szakértő sebész valós időben figyeli egy onkológiai műtét menetét, amely sok kilométerre zajlik tőle, és bemutatja kollégáinak, hogyan végezzenek a műtétet a legjobban. A technológia fejlődésével aktívabban részt vehet, már közvetlenül irányítva a sebészeti eszközöket.
A dolgok internete
Elsősorban a 5G megoldja a dolgok internetének számos, rosszul támogatott kommunikációs szabványával kapcsolatos problémát, amely jelenleg véleményünk szerint korlátozza e terület fejlődését.
Itt a 5G a következőket kínálhatja:
- Ad hoc hálózatok (routerek nélkül)
- Magas sűrűségű csatlakoztatott eszközök
- Korszerű, energiahatékony (10+ év egy akkumulátorral) kommunikáció támogatása
De úgy tűnik, hogy a nagyvállalatokat egyelőre más, a dolgok internetétől eltérő forgatókönyvek érdeklik. Egy gyors internetes keresés nem talált bemutatókat kulcsszereplőktől a 5G előnyeiről a dolgok internetére vonatkozóan.
A téma zárásaként figyeljük meg a következő érdekes lehetőséget. Jelenleg a konnektorra való függőség vagy az akkumulátorok cseréjének szükségessége korlátozza a "dolgok" választékát. Az alacsony frekvenciájú induktív vezeték nélküli töltés csak néhány centiméter távolságban működik. A 5G és annak irányított milliméteres hullámai lehetővé teszik a több méteres távolságra történő hatékony töltést. Bár a meglévő szabványok ezt még nem definiálják, biztosak vagyunk benne, hogy a mérnökök hamarosan megtalálják a módját ennek a lehetőségnek a kihasználására!
Lehetőségek a fejlesztők számára
Ha érdekli a téma, merre tovább?
Kapcsolatok. Személyesen is találkozhat a 5G szereplőivel a közelgő orosz konferenciákon. május 29-30. május 30-31. június 25-27. október 24.
Az akadémiai kapcsolatok közül kiemelkedik amelyet az Információátviteli Problémák Intézetében tartanak.
Finanszírozás. A kulcsszereplők versenyeket szerveznek a 5G különböző területeken való alkalmazásáról. Az Egyesült Államokban a Verizon nemrégiben hirdette meg a „Built on 5G Challenge”-t az Ipar 4.0 számára, immerszív fogyasztói alkalmazásokhoz (VR/AR) és áttörő ötletekhez (amelyek megváltoztatják életünket és munkánkat). A verseny nyitott az Egyesült Államokban bejegyzett kisvállalkozások számára, a jelentkezéseket július 15-ig várják. A díjazás – 1 millió dollár. A győzteseket idén októberben hirdetik ki.
Munkavállalás. A négy nagy mobilszolgáltaton kívül Oroszországban több cég is tervezi a 5G alkalmazását a közeljövőben. A vezető tartalomterjesztő szolgáltató, a CDNVideo üzleti modellje – a felhasznált forgalom alapján történő díjfizetés. A 5G használatának potenciálisan csökkentett ára lehetővé teszi a cég számára a költségek csökkentését. A PlayKey a felhőalapú játékok népszerűsítésével foglalkozik, nem meglepő, hogy a terveik között szerepel a 5G használata.
. Nem kell semmit fizetni. Nem kell megállapodni arról, hogy telepítsük a rendszert a laptopunkra vagy szerverünkre. Nincsenek rejtett díjak. Ugyanakkor egyetlen más Open Source adatbázistechnológia sem tud versenyezni a sebességgel a, láthatóan kulcsszerepet fog játszani az infrastruktúrában. Az amerikai támogatja a 5G-t. Az európai összefogja azokat, akik el akarják kerülni a 5G infrastruktúrájának zárt forrású komponenseit. A stratégiai területek közé tartozik a 5G modemek és a szoftver alapú rendszerek, heterogén hálózatok és az Internet of Things támogatása. virtualizálja a rádiós hozzáférési hálózatokat (Radio Access Networks). A hálózati mag megvalósítása elérhető a .
Szerzők:
Stanislav Polonsky – a Samsung Kutatóközpont jövőbeli kutatások és fejlesztések osztályvezetője
Tatyana Volkova – a Samsung IoT Akadémia projekt oktatási programjának szerzője, a Samsung Kutatóközpont vállalati szociális felelősségvállalási programjainak szakértője
Forrás: habr.com
