Anche senza comprendere particolarmente le generazioni degli standard di comunicazione mobile, probabilmente chiunque risponderà che il 5G è più interessante del 4G/LTE. In realtà, tutto non è così semplice. Scopriamo perché il 5G è migliore/peggiore e quali casi del suo utilizzo sono i più promettenti, tenendo conto dello stato attuale.
Quindi, cosa ci promette la tecnologia 5G?
- La velocità aumenta decine di volte fino a 10 Gb/s,
- Riducendo i ritardi (latenza) di decine di volte fino a 1 ms,
- Maggiore affidabilità della connessione (tasso di errore di perdita di pacchetti) centinaia di volte,
- Aumento della densità (numero) di dispositivi connessi (106/km2).
Tutto ciò è ottenuto attraverso:
- multicanale (parallelismo tra frequenze e stazioni base)
- aumento delle frequenze delle portanti radio da unità a decine di GHz (capacità del canale radio)
Il 5G migliorerà il 4G nelle aree tradizionali, che si tratti del download istantaneo di film o della connessione fluida di un’app mobile al cloud. Quindi sarà possibile rifiutarsi di fornire Internet via cavo ai nostri appartamenti e uffici?
Il 5G fornirà connettività universale da tutto a tutto, combinando protocolli ad alta larghezza di banda e assetati di energia con protocolli a banda stretta ed efficienti dal punto di vista energetico. Ciò aprirà nuove direzioni inaccessibili al 4G: comunicazione da macchina a macchina a terra e in aria, Industria 4.0, Internet delle cose. che il business del 5G guadagnerà 3.5 trilioni di dollari entro il 2035 e creerà 22 milioni di posti di lavoro.
O no?..
(Fonte immagine – Reuters)
Come funziona
Se sai come funziona il 5G, salta questa sezione.
Quindi, come possiamo ottenere un trasferimento dati così veloce nel 5G, come descritto sopra? Questa non è una specie di magia, vero?
L'aumento della velocità avverrà a causa del passaggio a una gamma di frequenza più elevata, precedentemente inutilizzata. Ad esempio, la frequenza del WiFi domestico è di 2,4 o 5 GHz, la frequenza delle reti mobili esistenti è entro 2,6 GHz. Ma quando parliamo di 5G parliamo subito di decine di gigahertz. È semplice: aumentiamo la frequenza, diminuiamo la lunghezza d’onda e la velocità di trasferimento dei dati diventa molte volte maggiore. E la rete nel suo insieme viene scaricata.
Ecco un fumetto visivo di come era e come sarà. Era:
Sarà:
(Fonte: Spettro IEEE, )
La frequenza è aumentata di dieci volte, quindi nel 5G abbiamo a che fare con onde molto più corte, millimetriche. Non superano bene gli ostacoli. E in relazione a ciò, l'architettura della rete sta cambiando. Se prima le comunicazioni ci venivano fornite da torri grandi e potenti che fornivano comunicazioni su lunghe distanze, ora sarà necessario posizionare ovunque molte torri compatte e a bassa potenza. E tieni presente che nelle grandi città avrai bisogno di molte stazioni, a causa del segnale bloccato dai grattacieli. Quindi, per dotare con sicurezza New York delle reti 5G, è necessario il numero di stazioni base è 500 (!) volte.
Su Per gli operatori russi, il passaggio al 5G costerà loro circa 150 miliardi di rubli, un costo paragonabile ai costi precedenti per l'implementazione della rete 4G, e questo nonostante il costo di una stazione 5G sia inferiore a quelli esistenti (ma molti di loro sono necessari).
Due opzioni di rete: fissa e mobile
Tecnologia utilizzata per ridurre il consumo energetico e aumentare la portata beamforming — formazione dinamica di un raggio radio per un abbonato specifico. Come si fa? La stazione base ricorda da dove proviene il segnale e a che ora (non proviene solo dal telefono, ma anche come riflesso degli ostacoli) e, utilizzando metodi di triangolazione, calcola la posizione approssimativa e quindi costruisce il percorso ottimale del segnale.
Fonte: Analisi Mason
Tuttavia, la necessità di tracciare la posizione del ricevitore porta a una leggera differenza tra i casi d'uso fissi e mobili, e questo si riflette nei diversi casi d'uso (ne parleremo più avanti nella sezione "Mercato dei consumatori").
Status quo
norme
Non esiste uno standard 5G accettato. La tecnologia è troppo complessa e ci sono troppi attori con interessi contrastanti.
Lo standard 5G NR è in fase di proposta altamente sviluppata (Nuova radio) dall'organizzazione 3GPP (Progetto di partenariato di terza generazione), che ha sviluppato gli standard precedenti, 3G e 4G. Il 5G utilizza due bande di radiofrequenza (Intervallo di frequenze, o semplicemente abbreviato FR). FR1 offre frequenze inferiori a 6GHz. FR2 – sopra i 24 GHz, il cosiddetto. onde millimetriche. Lo standard supporta ricevitori fissi e mobili ed è un ulteriore sviluppo dello standard 5GTF del colosso americano delle telecomunicazioni Verizon, che supporta solo ricevitori fissi (questo tipo di servizio si chiama reti di accesso wireless fisse).
Lo standard 5G NR prevede tre casi d’uso:
- eMBB (banda larga mobile potenziata) – definisce l'Internet mobile a cui siamo abituati;
- URLLC(Comunicazioni a bassa latenza ultra affidabili) - requisiti elevati di velocità di risposta e affidabilità - per compiti quali il trasporto autonomo o la chirurgia remota;
- mMTC (Comunicazioni di tipo massiccio della macchina) – supporto per un gran numero di dispositivi che raramente inviano dati – è il caso dell'Internet delle cose, ovvero contatori e dispositivi di monitoraggio.
O brevemente, la stessa cosa nella foto:
È importante capire che il settore si concentrerà inizialmente sull’implementazione dell’eMBB come scenario più comprensibile con i flussi di cassa esistenti.
Внедрение
Dal 2018 vengono effettuati test su larga scala, ad esempio, in occasione dei Giochi olimpici invernali in Corea del Sud. Nel 2018, tutti gli operatori russi delle Big Four hanno condotto dei test. MTS ha testato la nuova tecnologia — sono stati testati casi d'uso con videochiamate, trasmissione video ad alta definizione e giochi online.
In Corea del Sud, per la prima volta al mondo, il servizio 5G è stato offerto alla fine del 2018. Il lancio commerciale a livello mondiale è previsto per il prossimo anno, 2020. Nella fase iniziale, la banda FR1 verrà utilizzata come estensione delle reti 4G esistenti. Secondo i piani del Ministero delle Telecomunicazioni e delle Comunicazioni di massa, in Russia il 5G inizierà ad apparire nelle città con più di un milione di abitanti a partire dal 2020. In pratica, l’implementazione su larga scala sarà determinata dalla capacità di monetizzare, e questo aspetto del 5G non è ancora chiaro.
Qual è il problema con la monetizzazione? Il fatto è che gli operatori delle telecomunicazioni non vedono ancora ragioni convincenti per la modernizzazione: le reti esistenti riescono a far fronte abbastanza bene al carico. E ora considerano il 5G più in termini di marketing: l’icona 5G sullo schermo del telefono sarà sicuramente un vantaggio agli occhi degli abbonati dell’operatore di telecomunicazioni. Un caso aneddotico con , che ha posizionato un'icona 5G in assenza di una rete reale, per la quale i concorrenti lo hanno denunciato per inganno.
Se guardi da vicino, puoi vedere che l'icona è in realtà "5GE" - che sta per 5G Evolution, e improvvisamente questo non è il 5G a cui pensiamo, ma solo un'etichetta inventata dagli esperti di marketing per una rete LTE esistente con alcuni miglioramenti.
Chipset
Le aziende di microelettronica hanno già investito molti miliardi di dollari nel 5G. I chip per i modem cellulari 5G NR sono offerti da Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). I modem di Intel, un nuovo attore in questo mercato, sono attesi entro la fine del 2019. Il modem Samsung è realizzato con la tecnologia FinFET a 10 nm ed è compatibile con gli standard più vecchi, a partire dal 2G. Nella gamma di frequenza fino a 6 GHz offre velocità di download fino a 2 Gb/s; quando si utilizza l'onda millimetrica la velocità aumenta fino a 6 Gb/s.
Cellulari
Quasi tutti i produttori di telefoni Android hanno annunciato l’intenzione di introdurre il 5G. Samsung ha presentato l'ammiraglia Galaxy S10 nella versione 5G al Mobile World Congress di fine febbraio 2019. È stato rilasciato in Corea il 5 aprile. Negli Stati Uniti il nuovo prodotto è apparso il 16 maggio e lì avviene la connessione con la rete dell'operatore di telecomunicazioni Verizon. Anche altri operatori stanno recuperando terreno: AT&T annuncia l'intenzione di rilasciare un secondo smartphone insieme a Samsung nella seconda metà del 2.
Nel corso dell’anno arriveranno sugli scaffali dei negozi smartphone 5G di diversi produttori, per lo più premium. Secondo alcune stime, la nuova tecnologia aumenterà il costo dei dispositivi di 200-300 dollari e il canone di abbonamento del 10%.
Mercato dei consumatori
Caso 1. Internet domestico
Le reti di accesso wireless fisse 5G diventeranno un'alternativa a Internet via cavo nei nostri appartamenti. Se in precedenza Internet arrivava al nostro appartamento tramite cavo, in futuro arriverà dalla torre 5G e quindi il router lo distribuirà tramite il solito WiFi domestico. Le principali aziende player hanno completato i preparativi, sincronizzando il rilascio dei router in vendita con l’implementazione delle reti 5G. Un tipico router 5G costa $ 700-900 e fornisce velocità di download di 2-3 Gbps. In questo modo gli operatori risolveranno da soli il problema dell’“ultimo miglio” e ridurranno i costi di posa dei cavi. E non c'è da temere che le reti dorsali esistenti non riescano a far fronte all'aumento del traffico che arriverà dalle reti 5G: sono in corso ricerche sull'utilizzo della riserva esistente di reti in fibra ottica - la cosiddetta "fibra nera" ( fibra scura).
Quanto sarà nuovo questo scenario per gli utenti? Già adesso in alcuni Paesi non si utilizza più la tradizionale connessione internet cablata domestica e si passa all'LTE: risulta che è più veloce ed economico utilizzare la comunicazione mobile in tutte le situazioni, con tariffe convenienti. Questa situazione, ad esempio, si è sviluppata in Corea. Ed è illustrato in questo fumetto:
Caso 2. Assembramenti di massa di persone
Sicuramente tutti si sono trovati in una situazione così spiacevole: vieni a una mostra o allo stadio e la connessione mobile scompare. E questo è proprio nel momento in cui vuoi pubblicare una foto o scrivere sui social network.
Stadi
Samsung ha condotto il test insieme all'operatore di telecomunicazioni giapponese KDDI in uno stadio di baseball da 30 posti. Utilizzando tablet 5G di prova, siamo stati in grado di dimostrare lo streaming video 4K su più tablet contemporaneamente.
Lo stadio è uno dei tre scenari illustrati in un'area demo chiamata 5G City, situata a Suwon (quartier generale di Samsung). Altri scenari includono un ambiente urbano (collegamento di videocamere, sensori e pannelli informativi) e un punto di accesso ad alta velocità per fornire video HD a un autobus in movimento: mentre passa vicino al punto, il film ha il tempo di scaricarsi.
Игры
Niantic, il creatore del famoso gioco di localizzazione Pokemon Go, nutre grandi speranze per il 5G. Ed ecco perché: non molto tempo fa, nel gioco sono comparsi eventi di gruppo: i raid. I raid richiedono che tu ti coordini con altri giocatori per collaborare per sconfiggere un Pokémon particolarmente potente, e questo crea situazioni interessanti nella vita reale. Pertanto, il luogo leggendario principale del gioco con il Pokemon Mewtwo più raro si trova a Times Square a New York: puoi immaginare quale folla possa radunarsi lì, composta non solo da cacciatori di Pokemon, ma anche solo da turisti.
Anche la realtà aumentata è considerata una “killer app” per il 5G. In ciò puoi vedere il concetto di duelli magici in tempo reale attualmente sviluppato da Niantic nel nuovo gioco basato su Harry Potter. Niantic ha già stretto partnership con Samsung e gli operatori Deutsche Telecom e SK Telecom.
Trasporto
Interessante infine il caso del treno. È nata l'idea di fornire alla ferrovia comunicazioni 5G per l'intrattenimento e il comfort dei passeggeri. Studio dell'Università di Bristol : per ottenere una comunicazione continua e ad alta velocità, è necessario dotare la ferrovia di punti di accesso a una distanza di 800 metri l'uno dall'altro!
Un esempio di come posizionare i punti di accesso lungo un binario ferroviario
I test sono stati eseguiti con successo su un treno che opera vicino a Tokyo: il loro e Samsung insieme all'operatore di telecomunicazioni KDDI. Durante i test è stata raggiunta una velocità di 1,7 Gbps e durante il test sono stati scaricati video 8K e caricati video 4K dalla fotocamera.
Nuovi casi d'uso
Ma tutto ciò è piuttosto una soluzione a problemi che ci sono già familiari. Quali novità fondamentali può offrirci il 5G?
Auto connessa
Il vantaggio principale è la bassa latenza, che consente alle macchine di comunicare tra loro a velocità fino a 500 km/h. A differenza dei conducenti umani, le auto saranno finalmente in grado di negoziare tra loro o con infrastrutture fisse sulle manovre, rendendo la strada più sicura. È interessante notare che il sistema terrà conto delle condizioni meteorologiche: tutti sanno che con tempo scivoloso lo spazio di frenata è più lungo, quindi le regole in un tale sistema dovrebbero cambiare.
La 5GAA europea (Automotive Association) riunisce già più di 100 importanti produttori di telecomunicazioni e automobili in tutto il mondo per accelerare l’implementazione di C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Gli obiettivi principali dell'associazione sono la sicurezza stradale globale e l'efficienza del traffico. Anche i ciclisti e i pedoni con smartphone 5G possono contare sulla sicurezza. Gli utenti del traffico che si trovano a distanze fino a 1 km potranno comunicare direttamente, a distanze maggiori avranno bisogno della copertura 5G. Il sistema garantirà la creazione di corridoi per la polizia e le ambulanze, prevederà lo scambio di sensori tra auto, la guida a distanza e altri miracoli. Dopo il lancio di C-V2X, l'associazione intende applicare l'esperienza maturata nel 5G V2X, puntando all'industria 4.0, alle città intelligenti e a tutto ciò che si muove utilizza il 5G.
Esempi di situazioni risolvibili con Connected Car. Fonte: Qualcomm
Il 5G consentirà la comunicazione non solo per i veicoli terrestri, ma anche per gli aerei. Quest'anno Samsung, insieme al provider Internet spagnolo Orange, , come un pilota remoto ha controllato il volo di un drone utilizzando una rete 5G distribuita e ricevendo un flusso video ad alta risoluzione in tempo reale. Il provider americano Verizon ha acquistato nel 2017 , promette milioni di voli connessi al 5G. I droni dell'azienda sono già connessi alla rete 4G live di Verizon.
Industria 4.0
In generale, l’espressione “Industria 4.0” è stata coniata in Germania per il suo programma di modernizzazione industriale. Associazione (5G Alliance for Connected Industries and Automation), con sede in Germania, unisce le aziende manifatturiere interessate all’utilizzo del 2018G dal 5. I maggiori requisiti di latenza e affidabilità sono imposti dal controllo del movimento dei robot industriali, dove il tempo di risposta non può superare le decine di microsecondi. Ora questo problema viene risolto utilizzando Industrial Ethernet (ad esempio lo standard EtherCAT). È probabile che anche il 5G concorrerà per questa nicchia!
Altre applicazioni, come la comunicazione tra controllori industriali o con operatori umani, reti di sensori, sono meno impegnative. Al giorno d’oggi, la maggior parte di queste reti utilizza il cavo, quindi il 5G wireless sembra essere una soluzione economicamente valida, oltre a consentire una rapida riconfigurazione della produzione.
In pratica, la fattibilità economica porterà all’adozione del 5G nelle aree più costose di manodopera umana, come i conducenti di carrelli elevatori nelle fabbriche e nei magazzini. Così ha dimostrato la società europea di ingegneria Acciona . Il carrello trasmette video a 360 gradi in alta definizione e un operatore remoto lo aiuterà a uscire da una situazione imprevista. Il carrello utilizza la tecnologia 5G di Cisco e Samsung.
Le tecnologie di collaborazione remota andranno oltre. Quest'anno è stato dimostrato come un chirurgo esperto monitora in tempo reale l'andamento di un'operazione contro il cancro, avvenuta a molti chilometri di distanza, e mostra ai suoi colleghi come eseguire al meglio l'operazione. Con il miglioramento della tecnologia, sarà in grado di assumere un ruolo più attivo, controllando direttamente gli strumenti chirurgici.
Internet delle cose
Innanzitutto il 5G risolverà il problema dei numerosi e poco supportati standard di comunicazione dell’Internet of Things, che attualmente, a nostro avviso, limitano lo sviluppo di questo ambito.
Qui il 5G può offrire quanto segue:
- Reti ad hoc (senza router)
- Alta densità di dispositivi collegati
- Supporta comunicazioni a banda stretta ed efficienti dal punto di vista energetico (oltre 10 anni con una batteria).
Ma sembra che le grandi imprese siano ancora più interessate ad altri scenari oltre all’Internet delle cose. Una rapida ricerca su Internet non ha trovato dimostrazioni da parte dei principali attori dei vantaggi del 5G per l’Internet delle cose.
Concludendo questo argomento, prestiamo attenzione alla seguente interessante possibilità. Al giorno d'oggi, la dipendenza da una presa o la necessità di sostituire le batterie limita la scelta della “roba”. La ricarica wireless induttiva a bassa frequenza funziona solo su una distanza di pochi centimetri. Il 5G e le sue onde millimetriche direzionali consentiranno una ricarica efficiente su distanze di diversi metri. Sebbene gli standard attuali non lo specifichino, non abbiamo dubbi che gli ingegneri troveranno presto il modo di sfruttare questa opportunità!
Opportunità per gli sviluppatori
Se sei interessato all'argomento, dove andare dopo?
comunicazione. Potrai incontrare personalmente i giocatori 5G alle prossime conferenze russe 29-30 maggio, 30-31 maggio, 25-27 giugno, 24 ottobre.
Tra i contatti accademici va segnalato tenutosi presso l'Istituto per i problemi di trasmissione delle informazioni.
finanziamento. I principali attori stanno organizzando concorsi per utilizzare il 5G in vari settori. Negli Stati Uniti Verizon recentemente Concorso “Built on 5G Challenge” per l’Industria 4.0, applicazioni consumer immersive (VR/AR) e idee rivoluzionarie (cambiare il modo in cui viviamo e lavoriamo). Il concorso è aperto alle piccole imprese statunitensi registrate e le domande sono accettate fino al 15 luglio. Il montepremi è di 1 milione di dollari. I vincitori saranno annunciati nell'ottobre di quest'anno.
collocamento. Oltre ai quattro grandi operatori di telefonia mobile, in Russia ci sono diverse aziende che intendono utilizzare il 5G nel prossimo futuro. Il modello di business del principale fornitore di servizi di distribuzione di contenuti in Russia e nella CSI, CDNVideo, è il pagamento per il volume di traffico ricevuto. L’utilizzo del 5G, che potenzialmente abbassa questo prezzo, consentirà all’azienda di ridurre i costi. PlayKey promuove i giochi nel cloud e non sorprende che preveda di utilizzare anche il 5G.
Open Source, svolgerà probabilmente un ruolo chiave nel settore delle infrastrutture. americano supporta il 5G. europeo riunisce coloro che vogliono bypassare i componenti proprietari dell’infrastruttura 5G. Le aree strategiche includono il supporto ai modem 5G e ai sistemi software-defined, alle reti eterogenee e all’Internet delle cose. virtualizza le reti di accesso radio. L'implementazione del nucleo della rete è disponibile da .
Autori:
Stanislav Polonsky - Capo del dipartimento di ricerca e sviluppo avanzato del Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Autrice del curriculum per il progetto IoT Samsung Academy, specialista in programmi di responsabilità sociale delle imprese presso il Samsung Research Center
Fonte: habr.com