Anche senza essere esperti negli standard delle telecomunicazioni, chiunque risponderebbe sicuramente che il 5G è migliore del 4G/LTE. In realtà, non è così semplice. Scopriamo insieme in cosa il 5G è migliore o peggiore e quali casi d'uso sono più promettenti, considerando la situazione attuale.
Quindi, cosa ci promette la tecnologia 5G?
- Un incremento della velocità fino a 10 Gb/s,
- Una riduzione dei tempi di latenza a 1 ms,
- Un aumento dell'affidabilità della connessione (tasso di errore di perdita pacchetti) fino a centinaia di volte,
- Un incremento della densità (numero) dei dispositivi connessi (106/km2).
Tutto ciò si ottiene grazie a:
- multicanalità (parallelismo in frequenze e stazioni base)
- aumento delle frequenze portanti da unità a decine di GHz (larghezza di banda del canale radio)
Il 5G migliorerà il 4G in ambiti tradizionali, che si tratti di download istantanei di film o di una connessione fluida tra l'app mobile e il cloud. Questo significa che potremo rinunciare alla fornitura di Internet nelle nostre case e uffici tramite cavo?
Il 5G garantirà una connettività universale, collegando protocolli broadband e ad alta energia con quelli narrowband e a basso consumo. Questo aprirà nuovi settori non accessibili al 4G: comunicazione macchina-a-macchina sulla terra e nell'aria, Industria 4.0, Internet delle cose. , che il business del 5G genererà $3.5T entro il 2035 e creerà 22 milioni di posti di lavoro.
O no?..
(Fonte immagine – Reuters)
Come funziona
Chi sa come funziona il 5G – salti questo paragrafo.
Quindi, grazie a cosa possiamo raggiungere una così veloce trasmissione dei dati nel 5G, come descritto sopra? Non è magia, vero?
L'aumento della velocità avverrà grazie al passaggio a una gamma di frequenze più alta – precedentemente non utilizzata. Ad esempio, la frequenza del WiFi domestico è di 2,4 o 5 GHz, mentre le frequenze delle reti mobili esistenti si aggirano intorno ai 2,6 GHz. Ma quando parliamo di 5G, ci riferiamo immediatamente a decine di gigahertz. È semplice: aumentiamo la frequenza, riduciamo la lunghezza d'onda – e la velocità di trasmissione dei dati aumenta di diversi ordini di grandezza. E, in generale, la rete viene alleggerita.
Ecco un fumetto che mostra com'era e come sarà. Com'era:
Sarà:
(Fonte: IEEE Spectrum, )
La frequenza è aumentata di decine di volte, quindi nel 5G ci occupiamo di onde millimetriche molto più corte. Esse attraversano male gli ostacoli. Di conseguenza, cambia anche l'architettura della rete. Se in passato la connessione era fornita da grandi torri potenti, che garantivano la copertura su lunghe distanze, ora sarà necessario disporre molte torri compatte a bassa potenza ovunque. E tenete presente che nelle grandi città saranno necessarie molte stazioni, a causa della sovrapposizione del segnale con gli edifici alti. Pertanto, per dotare New York di network 5G in modo affidabile è necessario il numero di stazioni di base di 500 (!) volte.
Secondo Per gli operatori russi, la transizione al 5G costerà circa 150 miliardi di rubli - una cifra paragonabile ai costi precedenti per la distribuzione della rete 4G, e questo nonostante il fatto che il costo della stazione 5G sia inferiore a quello delle attuali (ma ne servono molte).
Due opzioni per la rete: fissa e mobile
Per ridurre il consumo energetico e aumentare la portata viene utilizzata la tecnologia beamforming — formazione dinamica del raggio radio per un abbonato specifico. Come viene fatto? La stazione base memorizza da dove e in quale momento è arrivato il segnale (proviene non solo dal tuo telefono, ma anche come riflesso da ostacoli), e tramite metodi di triangolazione calcola la tua posizione approssimativa, costruendo poi il percorso ottimale per il segnale.
Fonte: Analysys Mason
Tuttavia, la necessità di monitorare la posizione del ricevitore porta a una leggera differenza tra le opzioni fisse e mobili, e questo si riflette nei diversi casi d'uso (di questo si parlerà più avanti, nella sezione 'Mercato dei consumatori').
Status Quo
Standard
Non esiste uno standard 5G adottato. La tecnologia è troppo complessa e ci sono troppi attori con interessi contraddittori.
È in fase di proposta avanzata lo standard 5G NR (New Radio) dall'organizzazione 3GPP (3rd Generation Partnership Project), che ha sviluppato gli standard precedenti, 3G e 4G. Il 5G utilizza due bande di frequenza radio (Frequency Range, o più semplicemente FR). FR1 offre frequenze sotto i 6GHz. FR2 – sopra i 24GHz, ovvero le onde millimetriche. Lo standard supporta ricevitori fissi e mobili ed è un ulteriore sviluppo dello standard 5GTF dell'operatore telecom americano Verizon, che supporta solo ricevitori fissi (questo tipo di servizio è chiamato reti di accesso wireless fisso).
Lo standard 5G NR prevede tre scenari d'uso:
- eMBB (broadband mobile avanzato) – definisce l'internet mobile che conosciamo;
- URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) – elevate richieste di velocità di risposta e affidabilità – per compiti come il trasporto autonomo o la chirurgia a distanza;
- mMTC (massive Machine Type Communications) – supporto per un gran numero di dispositivi che inviano dati raramente – il caso dell'Internet delle cose, cioè contatori e dispositivi di monitoraggio.
Oppure brevemente, lo stesso nella figura:
È importante comprendere che inizialmente l'industria si concentrerà sull'implementazione di eMBB, come scenario più chiaro con flussi di cassa esistenti.
Implementazione
Dal 2018 si svolgono test su larga scala, ad esempio, durante le Olimpiadi invernali in Corea del Sud. Nel 2018, tutti i principali operatori russi del "grande numero quattro" hanno effettuato test. MTS ha testato la nuova tecnologia — sono stati testati scenari d'uso con videochiamate, trasmissione di video ad alta risoluzione, giochi online.
In Corea del Sud, per la prima volta al mondo, il servizio 5G è stato offerto alla fine del 2018. L'implementazione commerciale globale è attesa nel prossimo anno, il 2020. Nella fase iniziale sarà utilizzata la banda FR1 come integrazione delle reti 4G esistenti. Secondo i piani del Ministero delle Comunicazioni, in Russia il 5G inizierà a comparire nelle città con oltre un milione di abitanti a partire dal 2020. Nella pratica, il dispiegamento su larga scala sarà determinato dalla possibilità di monetizzazione, e questo aspetto del 5G non è ancora chiaro.
Qual è il problema con la monetizzazione? Il fatto è che gli operatori telecom non vedono al momento motivi validi per un ammodernamento: le reti esistenti gestiscono bene il carico. E ora il 5G è visto da loro piuttosto in un'ottica di marketing: l'icona 5G sullo schermo del telefono sarà senza dubbio un vantaggio agli occhi degli abbonati all'operatore telecom. È significativo il caso aneddotico con , posizionando l'icona 5G in assenza di una rete reale, per cui i concorrenti hanno intentato un'azione legale per frode.
Se si osserva attentamente, si può notare che l'icona è in realtà "5GE" — che sta per 5G Evolution, e all'improvviso non è il 5G a cui pensiamo, ma solo un'etichetta inventata dai marketer per una rete LTE esistente con alcuni miglioramenti.
Chipset
Le aziende di microelettronica hanno già investito 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 di Samsung è realizzato con tecnologia FinFET a 10 nm ed è compatibile con gli standard precedenti, a partire dal 2G. Nella gamma di frequenze fino a 6 GHz garantisce una velocità di download fino a 2 Gb/s, utilizzando la banda millimetrica la velocità aumenta fino a 6 Gb/s.
Telefoni
Praticamente tutti i produttori di telefoni Android hanno annunciato progetti per l'implementazione del 5G. Samsung ha presentato il flagship Galaxy S10 in versione 5G al Mobile World Congress alla fine di febbraio 2019. Il rilascio in Corea è avvenuto il 5 aprile. Negli Stati Uniti, il dispositivo è stato reso disponibile il 16 maggio, dove la connessione avviene con la rete dell'operatore Verizon. Anche altri operatori stanno seguendo: AT&T ha annunciato piani per rilasciare insieme a Samsung un secondo smartphone nella seconda metà del 2019.
Nel corso dell'anno, i smartphone 5G di diversi produttori, principalmente di fascia alta, arriveranno sugli scaffali. Secondo alcune stime, la nuova tecnologia aumenterà il costo dei dispositivi di $200-300 e la tariffa mensile del 10%.
Mercato dei consumatori
Caso 1. Internet domestico
Le reti 5G di accesso wireless fisso diventeranno un'alternativa a Internet cablato nei nostri appartamenti. Se in passato Internet arrivava nel nostro appartamento tramite cavo, in futuro arriverà da torri 5G, e poi il router lo distribuirà tramite il consueto WiFi domestico. Le principali aziende del settore hanno completato la preparazione, sincronizzando il lancio dei router in vendita con il dispiegamento delle reti 5G. Un tipico router 5G costa tra $700 e $900 e offre una velocità di download di 2-3 Gbit/sec. In questo modo, gli operatori risolveranno il problema dell'ultimo miglio e ridurranno i costi per la posa dei cavi. E non c'è da temere che le reti di backbone esistenti non possano gestire l'aumento del traffico proveniente dalle reti 5G: sono in corso ricerche per utilizzare la riserva esistente delle reti in fibra ottica, il cosiddetto "dark fibre".
Quanto è nuova questa situazione per gli utenti? Già adesso, in alcuni paesi, si smette di utilizzare la tradizionale Internet fissa e si passa a LTE: risulta più veloce e conveniente utilizzare la connessione mobile in tutte le situazioni, grazie a tariffe convenienti. Questa situazione, ad esempio, si è verificata in Corea. Ed è illustrata in questo fumetto:
Caso 2. Assembramenti di massa
Sicuramente tutti si sono trovati in una situazione scomoda: si va a una fiera o a uno stadio e si perde la connessione mobile. Ed è proprio in quel momento che si vuole postare una foto o scrivere sui social.
Stadi
Samsung ha effettuato un test insieme all'operatore telefonico giapponese KDDI in uno stadio di baseball con 30.000 posti. Utilizzando tablet 5G di prova, è stato possibile dimostrare lo streaming di video in 4K contemporaneamente su più tablet.
Lo stadio è uno dei tre scenari illustrati nella demo chiamata 5G City, situata a Suwon (sede centrale di Samsung). Altri scenari includono un ambiente urbano (connessione di telecamere, sensori e pannelli informativi) e un punto di accesso ad alta velocità per la consegna di video HD a un autobus in movimento: mentre passa, riesce a scaricare un film.
Giochi
L'azienda Niantic, creatore del celebre gioco geolocalizzato Pokemon Go, ripone grandi speranze nel 5G. Ecco perché: non molto tempo fa nel gioco sono apparse le eventi di gruppo, i raid. Nei raid è necessario coordinarsi con altri giocatori per sconfiggere un Pokémon particolarmente forte, il che genera situazioni interessanti nella vita reale. Così, la principale location leggendaria del gioco con il Pokémon più raro, Mewtwo, si trova a Times Square a New York: puoi immaginare che tipo di folla possa radunarsi lì, composta non solo da cacciatori di Pokémon ma anche semplicemente da turisti.
La realtà aumentata è considerata anche come "killer app" per il 5G. In questo puoi vedere il concetto di duelli magici in tempo reale, attualmente in fase di sviluppo da Niantic per un nuovo gioco ispirato a "Harry Potter". Niantic ha già stretto un accordo con Samsung e gli operatori Deutsche Telecom e SK Telecom.
Trasporti
Infine, è interessante il caso dei treni. È emersa l'idea di dotare le ferrovie di un collegamento 5G per intrattenere e garantire il comfort dei passeggeri. Uno studio dell'Università di Bristol : per ottenere un collegamento senza soluzione di continuità ad alta velocità, le ferrovie devono essere dotate di punti di accesso ogni 800 metri l'uno dall'altro!
Un esempio di come disporre i punti di accesso lungo la tratta ferroviaria
Sono stati condotti con successo test su un treno che circola vicino a Tokyo – questi da Samsung in collaborazione con l'operatore telefonico KDDI. Durante i test è stata raggiunta una velocità di 1,7 Gb/s, e nel corso del test sono stati scaricati video in 8K e caricati video in 4K da una telecamera.
Nuovi scenari d'uso
Ma tutto ciò è piuttosto una soluzione a problemi che già conosciamo. Cosa di realmente nuovo può offrirci il 5G?
Auto connesse
Il principale vantaggio è la bassa latenza, che consente alle auto di comunicare tra di loro a velocità fino a 500 km/h. A differenza degli esseri umani al volante, le auto potranno finalmente accordarsi tra loro o con le infrastrutture fisse riguardo alle manovre, rendendo la strada più sicura. È interessante notare che il sistema terrà conto delle condizioni meteorologiche: tutti sanno che in condizioni di scivolosità il tempo di frenata è più lungo, quindi anche le regole in un tale sistema dovrebbero cambiare.
L'Associazione Europea 5GAA (Automotive Association) riunisce già oltre 100 principali operatori di telecomunicazioni e produttori automobilistici in tutto il mondo con l'obiettivo di accelerare il dispiegamento del sistema C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Le principali sfide 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. I partecipanti al traffico a distanze fino a 1 km potranno comunicare direttamente, mentre a distanze maggiori avranno bisogno di una copertura 5G. Il sistema garantirà la creazione di corsie per la polizia e l'ambulanza, prevede lo scambio di dati sensoriali tra veicoli, la guida remota e altre meraviglie. Dopo il lancio di C-V2X, l'associazione prevede di applicare l'esperienza acquisita in 5G V2X, puntando all'industria 4.0, alle città intelligenti e a tutto ciò che si muove utilizzando il 5G.
Esempi di situazioni che possono essere risolte con le Connected Car. Fonte: Qualcomm.
Il 5G permetterà di connettere non solo veicoli terrestri, ma anche aerei. Quest'anno Samsung, insieme al provider internet spagnolo Orange, , come un pilota remoto gestiva il volo di un drone usando la rete 5G dispiegata, ricevendo un flusso video ad alta risoluzione in tempo reale. Il provider americano Verizon nel 2017 ha acquistato , promettendo milioni di voli connessi al 5G. I droni dell'azienda sono già connessi alla rete 4G avviata da Verizon.
Industria 4.0
Di fatto, l'espressione «Industrie 4.0» è stata coniata in Germania per il proprio programma di modernizzazione dell'industria. L'associazione (5G Alliance for Connected Industries and Automation) con sede in Germania riunisce dal 2018 aziende manifatturiere interessate all'uso del 5G. Le maggiori esigenze in termini di latenza e affidabilità sono poste dal controllo del movimento dei robot industriali, dove il tempo di risposta non può superare decine di microsecondi. Attualmente, questo viene risolto mediante l'Industrial Ethernet (ad esempio, il standard EtherCAT). È molto probabile che il 5G si contendano anche questo segmento!
Altri utilizzi, come il collegamento tra i controllori industriali o con l'operatore umano, le reti sensoriali, sono meno esigenti. Attualmente, la maggior parte di queste reti utilizza cavi, quindi il 5G wireless si presenta come una soluzione economicamente giustificata, oltre a consentire una rapida riconfigurazione della produzione.
Nella pratica, la convenienza economica porterà all'implementazione del 5G nelle aree più costose legate ai costi del lavoro umano, ad esempio, i conducenti di carrelli elevatori nelle fabbriche e nei magazzini. Così, l'azienda ingegneristica europea Acciona ha dimostrato . Il carrello trasmette video 360 in alta risoluzione, un operatore remoto lo aiuterà a uscire da situazioni impreviste. Il carrello utilizza le tecnologie 5G di Cisco e Samsung.
Le tecnologie di collaborazione a distanza andranno oltre. Quest'anno è stato dimostrato come un chirurgo esperto osservi in tempo reale un intervento oncologico che avviene a molte chilometri di distanza, e mostri ai suoi colleghi come eseguire meglio l'operazione. Con il miglioramento della tecnologia, potrà partecipare in modo più attivo, gestendo direttamente gli strumenti chirurgici.
Internet delle cose
Innanzitutto, il 5G risolverà il problema dei numerosi e mal supportati standard di comunicazione dell'Internet delle cose, che attualmente, a nostro avviso, limita lo sviluppo di questo settore.
Qui il 5G può offrire quanto segue:
- Reti ad hoc (senza router)
- Alta densità di dispositivi connessi
- Supporto per comunicazioni a banda stretta ed energeticamente efficienti (10+ anni con una sola batteria)
Ma sembra che al grande business interessino più altri scenari, diversi dall'Internet delle cose. Una rapida ricerca su Internet non ha trovato dimostrazioni da parte dei principali attori dei benefici del 5G per l'Internet delle cose.
Concludendo questo tema, rivolgiamo la nostra attenzione a un'altra interessante opportunità. Attualmente, la dipendenza dalla presa di corrente o la necessità di sostituire le batterie limita la scelta delle "cose". La ricarica wireless a induzione a bassa frequenza funziona solo a una distanza di alcuni centimetri. Il 5G e le sue onde millimetriche direzionali permetteranno una ricarica efficace a distanze di diversi metri. Anche se gli standard esistenti non lo specificano, non abbiamo dubbi che gli ingegneri troveranno presto dei modi per sfruttare questa opportunità!
Opportunità per gli sviluppatori
Se l'argomento ti ha interessato, quale sarà il passo successivo?
Collegamenti. Sarà possibile incontrare di persona i protagonisti del 5G nelle prossime conferenze russe 29-30 maggio, 30-31 maggio, 25-27 giugno, 24 ottobre.
Tra i contatti accademici, si segnala tenuto presso l'Istituto dei Problemi di Trasmissione delle Informazioni.
Finanziamento. I principali attori stanno organizzando concorsi per l'utilizzo del 5G in vari settori. Negli Stati Uniti, Verizon ha di recente lanciato il concorso "Built on 5G Challenge" per l'Industria 4.0, applicazioni immersive per consumatori (VR/AR) e idee innovative (che cambiano il nostro modo di vivere e lavorare). Il concorso è aperto alle piccole imprese registrate negli Stati Uniti e le domande possono essere presentate fino al 15 luglio. Il montepremi è di 1 milione di dollari. I vincitori saranno annunciati in ottobre di quest'anno.
Occupazione. Oltre ai grandi operatori di telefonia mobile, in Russia ci sono diverse aziende che pianificano di utilizzare il 5G nel prossimo futuro. Il modello di business del principale provider di distribuzione di contenuti in Russia e CSI, CDNVideo, è basato sul pagamento per volume di traffico ricevuto. L'uso del 5G, che potenzialmente riduce questo costo, consentirà all'azienda di abbattere le spese. PlayKey promuove i giochi nel cloud e non sorprende che tra i suoi piani ci sia l'utilizzo del 5G.
Open Source, apparentemente, giocherà un ruolo chiave nell'infrastruttura. L'americana supporta il 5G. L'europea riunisce coloro che desiderano bypassare i componenti proprietari dell'infrastruttura 5G. Le direzioni strategiche includono il supporto per i modem 5G e sistemi software-defined, reti eterogenee e internet delle cose. virtualizza le reti di accesso radio (Radio Access Networks). L'implementazione del nucleo di rete è disponibile da .
Autori:
Stanislav Polonsky — Capo della direzione per la ricerca e lo sviluppo del Centro di ricerca Samsung
Tatiana Volkova — Autrice del programma didattico del progetto IoT Academy di Samsung, specialista in programmi di responsabilità sociale d'impresa del Centro di ricerca Samsung
Fonte: habr.com
