Anche chi non è esperto nei vari standard delle comunicazioni mobili saprà sicuramente rispondere che il 5G è migliore del 4G/LTE. In realtà, non è così semplice. Analizziamo insieme in cosa il 5G è davvero migliore o peggiore e quali casi d'uso sono più promettenti considerando lo stato attuale.
Quindi, cosa ci promette la tecnologia 5G?
- Aumento della velocità fino a 10 Gb/s,
- Riduzione della latenza fino a 1 ms,
- Aumento dell'affidabilità della connessione (packet loss error rate) centinaia di volte,
- Aumento della densità (numero) di dispositivi connessi (106/km2).
Tutto questo si ottiene grazie a:
- multicanalità (parallelismo tramite frequenze e stazioni base)
- aumento delle frequenze porta da unità a decine di GHz (larghezza di banda del canale radio)
Il 5G migliorerà il 4G in ambiti tradizionali, sia che si tratti di download immediati di film o di una connessione fluida tra un'app mobile e il cloud. Significa che saremo in grado di rinunciare alla consegna di Internet nei nostri appartamenti e uffici tramite cavo?
Il 5G garantirà una connettività universale tra tutto e tutti, combinando protocolli ampi e ad alto consumo energetico con soluzioni a banda stretta e a basso consumo. Questo aprirà nuove direzioni precedentemente non disponibili con il 4G: comunicazione tra macchine sia a terra che in aria, Industria 4.0 e Internet delle cose. , che il business del 5G genererà 3,5 trilioni di dollari entro il 2035 e creerà 22 milioni di posti di lavoro.
O forse no?..
(Fonte immagine — Reuters)
Come funziona
Chi sa come funziona il 5G può saltare questa sezione.
Quindi, come possiamo ottenere una trasmissione dati così veloce nel 5G, come descritto sopra? Non è qualche tipo di magia?
L'aumento della velocità avverrà grazie al passaggio a bande di frequenza più elevate - precedentemente inutilizzate. Ad esempio, la frequenza del WiFi domestico è di 2,4 o 5 GHz, mentre la frequenza delle reti mobili esistenti è intorno ai 2,6 GHz. Ma quando parliamo di 5G, ci riferiamo subito a decine di gigahertz. È semplice: aumentando la frequenza, la lunghezza d'onda si accorcia e la velocità di trasmissione dei dati aumenta esponenzialmente. Inoltre, l'intera rete risulta meno congestionata.
Ecco un fumetto esplicativo su com'era e com'è. Com'era:
Sarà:
(Fonte: IEEE Spectrum, )
La frequenza è aumentata di diverse decine di volte, quindi nel 5G ci occupiamo di onde molto più corte, millimetriche. Queste onde hanno difficoltà a superare gli ostacoli. Di conseguenza, cambia anche l'architettura della rete. In passato, la connessione era garantita da grandi torri potenti che coprivano lunghe distanze, mentre ora sarà necessario posizionare molte torri compatte e a bassa potenza ovunque. Tenete presente che nelle grandi città saranno necessarie molte stazioni a causa della sovrapposizione del segnale degli edifici alti. Per una buona copertura della rete 5G a New York, sono necessari il numero di stazioni base di 500 (!) volte.
Secondo secondo gli operatori russi, il passaggio al 5G costerà loro circa 150 miliardi di rubli, un costo paragonabile alle spese precedenti per il dispiegamento della rete 4G, e tutto ciò nonostante il fatto che il costo di una stazione 5G sia inferiore a quello delle esistenti (ma ce ne servono molte).
Due varianti di rete: fissa e mobile
Per ridurre il consumo energetico e aumentare la portata si utilizza la tecnologia beamforming — generazione dinamica del raggio radio per un abbonato specifico. Come funziona? La stazione base memorizza da dove e a che ora è arrivato il segnale (che proviene non solo dal tuo telefono, ma anche come riflessione da ostacoli) e calcola la tua posizione approssimativa utilizzando metodi di triangolazione, quindi costruisce una traiettoria ottimale per il segnale.
Fonte: Analysys Mason
Tuttavia, la necessità di monitorare la posizione del ricevitore porta a una leggera differenza tra le varianti 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 accettato. La tecnologia è troppo complessa e ci sono troppi attori con interessi contrastanti.
Il standard 5G NR è attualmente in fase di proposta altamente dettagliata (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 (Frequenza Range, o semplicemente FR). FR1 offre frequenze al di sotto dei 6 GHz. FR2 – al di sopra dei 24 GHz, noti come onde millimetriche. Lo standard supporta ricevitori fissi e mobili ed è un ulteriore sviluppo dello standard 5GTF del colosso delle telecomunicazioni 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 di utilizzo:
- eMBB (broadband mobile migliorato) – definisce l'internet mobile che conosciamo;
- URLLC (comunicazioni ultra affidabili a bassa latenza) – elevate esigenze di velocità di risposta e affidabilità – per compiti come il trasporto autonomo o la chirurgia a distanza;
- mMTC (comunicazioni massicce di tipo macchina) – supporto per un gran numero di dispositivi che inviano dati raramente – caso dell'Internet delle cose, cioè contatori e dispositivi di monitoraggio.
Oppure in breve, lo stesso nell'immagine:
È importante capire che inizialmente l'industria si concentrerà sull'implementazione di eMBB, come scenario più comprensibile con flussi di cassa esistenti.
Implementazione
Dal 2018, vengono effettuati ampi test, ad esempio, durante i Giochi Olimpici Invernali in Corea del Sud. Nel 2018, tutti i principali operatori russi hanno condotto test. MTS ha testato una nuova tecnologia — sono stati verificati scenari di utilizzo con videochiamate, trasmissione di video ad alta risoluzione e 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 prevista per il prossimo anno, il 2020. Nella fase iniziale, verrà utilizzata la banda FR1 come sovrastruttura delle reti 4G esistenti. Secondo i piani del Ministero delle Comunicazioni, 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 di telecomunicazioni non vedono attualmente motivi validi per rinnovare: le reti esistenti gestiscono bene il carico. Attualmente, il 5G è considerato da loro più come un'opzione di marketing: l'icona del 5G sullo schermo del telefono sarà sicuramente un vantaggio agli occhi degli abbonati. È significativo il caso aneddotico con , che ha mostrato l'icona del 5G in assenza di una rete reale, per cui i concorrenti hanno presentato una causa per inganno.
Se si osserva attentamente, si nota che l'icona in realtà è "5GE" — che sta per 5G Evolution, e improvvisamente non è il 5G di cui parliamo, ma solo un'etichetta creata dai marketer per la 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 previsti per la fine del 2019. Il modem Samsung è realizzato con tecnologia FinFET a 10 nm ed è compatibile con gli standard precedenti, a partire dal 2G. Nella banda di frequenza fino a 6 GHz, garantisce velocità di download fino a 2 Gbit/s, mentre utilizzando la banda millimetrica la velocità aumenta fino a 6 Gbit/s.
Telefonia
Praticamente tutti i produttori di telefoni Android hanno annunciato piani per l'introduzione 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, è arrivato il 16 maggio, dove la connessione avviene con la rete dell'operatore Verizon. Anche altri operatori si stanno attivando: AT&T ha annunciato piani per lanciare un secondo smartphone in collaborazione con Samsung nella seconda metà del 2019.
Nel corso dell'anno, smartphone 5G di vari produttori, principalmente di fascia alta, arriveranno sugli scaffali dei negozi. Secondo alcune stime, questa 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 rappresenteranno un'alternativa a Internet cablato nelle nostre case. Se prima Internet entrava nella nostra abitazione tramite cavi, in futuro arriverà da una torre 5G, e da lì il router distribuirà la connessione attraverso il consueto WiFi domestico. I principali operatori del settore hanno completato la preparazione, sincronizzando il rilascio dei router in vendita con il dispiegamento delle reti 5G. Un tipico router 5G costa tra $700 e $900 e offre velocità di download di 2-3 Gbit/s. In questo modo, gli operatori risolveranno il problema dell'"ultimo miglio" e ridurranno i costi di posa dei cavi. Inoltre, non c'è bisogno di temere che le reti principali esistenti non possano gestire l'aumento del traffico proveniente dalle reti 5G: sono in corso ricerche per sfruttare la capacità esistente delle reti in fibra ottica, il cosiddetto "fibra oscura" (dark fibre).
Quanto sarà innovativa questa situazione per gli utenti? Già ora, in alcuni paesi, si sta abbandonando l'uso della tradizionale connessione fissa a Internet e si passa al LTE: risulta più veloce e conveniente utilizzare la connessione mobile in ogni situazione, grazie a tariffe adatte. Questa situazione, ad esempio, si è verificata in Corea. È illustrata in questo fumetto:
Caso 2. Assembramenti di persone
Sicuramente tutti noi abbiamo vissuto una situazione spiacevole: andiamo a una fiera o a uno stadio e la connessione mobile scompare. Ed è proprio in quel momento che vogliamo postare una foto o scrivere sui social.
Stadi
Samsung ha condotto un test insieme all'operatore telefonico giapponese KDDI in uno stadio di baseball da 30.000 persone. Utilizzando tablet 5G di prova, sono riusciti a dimostrare lo streaming di video 4K contemporaneamente su diversi tablet.
Lo stadio è uno dei tre scenari illustrati nella demo zone chiamata 5G City, situata a Suwon (la sede di Samsung). Gli 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 in HD a un autobus in movimento: mentre passa davanti al punto, è possibile scaricare un film.
Giochi
L'azienda Niantic, creatrice del famoso gioco di geolocalizzazione Pokemon Go, ripone grandi speranze nel 5G. Ecco perché: di recente sono stati introdotti eventi di gruppo nel gioco—i raid. Nei raid è necessario coordinarsi con altri giocatori per sconfiggere insieme un Pokémon particolarmente forte, creando situazioni interessanti nella vita reale. Così, la principale posizione leggendaria del gioco con il Pokémon più raro, Mewtwo, si trova a Times Square a New York—potete immaginare la folla che si raduna, composta non solo da cacciatori di Pokémon, ma anche da semplici turisti.
La realtà aumentata è vista anche come l'app «killer» per il 5G. In questo puoi vedere il concetto di duelli magici in tempo reale, attualmente in fase di sviluppo da Niantic in un nuovo gioco ispirato a "Harry Potter". Niantic ha già stretto partnership con Samsung e gli operatori Deutsche Telecom e SK Telecom.
Trasporto
Infine, interessante è il caso dei treni. È emersa l'idea di dotare la rete ferroviaria di un collegamento 5G per intrattenere e garantire il comfort dei passeggeri. Una ricerca dell'Università di Bristol : per ottenere una connessione ad alta velocità e senza interruzioni, è necessario attrezzare la rete ferroviaria con punti di accesso a intervalli di 800 metri l'uno dall'altro!
Esempio di come disporre i punti di accesso lungo il tracciato ferroviario
Sono stati effettuati con successo test su un treno in circolazione vicino a Tokyo – questi da Samsung insieme all'operatore telecomunicazioni KDDI. Durante i test, è stata raggiunta una velocità di 1,7 Gb/s, e durante il test è stato scaricato un video in 8K e caricato un video in 4K da una telecamera.
Nuovi scenari di utilizzo
Ma tutto ciò è più che altro una soluzione di problemi già noti. Cosa può offrirci di veramente nuovo il 5G?
Auto connesse
Il principale vantaggio è la bassa latenza, che consente ai veicoli di connettersi tra loro a velocità fino a 500 km/h. A differenza degli esseri umani alla guida, le macchine saranno finalmente in grado di comunicare tra loro e con l'infrastruttura fissa riguardo alle manovre, rendendo le strade più sicure. È interessante notare che il sistema terrà conto delle condizioni meteorologiche: tutti sanno che in condizioni di scivolosità, la distanza di arresto è più lunga, quindi anche le regole in un tale sistema dovrebbero adattarsi.
L'Associazione Europea 5GAA (Automotive Association) riunisce già oltre 100 principali telecomunicazioni e produttori automobilistici in tutto il mondo, con l'obiettivo di accelerare l'implementazione del sistema C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Le principali scopi dell'associazione sono la sicurezza stradale globale e l'efficienza del traffico. Anche i ciclisti e i pedoni con smartphone 5G potranno contare sulla sicurezza. I partecipanti al traffico che si trovano a distanze fino a 1 km potranno comunicare direttamente, mentre per distanze maggiori sarà necessaria la copertura 5G. Il sistema garantirà la creazione di corsie per la polizia e le ambulanze, prevederà lo scambio di informazioni tra veicoli, la guida remota e altre meraviglie. Dopo il lancio del C-V2X, l'associazione prevede di applicare l'esperienza acquisita nel 5G V2X, puntando all'industria 4.0, alle città intelligenti e a tutto ciò che si muove attraverso il 5G.
Esempi di situazioni che possono essere risolte grazie alla Connected Car. Fonte: Qualcomm.
Il 5G permetterà la comunicazione non solo tra veicoli terrestri, ma anche tra velivoli. Quest'anno Samsung, insieme all'operatore di rete spagnolo Orange, , come un pilota remoto gestiva il volo di un drone utilizzando una rete 5G espansa, ricevendo in tempo reale un flusso video ad alta risoluzione. Nel 2017, il fornitore americano Verizon ha acquisito , promettendo milioni di voli connessi al 5G. I droni dell'azienda sono già connessi alla rete 4G di Verizon.
Industria 4.0
In generale, l'espressione «Industrie 4.0» è stata inventata in Germania per il suo programma di modernizzazione industriale. 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 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 grazie all'Industrial Ethernet (ad esempio, lo standard EtherCAT). È del tutto probabile che il 5G competa anche per questo settore!
Altre applicazioni, come la comunicazione tra controllori industriali o con operatori umani, e le reti di sensori, sono meno esigenti. Attualmente, la maggior parte di queste reti utilizza cavi, quindi il 5G wireless si presenta come una soluzione economica, permettendo anche una rapida riconfigurazione della produzione.
In pratica, la fattibilità economica porterà all'implementazione del 5G nelle aree più costose legate alla manodopera, come ad esempio i carrellisti nelle fabbriche e nei magazzini. Così, l'azienda di ingegneria europea Acciona ha dimostrato . Il carrello trasmette video a 360 gradi in alta definizione, e un operatore remoto lo aiuterà a uscire da situazioni impreviste. Il carrello utilizza tecnologie 5G di Cisco e Samsung.
Le tecnologie di collaborazione remota stanno progredendo. Quest'anno è stato dimostrato come un chirurgo esperto osservi in tempo reale lo svolgimento di un intervento oncologico che avviene a molte chilometri di distanza, mostrando ai suoi colleghi come eseguire meglio l'operazione. Con il miglioramento della tecnologia, sarà in grado di partecipare attivamente, controllando direttamente gli strumenti chirurgici.
Internet delle cose
Innanzitutto, il 5G risolverà il problema degli innumerevoli e mal supportati standard di comunicazione dell'Internet delle cose, che attualmente, a nostro avviso, limita lo sviluppo di questo settore.
Ecco cosa può offrire il 5G:
- Reti ad hoc (senza router)
- Alta densità di dispositivi connessi
- Supporto per comunicazioni a banda ristretta e a basso consumo energetico (10+ anni con una sola batteria)
Tuttavia, sembra che le grandi imprese siano attualmente più interessate ad altri scenari diversi dall'Internet delle cose. Una rapida ricerca online non ha trovato dimostrazioni da parte dei principali attori dei vantaggi del 5G per l'Internet delle cose.
Concludendo questo argomento, notiamo un'interessante opportunità. Al momento, la dipendenza dalla presa di corrente o la necessità di sostituire le batterie limita la scelta delle "cose". La ricarica wireless induttiva a bassa frequenza funziona solo a pochi centimetri di distanza. Il 5G e le sue onde millimetriche direzionali consentiranno una ricarica efficace a distanze di diversi metri. Anche se gli standard esistenti non lo prevedono, non abbiamo dubbi che gli ingegneri troveranno presto modi per sfruttare questa opportunità!
Opportunità per gli sviluppatori
Se sei interessato all'argomento, qual è il passo successivo?
Collegamenti. Sarà possibile incontrare di persona gli attori del 5G alle prossime conferenze in Russia. 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 recentemente il concorso «Built on 5G Challenge» per l'Industria 4.0, applicazioni immersive per i consumatori (VR/AR) e idee disruptive (che cambiano il nostro modo di vivere e lavorare). Il concorso è aperto a piccole imprese registrate negli Stati Uniti, le candidature sono accettate fino al 15 luglio. Il montepremi è di $1M. I vincitori saranno annunciati nell'ottobre di quest'anno.
Occupazione. Oltre ai principali operatori di telefonia mobile, in Russia ci sono diverse aziende che prevedono di utilizzare il 5G in un prossimo futuro. Il modello di business del principale fornitore di contenuti in Russia e nei paesi della CSI, la società CDNVideo, prevede il pagamento in base al volume di traffico ricevuto. L'uso del 5G, che potrebbe ridurre questo costo, consentirà all'azienda di abbattere le spese. La società PlayKey promuove il gaming cloud, quindi non sorprende che stia pianificando di utilizzare il 5G.
Open Source, apparentemente, avrà un ruolo chiave nell'infrastruttura. Americano supporta il 5G. Europeo riunisce coloro che desiderano bypassare i componenti proprietari dell'infrastruttura 5G. Le direzioni strategiche includono il supporto per modem 5G e sistemi software-defined, reti eterogenee e Internet delle cose. virtualizza le reti di accesso radio (Radio Access Networks). L'implementazione del core di rete è disponibile da .
Autori:
Stanislav Polonsky — Capo del dipartimento di ricerca e sviluppo presso il Centro di Ricerca Samsung
Tatyana Volkova — Autrice del programma del progetto IoT Academy di Samsung, specialista in programmi di responsabilità sociale d'impresa presso il Centro di Ricerca Samsung
Fonte: habr.com
