5G - איפה ומי צריך את זה?

גם בלי להבין במיוחד את הדורות של תקני התקשורת הסלולרית, כל אחד ודאי יענה ש-5G מגניב יותר מ-4G/LTE. במציאות, הכל לא כל כך פשוט. בואו נבין מדוע 5G טוב/גרוע ואיזה מקרים של השימוש בו הם המבטיחים ביותר, בהתחשב במצב הנוכחי.

אז מה מבטיחה לנו טכנולוגיית 5G?

• מהירות עלייה של עשרות פעמים עד 10 Gb/s,
• הפחתת העיכובים (השהייה) בעשרות מונים ל-1 ms,
• אמינות חיבור מוגברת (שיעור שגיאות אובדן מנות) מאות פעמים,
• הגדלת הצפיפות (מספר) המכשירים המחוברים (106/קמ"ר).

כל זה מושג באמצעות:

• רב-ערוצי (מקביליות בין תדרים ותחנות בסיס)
• הגדלת תדרי נושא הרדיו מיחידות לעשרות גיגה-הרץ (קיבולת ערוצי רדיו)

5G ישתפר ביחס ל-4G באזורים מסורתיים, בין אם זה הורדת סרטים מיידית או חיבור חלק של אפליקציה לנייד לענן. אז, האם ניתן יהיה לסרב לספק את האינטרנט לדירות ולמשרדים שלנו בכבלים?

5G יספק קישוריות אוניברסלית מהכל לכל דבר, תוך שילוב של פרוטוקולים זוללי אנרגיה ברוחב פס גבוה עם פרוטוקולים חסכוניים בפס צר. זה יפתח כיוונים חדשים שאינם נגישים לדור 4: תקשורת ממכונה למכונה על הקרקע ובאוויר, Industry 4.0, האינטרנט של הדברים. צפוישעסק 5G ירוויח $3.5T עד 2035 ויצור 22 מיליון מקומות עבודה.
או שלא?..

(מקור תמונה - רויטרס)

אֵיך מַפעִילִים אֶת זֶה

אם אתה יודע איך עובד 5G, דלג על סעיף זה.

אז איך נוכל להשיג העברת נתונים מהירה כל כך ב-5G, כפי שתואר לעיל? זה לא סוג של קסם, נכון?

העלייה במהירות תתרחש עקב המעבר לתחום תדרים גבוה יותר - שלא נעשה בו שימוש בעבר. לדוגמה, התדר של WiFi ביתי הוא 2,4 או 5 GHz, התדר של רשתות סלולריות קיימות הוא בטווח של 2,6 GHz. אבל כשמדברים על 5G, מיד מדברים על עשרות גיגה-הרץ. זה פשוט: אנחנו מגדילים את התדר, מקטינים את אורך הגל - ומהירות העברת הנתונים הופכת גדולה פי כמה. והרשת כולה נפרקת.

הנה קומיקס ויזואלי של איך זה היה ואיך זה יהיה. היה:


יהיה:

(מקור: IEEE Spectrum, כל מה שאתה צריך לדעת על 5G)

התדר גדל פי עשרה, כך שב-5G אנו מתמודדים עם גלים קצרים בהרבה, מילימטרים. הם לא עוברים היטב מכשולים. ובקשר לכך, ארכיטקטורת הרשת משתנה. אם תקשורת קודמת סופקה לנו על ידי מגדלים גדולים וחזקים שסיפקו תקשורת למרחקים ארוכים, כעת יהיה צורך להציב מגדלים קומפקטיים רבים ובעלי הספק נמוך בכל מקום. וקחו בחשבון שבערים גדולות תצטרכו הרבה תחנות, בגלל האות שנחסם על ידי בניינים רבי קומות. אז, כדי לצייד את ניו יורק בביטחון עם רשתות 5G, אתה צריך להגדיל מספר תחנות הבסיס הוא פי 500 (!).

על מוערך מפעילים רוסים, המעבר ל-5G יעלה להם כ-150 מיליארד רובל - עלות דומה לעלויות קודמות של פריסת רשת 4G, וזאת אף על פי שעלות תחנת 5G נמוכה מזו הקיימות (אך רבות מהן) דרושים).

שתי אפשרויות רשת: קווית וסלולרית

טכנולוגיה המשמשת להפחתת צריכת החשמל ולהגדלת הטווח beamforming - היווצרות דינמית של אלומת רדיו עבור מנוי ספציפי. איך זה נעשה? תחנת הבסיס זוכרת מאיפה בא האות ובאיזה שעה (הוא מגיע לא רק מהטלפון שלך, אלא גם כהשתקפות ממכשולים), ובאמצעות שיטות משולש מחשבת את המיקום המשוער שלך ואז בונה את נתיב האות האופטימלי.

מקור: Analysys Mason

עם זאת, הצורך לעקוב אחר מיקומו של המקלט מוביל להבדל קל בין מקרי שימוש קבועים למובייל, והדבר בא לידי ביטוי במקרי שימוש שונים (עוד על כך בהמשך הסעיף "שוק הצרכנים").

סטטוס קוו

תקנים

אין תקן 5G מקובל. הטכנולוגיה מורכבת מדי ויש יותר מדי שחקנים עם אינטרסים מנוגדים.

תקן NR 5G נמצא בשלב ההצעה המפותח ביותר (רדיו חדש) מארגון 3GPP (פרויקט שותפות דור שלישי), שפיתחה את התקנים הקודמים, 3G ו-4G. 5G משתמש בשני פסי תדרי רדיו (טווח תדרים, או פשוט מקוצר FR). FR1 מציע תדרים מתחת ל-6GHz. FR2 – מעל 24 GHz, מה שנקרא. גלי מילימטר. התקן תומך במקלטים נייחים ונעים ומהווה פיתוח נוסף של תקן 5GTF של ענקית הטלקום האמריקאית Verizon, התומך במקלטים נייחים בלבד (שירות מסוג זה נקרא רשתות גישה אלחוטיות קבועות).

תקן 5G NR מספק שלושה מקרי שימוש:

• eMBB (פס רחב נייד משופר) – מגדיר את האינטרנט הנייד אליו אנו רגילים;
• URLLC(תקשורת אמינה במיוחד עם חביון נמוך) - דרישות גבוהות למהירות תגובה ואמינות - למשימות כגון הובלה אוטונומית או ניתוח מרחוק;
• mMTC (תקשורת מסוג מכונה מאסיבי) – תמיכה במספר רב של מכשירים הממעטים לשלוח נתונים – המקרה של האינטרנט של הדברים, כלומר מונים והתקני ניטור.

או בקיצור, אותו הדבר בתמונה:

חשוב להבין שהתעשייה תתמקד בתחילה ביישום eMBB כתרחיש מובן יותר עם תזרימי מזומנים קיימים.

Внедрение

מאז 2018, בוצעו בדיקות בקנה מידה גדול, למשל, במשחקי החורף האולימפיים בדרום קוריאה. בשנת 2018, כל מפעילי ארבעת הגדולים הרוסיים ערכו בדיקות. MTS בדקה טכנולוגיה חדשה יחד עם סמסונג - נבדקו מקרי שימוש עם שיחות וידאו, שידור וידאו בחדות גבוהה ומשחקים מקוונים.

בדרום קוריאה, לראשונה בעולם, שירות 5G הוצע בסוף 2018. השקה מסחרית ברחבי העולם צפויה בשנה הבאה, 2020. בשלב הראשוני, רצועת FR1 תשמש כתוספת לרשתות 4G קיימות. על פי התוכניות של משרד הטלקום ותקשורת ההמונים, ברוסיה 5G יתחיל להופיע בערים עם אוכלוסייה של למעלה ממיליון משנת 2020. בפועל, פריסה בקנה מידה גדול תיקבע על פי היכולת לייצר רווח, והיבט זה של 5G עדיין לא ברור.

מה הבעיה במונטיזציה? העובדה היא שמפעילי טלקום עדיין לא רואים סיבות משכנעות למודרניזציה: רשתות קיימות יכולות להתמודד עם העומס בצורה טובה למדי. ועכשיו הם רואים ב-5G יותר במונחים של שיווק: סמל ה-5G על מסך הטלפון בהחלט יהווה יתרון בעיני מנויי מפעילת הטלקום. מקרה אנקדוטלי עם המפעיל AT&T, שהציב אייקון 5G בהיעדר רשת אמיתית, שבגינה תבעו אותו המתחרים על הונאה.

אם תסתכלו היטב, תוכלו לראות שהאייקון הוא למעשה "5GE" - שזה מייצג 5G Evolution, ופתאום זה לא ה-5G שאנחנו חושבים עליו, אלא רק תווית שהומצאה על ידי משווקים עבור רשת LTE קיימת עם כמה שיפורים.

שבבים

חברות מיקרואלקטרוניקה כבר השקיעו מיליארדים רבים של דולרים ב-5G. שבבים עבור מודמים סלולריים NR 5G מוצעים על ידי סמסונג (Exynos Modem 5100), קוואלקום (מודם לוע הארי X55), Huawei (באלונג 5000). מודמים מבית אינטל, שחקן חדש בשוק זה, צפויים עד סוף 2019. מודם סמסונג מיוצר בטכנולוגיית 10nm FinFET ותואם לתקנים ישנים יותר, החל מ-2G. בטווח התדרים של עד 6 GHz הוא מספק מהירויות הורדה של עד 2 Gb/s; בשימוש בגל המילימטר, המהירות עולה ל-6 Gb/s.

טלפונים

כמעט כל יצרניות טלפונים אנדרואיד הודיעו על תוכניות להציג 5G. סמסונג הציגה את ספינת הדגל Galaxy S10 בגרסת 5G בתערוכת Mobile World Congress בסוף פברואר 2019. הוא שוחרר בקוריאה ב-5 באפריל. בארה"ב, המוצר החדש הופיע ב-16 במאי, ושם נוצר החיבור עם הרשת של מפעילת הטלקום Verizon. גם מפעילים אחרים מדביקים את הפער: AT&T מכריזה על תוכניות לשחרר סמארטפון שני יחד עם סמסונג במחצית השנייה של 2.
במהלך השנה, סמארטפונים 5G מיצרנים שונים, בעיקר פרימיום, יגיעו למדפי החנויות. על פי כמה הערכות, הטכנולוגיה החדשה תגדיל את עלות המכשירים ב-200-300 דולר ואת דמי המנוי ב-10%.

שוק הצרכנים

מקרה 1. אינטרנט ביתי

רשתות גישה אלחוטיות קבועות של 5G יהפכו לחלופה לאינטרנט קווי בדירות שלנו. אם בעבר האינטרנט הגיע לדירה שלנו באמצעות כבלים, אז בעתיד הוא יגיע ממגדל 5G, ואז הנתב יפיץ אותו דרך ה-WiFi הביתי הרגיל. חברות השחקניות העיקריות השלימו הכנות, תוך סנכרון שחרור נתבים למכירה עם פריסת רשתות 5G. נתב 5G טיפוסי עולה $700-900 ומספק מהירויות הורדה של 2-3 Gbps. בדרך זו, המפעילים יפתרו לעצמם את בעיית "המייל האחרון" ויפחיתו את עלות הנחת החוטים. ואין צורך לחשוש שרשתות עמוד השדרה הקיימות לא יצליחו להתמודד עם התעבורה המוגברת שתגיע מרשתות 5G: מתבצע מחקר לשימוש במאגר הקיים של רשתות סיבים אופטיים - מה שמכונה "סיב אפל".

עד כמה תרחיש זה יהיה חדש עבור המשתמשים? כבר עכשיו, בחלק מהמדינות הם כבר לא משתמשים באינטרנט קווי ביתי מסורתי, ועוברים ל-LTE: מסתבר שמהר וזול יותר להשתמש בתקשורת סלולרית בכל המצבים, עם תעריפים נוחים זמינים. מצב זה, למשל, התפתח בקוריאה. וזה מומחש בקומיקס הזה:

מקרה 2. התכנסויות המוניות של אנשים

בטח כולם היו במצב כל כך לא נעים: מגיעים לתערוכה או לאצטדיון, והחיבור לנייד נעלם. וזה בדיוק ברגע שאתה רוצה לפרסם תמונה או לכתוב ברשתות החברתיות.

אצטדיונים

סמסונג ערכה את הבדיקה יחד עם מפעילת הטלקום היפנית KDDI באצטדיון בייסבול עם 30 מושבים. באמצעות טאבלטים 5G לבדיקה, הצלחנו להדגים הזרמת וידאו ב-4K במספר טאבלטים בו זמנית.

האצטדיון הוא אחד משלושה תרחישים המוצגים באזור הדגמה בשם 5G City, הממוקם ב-Suwon (המטה של ​​סמסונג). תרחישים נוספים כוללים סביבה עירונית (חיבור מצלמות וידאו, חיישנים ולוחות מידע) ונקודת גישה מהירה להעברת וידאו HD לאוטובוס נע: בזמן שהוא עובר ליד הנקודה, יש לסרט זמן להוריד.

Игры

ל-Niantic, יוצרת המשחק המפורסם בעולם, פוקימון גו, יש תקוות גדולות ל-5G. והנה הסיבה: לפני זמן לא רב הופיעו במשחק אירועים קבוצתיים - פשיטות. פשיטות מחייבות אותך לתאם עם שחקנים אחרים לעבוד יחד כדי להביס פוקימון חזק במיוחד, וזה יוצר מצבים מעניינים בחיים האמיתיים. לפיכך, המיקום האגדי הראשי של המשחק עם הפוקימון Mewtwo הנדיר ביותר נמצא בטיימס סקוור בניו יורק - אתם יכולים לתאר לעצמכם איזה קהל יכול להתאסף שם, המורכב לא רק מציידי פוקימונים, אלא גם סתם תיירים.

מציאות רבודה נחשבת גם כ"אפליקציה קטלנית" עבור 5G. בתוך זה וידאו קליפ אתה יכול לראות את הרעיון של דו-קרב קסם בזמן אמת המפותח כעת על ידי Niantic במשחק החדש המבוסס על הארי פוטר. Niantic כבר נכנסה לשותפויות עם סמסונג והמפעילים Deutsche Telecom ו-SK Telecom.

תחבורה

לבסוף, מקרה הרכבת מעניין. עלה רעיון לספק לרכבת תקשורת 5G לבידור ונוחות הנוסעים. מחקר באוניברסיטת בריסטול גילה: כדי להשיג תקשורת חלקה במהירות גבוהה, אתה צריך לצייד את הרכבת בנקודות גישה במרחק של 800 מטר אחת מהשנייה!

דוגמה כיצד להציב נקודות גישה לאורך מסילת רכבת

ניסויים בוצעו בהצלחה ברכבת שפעלה ליד טוקיו - שלהם מוּתַשׁוסמסונג יחד עם מפעילת הטלקום KDDI. במהלך הבדיקות הושגה מהירות של 1,7 Gbps ובמהלך הבדיקה הורד וידאו 8K והועלה וידאו 4K מהמצלמה.

מקרי שימוש חדשים

אבל כל זה הוא דווקא פתרון לבעיות שכבר מוכרות לנו. אילו דברים חדשים ביסודו יכולים 5G להציע לנו?

מכונית מחוברת

היתרון העיקרי הוא חביון נמוך, המאפשר למכונות לתקשר ביניהן במהירויות של עד 500 קמ"ש. בניגוד לנהגים אנושיים, מכוניות יוכלו סוף סוף לנהל משא ומתן בינן לבין עצמן או עם תשתית קבועה על תמרונים, מה שהופך את הדרך לבטוחה יותר. מעניין שהמערכת תיקח בחשבון את תנאי מזג האוויר: כולם יודעים שבמזג אוויר חלקלק מרחק הבלימה ארוך יותר ולכן הכללים במערכת כזו צריכים להשתנות.

האיגוד האירופי 5GAA (איגוד הרכב) כבר מאגד יותר מ-100 יצרני טלקום ורכב גדולים ברחבי העולם כדי להאיץ את הפריסה של C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). מטרותיה העיקריות של העמותה הן בטיחות מקיפה בדרכים והתייעלות תעבורתית. גם רוכבי אופניים והולכי רגל עם סמארטפונים 5G יכולים לסמוך על בטיחות. משתתפי תנועה במרחקים של עד קילומטר אחד יוכלו לתקשר ישירות; במרחקים ארוכים יותר הם יזדקקו לכיסוי 1G. המערכת תבטיח יצירת מסדרונות למשטרה ואמבולנסים, תספק חילופי חיישנים בין מכוניות, נהיגה מרחוק ועוד ניסים. לאחר השקת C-V5X, העמותה מתכננת ליישם את הניסיון שנצבר ב-2G V5X, שם היא תכוון לתעשייה 2, ערים חכמות וכל מה שזז משתמש ב-4.0G.

דוגמאות למצבים שניתן לפתור באמצעות Connected Car. מקור: קוואלקום

5G יאפשר תקשורת לא רק לכלי רכב קרקעיים, אלא גם לכלי טיס. השנה, סמסונג, יחד עם ספקית האינטרנט הספרדית Orange, הפגין, כיצד טייס מרחוק שלט בטיסה של מזל"ט באמצעות רשת 5G פרוסה וקבלת זרם וידאו ברזולוציה גבוהה בזמן אמת. הספקית האמריקאית Verizon רכשה ב-2017 מפעיל מזל"ט לשמיים, מבטיח מיליוני טיסות מחוברות לדור 5. המל"טים של החברה כבר מחוברים לרשת ה-4G החיה של Verizon.

תעשייה 4.0

באופן כללי, הביטוי "Industrie 4.0" הומצא בגרמניה עבור תוכנית המודרניזציה התעשייתית שלה. אִרגוּן 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), שבסיסה בגרמניה, מאגדת חברות ייצור המעוניינות להשתמש ב-2018G מאז 5. הדרישות הגדולות ביותר לזמן חביון ואמינות מוטלות על ידי בקרת התנועה של רובוטים תעשייתיים, כאשר זמן התגובה אינו יכול לעלות על עשרות מיקרו-שניות. זה נפתר כעת באמצעות Ethernet תעשייתי (לדוגמה, תקן EtherCAT). סביר להניח שגם 5G יתחרה על הנישה הזו!

יישומים אחרים, כמו תקשורת בין בקרים תעשייתיים או עם מפעילים אנושיים, רשתות חיישנים, פחות תובעניים. כיום, רוב הרשתות הללו משתמשות בכבלים, כך ש-5G אלחוטי נראה כפתרון כדאי מבחינה כלכלית, בנוסף לאפשר קונפיגורציה מהירה של הייצור.

בפועל, כדאיות כלכלית תוביל לאימוץ 5G בתחומי העבודה האנושיים היקרים ביותר, כמו נהגי מלגזות במפעלים ומחסנים. כך הדגימה חברת ההנדסה האירופית Acciona עגלת רובוט אוטונומית MIR200. העגלה משדרת 360 וידאו ברזולוציה גבוהה, ומפעיל מרחוק יעזור לה לצאת ממצב בלתי צפוי. העגלה משתמשת בטכנולוגיית 5G של סיסקו וסמסונג.

טכנולוגיות שיתוף פעולה מרחוק ימשיכו רחוק יותר. השנה הוכח כיצד מנתח מומחה עוקב בזמן אמת אחר התקדמות ניתוח הסרטן, המתרחש במרחק של קילומטרים רבים, ומראה לעמיתיו כיצד לבצע את הניתוח בצורה הטובה ביותר. ככל שהטכנולוגיה תשתפר, הוא יוכל לקחת תפקיד פעיל יותר, לשלוט ישירות על מכשירים כירורגיים.

האינטרנט של הדברים

קודם כל, 5G יפתור את הבעיה של תקני תקשורת רבים וחסרי תמיכה של Internet of Things, מה שכרגע, לדעתנו, מגביל את הפיתוח של תחום זה.

כאן 5G יכול להציע את הדברים הבאים:

• רשתות אד-הוק (ללא נתבים)
• צפיפות גבוהה של מכשירים מחוברים
• תומך בתקשורת צר פס וחסכונית באנרגיה (10+ שנים על סוללה אחת).

אבל נראה שהעסקים הגדולים עדיין מתעניינים יותר בתרחישים אחרים מלבד האינטרנט של הדברים. חיפוש מהיר באינטרנט לא מצא הדגמות של שחקני מפתח לגבי היתרונות של 5G עבור האינטרנט של הדברים.

לסיום נושא זה, בואו נשים לב לאפשרות המעניינת הבאה. כיום, התלות בשקע או הצורך בהחלפת סוללות מגבילים את בחירת ה"חומר". טעינה אלחוטית אינדוקטיבית בתדר נמוך פועלת רק על מרחק של כמה סנטימטרים. 5G וגלים המילימטריים הכיוונים שלו יאפשרו טעינה יעילה למרחקים של מספר מטרים. למרות שהתקנים הנוכחיים אינם מציינים זאת, אין לנו ספק שמהנדסים ימצאו בקרוב דרכים לנצל את ההזדמנות הזו!

תכונות מפתחים

אם אתה מתעניין בנושא, לאן להמשיך?

חיבורים. תוכל לפגוש באופן אישי שחקני 5G בכנסים הרוסיים הקרובים Skolkovo Startup Village 2019 29-30 במאי, פורום רוסיה האלחוטית: 4G, 5G ומעבר לשנת 2019 30-31 במאי, CEBIT רוסיה 2019 25-27 ביוני, מכוניות וכבישים חכמות 2019 24 אוקטובר.

בין המגעים האקדמיים יש לציין סמינר טלקומוניקציה במוסקבה שנערך במכון לבעיות העברת מידע.

מימון. שחקני מפתח עורכים תחרויות לשימוש ב-5G בתחומים שונים. בארה"ב Verizon לאחרונה הוכרז תחרות "Bbuilt on 5G Challenge" עבור Industry 4.0, יישומי צרכנים סוחפים (VR/AR) ורעיונות פורצי דרך (משנים את הדרך בה אנו חיים ועובדים). התחרות פתוחה לעסקים קטנים רשומים בארה"ב ובקשות יתקבלו עד ה-15 ביולי. קרן הפרסים היא מיליון דולר. הזוכים יוכרזו באוקטובר השנה.

תעסוקה. בנוסף לארבעת מפעילי הסלולר הגדולים, יש כמה חברות ברוסיה שמתכננות להשתמש ב-5G בעתיד הקרוב. המודל העסקי של ספקית אספקת התוכן המובילה ברוסיה ובחבר המדינות, CDNVideo, הוא תשלום עבור נפח התעבורה המתקבל. השימוש ב-5G, שעלול להוזיל מחיר זה, יאפשר לחברה להוזיל עלויות. PlayKey מקדמת משחקים בענן, ואין זה מפתיע שהיא מתכננת להשתמש גם ב-5G.

קוד פתוח, עשוי למלא תפקיד מפתח בתשתיות. אֲמֶרִיקָאִי Open Networking Foundation תומך ב-5G. אֵירוֹפִּי OpenAirInterface Software Alliance מפגיש את אלה שרוצים לעקוף רכיבים קנייניים של תשתית 5G. תחומים אסטרטגיים כוללים תמיכה במודמים 5G ומערכות מוגדרות תוכנה, רשתות הטרוגניות ואינטרנט של הדברים. ברית O-RAN וירטואליזציה של רשתות גישה לרדיו. יישום ליבת הרשת זמין מ Open5GCore.

מחברים:

סטניסלב פולונסקי - ראש מחלקת מחקר ופיתוח מתקדם של מרכז המחקר של סמסונג

טטיאנה וולקובה - מחברת תכנית הלימודים לפרויקט IoT Samsung Academy, מומחית בתוכניות אחריות חברתית תאגידית במרכז המחקר של סמסונג

מקור: www.habr.com