5G – どこで、誰がそれを必要としているのでしょうか?

モバイル通信規格の世代を特に理解していなくても、5G/LTEよりも4Gのほうがかっこいいと誰もが答えるでしょう。 実際には、すべてがそれほど単純ではありません。 現状を考慮して、なぜ 5G が優れているのか、劣っているのか、またどのような使用例が最も有望なのかを考えてみましょう。

では、5G テクノロジーは私たちに何を約束してくれるのでしょうか?

• 最大10Gb/sまで数十倍の速度向上、
• 遅延（レイテンシー）を数十倍の1msまで短縮し、
• 接続信頼性の向上 (パケット損失エラー率）何百回も、
• 接続デバイスの密度（数）を増加します（106/km2）。

これはすべて次の方法で実現されます。

• マルチチャネル (周波数および基地局間の並列性)
• 無線搬送波周波数を単位から数十 GHz (無線チャネル容量) に増加

5G は、映画のインスタントダウンロードやモバイルアプリのクラウドへのシームレスな接続など、従来の分野で 4G を改善します。 では、ケーブル経由でアパートやオフィスにインターネットを配信することを拒否することはできるのでしょうか?

5G は、高帯域幅でエネルギーを大量に消費するプロトコルと、狭帯域でエネルギー効率の高いプロトコルを組み合わせて、あらゆるものからあらゆるものへのユニバーサルな接続を提供します。 これにより、4G ではアクセスできない新しい方向性、つまり地上および空中でのマシン間通信、インダストリー 4.0、モノのインターネットが開かれることになります。 期待される5G ビジネスは 3.5 年までに 2035 兆ドルを稼ぎ、22 万人の雇用を創出するとのことです。
か否か？..

（画像出典 - ロイター）

これはどう動かすのですか

5G の仕組みを知っている場合は、このセクションを飛ばしてください。

では、上で説明したように、5G ではどのようにしてこのような高速データ転送を実現できるのでしょうか? これは一種の魔法ではありませんね？

速度の増加は、以前は使用されていなかったより高い周波数範囲への移行によって発生します。 たとえば、家庭用 WiFi の周波数は 2,4 GHz または 5 GHz ですが、既存のモバイル ネットワークの周波数は 2,6 GHz 以内です。 しかし、5G について話すとき、すぐに数十ギガヘルツについて話します。 それは簡単です。周波数を上げ、波長を短くすると、データ転送速度が何倍も速くなります。 そして、ネットワーク全体がアンロードされます。

これは、これまでの様子と今後どうなるかを示すビジュアルコミックです。 だった：


意思：

(出典: IEEE スペクトラム、 5G について知っておくべきことすべて)

周波数が5倍になったので、5Gではさらに短いミリ波を扱うことになります。 彼らは障害物をうまく通り抜けられません。 これに関連して、ネットワーク アーキテクチャも変化しています。 以前の通信が、長距離通信を提供する大型で強力なタワーによって提供されていたとしたら、現在は、あらゆる場所に多数のコンパクトで低電力のタワーを配置する必要があります。 また、大都市では高層ビルによって信号が遮断されるため、多くの駅が必要になることに注意してください。 したがって、ニューヨークに自信を持って XNUMXG ネットワークを導入するには、次のことが必要です。 拡大する 基地局の数は500（！）倍です。

上の 推定 ロシアの通信事業者にとって、5G への移行には約 150 億ルーブルの費用がかかります。これは、4G 局のコストが既存の局よりも低いという事実にもかかわらず（しかし、多くの通信事業者は、5G ネットワークを展開するための以前のコストに匹敵します）が必要です）。

XNUMX つのネットワーク オプション: 固定電話と携帯電話

消費電力を削減し、航続距離を延ばすために使用されるテクノロジー ビームフォーミング — 特定の加入者に対する無線ビームの動的形成。 これはどのように行われるのでしょうか? ベースステーションは、信号がどこからいつ来たのかを記憶しており（携帯電話からだけでなく、障害物からの反射としても信号が送信されます）、三角測量法を使用しておおよその位置を計算し、最適な信号パスを構築します。

出典: アナリシス・メイソン

ただし、受信機の位置を追跡する必要があるため、固定使用例とモバイル使用例ではわずかな違いが生じ、これはさまざまな使用例に反映されます (これについては、「消費者市場」セクションで後ほど詳しく説明します)。

現状

標準

受け入れられている 5G 規格はありません。 テクノロジーが複雑すぎて、利害が対立するプレーヤーが多すぎます。

5G NR 標準は高度に開発された提案段階にあります (新しいラジオ) 3GPP 組織から (第3世代パートナーシッププロジェクト）、以前の規格である 3G および 4G を開発しました。 5G は XNUMX つの無線周波数帯域 (周波数範囲、または単に短縮されたもの FR）。 FR1 は 6GHz 未満の周波数を提供します。 FR2 – 24 GHz 以上、いわゆる。 ミリ波。 この規格は固定受信機と移動受信機をサポートしており、固定受信機のみをサポートするアメリカの通信大手 Verizon の 5GTF 標準をさらに発展させたものです (このタイプのサービスは固定無線アクセス ネットワークと呼ばれます)。

5G NR 標準では、次の XNUMX つの使用例が提供されます。

• eMBB (強化されたモバイルブロードバンド) – 私たちが慣れ親しんでいるモバイル インターネットを定義します。
• URLLC(非常に信頼性の高い低遅延通信) - 応答速度と信頼性に対する高い要件 - 自律輸送や遠隔手術などのタスク。
• mMTC (マシンマッシブ型コミュニケーション) – めったにデータを送信しない多数のデバイスのサポート – モノのインターネット、つまりメーターや監視デバイスの場合。

または、簡単に言えば、同じものを写真に示します。

業界は当初、既存のキャッシュ フローを使用したよりわかりやすいシナリオとして eMBB の実装に焦点を当てることを理解することが重要です。

実装

2018年以降、韓国の冬季オリンピックなどで大規模な検査が実施されている。 2018年には、ロシアの四大通信事業者全員がテストを実施した。 MTS は新しいテクノロジーをテストしました サムスンと一緒に — ビデオ通話、高解像度ビデオ送信、オンライン ゲームの使用例がテストされました。

韓国では5年末に世界で初めて2018Gサービスが提供された。 来年、2020 年には世界規模での商業展開が予定されています。 初期段階では、FR1 帯域は既存の 4G ネットワークへのアドオンとして使用されます。 電気通信・マス通信省の計画によると、ロシアでは5年から人口2020万人以上の都市で5Gが普及し始める。 実際には、大規模な導入は収益化の能力によって決まりますが、XNUMXG のこの側面はまだ明確ではありません。

収益化の問題は何ですか? 実際のところ、通信事業者は、最新化の説得力のある理由をまだ理解していません。既存のネットワークは負荷に十分に対処できるからです。 そして現在、彼らはマーケティングの観点から 5G をより考慮しています。電話画面上の 5G アイコンは、通信事業者の加入者の目に間違いなくプラスとなるでしょう。 逸話的なケース 通信事業者AT&T、実際のネットワークがない場所に5Gアイコンを配置したため、競合他社が詐欺罪で彼を訴えました。

よく見ると、アイコンは実際には「5GE」であることがわかります。これは 5G Evolution の略で、突然これは私たちが考える 5G ではなく、既存の LTE ネットワークに対してマーケティング担当者が考案した単なるラベルであり、いくつかの改良が加えられています。

チップセット

マイクロエレクトロニクス企業はすでに数十億ドルを5Gに投資している。 5G NR セルラー モデム用のチップは Samsung によって提供されています (Exynosモデム5100）、クアルコム（SnapdragonX55モデム）、ファーウェイ（5000バックパック）。 この市場の新規参入者である Intel のモデムは 2019 年末までに登場すると予想されています。Samsung のモデムは 10nm FinFET テクノロジーを使用して作られており、2G 以降の古い規格と互換性があります。 最大 6 GHz の周波数範囲では、最大 2 Gb/s のダウンロード速度を提供しますが、ミリ波を使用すると、速度は 6 Gb/s に増加します。

電話機

ほぼすべての Android スマートフォン メーカーが 5G 導入計画を発表しています。 サムスンは、10 年 5 月末のモバイル ワールド コングレス展示会で、2019G バージョンのフラッグシップ Galaxy S5 を発表しました。韓国では 16 月 2 日に発売されました。 米国では2019月XNUMX日に新製品が登場し、通信事業者ベライゾン社のネットワークに接続する。 他の通信事業者も追いついています。AT&T は、XNUMX 年下半期にサムスンと共同で XNUMX 台目のスマートフォンをリリースする計画を発表しました。
年間を通じて、さまざまなメーカーの 5G スマートフォン (主に高級スマートフォン) が店頭に並ぶことになります。 いくつかの試算によると、新技術によりデバイスのコストは 200 ～ 300 ドル増加し、サブスクリプション料金は 10% 増加します。

消費者市場

ケース 1. 自宅のインターネット

5G 固定無線アクセス ネットワークは、アパートの有線インターネットの代替となるでしょう。 以前にインターネットがケーブル経由で私たちのアパートに来ていた場合、将来的には5Gタワーから来て、ルーターが通常の家庭用WiFiを介してインターネットを配信します。 主要プレーヤー企業は、5Gネットワ​​ークの展開と同期してルーターの販売を開始する準備を完了しています。 一般的な 5G ルーターの価格は 700 ～ 900 ドルで、ダウンロード速度は 2 ～ 3 Gbps です。 このようにして、事業者は「ラストワンマイル」の問題を自ら解決し、電線敷設コストを削減します。 また、既存のバックボーン ネットワークが 5G ネットワークによるトラフィックの増加に対応できないことを恐れる必要はありません。光ファイバー ネットワークの既存の予備、いわゆる「ブラック ファイバー」の使用に関する研究が進行中です。ダークファイバー)。

このシナリオはユーザーにとってどれほど新しいものでしょうか? すでに一部の国では、従来の家庭用有線インターネットの使用をやめ、LTE に切り替えています。便利な料金プランを利用して、あらゆる状況でモバイル通信を使用する方が高速で安価であることが判明しました。 たとえば、この状況は韓国でも発生しています。 そしてそれはこの漫画で描かれています：

ケース 2. 大勢の人が集まる場合

確かに誰もがそのような不快な状況に陥ったことがあるでしょう。展示会やスタジアムに来たら、モバイル接続が切断されます。 そしてこれはまさに、ソーシャルネットワークに写真を投稿したり、書き込みをしたくなる瞬間です。

スタジアム

サムスンは日本の通信事業者ＫＤＤＩと共同で３万席の野球場でテストを実施した。 テスト用の 30G タブレットを使用して、複数のタブレットで同時に 5K ビデオ ストリーミングをデモンストレーションすることができました。

このスタジアムは、水原（サムスン本社）にある 5G City と呼ばれるデモエリアで示されている XNUMX つのシナリオのうちの XNUMX つです。 他のシナリオには、都市環境 (ビデオ カメラ、センサー、情報ボードの接続) や、移動中のバスに HD ビデオを配信するための高速アクセス ポイントが含まれます。バスがそのポイントを通過する間に、映画をダウンロードする時間があります。

Игры

世界的に有名な位置情報ゲーム「Pokemon Go」の開発元であるナイアンティック社は、5G に大きな期待を寄せています。 その理由は次のとおりです。少し前に、グループ イベントであるレイドがゲームに登場しました。 レイドでは、特に強力なポケモンを倒すために他のプレイヤーと協力して協力する必要があり、これにより現実の生活でも興味深い状況が生まれます。 したがって、最も希少なポケモン ミュウツーが登場するこのゲームの伝説の主要な場所は、ニューヨークのタイムズ スクエアにあります。そこにポケモン ハンターだけでなく観光客だけで構成される群衆がどれほど集まるか想像できるでしょう。

拡張現実は、5G の「キラー アプリ」とも考えられています。 その中で ビデオクリップ ハリー・ポッターをベースにした新しいゲームでは、Niantic が現在開発中のリアルタイム マジック デュエルのコンセプトを見ることができます。 NianticはすでにSamsung、通信事業者のDeutsche TelecomおよびSK Telecomと提携を結んでいる。

輸送

最後に、電車の場合は興味深いです。 エンターテインメントと乗客の快適性を実現するために、鉄道に 5G 通信を提供するというアイデアが浮上しました。 ブリストル大学の研究 明らかになった: 高速でシームレスな通信を実現するには、鉄道に 800 メートルの距離にあるアクセス ポイントを設置する必要があります。

線路沿いにアクセスポイントを配置する例

東京近郊を運行する電車でのテストは成功裏に実施されました。 過ごしたサムスンと通信事業者のＫＤＤＩ。 テスト中は 1,7 Gbps の速度が達成され、テスト中にカメラから 8K ビデオがダウンロードされ、4K ビデオがアップロードされました。

新しいユースケース

しかし、これらはすべて、私たちにとってすでによく知られている問題の解決策です。 5G はどのような根本的に新しいものを私たちに提供できるのでしょうか?

コネクテッドカー

主な利点は低遅延であり、マシンが最大 500 km/h の速度で相互に通信できるようになります。 人間のドライバーとは異なり、自動車は最終的に、運転に関して自動車間で、または固定インフラストラクチャーと交渉できるようになり、道路がより安全になります。 興味深いのは、システムが気象条件を考慮することです。滑りやすい天候では制動距離が長くなるのは誰もが知っているため、そのようなシステムのルールは変更されるべきです。

欧州 5GAA (自動車協会) は、C-V100X (Cellular Vehicle-To-Everything) システムの展開を加速するために、すでに世界中の 2 社を超える主要な通信および自動車メーカーを結集しています。 この協会の主な目的は、総合的な交通安全と交通効率化です。 5G スマートフォンを使用する自転車や歩行者も安全を確保できます。 最大 1 km の距離にいる交通参加者は直接通信できますが、それより長距離の場合は 5G カバレッジが必要になります。 このシステムは、警察と救急車のための通路を確保し、車両間のセンサーの交換、遠隔運転、その他の奇跡を実現します。 C-V2X の開始後、協会は 5G V2X で得た経験を応用し、インダストリー 4.0、スマート シティ、および 5G を使用するあらゆる移動物をターゲットにする予定です。

コネクテッドカーを使用して解決できる状況の例。 出典: クアルコム

5Gでは地上車両だけでなく航空機でも通信が可能になります。 今年、サムスンはスペインのインターネットプロバイダーであるオレンジと協力して、 実証された、展開された 5G ネットワークを使用し、高解像度のビデオ ストリームをリアルタイムで受信して、リモート パイロットがドローンの飛行をどのように制御したか。 アメリカのプロバイダーVerizonが2017年に買収 スカイワードドローンオペレーター、数百万回の5G接続フライトが約束されています。 同社のドローンはすでにベライゾンのライブ4Gネットワ​​ークに接続されている。

インダストリー4.0

一般に、「インダストリー 4.0」という表現は、ドイツの産業近代化プログラムのために発明されました。 協会 5G-ACIA ドイツに本社を置く (5G Alliance for Connected Industries and Automation) は、2018 年から 5G の使用に関心のある製造会社を結集させています。 遅延と信頼性に対する最大の要件は、応答時間が数十マイクロ秒を超えることができない産業用ロボットの動作制御によって課されます。 この問題は現在、産業用イーサネット (EtherCAT 標準など) を使用して解決されています。 5G もこのニッチ市場で競合する可能性があります。

産業用コントローラー間または人間のオペレーターとの通信、センサー ネットワークなどの他のアプリケーションは、それほど要求が厳しくありません。 現在、これらのネットワークのほとんどはケーブルを使用しているため、ワイヤレス 5G は、生産の迅速な再構成を可能にすることに加えて、経済的に実行可能なソリューションであると思われます。

実際には、経済的な実現可能性により、工場や倉庫のフォークリフト運転手など、人件費が最もかかる分野での 5G の導入につながるでしょう。 したがって、ヨーロッパのエンジニアリング会社 Acciona は、 自律走行ロボットカート MIR200。 このトロリーは 360 度ビデオを高解像度で送信し、遠隔オペレーターが予期せぬ状況からの脱出を支援します。 このカートには Cisco と Samsung の 5G テクノロジーが使用されています。

リモートコラボレーションテクノロジーはさらに進化します。 今年は、熟練の外科医が何キロも離れた場所で行われるがん手術の進行状況をリアルタイムで監視し、同僚に最適な手術方法を示す方法が実証されました。 技術が向上するにつれて、手術器具を直接制御するなど、より積極的な役割を果たすことができるようになるでしょう。

モノのインターネット

まず第一に、5G は、現時点ではこの分野の開発を制限していると考えられる、サポートが不十分な多数のモノのインターネット通信規格の問題を解決します。

ここで、5G は次のことを提供できます。

• アドホック ネットワーク (ルーターなし)
• 接続されたデバイスの高密度化
• 狭帯域のエネルギー効率の高い通信 (10 つのバッテリーで XNUMX 年以上) をサポート

しかし、大企業は依然としてモノのインターネット以外のシナリオに関心を持っているようです。 インターネットで簡単に検索したところ、モノのインターネットにおける 5G の利点について、主要企業によるデモンストレーションは見つかりませんでした。

このトピックの結論として、次の興味深い可能性に注目してみましょう。 最近では、コンセントに依存したり、電池を交換する必要があるため、「もの」の選択肢が限られています。 低周波誘導ワイヤレス充電は、数センチメートルの距離でのみ機能します。 5G とその指向性ミリ波により、数メートルの距離でも効率的な充電が可能になります。 現在の標準ではこれが規定されていませんが、エンジニアがこの機会を利用する方法をすぐに見つけることは間違いありません。

開発者のための機会

このトピックに興味がある場合、次はどこに行きますか?

つながり。 今後開催されるロシアのカンファレンスで 5G プレーヤーに直接会うことができます スコルコボ スタートアップ ビレッジ 2019 29月30日～XNUMX日 ワイヤレス ロシア フォーラム: 4G、5G、そしてその先 2019 30月31日～XNUMX日 CEBIT ロシア 2019 25月27日～XNUMX日 スマートカーと道路 2019 24 10月

学術関係者との接触の中で注意すべきことは、 モスクワ電気通信セミナー 情報伝達問題研究所で開催されました。

資金調達。 主要プレーヤーはさまざまな分野で5Gの利用に向けたコンテストを開催している。 米国のベライゾンでは最近 発表した インダストリー 5、没入型コンシューマ アプリケーション (VR/AR)、画期的なアイデア (生活と働き方を変える) を対象とした「Built on 4.0G Challenge」コンペティション。 このコンテストには米国の登録済み中小企業が参加でき、応募は15月1日まで受け付ける。 賞金はXNUMX万ドルです。 受賞者は今年 XNUMX 月に発表されます。

雇用。 ロシアには、四大携帯電話会社に加えて、近い将来に 5G の使用を計画している企業がいくつかあります。 ロシアと CIS の大手コンテンツ配信プロバイダーである CDNVideo のビジネス モデルは、受信したトラフィック量に応じて支払うというものです。 5G を使用すると、この価格が下がる可能性があるため、同社はコストを削減できるようになります。 PlayKey はクラウドでのゲームを推進しており、5G の使用も計画していることは驚くべきことではありません。

オープンソース、インフラにおいて重要な役割を果たす可能性があります。 アメリカ人 オープン ネットワーキング ファンデーション 5Gをサポートします。 ヨーロッパ人 OpenAirInterface ソフトウェア アライアンス 5G インフラストラクチャの独自コンポーネントをバイパスしたい人々を集めます。 戦略分野には、5G モデムとソフトウェア デファインド システム、異種ネットワーク、モノのインターネットのサポートが含まれます。 O-RANアライアンス 無線アクセス ネットワークを仮想化します。 ネットワーク コアの実装は次から入手できます。 Open5Gコア.

著者：

スタニスラフ・ポロンスキー - Samsung Research Center 先端研究開発部門長

Tatyana Volkova - IoT プロジェクト Samsung Academy のカリキュラムの著者、Samsung Research Center の企業社会責任プログラムの専門家

出所： habr.com