5G – 어디서, 누구에게 필요한가요?

세대별 이동통신 표준에 대한 이해가 없어도 누구나 5G/LTE보다 4G가 더 멋지다고 대답할 것이다. 사실 모든 것이 그렇게 간단하지는 않습니다. 현재 상태에서 5G가 더 좋고/나쁘고 가장 유망한 사용 사례는 무엇인지 살펴보겠습니다.

그렇다면 5G 기술은 우리에게 무엇을 약속하는가?

• 최대 10Gb/s 속도 XNUMX배 증가,
• 지연(대기 시간)을 최대 1ms까지 XNUMX배 감소,
• 연결 신뢰성 향상(패킷 손실 오류율) 수백 번
• 연결된 장치의 밀도(개수)가 증가했습니다(106/km2).

이 모든 것은 다음을 통해 달성됩니다.

• 다중 채널(주파수 및 기지국의 병렬성)
• 반송파 무선 주파수를 단위에서 수십 GHz(무선 채널 대역폭)로 증가

5G는 즉석 영화 다운로드, 클라우드에 대한 원활한 모바일 앱 연결 등 기존 영역에서 4G를 개선할 것입니다. 그렇다면 케이블을 통해 아파트와 사무실에 인터넷을 제공하는 것을 거부할 수 있습니까?

5G는 고대역폭, 전력 소비가 많은 프로토콜과 협대역, 절전형 프로토콜을 결합하여 모든 사물이 보편적으로 연결될 수 있게 해줍니다. 이는 4G가 접근할 수 없는 새로운 방향, 즉 지상과 공중에서의 기계 간 통신, 인더스트리 4.0, 사물 인터넷을 열어줄 것입니다. 예상5G 사업은 3.5년까지 2035조 달러를 벌고 22만 개의 일자리를 창출할 것이라고 합니다.
아님?..

(이미지 출처 : 로이터)

이거 어떻게 작동 시켜요

5G가 어떻게 작동하는지 아는 사람은 이 섹션을 건너뛰세요.

그렇다면 위에서 설명한 것처럼 5G에서 어떻게 그렇게 빠른 데이터 전송을 달성할 수 있을까요? 그것은 일종의 마술이 아니죠?

이전에는 사용되지 않았던 더 높은 주파수 범위로의 전환으로 인해 속도가 증가합니다. 예를 들어 가정용 WiFi의 주파수는 2,4GHz 또는 5GHz이고, 기존 모바일 네트워크의 주파수는 2,6GHz 이내입니다. 하지만 5G에 관해 이야기할 때 여기서는 즉시 수십 기가헤르츠에 대해 이야기합니다. 간단합니다. 주파수를 늘리고 파장을 줄이면 데이터 전송 속도가 몇 배 더 높아집니다. 그리고 네트워크 전체가 언로드됩니다.

여기에 그것이 어땠는지, 어떻게 될 것인지에 대한 시각적 만화가 있습니다. 였다:


윌 :

(출처: IEEE 스펙트럼, 5G에 대해 알아야 할 모든 것)

주파수가 5배 증가했기 때문에 5G에서는 훨씬 더 짧은 밀리미터파를 처리하게 됩니다. 장애물을 잘 넘기지 못합니다. 그리고 이와 관련하여 네트워크 아키텍처가 변화하고 있습니다. 장거리 통신을 제공하는 크고 강력한 타워를 통해 이전에 통신이 제공되었다면 이제는 모든 곳에 소형 저전력 타워를 많이 배치해야 합니다. 그리고 대도시에서는 고층 건물의 신호 중첩으로 인해 많은 역이 필요하다는 점을 명심하세요. 따라서 뉴욕에 XNUMXG 네트워크를 자신있게 갖추려면 다음이 필요합니다. увеличить 기지국 수를 500(!)배 늘렸습니다.

에 추정 된 러시아 통신 사업자를 위한 5G 전환 비용은 약 150억 루블입니다. 이는 이전의 4G 네트워크 구축 비용과 비슷한 비용이며, 이는 5G 스테이션 비용이 기존 스테이션보다 저렴하다는 사실에도 불구하고(그러나 그들은 많이 필요합니다).

두 가지 네트워크 옵션: 고정 및 모바일

전력 소모를 줄이고 주행 거리를 늘리는 기술이 사용됩니다. 빔 포밍 — 특정 가입자에 대한 동적 빔 형성. 어떻게 이루어 집니까? 기지국은 신호가 언제 어디서 왔는지 기억하고(휴대폰뿐만 아니라 장애물의 반사로도 발생함) 삼각 측량 방법을 사용하여 대략적인 위치를 계산한 다음 최적의 신호 경로를 구축합니다.

출처: Analysys Mason

그러나 수신기의 위치를 ​​추적해야 하는 필요성으로 인해 고정 사용 사례와 모바일 사용 사례 간에 약간의 차이가 발생하며 이는 다양한 사용 사례에 반영됩니다(자세한 내용은 아래 소비자 시장 섹션 참조).

현 상태

표준

허용되는 5G 표준이 없습니다. 기술이 너무 복잡하고 이해관계가 상충되는 플레이어가 너무 많습니다.

5G NR 표준(새로운 라디오) 3GPP 조직(3 세대 파트너십 프로젝트)는 이전 표준인 3G 및 4G를 개발했습니다. 5G는 두 개의 무선 주파수 대역(주파수 범위, 또는 간단히 줄여서 FR). FR1은 6GHz 미만의 주파수를 제공합니다. FR2 - 소위 24GHz 이상. 밀리미터 파. 이 표준은 고정형 및 이동형 수신기를 지원하며 고정형 수신기만 지원하는 미국 통신 대기업 Verizon의 5GTF 표준을 추가로 개발한 것입니다(이러한 유형의 서비스를 고정형 무선 액세스 네트워크라고 함).

5G NR 표준은 세 가지 사용 사례를 제공합니다.

• eMBB(향상된 모바일 광대역) - 우리에게 친숙한 모바일 인터넷을 정의합니다.
• URLLC(매우 안정적인 낮은 대기 시간 통신) - 응답 속도 및 신뢰성에 대한 높은 요구 사항 - 자율 이동 또는 원격 수술과 같은 작업의 경우
• mMTC(대규모 머신 유형 통신) - 데이터를 거의 전송하지 않는 다수의 장치(예: 사물 인터넷, 즉 카운터 및 모니터링 장치)를 지원합니다.

또는 간략하게 그림과 동일합니다.

업계에서는 먼저 기존 현금 흐름을 고려한 보다 이해하기 쉬운 시나리오로서 eMBB 구현에 중점을 둘 것이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다.

구현

2018년부터 한국 동계올림픽 등 대규모 테스트가 진행됐다. 2018년에는 러시아 빅XNUMX 사업자 모두가 테스트를 실시했습니다. MTS는 새로운 기술을 테스트했습니다. 삼성과 함께 - 영상 통화, 고화질 영상 전송, 온라인 게임 등을 대상으로 사용 사례를 테스트했습니다.

우리나라에서는 5년 말 세계 최초로 2018G 서비스가 제공됐다. 전세계 상용 출시는 내년인 2020년으로 예상됩니다. 초기 단계에서 FR1 대역은 기존 4G 네트워크의 추가 기능으로 사용됩니다. 통신매스컴부의 계획에 따르면 러시아에서는 5년부터 2020G가 백만 개가 넘는 도시에 등장하기 시작할 예정입니다. 실제로 대규모 구축은 수익화 가능성에 의해 결정될 것이며, 5G의 이러한 측면은 아직 명확하지 않습니다.

수익화에 어떤 문제가 있나요? 사실 통신 사업자는 아직 현대화에 대한 설득력 있는 이유를 찾지 못했습니다. 기존 네트워크는 부하를 상당히 감당하고 있습니다. 그리고 이제 그들은 마케팅 측면에서보다는 5G를 고려하고 있습니다. 휴대폰 화면의 5G 아이콘은 통신 사업자 가입자의 눈에 확실히 플러스가 될 것입니다. 일화적인 사례 AT&T로, 실제 네트워크가 없는 상태에서 5G 아이콘을 게시한 사람은 경쟁업체에서 사기 혐의로 그를 고소했습니다.

자세히 살펴보면 아이콘이 실제로 "5GE"라는 것을 알 수 있습니다. 이는 5G Evolution을 의미하며 갑자기 우리가 생각하는 5G가 아니라 기존 LTE 네트워크에 대해 마케팅 담당자가 몇 가지 개선 사항을 적용하여 발명한 레이블일 뿐입니다.

칩셋

마이크로 전자공학 회사들은 이미 5G에 수십억 달러를 투자했습니다. 5G NR 셀룰러 모뎀용 칩은 삼성(엑시노스 모뎀 5100), 퀄컴(Snapdragon X55 모뎀), 화웨이(5000 배낭). 이 시장의 새로운 플레이어인 Intel의 모뎀은 2019년 말까지 출시될 것으로 예상됩니다. 삼성 모뎀은 10nm FinFET 기술을 기반으로 하며 2G부터 시작하는 이전 표준과 호환됩니다. 최대 6GHz 주파수 범위에서는 최대 2Gb/s의 다운로드 속도를 제공하며, 밀리미터파를 사용하면 속도가 6Gb/s로 증가합니다.

전화

거의 모든 안드로이드 휴대폰 제조업체가 5G 구현 계획을 발표했습니다. 삼성은 10년 5월 말 모바일 월드 콩그레스(Mobile World Congress)에서 2019G 버전의 플래그십 갤럭시 S5을 선보였습니다. 이미 16월 2일 한국에 출시되었습니다. 미국에서는 2019월 XNUMX일 신제품이 등장해 통신사 버라이존(Verizon) 네트워크와 연결됐다. 다른 통신사들도 따라잡고 있습니다. AT&T는 XNUMX년 하반기에 삼성과 함께 두 번째 스마트폰을 출시할 계획을 발표했습니다.
올해에는 주로 프리미엄급인 다양한 제조업체의 5G 스마트폰이 매장 진열대에 출시될 예정입니다. 일부 추정에 따르면, 신기술로 인해 기기 가격이 200~300달러 증가하고 구독료가 10% 증가할 것으로 예상됩니다.

소비자 시장

사례 1. 가정용 인터넷

고정 무선 액세스의 5G 네트워크는 우리 아파트에서 유선 인터넷의 대안이 될 것입니다. 이전에 인터넷이 케이블을 통해 우리 아파트에 왔다면 앞으로는 5G 타워에서 인터넷이 나올 것이며 라우터는 일반적인 가정용 WiFi를 통해 이를 배포할 것입니다. 주요 기업들은 판매용 라우터 출시와 5G 네트워크 구축을 동기화하는 등 준비를 완료했습니다. 일반적인 5G 라우터의 가격은 700~900달러이며 다운로드 속도는 2~3Gbps입니다. 이러한 방식으로 운영자는 "라스트 마일" 문제를 스스로 해결하고 배선 비용을 절감할 수 있습니다. 그리고 기존 백본 네트워크가 5G 네트워크에서 발생하는 트래픽 증가에 대처할 수 없을까 봐 걱정할 필요가 없습니다. 소위 "블랙 파이버"라고 불리는 기존 광섬유 네트워크 예비를 사용하기 위한 연구가 진행 중입니다. (어두운 섬유).

이 시나리오는 사용자에게 얼마나 새로운가요? 이미 일부 국가에서는 전통적인 가정용 유선 인터넷 사용을 중단하고 LTE로 전환하고 있습니다. 모든 상황에서 편리한 요금으로 모바일 통신을 사용하는 것이 더 빠르고 저렴하다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어 이러한 상황은 한국에서도 발생했습니다. 그리고 이 만화에는 다음과 같은 내용이 나와 있습니다.

사례 2. 대규모 집회

확실히 모든 사람들이 이렇게 불쾌한 상황에 처해 있었습니다. 전시회나 경기장에 갔는데 이동 통신이 사라졌습니다. 그리고 이것은 사진을 게시하거나 소셜 네트워크에 글을 쓰고 싶은 바로 그 순간입니다.

경기장

삼성전자는 30만석 규모의 야구장에서 일본 통신사업자 KDDI와 테스트를 진행했다. 테스트 5G 태블릿을 사용하여 여러 태블릿에서 동시에 4K 비디오 스트리밍을 시연할 수 있었습니다.

이 경기장은 수원(삼성 본사)에 위치한 5G 시티 데모존에 설명된 세 가지 시나리오 중 하나입니다. 다른 시나리오에는 도시 환경(비디오 카메라, 센서 및 안내판 연결)과 움직이는 버스에 HD 비디오를 전달하기 위한 고속 액세스 포인트가 포함됩니다. 버스가 해당 지점을 지나가는 동안 영화를 다운로드할 시간이 있습니다.

Игры

세계적으로 유명한 위치정보 게임 포켓몬 고(Pokemon Go)를 개발한 나이언틱(Niantic)은 5G에 큰 기대를 걸고 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 얼마 전까지만 해도 게임에 그룹 이벤트인 레이드가 등장했습니다. 레이드에서는 특히 강력한 포켓몬을 쓰러뜨리기 위해 다른 플레이어와 협력해야 하며, 이는 실제 생활에서 흥미로운 상황을 만들어냅니다. 따라서 가장 희귀한 Mewtwo 포켓몬이 있는 게임의 주요 전설적인 위치는 뉴욕의 타임스퀘어에 있습니다. 포켓몬 사냥꾼뿐만 아니라 관광객으로 구성된 군중이 그곳에 모일 수 있는 것을 상상할 수 있습니다.

증강현실은 5G의 '킬러앱'으로도 꼽힌다. 그 안에 롤러 현재 나이언틱이 개발하고 있는 실시간 마법전의 개념을 '해리포터'를 기반으로 한 신작 게임에서 만나보실 수 있습니다. Niantic은 이미 삼성 및 이동통신사인 Deutsche Telecom, SK Telecom과 파트너십을 맺었습니다.

운송

마지막으로 기차 사건이 흥미롭다. 승객의 즐거움과 편안함을 위해 철도에 5G 통신을 제공하려는 아이디어가 있었습니다. 브리스톨 대학교 연구 보여 주는: 고속의 원활한 통신을 위해서는 철도에 서로 800m 떨어진 액세스 포인트를 갖추어야 합니다!

철도 선로를 따라 접근 지점을 배치하는 방법의 예

도쿄 근처를 운행하는 열차에서 테스트가 성공적으로 수행되었습니다. 보냈다삼성전자와 통신사업자 KDDI가 함께합니다. 테스트 중에는 1,7Gb/s의 속도를 달성했으며 테스트 중에 카메라에서 8K 비디오가 다운로드되고 4K 비디오가 업로드되었습니다.

새로운 사용 사례

그러나 이 모든 것은 오히려 우리에게 이미 친숙한 문제에 대한 해결책입니다. 그리고 5G가 우리에게 근본적으로 새로운 것은 무엇을 제공할 수 있을까요?

커넥티드 카

가장 큰 장점은 낮은 대기 시간으로, 이를 통해 기계는 최대 500km/h의 속도로 서로 통신할 수 있습니다. 인간 운전자와 달리 자동차는 마침내 차량 스스로 또는 고정 인프라와 협상하여 도로를 더욱 안전하게 만들 수 있게 될 것입니다. 흥미롭게도 시스템은 기상 조건을 고려합니다. 미끄러운 날씨에는 정지 거리가 더 길어지기 때문에 이러한 시스템의 규칙이 변경되어야 한다는 사실은 모두가 알고 있습니다.

유럽 ​​연합 5GAA(자동차 협회)는 이미 전 세계 100개 이상의 주요 통신 및 자동차 제조업체를 모아 C-V2X(Cellular Vehicle-To-Everything) 시스템 구축을 가속화하고 있습니다. 협회의 주요 목표는 포괄적인 도로 안전과 교통 효율성입니다. 5G 스마트폰을 사용하는 자전거 이용자와 보행자도 안전을 믿을 수 있습니다. 최대 1km 거리에서 이동에 참여하는 참가자는 직접 통신할 수 있으며, 더 먼 거리에서는 5G 커버리지가 필요합니다. 이 시스템은 경찰과 구급차를 위한 통로를 제공하고 자동차 간 센서 교환, 원격 운전 및 기타 불가사의를 제공합니다. C-V2X 출시 이후 협회는 얻은 교훈을 5G V2X에 적용하여 인더스트리 4.0, 스마트 시티 및 5G를 사용하여 움직이는 모든 것을 목표로 삼을 계획입니다.

Connected Car로 해결할 수 있는 상황의 예시 출처: 퀄컴.

5G는 지상 차량뿐만 아니라 항공기 통신도 가능하게 해준다. 올해 삼성전자는 스페인 ISP 오렌지(Orange)와 함께 시연원격 조종사가 배포된 5G 네트워크를 사용하여 드론을 비행하고 실시간으로 고화질 비디오 스트림을 수신한 방법. 2017년 미국 통신업체 Verizon이 인수했습니다. 드론 운용사 스카이워드(Skyward), 수백만 개의 5G 연결 항공편을 약속합니다. 회사의 드론은 이미 Verizon이 출시한 4G 네트워크에 연결되어 있습니다.

인더스트리 4.0

일반적으로 "인더스트리 4.0"이라는 표현은 독일의 산업 현대화 프로그램을 위해 만들어졌습니다. 협회 5G 아시아 (5G Alliance for Connected Industries and Automation)은 독일에 본사를 두고 있으며 2018년부터 5G 사용에 관심이 있는 제조 기업들을 모아 왔습니다. 대기 시간과 신뢰성에 대한 가장 큰 요구 사항은 응답 시간이 수십 마이크로초를 초과할 수 없는 산업용 로봇의 모션 제어에 의해 부과됩니다. 이는 이제 산업용 이더넷(예: EtherCAT 표준)을 통해 해결됩니다. 5G가 이 틈새시장에서도 경쟁할 가능성이 높습니다!

산업용 컨트롤러 간 또는 인간 작업자와의 통신, 센서 네트워크 등의 기타 애플리케이션은 덜 까다롭습니다. 이제 이러한 네트워크의 대부분은 케이블을 사용하므로 5G 무선은 신속한 생산 재구성을 허용할 뿐만 아니라 비용 효율적인 솔루션인 것 같습니다.

실제로 경제적 타당성은 공장 및 창고의 지게차 운전자와 같이 인간 노동의 가장 비용이 많이 드는 영역에 5G 배포로 이어질 것입니다. 따라서 유럽의 엔지니어링 회사인 Acciona는 자율 로봇 카트 MIR200. 카트는 고화질 360도 영상을 전송하고 있는데 원격 교환원이 예상치 못한 상황에서 벗어날 수 있도록 도와준다. 카트는 시스코와 삼성의 5G 기술을 사용합니다.

원격 협업 기술은 더욱 발전할 것입니다. 올해에는 전문 외과의가 수 킬로미터 떨어진 곳에서 진행되는 종양 수술의 진행 상황을 실시간으로 관찰하고 동료들에게 수술을 더 잘 수행하는 방법을 보여주는 방법이 공개되었습니다. 기술이 발전함에 따라 그는 이미 수술 도구를 직접 조작하는 등 더욱 적극적으로 참여할 수 있게 될 것입니다.

사물의 인터넷

우선, 5G는 현재 이 방향의 발전을 제한하고 있는 수많은 IoT 통신 표준의 제대로 지원되지 않는 문제를 해결할 것입니다.

여기서 5G는 다음을 제공합니다.

• Ad Hoc 네트워크(라우터 없음)
• 연결된 장치의 고밀도
• 협대역, 에너지 효율적인(단일 배터리로 10년 이상) 통신 지원

그러나 대기업은 사물 인터넷 이외의 다른 시나리오에 더 관심이 있는 것 같습니다. 피상적인 인터넷 검색에서는 IoT에 대한 5G의 이점에 대한 주요 업체의 시연을 찾지 못했습니다.

이 주제를 마무리하면서 다음과 같은 흥미로운 가능성에 주목해 보겠습니다. 이제 콘센트에 대한 의존성이나 배터리 교체의 필요성으로 인해 "사물"의 선택이 제한됩니다. 저주파 유도 무선 충전은 몇 센티미터 거리에서만 작동합니다. 5G와 지향성 밀리미터파를 사용하면 수 미터 거리에서 효율적인 충전이 가능해집니다. 기존 표준에서는 이를 규정하지 않지만 엔지니어들이 곧 이 기회를 활용할 수 있는 방법을 찾을 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다!

개발자를위한 기회

주제에 관심이 있다면 어디로 넘어가야 할까요?

커뮤니케이션. 다음 러시아 컨퍼런스에서 5G 플레이어들을 개인적으로 만날 수 있을 것입니다 스콜코보 스타트업 빌리지 2019 29월 30~XNUMX일 러시아 무선 포럼: 4G, 5G 및 그 이후 2019 30월 31~XNUMX일 세빗 러시아 2019 25월 27~XNUMX일 스마트 자동차 및 도로 2019 10 월 24.

학문적 접촉 중에서 주목해야 할 점 모스크바 통신 세미나 정보전송문제연구소에서 개최되었습니다.

파이낸싱. 주요 업체들은 다양한 분야에서 5G 활용 경쟁을 벌이고 있다. 미국에서는 Verizon이 최근 발표했다. Industry 5을 위한 4.0G 과제, 몰입형 소비자 애플리케이션(VR/AR) 및 획기적인 아이디어(생활 및 업무 방식 변화)를 기반으로 구축되었습니다. 이번 대회는 15월 1일까지 미국에 등록된 중소기업을 대상으로 합니다. 상금 규모는 XNUMX백만 달러입니다. 우승자는 올해 XNUMX월 발표될 예정이다.

고용. 러시아에는 5대 이동통신사 외에도 가까운 미래에 5G를 사용할 계획인 여러 회사가 있습니다. 러시아 및 CIS의 대표적인 콘텐츠 전송 제공업체인 CDNVideo의 비즈니스 모델은 수신된 트래픽 양에 대한 비용을 지불하는 것입니다. 잠재적으로 이 가격을 낮추는 5G를 사용하면 회사는 비용을 절감할 수 있습니다. PlayKey는 클라우드에서 게임을 추진하고 있으며 XNUMXG도 계획에 포함되어 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

오픈 소스, 인프라에서 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 미국 사람 개방형 네트워킹 재단 5G를 지원합니다. 유럽 ​​사람 OpenAirInterface 소프트웨어 얼라이언스 5G 인프라의 독점 구성 요소를 우회하려는 사람들을 하나로 모았습니다. 전략적 방향에는 5G 모뎀 및 소프트웨어 정의 시스템, 이기종 네트워크 및 사물 인터넷에 대한 지원이 포함됩니다. O-RAN 얼라이언스 무선 액세스 네트워크(무선 액세스 네트워크)를 가상화합니다. 네트워크 코어의 구현은 다음에서 가능합니다. 오픈5G코어.

저자 :

Stanislav Polonsky — 삼성전자 연구소 첨단 연구 개발 책임자

타티아나 볼코바(Tatiana Volkova) — IoT 삼성 아카데미 프로젝트 커리큘럼 작성자, 삼성 연구소 기업의 사회적 책임 프로그램 전문가

출처 : habr.com