5G – каде и кому му треба?

Дури и без посебно разбирање на генерациите на стандарди за мобилна комуникација, секој веројатно ќе одговори дека 5G е поладно од 4G/LTE. Во реалноста, сè не е толку едноставно. Ајде да откриеме зошто 5G е подобро/полошо и кои случаи на негова употреба се најмногу ветувачки, земајќи ја предвид моменталната состојба.

Значи, што ни ветува 5G технологијата?

• Брзината се зголемува десетици пати до 10 Gb/s,
• Намалување на одложувањата (латентност) за десетици пати до 1 ms,
• Зголемена сигурност на врската (стапка на грешка на загуба на пакети) стотици пати,
• Зголемување на густината (бројот) на поврзани уреди (106/km2).

Сето ова се постигнува преку:

• повеќеканален (паралелизам меѓу фреквенциите и базните станици)
• зголемување на фреквенциите на радио носачите од единици до десетици GHz (капацитет на радио каналот)

5G ќе се подобри во однос на 4G во традиционалните области, било да е тоа инстант преземање филмови или беспрекорно поврзување мобилна апликација со облакот. Значи, дали ќе биде можно да одбиеме да испорачаме Интернет до нашите станови и канцеларии преку кабел?

5G ќе обезбеди универзално поврзување од сè до сè, комбинирајќи протоколи со висок пропусен опсег, жедни за енергија со протоколи со тесен опсег и енергетски ефикасни. Ова ќе отвори нови насоки кои се недостапни за 4G: комуникација од машина до машина на земја и во воздух, Индустрија 4.0, Интернет на нештата. Се очекувашетој бизнис со 5G ќе заработи 3.5 трилиони долари до 2035 година и ќе создаде 22 милиони работни места.
Или не?..

(Извор на слика - Ројтерс)

Како го прави ова дело

Ако знаете како функционира 5G, прескокнете го овој дел.

Значи, како можеме да постигнеме толку брз пренос на податоци во 5G, како што е опишано погоре? Ова не е некаква магија, нели?

Зголемувањето на брзината ќе се случи поради преминот кон поголем опсег на фреквенција - претходно неискористен. На пример, фреквенцијата на домашната WiFi е 2,4 или 5 GHz, фреквенцијата на постоечките мобилни мрежи е во рамките на 2,6 GHz. Но, кога зборуваме за 5G, веднаш зборуваме за десетици гигахерци. Едноставно е: ја зголемуваме фреквенцијата, ја намалуваме брановата должина - и брзината на пренос на податоци станува многу пати поголема. И мрежата како целина е истоварена.

Еве визуелен стрип како беше и како ќе биде. Беше:


Ќе:

(Извор: IEEE Spectrum, Сè што треба да знаете за 5G)

Фреквенцијата е зголемена за десет пати, така што во 5G имаме работа со многу пократки, милиметарски бранови. Тие не поминуваат добро низ препреките. И во врска со ова, мрежната архитектура се менува. Ако претходните комуникации ни беа обезбедени од големи, моќни кули кои обезбедуваа комуникација на долги растојанија, сега ќе биде неопходно насекаде да се постават многу компактни кули со мала моќност. И имајте на ум дека во големите градови ќе ви требаат многу станици, бидејќи сигналот е блокиран од високи згради. Значи, за самоуверено опремување на Њујорк со 5G мрежи, ви треба да се зголеми бројот на базни станици е 500 (!) пати.

На проценето Руските оператори, транзицијата кон 5G ќе ги чини приближно 150 милијарди рубли - трошок споредлив со претходните трошоци за распоредување на 4G мрежа, и тоа дури и покрај фактот што цената на 5G станицата е помала од постојните (но многу од нив се потребни).

Две мрежни опции: фиксна и мобилна

Технологија која се користи за намалување на потрошувачката на енергија и зголемување на опсегот зрачење — динамично формирање на радио зрак за одреден претплатник. Како се прави ова? Базната станица се сеќава од каде дошол сигналот и во кое време (доаѓа не само од вашиот телефон, туку и како одраз од пречките), и користејќи методи на триаголник, ја пресметува вашата приближна локација и потоа ја гради оптималната патека на сигналот.

Извор: Analysys Mason

Сепак, потребата да се следи позицијата на ресиверот води до мала разлика помеѓу случаите за употреба на фиксни и мобилни, а тоа се одразува во различни случаи на употреба (повеќе за ова подоцна во делот „Пазар на потрошувачи“).

Статус кво

Стандарди

Не постои прифатен стандард за 5G. Технологијата е премногу сложена и има премногу играчи со конфликтни интереси.

Стандардот 5G NR е во фаза на високо развиен предлог (Ново радио) од организацијата 3GPP (Проект за партнерство од 3-та генерација), кој ги разви претходните стандарди, 3G и 4G. 5G користи два радиофреквенциски опсези (Опсег на фреквенција, или едноставно скратена FR). FR1 нуди фреквенции под 6 GHz. FR2 – над 24 GHz, т.н. милиметарски бранови. Стандардот поддржува стационарни и подвижни ресивери и е понатамошен развој на стандардот 5GTF од американскиот телекомуникациски гигант Verizon, кој поддржува само стационарни приемници (овој тип на услуга се нарекува мрежи за фиксна безжична пристап).

Стандардот 5G NR предвидува три случаи на употреба:

• eMBB (подобрен мобилен широкопојасен интернет) – го дефинира мобилниот интернет на кој сме навикнати;
• URLLC(Ултра доверливи комуникации со мала латентност) - високи барања за брзина и сигурност на одговор - за задачи како автономен транспорт или далечинска хирургија;
• mMTC (Машински масивни типови комуникации) – поддршка за голем број уреди кои ретко испраќаат податоци – случај на Интернет на нештата, односно броила и уреди за следење.

Или накратко, истото на сликата:

Важно е да се разбере дека индустријата првично ќе се фокусира на спроведување на eMBB како поразбирливо сценарио со постоечките парични текови.

Имплементација

Од 2018 година се спроведуваат големи тестирања, на пример, на Зимските олимписки игри во Јужна Кореја. Во 2018 година, сите руски оператори на големата четворка спроведоа тестови. МТС тестираше нова технологија заедно со Samsung — Беа тестирани случаите за употреба со видео повици, видео пренос со висока дефиниција и онлајн игри.

Во Јужна Кореја, за прв пат во светот, услугата 5G беше понудена на крајот на 2018 година. Светското комерцијално прикажување се очекува следната година, 2020 година. Во почетната фаза, опсегот FR1 ќе се користи како додаток на постоечките 4G мрежи. Според плановите на Министерството за телекомуникации и масовни комуникации, во Русија 5G ќе почне да се појавува во градовите со над милион жители од 2020 година. Во пракса, распоредувањето во големи размери ќе биде одредено од можноста за монетизација, а овој аспект на 5G сè уште не е јасен.

Кој е проблемот со монетизацијата? Факт е дека телекомуникациските оператори сè уште не гледаат убедливи причини за модернизација: постојните мрежи можат доста добро да се справат со оптоварувањето. И сега размислуваат за 5G повеќе во однос на маркетингот: иконата 5G на екранот на телефонот дефинитивно ќе биде плус во очите на претплатниците на телекомуникацискиот оператор. Анегдотски случај со оператор AT&T, кој постави икона 5G во отсуство на вистинска мрежа, поради што конкурентите го тужеа за измама.

Ако погледнете внимателно, можете да видите дека иконата е всушност „5GE“ - што значи 5G Evolution, и одеднаш ова не е 5G за кое мислиме, туку само ознака измислена од продавачите за постоечка LTE мрежа со некои подобрувања.

Чипсети

Компаниите за микроелектроника веќе имаат инвестирано многу милијарди долари во 5G. Чиповите за мобилните модеми 5G NR ги нуди Samsung (Exynos модем 5100), Qualcomm (Модем Snapdragon X55), Huawei (Балон 5000). Модемите од Intel, нов играч на овој пазар, се очекуваат до крајот на 2019 година. Модемот Samsung е направен со помош на 10nm FinFET технологија и е компатибилен со постарите стандарди, почнувајќи од 2G. Во опсегот на фреквенции до 6 GHz, обезбедува брзина на преземање до 2 Gb/s; при користење на милиметарски бран, брзината се зголемува на 6 Gb/s.

Телефони

Речиси сите производители на телефони со Android најавија дека планираат да воведат 5G. Samsung го претстави предводникот Galaxy S10 во верзијата 5G на Светскиот конгрес за мобилни телефони на крајот на февруари 2019 година. Беше објавен во Кореја на 5 април. Во САД, новиот производ се појави на 16 мај, а таму се поврзува со мрежата на телекомуникацискиот оператор Verizon. Другите оператори исто така го достигнуваат чекорот: AT&T ги објавува плановите за издавање на втор паметен телефон заедно со Samsung во втората половина на 2 година.
Во текот на годината, 5G паметните телефони од различни производители, главно премиум, ќе се најдат на полиците на продавниците. Според некои проценки, новата технологија ќе ја зголеми цената на уредите за 200-300 долари, а претплатата за 10%.

Потрошувачки пазар

Случај 1. Домашен Интернет

5G фиксните мрежи за безжичен пристап ќе станат алтернатива на жичниот интернет во нашите станови. Ако претходно Интернетот дојде во нашиот стан преку кабел, тогаш во иднина ќе доаѓа од кула 5G, а потоа рутерот ќе го дистрибуира преку вообичаената домашна WiFi. Компаниите со главни играчи ги завршија подготовките, синхронизирајќи го пуштањето на рутери за продажба со распоредувањето на 5G мрежите. Еден типичен 5G рутер чини 700-900 долари и обезбедува брзина на преземање од 2-3 Gbps. На овој начин, операторите сами ќе го решат проблемот со „последната милја“ и ќе ги намалат трошоците за поставување жици. И нема потреба да се плашиме дека постоечките основни мрежи нема да се справат со зголемениот сообраќај што ќе доаѓа од мрежите 5G: во тек е истражување за користење на постојната резерва на оптички мрежи - т.н. „црни влакна“ ( темни влакна).

Колку ново ќе биде ова сценарио за корисниците? Веќе сега, во некои земји тие повеќе не користат традиционален домашен жичен интернет и се префрлаат на LTE: излегува дека е побрзо и поевтино да се користат мобилни комуникации во сите ситуации, со достапни удобни тарифи. Оваа ситуација, на пример, се разви во Кореја. И тоа е илустрирано во овој стрип:

Случај 2. Масовни собири на луѓе

Сигурно сите се нашле во таква непријатна ситуација: дојдете на изложба или стадион, а мобилната врска исчезнува. И ова е токму во моментот кога сакате да објавите фотографија или да напишете на социјалните мрежи.

Стадиони

Samsung го спроведе тестот заедно со јапонскиот телекомуникациски оператор KDDI на бејзбол стадион со 30 седишта. Користејќи тест таблети 5G, можевме да демонстрираме видео стриминг 4K на неколку таблети истовремено.

Стадионот е едно од трите сценарија кои се илустрирани во демо област наречена 5G City, која се наоѓа во Сувон (седиштето на Самсунг). Други сценарија вклучуваат урбана средина (поврзување на видео камери, сензори и информативни табли) и брза пристапна точка за доставување HD видео до автобус во движење: додека поминува покрај точката, филмот има време за преземање.

Игры

Niantic, креаторот на светски познатата игра базирана на локација Pokemon Go, има големи надежи за 5G. И еве зошто: не толку одамна, во играта се појавија групни настани - рации. Рациите бараат од вас да се координирате со другите играчи за да работите заедно за да победите особено моќен Покемон, а тоа создава интересни ситуации во реалниот живот. Така, главната легендарна локација на играта со најретките Pokemon Mewtwo се наоѓа на Тајмс Сквер во Њујорк - можете да замислите каква толпа може да се собере таму, составена не само од ловци на Покемони, туку и само туристи.

Зголемената реалност се смета и за „убиствена апликација“ за 5G. Во тоа Видео можете да го видите концептот на магични дуели во реално време што моментално ги развива Niantic во новата игра базирана на Хари Потер. Niantic веќе влезе во партнерства со Samsung и операторите Deutsche Telecom и SK Telecom.

Транспорт

Конечно, интересен е случајот со возот. Се појави идеја да се обезбеди на железницата 5G комуникации за забава и удобност на патниците. Студија на Универзитетот во Бристол откриено: за да постигнете беспрекорна комуникација со голема брзина, треба да ја опремите железницата со пристапни точки на растојание од 800 метри една од друга!

Пример за тоа како да се постават пристапни точки долж железничката пруга

Тестовите беа успешно извршени на воз што сообраќа во близина на Токио - нивни потрошении Samsung заедно со телекомуникацискиот оператор KDDI. За време на тестовите постигната е брзина од 1,7 Gbps, а за време на тестот се симнувало 8К видео и било поставено 4K видео од камерата.

Нови случаи за употреба

Но, сето ова е попрво решение за проблемите што ни се веќе познати. Кои суштински нови работи може да ни ги понуди 5G?

Поврзан автомобил

Главната предност е малата латентност, овозможувајќи им на машините да комуницираат едни со други со брзина до 500 km/h. За разлика од човечките возачи, автомобилите конечно ќе можат да преговараат меѓу себе или со фиксна инфраструктура за маневри, правејќи го патот побезбеден. Интересно е што системот ќе ги земе предвид временските услови: сите знаат дека во лизгаво време растојанието за сопирање е подолго, па затоа правилата во таков систем треба да се променат.

Европската 5GAA (Асоцијација за автомобили) веќе обединува повеќе од 100 големи телекомуникациски и производители на автомобили ширум светот за да го забрза распоредувањето на системот C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Главните цели на здружението се сеопфатна безбедност на патиштата и ефикасност во сообраќајот. Велосипедистите и пешаците со 5G паметни телефони исто така можат да сметаат на безбедноста. Учесниците во сообраќајот на растојанија до 1 км ќе можат директно да комуницираат, а на подолги растојанија ќе им треба 5G покриеност. Системот ќе обезбеди создавање на коридори за полиција и амбулантни возила, ќе обезбеди размена на сензори меѓу автомобилите, возење на далечина и други чуда. По лансирањето на C-V2X, здружението планира да го примени искуството стекнато во 5G V2X, каде што ќе се насочи кон индустријата 4.0, паметните градови и сè што се движи користи 5G.

Примери на ситуации што може да се решат со помош на поврзан автомобил. Извор: Qualcomm

5G ќе овозможи комуникација не само за копнените возила, туку и за авионите. Оваа година Samsung, заедно со шпанскиот интернет провајдер Orange, демонстрираше, како далечински пилот го контролирал летот на дрон користејќи распоредена 5G мрежа и примајќи видео-стрим со висока резолуција во реално време. Американскиот провајдер Verizon купи во 2017 година Оператор на беспилотни летала Skyward, ветува милиони летови поврзани со 5G. Беспилотните летала на компанијата се веќе поврзани со живата 4G мрежа на Verizon.

Индустрија 4.0

Општо земено, изразот „Industrie 4.0“ беше измислен во Германија за нејзината програма за индустриска модернизација. Здружението 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), со седиште во Германија, ги обединува производствените компании заинтересирани за користење на 2018G од 5 година. Најголемите барања за латентност и сигурност се наметнати од контролата на движењето на индустриските роботи, каде што времето на одговор не може да надмине десетици микросекунди. Ова сега е решено со користење на индустриски етернет (на пример, стандардот EtherCAT). Многу е веројатно дека 5G ќе се натпреварува и за оваа ниша!

Другите апликации, како што се комуникацијата помеѓу индустриските контролори или со човечки оператори, сензорските мрежи, се помалку барани. Во денешно време, повеќето од овие мрежи користат кабел, па безжичната 5G се чини дека е економски исплатливо решение, покрај тоа што овозможува брза реконфигурација на производството.

Во пракса, економската изводливост ќе доведе до усвојување на 5G во најскапите области за човечка работна сила, како што се возачите на виљушкар во фабриките и магацините. Така демонстрираше европската инженерска компанија Acciona автономна роботска количка MIR200. Количката пренесува 360-видео во висока дефиниција, а далечинскиот оператор ќе и помогне да излезе од неочекувана ситуација. Количката користи 5G технологија од Cisco и Samsung.

Технологиите за далечинска соработка ќе одат понатаму. Годинава беше покажано како стручен хирург го следи напредокот на операцијата за рак во реално време, која се одвива на многу километри, и им покажува на своите колеги како најдобро да ја изведат операцијата. Како што се подобрува технологијата, тој ќе може да преземе поактивна улога, директно контролирајќи ги хируршките инструменти.

Интернет на нештата

Пред сè, 5G ќе го реши проблемот со бројните и слабо поддржани комуникациски стандарди за Интернет на нештата, што во моментов, според нас, го ограничува развојот на оваа област.

Овде 5G може да го понуди следново:

• Ад хок мрежи (без рутери)
• Висока густина на поврзани уреди
• Поддржува теснопојасни, енергетски ефикасни (10+ години на една батерија) комуникации

Но, се чини дека големиот бизнис сепак е повеќе заинтересиран за други сценарија освен Интернет на нештата. Брзото пребарување на интернет не најде демонстрации од клучните играчи за придобивките од 5G за Интернет на нештата.

Завршувајќи ја оваа тема, да обрнеме внимание на следната интересна можност. Во денешно време, зависноста од штекер или потребата за замена на батериите го ограничува изборот на „материјал“. Индуктивното безжично полнење со ниска фреквенција работи само на растојание од неколку сантиметри. 5G и неговите насочени милиметарски бранови ќе овозможат ефикасно полнење на растојанија од неколку метри. Иако сегашните стандарди не го прецизираат ова, не се сомневаме дека инженерите наскоро ќе најдат начини да ја искористат оваа можност!

Карактеристики на програмерите

Ако ве интересира темата, каде да одите понатаму?

Врски. Ќе можете лично да се запознаете со играчите на 5G на претстојните руски конференции Skolkovo Startup Village 2019 година 29-30 мај, Форум за безжична Русија: 4G, 5G и повеќе од 2019 година 30-31 мај, ЦЕБИТ Русија 2019 година 25-27 јуни, Паметни автомобили и патишта 2019 година 24 октомври.

Меѓу академските контакти треба да се забележи Московски телекомуникациски семинар одржана во Институтот за проблеми со пренос на информации.

Финансирање. Клучните играчи одржуваат натпревари за користење 5G во различни области. Неодамна во американскиот Веризон објави Конкурс „Изграден на 5G предизвик“ за Industry 4.0, извонредни потрошувачки апликации (VR/AR) и пробивни идеи (промена на начинот на кој живееме и работиме). Конкурсот е отворен за регистрирани мали бизниси во САД и апликациите се прифаќаат до 15 јули. Наградниот фонд е 1 милион долари. Добитниците ќе бидат објавени во октомври оваа година.

Работење. Покрај големите четири мобилни оператори, во Русија има и неколку компании кои планираат да користат 5G во блиска иднина. Деловниот модел на водечкиот снабдувач на содржини во Русија и ЗНД, CDNVideo, е плаќање за обемот на примениот сообраќај. Употребата на 5G, што потенцијално ја намалува оваа цена, ќе и овозможи на компанијата да ги намали трошоците. PlayKey промовира игри во облакот и не е чудно што планира да користи и 5G.

Софтвер со отворен код, најверојатно ќе игра клучна улога во инфраструктурата. американски Фондација за отворени мрежи поддржува 5G. европски OpenAirInterface Software Alliance ги обединува оние кои сакаат да ги заобиколат сопственичките компоненти на 5G инфраструктурата. Стратешките области вклучуваат поддршка за 5G модеми и софтверски дефинирани системи, хетерогени мрежи и Интернет на нештата. Алијанса О-РАН виртуелизира мрежи за радио пристап. Имплементацијата на мрежното јадро е достапна од Open5GCore.

Авторите:

Станислав Полонски - Раководител на Одделот за напредно истражување и развој на Истражувачкиот центар Samsung

Татјана Волкова - Автор на наставната програма за IoT проектот Samsung Academy, специјалист за програми за корпоративна општествена одговорност во Истражувачкиот центар Samsung

Извор: www.habr.com