Zelfs zonder veel te weten over de generaties mobiele standaard, zal iedereen waarschijnlijk antwoorden dat 5G beter is dan 4G/LTE. In werkelijkheid is het niet zo eenvoudig. Laten we bekijken waarin 5G beter of slechter is en welke gebruiksscenario's het meest vielbelovend zijn, rekening houdend met de huidige situatie.
Wat belooft de 5G-technologie ons eigenlijk?
- Een snelheidsverhoging tot wel 10 Gbps.
- Een vermindering van de latentie tot 1 ms.
- Een verhoging van de verbindingsbetrouwbaarheid (packet loss error rate) met een factor honderd.
- Een verhoging van de dichtheid (aantal) van aangesloten apparaten (106/kmĀ²).
Dit wordt bereikt door:
- multichanneling (parallelle frequenties en basisstations)
- een verhoging van de draaggolffrequenties van een paar naar tientallen GHz (doorvoersnelheid van het radiosignaal)
5G zal 4G verbeteren in traditionele gebieden, of het nu gaat om het onmiddellijk downloaden van een film of om een naadloze verbinding van een mobiele applicatie met de cloud. Betekent dit dat we internet niet meer via kabels naar onze huizen en kantoren hoeven te leveren?
5G zal universele connectiviteit tussen alles en iedereen mogelijk maken, waarbij breedbandige, energie-intensievere protocollen worden gecombineerd met smalbandige, energiezuinige. Dit opent nieuwe richtingen die niet bereikbaar zijn met 4G: machine-tot-machine communicatie op de grond en in de lucht, Industrie 4.0, Internet of Things. , dat de 5G-sector $3,5 biljoen zal genereren tegen 2035 en 22 miljoen banen zal creƫren.
Of niet?..
(Bron van de afbeelding ā Reuters)
Hoe het werkt
Wie weet hoe 5G werkt, kan dit gedeelte overslaan.
Hoe kunnen we zo'n snelle gegevensoverdracht in 5G bereiken zoals hierboven beschreven? Is het niet gewoon magie?
De snelheid zal toenemen door de overgang naar een hogere frequentieband ā eerder ongebruikt. Ter vergelijking, de frequentie van thuis WiFi is 2,4 of 5 GHz, en de frequentie van bestaande mobiele netwerken ligt rond de 2,6 GHz. Maar als we het over 5G hebben, hebben we het meteen over tientallen gigahertz. Het is simpel: als we de frequentie verhogen, vermindert de golflengte en wordt de gegevensoverdracht vele malen sneller. En het netwerk als geheel wordt ontlast.
Hier is een illustratief stripverhaal van hoe het was en hoe het zal zijn. Hoe het was:
Hoe het zal zijn:
(Bron: IEEE Spectrum, )
De frequentie is tientallen keren verhoogd, waardoor we in 5G te maken hebben met veel kortere millimetergolven. Deze golven kunnen moeilijk door obstakels heen dringen. Dit heeft gevolgen voor de architectuur van het netwerk. Waar we vroeger afhankelijk waren van grote krachtige torens die verbindingen over lange afstanden boden, zullen we nu veel compacte, laagvermogen torens over het gebied moeten plaatsen. Houd er rekening mee dat in grote steden er veel stations nodig zijn, vanwege de signaalblokkade door hoge gebouwen. Voor een betrouwbare uitrusting van New York met 5G-netwerken zijn 500 (!) keer zoveel basisstations nodig.
Volgens Voor Russische operators zal de overstap naar 5G ongeveer 150 miljard roebel kosten ā een bedrag vergelijkbaar met de eerdere uitgaven voor de uitrol van het 4G-netwerk, en dat ondanks het feit dat de kosten van een 5G-station lager zijn dan die van bestaande stations (maar er zijn er veel nodig).
Er zijn twee varianten van netwerken: vast en mobiel.
Om het energieverbruik te verminderen en het bereik te vergroten, wordt de technologie gebruikt. beamforming ā dynamische stralingsvorming voor een specifieke abonnee. Hoe gebeurt dit? Het basisstation onthoudt van waar en hoe laat het signaal is ontvangen (dit komt niet alleen van uw telefoon, maar ook als een reflectie van obstakels), en berekent met behulp van triangulatie uw geschatte locatie, om vervolgens een optimale signaalroute te bouwen.
Bron: Analysys Mason
Echter, de noodzaak om de positie van de ontvanger te volgen, leidt tot een klein verschil voor vaste en mobiele gebruiksvarianten, en dit komt tot uiting in verschillende gebruiksscenario's (hierover verderop in de sectie 'Consumentenmarkt').
Status Quo
Standards
Er is nog geen goedgekeurde 5G-standaard. De technologie is te complex en er zijn te veel partijen met tegenstrijdige belangen.
De standaard 5G NR (New Radio) is in een zeer ontwikkelde voorstelronde door de organisatie 3GPP (3rd Generation Partnership Project), die de eerdere standaarden 3G en 4G heeft ontwikkeld. 5G gebruikt twee radiofrequentiebanden (Frequency Range, of eenvoudigweg FR). FR1 biedt frequenties onder de 6 GHz. FR2 - boven de 24 GHz, de zogenaamde millimetergolven. De standaard ondersteunt zowel stationaire als mobiele ontvangers en is een verdere ontwikkeling van de 5GTF-norm van de Amerikaanse telecomgigant Verizon, die alleen stationaire ontvangers ondersteunt (dit soort diensten wordt netwerken voor vaste draadloze toegang genoemd).
De 5G NR-standaard voorziet in drie gebruiksscenario's:
- eMBB (verbeterde mobiele breedband) - definieert de voor ons bekende mobiele internet;
- URLLC (Ultra Betrouwbare Lage Latentie Communicatie) - hoge eisen aan de reactietijd en betrouwbaarheid - voor taken zoals autonome transport of afstandsbediening chirurgie;
- mMTC (massive Machine Type Communications) - ondersteuning voor een groot aantal apparaten die zelden gegevens verzenden - het geval van het Internet der Dingen, dat wil zeggen, meters en monitoringapparaten.
Of kort gezegd, hetzelfde in de afbeelding:
Het is belangrijk te begrijpen dat de industrie zich eerst zal richten op de implementatie van eMBB, als een meer begrijpelijk scenario met bestaande geldstromen.
Implementatie
Sinds 2018 worden grootschalige tests uitgevoerd, bijvoorbeeld tijdens de Olympische Winterspelen in Zuid-Korea. In 2018 voerden alle Russische operators van de 'grote vier' tests uit. MTS testte de nieuwe technologie - gebruiksscenario's werden getest met video-oproepen, het verzenden van video's in hoge resolutie, online games.
In Zuid-Korea werd als eerste ter wereld de 5G-service aan het einde van 2018 aangeboden. Wereldwijde commerciƫle implementatie wordt verwacht in het volgende, 2020. In de beginfase zal het FR1-bereik als aanvulling op de bestaande 4G-netwerken worden gebruikt. Volgens de plannen van het Ministerie van Digitale Ontwikkeling, Communicatie en Massamedia zal 5G in Rusland beginnen op te duiken in grote steden vanaf 2020. In de praktijk zal grootschalige uitrol worden bepaald door de mogelijkheid tot monetisatie, en dit aspect van 5G is voorlopig niet duidelijk.
Wat is het probleem met monetisatie? Het probleem is dat telecomoperators tot nu toe geen overtuigende redenen voor modernisering zien: de bestaande netwerken kunnen de belasting prima aan. Op dit moment wordt 5G door hen eerder in het kader van marketing beschouwd: het 5G-pictogram op het telefoonscherm zal onmiskenbaar een pluspunt zijn in de ogen van de klanten van de telecomoperator. Een opmerkelijk anekdotisch geval is met , die een 5G-icoon heeft geplaatst zonder dat er daadwerkelijk een netwerk was, waarvoor concurrenten een rechtszaak wegens misleiding hebben aangespannen.
Als je goed kijkt, zie je dat het icoon eigenlijk ā5GEā is ā dat staat voor 5G Evolution, en plotseling is dit niet het 5G waar we aan denken, maar gewoon een label dat door marketeers is bedacht voor het bestaande LTE-netwerk met enkele verbeteringen.
Chipsets
Micro-elektronica bedrijven hebben al vele miljarden dollars geĆÆnvesteerd in 5G. Chips voor 5G NR mobiele modems worden aangeboden door Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modems van Intel, een nieuwe speler op deze markt, worden verwacht tegen het einde van 2019. De modem van Samsung is vervaardigd met 10nm FinFET-technologie en is compatibel met oudere standaarden, beginnend met 2G. In het frequentiebereik tot 6GHz biedt hij downloadsnelheden tot 2 Gb/s, en bij gebruik van het millimetergolfbereik kan de snelheid oplopen tot 6 Gb/s.
Telefoons
Bijna alle fabrikanten van Android-telefoons hebben plannen aangekondigd voor de implementatie van 5G. Samsung introduceerde de vlaggenschip Galaxy S10 in een 5G-versie op het Mobile World Congress eind februari 2019. Op 5 april vond de lancering in Korea plaats. In de VS kwam het product op 16 mei beschikbaar, en daar gebeurt de verbinding met het netwerk van telecomprovider Verizon. Andere operators volgen ook: AT&T kondigt plannen aan om samen met Samsung een tweede smartphone in de tweede helft van 2019 uit te brengen.
Gedurende het jaar zullen 5G-smartphones van verschillende fabrikanten, voornamelijk van het premiumsegment, in de winkels komen. Volgens sommige schattingen zal de nieuwe technologie de kosten van apparaten met $200-300 verhogen en de maandelijkse kosten met 10%.
Consumentenmarkt
Case 1. Thuisinternet
5G-netwerken voor vaste draadloze toegang worden een alternatief voor kabelinternet in onze appartementen. Terwijl internet vroeger via coaxkabel onze woning binnenkwam, zal dit in de toekomst gebeuren via een 5G-mast, waarna de router het signaal verspreidt via het vertrouwde thuiswifi. De belangrijkste spelers op de markt hebben hun voorbereidingen getroffen, waarbij de lancering van routers is gesynchroniseerd met de uitrol van 5G-netwerken. Een typische 5G-router kost tussen de $700 en $900 en biedt downloadsnelheden van 2-3 Gbit/s. Op deze manier zullen aanbieders het probleem van de "laatste mijl" oplossen en de kosten voor het aanleggen van kabels verlagen. En er is geen reden tot bezorgdheid dat de bestaande backbone-netwerken de toegenomen verkeersstroom van 5G-netwerken niet aankunnen: er zijn onderzoeken gaande naar het gebruik van de huidige reserve aan glasvezelnetwerken ā het zogenaamde "dark fibre."
Hoe nieuw is dit scenario voor gebruikers? Al in sommige landen stoppen mensen met het gebruik van traditioneel thuis vast internet en schakelen over op LTE: het is sneller en goedkoper om mobiel te zijn in alle situaties, mits er goede tarieven zijn. Deze situatie doet zich bijvoorbeeld voor in Korea. En zij wordt geĆÆllustreerd in deze comic:
Casus 2. Massale menigten
Zeker, iedereen is wel eens in de vervelende situatie geweest: je komt op een beurs of stadion aan, en de mobiele verbinding valt weg. Juist op dat moment wil je een foto plaatsen of iets op sociale media schrijven.
Stadions
Samsung heeft samen met de Japanse telecomaanbieder KDDI een test uitgevoerd op een honkbalstadion met 30.000 plaatsen. Met behulp van test 5G-tablets werd het mogelijk om tegelijkertijd 4K-video te streamen op meerdere tablets.
Het stadion is Ć©Ć©n van de drie scenario's die worden geĆÆllustreerd in de demozone genaamd 5G City, gelegen in Suwon (de hoofdzetel van Samsung). Andere scenario's omvatten een stedelijke omgeving (verbinding van camera's, sensoren en informatieborden) en een high-speed toegangspunt voor het streamen van HD-video in een rijdende bus: terwijl deze langs het toegangspunt rijdt, kan een film worden gedownload.
Games
Het bedrijf Niantic, de ontwikkelaar van het wereldwijd bekende geolocatiespel PokƩmon Go, heeft grote verwachtingen van 5G. En dit is waarom: niet zo lang geleden verschenen groepsevenementen, zogenaamde raids, in het spel. In raids moet je coƶrdineren met andere spelers om gezamenlijk een bijzonder sterke PokƩmon te verslaan, wat interessante situaties in het echte leven creƫert. Zo bevindt de belangrijkste legendarische locatie in het spel, waar de zeldzame PokƩmon Mewtwo te vinden is, zich op Times Square in New York - kun je je voorstellen welke menigte daar kan samenkomen, bestaande uit niet alleen PokƩmon-jagers, maar ook gewoon toeristen.
Augmented reality wordt ook gezien als de "killer app" voor 5G. In deze kun je een concept zien van magische gevechten in real-time, die momenteel door Niantic worden ontwikkeld in een nieuwe game geĆÆnspireerd op "Harry Potter". Niantic heeft al een partnerschap gesloten met Samsung en de telecomproviders Deutsche Telekom en SK Telecom.
Vervoer
Ten slotte is er de interessante case met treinen. Er is het idee ontstaan om het spoor van 5G-connectiviteit te voorzien voor entertainment en comfort van passagiers. Onderzoek van de Universiteit van Bristol : om hoge snelheid en naadloze verbinding te bereiken, moeten spoorlijnen worden uitgerust met toegangspunten op een afstand van 800 meter van elkaar!
Een voorbeeld van hoe toegangspunten langs het spoor moeten worden geplaatst
Er zijn met succes tests uitgevoerd op een trein die rond Tokio rijdt ā deze door Samsung in samenwerking met de telecomprovider KDDI. Tijdens de tests werd een snelheid van 1,7 Gbps bereikt en er werden 8K-video's gedownload en 4K-video's geĆ¼pload vanaf een camera.
Nieuwe gebruiksscenario's
Maar dit alles zijn eerder oplossingen voor al bekende problemen. Wat kan 5G ons eigenlijk fundamenteel nieuws bieden?
Connected car
Het belangrijkste voordeel is de lage latentie, waardoor auto's met elkaar kunnen communiceren bij snelheden tot 500 km/h. In tegenstelling tot menselijke bestuurders, zullen auto's eindelijk met elkaar of met vaste infrastructuren kunnen afspreken over manevres, waardoor de weg veiliger wordt. Interessant is dat het systeem rekening zal houden met de weersomstandigheden: iedereen weet dat de remweg in gladde omstandigheden langer is, dus moeten ook de regels in zo'n systeem veranderen.
De Europese vereniging 5GAA (Automotive Association) verenigt al meer dan 100 belangrijke telecom- en autofabrikanten wereldwijd met als doel de uitrol van het C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything) systeem te versnellen. De belangrijkste taken van de vereniging zijn alomvattende verkeersveiligheid en verkeers efficiƫntie. Fietsers en voetgangers met 5G-smartphones kunnen ook rekenen op veiligheid. De deelnemers aan het verkeer op afstanden tot 1 km kunnen rechtstreeks contact maken, voor grotere afstanden is 5G-dekking vereist. Het systeem zal het creƫren van corridors voor politie en ambulance mogelijk maken, sensoruitwisseling tussen voertuigen, autonoom rijden en andere wonderen voorzien. Na de lancering van C-V2X is de vereniging van plan om de opgedane ervaring in 5G V2X toe te passen, waarbij het zich richt op de industrie 4.0, slimme steden en alles wat beweegt en 5G gebruikt.
Voorbeelden van situaties die opgelost kunnen worden met Connected Car. Bron: Qualcomm.
5G zal niet alleen grondvoertuigen, maar ook luchtvaartuigen met elkaar verbinden. Dit jaar heeft Samsung, in samenwerking met de Spaanse internetprovider Orange, , hoe een afstandspiloot de vlucht van een drone bestuurde met behulp van een uitgerolde 5G-netwerk, en hoge-resolutie videostreams in real-time ontving. De Amerikaanse provider Verizon kocht in 2017 , en belooft miljoenen 5G-verbonden vluchten. De drones van het bedrijf zijn al verbonden met het gelanceerde 4G-netwerk van Verizon.
Industrie 4.0
Over het algemeen is de term 'Industrie 4.0' bedacht in Duitsland voor hun moderniseringsprogramma voor de industrie. De vereniging (5G Alliance for Connected Industries and Automation) met hoofdkantoor in Duitsland, verenigt sinds 2018 productiebedrijven die geĆÆnteresseerd zijn in het gebruik van 5G. De hoogste eisen aan latentie en betrouwbaarheid worden gesteld aan het verkeer van industriĆ«le robots, waarbij de reactietijd niet langer dan tientallen microseconden mag zijn. Momenteel wordt dit opgelost met behulp van Industrial Ethernet (bijvoorbeeld de EtherCAT-standaard). Het is zeer waarschijnlijk dat 5G ook om deze niche zal strijden!
Andere toepassingen, zoals de communicatie tussen industriƫle controllers of met de mens-operator, sensor netwerken, zijn minder veeleisend. Momenteel gebruiken de meeste van deze netwerken kabel, wat draadloze 5G een economisch verantwoordelijke oplossing maakt, bovendien met een snelle herconfiguratie van de productie mogelijk.
In de praktijk zal de economische haalbaarheid leiden tot de implementatie van 5G in de duurste gebieden die verband houden met arbeidskosten, bijvoorbeeld heftruckchauffeurs in fabrieken en magazijnen. Zo heeft het Europese ingenieursbedrijf Acciona gedemonstreerd . De wagen streamt 360-graden video in hoge resolutie, en een remote operator helpt haar uit een onverwachte situatie. De wagen maakt gebruik van 5G-technologieƫn van Cisco en Samsung.
Technologieƫn voor op afstand samenwerken zullen verder gaan. Dit jaar is gedemonstreerd hoe een expert-chirurg in real-time de voortgang van een kankeroperatie volgt die zich kilometers van hem af plaatsvindt, en aan zijn collega's laat zien hoe ze de operatie beter kunnen uitvoeren. Naarmate de technologie verbetert, zal hij een actievere rol kunnen spelen door chirurgische instrumenten direct te bedienen.
Internet der Dingen
Bovenal zal 5G het probleem met de vele en slecht ondersteunde communicatiestandaarden van het Internet der Dingen aanpakken, die naar onze mening de ontwikkeling van dit gebied momenteel beperkt.
Hier kan 5G het volgende bieden:
- Ad hoc netwerken (zonder routers)
- Hoge dichtheid van aangesloten apparaten
- Ondersteuning voor smalbandige, energiezuinige communicatie (10+ jaar op Ć©Ć©n batterij)
Maar het lijkt erop dat grote bedrijven voorlopig meer geĆÆnteresseerd zijn in andere scenario's dan het Internet der Dingen. Een snelle zoektocht op internet heeft geen demonstraties van de voordelen van 5G voor het Internet der Dingen door belangrijke spelers opgeleverd.
Bij deze afronding van het onderwerp willen we de aandacht vestigen op een interessante kans. Momenteel beperkt de afhankelijkheid van een stopcontact of de noodzaak voor batterijvervanging de keuze van 'dingen'. Lage frequentie inductieve draadloze opladers werken slechts op een afstand van enkele centimeters. 5G en de gerichte millimeter golven zullen efficiƫnte oplading op afstanden van enkele meters mogelijk maken. Hoewel bestaande standaarden dit misschien niet vastleggen, twijfelen we er niet aan dat ingenieurs snel manieren zullen vinden om deze mogelijkheid te benutten!
Mogelijkheden voor ontwikkelaars
Als u geĆÆnteresseerd bent in dit onderwerp, wat is dan de volgende stap?
Verbondenheid. U kunt persoonlijk kennismaken met 5G-spelers op de komende Russische conferenties 29-30 mei, 30-31 mei, 25-27 juni, 24 oktober.
Van de academische contacten moet worden opgemerkt georganiseerd door het Instituut voor Probleemoplossing van Informatieoverdracht.
Financiering. Sleutelspelers houden competities voor het gebruik van 5G in verschillende sectoren. In de VS heeft Verizon onlangs de wedstrijd 'Built on 5G Challenge' gelanceerd voor Industrie 4.0, meeslepende consumententoepassingen (VR/AR), en baanbrekende ideeƫn (die onze levensstijl en werk veranderen). De wedstrijd staat open voor geregistreerde kleine bedrijven in de VS, aanmeldingen worden geaccepteerd tot 15 juli. De prijzenpot bedraagt $1M. Winnaars worden in oktober van dit jaar bekendgemaakt.
Werkgelegenheid. Naast de vier grote mobiele netwerkoperators zijn er in Rusland verschillende bedrijven die van plan zijn 5G in de nabije toekomst te gebruiken. Het businessmodel van de toonaangevende leverancier van contentdistributie in Rusland en de GOS, CDNVideo, is betaling per hoeveelheid ontvangen verkeer. Het gebruik van 5G, dat deze kosten potentieel kan verlagen, zal het bedrijf in staat stellen om kosten te besparen. PlayKey promoot cloudgaming, dus het is niet verwonderlijk dat het ook van plan is 5G te gebruiken.
Open Source, lijkt een sleutelrol te zullen spelen in de infrastructuur. De Amerikaanse ondersteunt 5G. De Europese verbindt degenen die geconfronteerd worden met propriƫtaire componenten van de 5G-infrastructuur. Strategische richtingen omvatten ondersteuning van 5G-modems en software-gedefinieerde systemen, heterogene netwerken en het internet der dingen. virtualiseert radio-toegangnetwerken (Radio Access Networks). De implementatie van het netwerkcentrum is beschikbaar vanaf .
Authors:
Stanislav Polonsky - Hoofd van de afdeling toekomstig onderzoek en ontwikkeling van het Samsung Research Center
Tatjana Volkova - Auteur van de opleidingsprogramma van het IoT Academy-project van Samsung, specialist in programma's voor maatschappelijk verantwoord ondernemen van het Samsung Research Center
Bron: habr.com
