Zelfs zonder de generaties mobiele communicatiestandaarden goed te begrijpen, zal iedereen waarschijnlijk antwoorden dat 5G cooler is dan 4G/LTE. In werkelijkheid is alles niet zo eenvoudig. Laten we eens kijken waarom 5G beter/slechter is en welke gevallen van gebruik het meest veelbelovend zijn, rekening houdend met de huidige stand van zaken.
Wat belooft de 5G-technologie ons?
- Snelheidsverhoging tientallen keren tot 10 Gb/s,
- Het reduceren van vertragingen (latency) met tientallen keren tot 1 ms,
- Verhoogde verbindingsbetrouwbaarheid (Foutpercentage pakketverlies) honderden keren,
- Verhoging van de dichtheid (aantal) aangesloten apparaten (106/km2).
Dit alles wordt bereikt door:
- meerkanaals (parallelisme tussen frequenties en basisstations)
- verhoging van de radiodraaggolffrequenties van eenheden tot tientallen GHz (radiokanaalcapaciteit)
5G zal 4G op traditionele gebieden verbeteren, of het nu gaat om het direct downloaden van films of het naadloos verbinden van een mobiele app met de cloud. Zal het dus mogelijk zijn om te weigeren internet via de kabel aan te bieden aan onze appartementen en kantoren?
5G zal universele connectiviteit van alles tot alles bieden, door energievretende protocollen met hoge bandbreedte te combineren met smalbandige, energiezuinige protocollen. Dit zal nieuwe richtingen openen die ontoegankelijk zijn voor 4G: machine-to-machine-communicatie op de grond en in de lucht, Industrie 4.0, het internet der dingen. dat 5G-bedrijven in 3.5 2035 biljoen dollar zullen verdienen en 22 miljoen banen zullen creëren.
Of niet?..
(Afbeeldingsbron - Reuters)
Hoe werkt dit
Als u weet hoe 5G werkt, sla dit gedeelte dan over.
Hoe kunnen we zo’n snelle gegevensoverdracht in 5G bereiken, zoals hierboven beschreven? Dit is toch geen soort magie?
De snelheidsverhoging zal optreden als gevolg van de overgang naar een hoger frequentiebereik - voorheen ongebruikt. De frequentie van wifi thuis is bijvoorbeeld 2,4 of 5 GHz, de frequentie van bestaande mobiele netwerken ligt binnen de 2,6 GHz. Maar als we het over 5G hebben, hebben we het meteen over tientallen gigahertz. Het is simpel: we verhogen de frequentie, verlagen de golflengte – en de gegevensoverdrachtsnelheid wordt vele malen groter. En het netwerk als geheel wordt ontlast.
Hier is een visuele strip van hoe het was en hoe het zal zijn. Was:
Zal zijn:
(Bron: IEEE Spectrum, )
De frequentie is vertienvoudigd, waardoor we bij 5G te maken hebben met veel kortere millimetergolven. Ze passeren obstakels niet goed. En in verband hiermee verandert de netwerkarchitectuur. Als de communicatie vroeger aan ons werd geleverd door grote, krachtige torens die voor communicatie over lange afstanden zorgden, zal het nu nodig zijn om overal veel compacte, energiezuinige torens te plaatsen. En houd er rekening mee dat je in grote steden veel stations nodig hebt, omdat het signaal wordt geblokkeerd door hoogbouw. Dus om New York vol vertrouwen uit te rusten met 5G-netwerken, heb je dat nodig het aantal basisstations bedraagt 500 (!) maal.
Op Russische operators zal de transitie naar 5G hen ongeveer 150 miljard roebel kosten – een kostprijs die vergelijkbaar is met eerdere kosten voor de uitrol van een 4G-netwerk, en dit ondanks het feit dat de kosten van een 5G-station lager zijn dan die van bestaande (maar velen van hen zijn nodig).
Twee netwerkopties: vast en mobiel
Technologie die wordt gebruikt om het energieverbruik te verminderen en het bereik te vergroten bundelvorming — dynamische vorming van een radiobundel voor een specifieke abonnee. Hoe wordt dit gedaan? Het basisstation onthoudt waar het signaal vandaan kwam en op welk tijdstip (het komt niet alleen van uw telefoon, maar ook als weerspiegeling van obstakels), berekent met behulp van triangulatiemethoden uw geschatte locatie en bouwt vervolgens het optimale signaalpad op.
Bron: Analysys Mason
De noodzaak om de positie van de ontvanger te volgen leidt echter tot een klein verschil tussen vaste en mobiele gebruiksscenario's, en dit wordt weerspiegeld in verschillende gebruiksscenario's (hierover later meer in het gedeelte 'Consumentenmarkt').
Status quo
standaard
Er is geen geaccepteerde 5G-standaard. De technologie is te complex en er zijn te veel spelers met tegenstrijdige belangen.
De 5G NR-standaard bevindt zich in de sterk ontwikkelde voorstelfase (Nieuwe radio) van de 3GPP-organisatie (Partnerschapsproject van de 3e generatie), die de vorige standaarden, 3G en 4G, ontwikkelde. 5G maakt gebruik van twee radiofrequentiebanden (Frequentiebereik, of eenvoudigweg ingekort FR). FR1 biedt frequenties onder 6GHz. FR2 – boven 24 GHz, zogenaamd. millimeter golven. De standaard ondersteunt stationaire en bewegende ontvangers en is een doorontwikkeling van de 5GTF-standaard van de Amerikaanse telecomgigant Verizon, die alleen stationaire ontvangers ondersteunt (dit type dienst wordt vaste draadloze toegangsnetwerken genoemd).
De 5G NR-standaard voorziet in drie gebruiksscenario's:
- eMBB (verbeterde mobiele breedband) – definieert het mobiele internet dat we gewend zijn;
- URLLC(Ultrabetrouwbare communicatie met lage latentie) - hoge eisen aan reactiesnelheid en betrouwbaarheid - voor taken zoals autonoom transport of operaties op afstand;
- mMTC (Machine enorme typecommunicatie) – ondersteuning voor een groot aantal apparaten die zelden gegevens verzenden – in het geval van het Internet of Things, dat wil zeggen meters en monitoringapparatuur.
Of kortweg hetzelfde op de foto:
Het is belangrijk om te begrijpen dat de sector zich in eerste instantie zal concentreren op de implementatie van eMBB als een begrijpelijker scenario met bestaande kasstromen.
Внедрение
Sinds 2018 worden er op grote schaal getest, bijvoorbeeld tijdens de Olympische Winterspelen in Zuid-Korea. In 2018 voerden alle Russische Big Four-operators tests uit. MTS testte nieuwe technologie – Er werden gebruiksscenario’s met videogesprekken, high-definition videotransmissie en online games getest.
In Zuid-Korea werd eind 5 voor het eerst ter wereld de 2018G-dienst aangeboden. De wereldwijde commerciële uitrol wordt volgend jaar, 2020, verwacht. In de beginfase zal de FR1-band worden gebruikt als aanvulling op bestaande 4G-netwerken. Volgens de plannen van het Ministerie van Telecom en Massacommunicatie zal 5G in Rusland vanaf 2020 verschijnen in steden met meer dan een miljoen inwoners. In de praktijk zal grootschalige inzet worden bepaald door het vermogen om geld te verdienen, en dit aspect van 5G is nog niet duidelijk.
Wat is het probleem met het genereren van inkomsten? Feit is dat telecomoperatoren nog geen dwingende redenen zien voor modernisering: bestaande netwerken kunnen de belasting prima aan. En nu beschouwen ze 5G meer in termen van marketing: het 5G-icoontje op het telefoonscherm zal zeker een pluspunt zijn in de ogen van de abonnees van de telecomoperator. Een anekdotisch geval met , die een 5G-icoon plaatste bij gebrek aan een echt netwerk, waarvoor concurrenten hem aanklaagden wegens bedrog.
Als je goed kijkt, zie je dat het pictogram eigenlijk ‘5GE’ is – wat staat voor 5G Evolution, en opeens is dit niet de 5G waar we aan denken, maar slechts een label dat door marketeers is uitgevonden voor een bestaand LTE-netwerk met enkele verbeteringen.
Chipsets
Micro-elektronicabedrijven hebben al vele miljarden dollars geïnvesteerd in 5G. Chips voor 5G NR mobiele modems worden aangeboden door Samsung (), Qualcomm (), Huawei(). Modems van Intel, een nieuwe speler op deze markt, worden eind 2019 verwacht. Het Samsung-modem is gemaakt met behulp van 10nm FinFET-technologie en is compatibel met oudere standaarden, te beginnen met 2G. In het frequentiebereik tot 6 GHz levert hij downloadsnelheden tot 2 Gb/s; bij gebruik van de millimetergolf loopt de snelheid op tot 6 Gb/s.
Telefoons
Bijna alle fabrikanten van Android-telefoons hebben plannen aangekondigd om 5G te introduceren. Samsung presenteerde eind februari 10 op het Mobile World Congress het vlaggenschip Galaxy S5 in de 2019G-versie. Op 5 april werd hij in Korea uitgebracht. In de VS verscheen het nieuwe product op 16 mei en daar vindt de verbinding plaats met het netwerk van telecomoperator Verizon. Ook andere operators zijn bezig met een inhaalslag: AT&T kondigt plannen aan om samen met Samsung in de tweede helft van 2 een tweede smartphone uit te brengen.
In de loop van het jaar zullen 5G-smartphones van verschillende fabrikanten, voornamelijk premium-smartphones, in de winkelschappen liggen. Volgens sommige schattingen zal de nieuwe technologie de kosten van apparaten met $200-300 verhogen en de abonnementskosten met 10%.
Consumenten markt
Geval 1. Thuisinternet
5G vaste draadloze toegangsnetwerken zullen een alternatief worden voor vast internet in onze appartementen. Als internet voorheen via de kabel naar ons appartement kwam, zal het in de toekomst afkomstig zijn van een 5G-toren, en dan zal de router het distribueren via de gebruikelijke wifi thuis. De belangrijkste spelers hebben de voorbereidingen afgerond en de vrijgave van routers voor de verkoop gesynchroniseerd met de inzet van 5G-netwerken. Een typische 5G-router kost $700-900 en biedt downloadsnelheden van 2-3 Gbps. Op deze manier kunnen operators het ‘last mile’-probleem voor zichzelf oplossen en de kosten voor het leggen van draden verlagen. En u hoeft niet bang te zijn dat de bestaande backbone-netwerken het toegenomen verkeer dat afkomstig zal zijn van 5G-netwerken niet aankunnen: er wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van de bestaande reserve aan glasvezelnetwerken - de zogenaamde “zwarte glasvezel” ( donkere vezel).
Hoe nieuw zal dit scenario zijn voor gebruikers? In sommige landen maken ze nu al niet langer gebruik van traditioneel bekabeld internet en schakelen ze over op LTE: het blijkt dat het in alle situaties sneller en goedkoper is om mobiele communicatie te gebruiken, tegen gunstige tarieven. Deze situatie heeft zich bijvoorbeeld in Korea ontwikkeld. En het wordt geïllustreerd in deze strip:
Geval 2. Massale bijeenkomsten van mensen
Iedereen heeft vast wel eens in zo'n onaangename situatie gezeten: kom naar een tentoonstelling of stadion en de mobiele verbinding verdwijnt. En dit is precies op het moment dat u een foto wilt plaatsen of op sociale netwerken wilt schrijven.
stadions
Samsung voerde de test samen met de Japanse telecomoperator KDDI uit in een honkbalstadion met 30 zitplaatsen. Met behulp van test-5G-tablets konden we 4K-videostreaming op meerdere tablets tegelijk demonstreren.
Het stadion is een van de drie scenario's die worden geïllustreerd in een demogebied genaamd 5G City, gelegen in Suwon (het hoofdkantoor van Samsung). Andere scenario's zijn onder meer een stedelijke omgeving (waarbij videocamera's, sensoren en informatieborden worden aangesloten) en een snel toegangspunt voor het leveren van HD-video aan een rijdende bus: terwijl deze langs het punt rijdt, heeft de film tijd om te downloaden.
Игры
Niantic, de maker van het wereldberoemde locatiegebaseerde spel Pokemon Go, heeft hoge verwachtingen van 5G. En dit is waarom: nog niet zo lang geleden verschenen groepsevenementen in het spel - invallen. Bij raids moet je samenwerken met andere spelers om samen te werken om een bijzonder krachtige Pokémon te verslaan, en dit zorgt in het echte leven voor interessante situaties. De belangrijkste legendarische locatie van het spel met de zeldzaamste Pokemon Mewtwo bevindt zich dus op Times Square in New York - je kunt je voorstellen wat een menigte daar kan verzamelen, niet alleen bestaande uit Pokemon-jagers, maar ook alleen maar toeristen.
Augmented reality wordt ook beschouwd als een ‘killer-app’ voor 5G. In dat je kunt het concept van realtime magische duels zien dat momenteel door Niantic wordt ontwikkeld in de nieuwe game gebaseerd op Harry Potter. Niantic is al partnerschappen aangegaan met Samsung en operators Deutsche Telecom en SK Telecom.
Transport
Ten slotte is de treinkast interessant. Er ontstond een idee om het spoor te voorzien van 5G-communicatie voor entertainment en passagierscomfort. Studie van de Universiteit van Bristol : om naadloze hogesnelheidscommunicatie te realiseren, moet u de spoorlijn uitrusten met toegangspunten op een afstand van 800 meter van elkaar!
Een voorbeeld van het plaatsen van toegangspunten langs een spoorlijn
Er werden met succes tests uitgevoerd op een trein die in de buurt van Tokio reed en Samsung samen met telecomoperator KDDI. Tijdens de tests werd een snelheid van 1,7 Gbps gehaald en tijdens de test werd 8K-video gedownload en 4K-video geüpload vanaf de camera.
Nieuwe gebruiksscenario's
Maar dit alles is eerder een oplossing voor problemen die ons al bekend zijn. Welke fundamenteel nieuwe dingen kan 5G ons bieden?
Verbonden auto
Het belangrijkste voordeel is de lage latentie, waardoor machines met elkaar kunnen communiceren bij snelheden tot 500 km/u. In tegenstelling tot menselijke bestuurders zullen auto’s eindelijk onderling of met een vaste infrastructuur kunnen onderhandelen over manoeuvres, waardoor de weg veiliger wordt. Interessant is dat het systeem rekening gaat houden met de weersomstandigheden: iedereen weet dat bij glad weer de remweg langer is, dus de regels in zo’n systeem zouden moeten veranderen.
De Europese 5GAA (Automotive Association) brengt al meer dan 100 grote telecom- en autofabrikanten over de hele wereld samen om de implementatie van C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything) te versnellen. De belangrijkste doelstellingen van de vereniging zijn integrale verkeersveiligheid en verkeersefficiëntie. Ook fietsers en voetgangers met 5G-smartphones kunnen rekenen op veiligheid. Verkeersdeelnemers op afstanden tot 1 km kunnen direct communiceren, op langere afstanden hebben ze 5G-dekking nodig. Het systeem zal zorgen voor het creëren van corridors voor politie en ambulances, zorgen voor de uitwisseling van sensoren tussen auto's, rijden op afstand en andere wonderen. Na de lancering van C-V2X is de vereniging van plan de ervaring die is opgedaan met 5G V2X toe te passen, waarbij zij zich zal richten op industrie 4.0, slimme steden en alles wat beweegt, gebruik maakt van 5G.
Voorbeelden van situaties die met Connected Car kunnen worden opgelost. Bron: Qualcomm
5G zal niet alleen communicatie mogelijk maken voor grondvoertuigen, maar ook voor vliegtuigen. Dit jaar heeft Samsung samen met de Spaanse internetprovider Orange , hoe een piloot op afstand de vlucht van een drone bestuurde met behulp van een ingezet 5G-netwerk en in realtime een videostream met hoge resolutie ontving. Amerikaanse provider Verizon kocht in 2017 , belooft miljoenen 5G-verbonden vluchten. De drones van het bedrijf zijn al verbonden met het live 4G-netwerk van Verizon.
Industrie 4.0
Over het algemeen werd in Duitsland de uitdrukking ‘Industrie 4.0’ uitgevonden vanwege het industriële moderniseringsprogramma. Vereniging (5G Alliance for Connected Industries and Automation), met hoofdkantoor in Duitsland, verenigt sinds 2018 productiebedrijven die geïnteresseerd zijn in het gebruik van 5G. De hoogste eisen aan latentie en betrouwbaarheid worden gesteld door de bewegingsbesturing van industriële robots, waarbij de responstijd niet groter kan zijn dan tientallen microseconden. Dit wordt nu opgelost met behulp van Industrial Ethernet (bijvoorbeeld de EtherCAT-standaard). Het is waarschijnlijk dat 5G ook om deze niche zal strijden!
Andere toepassingen, zoals communicatie tussen industriële controllers of met menselijke operators, sensornetwerken, zijn minder veeleisend. Tegenwoordig maken de meeste van deze netwerken gebruik van kabel, dus draadloos 5G lijkt een economisch haalbare oplossing, naast het mogelijk maken van een snelle herconfiguratie van de productie.
In de praktijk zal de economische haalbaarheid leiden tot de adoptie van 5G in de duurste menselijke arbeidsgebieden, zoals vorkheftruckchauffeurs in fabrieken en magazijnen. Zo demonstreerde het Europese ingenieursbureau Acciona . De trolley zendt 360-video in hoge definitie uit en een operator op afstand helpt hem uit een onverwachte situatie te komen. Het karretje maakt gebruik van 5G-technologie van Cisco en Samsung.
Technologieën voor samenwerking op afstand gaan verder. Dit jaar werd gedemonstreerd hoe een deskundige chirurg, die vele kilometers verderop plaatsvindt, realtime de voortgang van een kankeroperatie volgt en zijn collega's laat zien hoe ze de operatie het beste kunnen uitvoeren. Naarmate de technologie verbetert, zal hij een actievere rol kunnen spelen en chirurgische instrumenten rechtstreeks kunnen controleren.
Internet van dingen
In de eerste plaats zal 5G het probleem oplossen van de talrijke en slecht ondersteunde communicatiestandaarden voor het Internet der Dingen, die naar onze mening momenteel de ontwikkeling op dit gebied beperken.
Hier kan 5G het volgende bieden:
- Ad-hocnetwerken (zonder routers)
- Hoge dichtheid van verbonden apparaten
- Ondersteunt smalbandige, energiezuinige (meer dan 10 jaar op één batterij) communicatie
Maar het lijkt erop dat de grote bedrijven nog steeds meer geïnteresseerd zijn in andere scenario's dan het internet der dingen. Een snelle zoektocht op internet leverde geen demonstraties op van de belangrijkste spelers van de voordelen van 5G voor het Internet of Things.
Laten we, ter afsluiting van dit onderwerp, aandacht besteden aan de volgende interessante mogelijkheid. Tegenwoordig beperkt de afhankelijkheid van een stopcontact of de noodzaak om batterijen te vervangen de keuze uit “spullen”. Laagfrequent inductief draadloos opladen werkt alleen over een afstand van enkele centimeters. 5G en zijn gerichte millimetergolven zullen efficiënt opladen over afstanden van enkele meters mogelijk maken. Hoewel de huidige normen dit niet specificeren, twijfelen we er niet aan dat ingenieurs binnenkort manieren zullen vinden om van deze mogelijkheid te profiteren!
Ontwikkelaarsfuncties
Als u geïnteresseerd bent in het onderwerp, waar kunt u dan heen?
Verbindingen. Je zult 5G-spelers persoonlijk kunnen ontmoeten op komende Russische conferenties 29-30 mei, 30-31 mei, 25-27 juni, 24 oktober.
Bij academische contacten moet dit worden opgemerkt gehouden bij het Institute of Information Transmission Problems.
financiering. Belangrijke spelers houden wedstrijden om 5G op verschillende gebieden in te zetten. In de VS onlangs Verizon ‘Built on 5G Challenge’-wedstrijd voor Industrie 4.0, meeslepende consumententoepassingen (VR/AR) en baanbrekende ideeën (het veranderen van de manier waarop we leven en werken). De wedstrijd staat open voor geregistreerde kleine bedrijven in de VS en aanmeldingen worden tot 15 juli geaccepteerd. Het prijzengeld bedraagt 1 miljoen dollar. De winnaars worden in oktober van dit jaar bekend gemaakt.
plaatsing. Naast de Big Four mobiele operators zijn er verschillende bedrijven in Rusland die van plan zijn in de nabije toekomst 5G te gaan gebruiken. Het bedrijfsmodel van de toonaangevende aanbieder van contentlevering in Rusland en het GOS, CDNVideo, is betaling voor het ontvangen verkeervolume. Het gebruik van 5G, dat deze prijs mogelijk verlaagt, zal het bedrijf in staat stellen de kosten te verlagen. PlayKey promoot games in de cloud en het is niet verrassend dat het ook van plan is 5G te gebruiken.
Open Source, zal waarschijnlijk een sleutelrol spelen in de infrastructuur. Amerikaans ondersteunt 5G. Europese brengt degenen samen die bedrijfseigen componenten van de 5G-infrastructuur willen omzeilen. Strategische gebieden zijn onder meer ondersteuning voor 5G-modems en softwaregedefinieerde systemen, heterogene netwerken en het internet der dingen. virtualiseert radiotoegangsnetwerken. Implementatie van de netwerkkern is beschikbaar vanaf .
Auteurs:
Stanislav Polonsky - Hoofd van de afdeling Advanced Research and Development van het Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Auteur van het curriculum voor het IoT-project Samsung Academy, specialist in programma's voor maatschappelijk verantwoord ondernemen bij het Samsung Research Center
Bron: www.habr.com