Selv uten å forstå generasjonene av mobilkommunikasjonsstandarder, vil nok noen svare at 5G er kulere enn 4G/LTE. I virkeligheten er ikke alt så enkelt. La oss finne ut hvorfor 5G er bedre/verre og hvilke tilfeller av bruken er de mest lovende, tatt i betraktning den nåværende tilstanden.
Så, hva lover 5G-teknologi oss?
- Hastighetsøkning titalls ganger opp til 10 Gb/s,
- Redusere forsinkelser (latens) med titalls ganger til 1 ms,
- Økt tilkoblingssikkerhet (feilrate for pakketap) hundrevis av ganger,
- Øke tettheten (antall) av tilkoblede enheter (106/km2).
Alt dette oppnås gjennom:
- multikanal (parallellisme på tvers av frekvenser og basestasjoner)
- øker radiobærefrekvenser fra enheter til titalls GHz (radiokanalkapasitet)
5G vil forbedre seg med 4G i tradisjonelle områder, enten det er øyeblikkelig filmnedlasting eller sømløs tilkobling av en mobilapp til skyen. Så, vil det være mulig å nekte å levere Internett til våre leiligheter og kontorer via kabel?
5G vil gi universell tilkobling fra alt til alt, og kombinerer energikrevende protokoller med høy båndbredde med smalbånds, energieffektive. Dette vil åpne for nye retninger som er utilgjengelige for 4G: maskin-til-maskin kommunikasjon på bakken og i luften, Industry 4.0, Internet of Things. at 5G-bedriften vil tjene $3.5T innen 2035 og skape 22 millioner arbeidsplasser.
Eller ikke?..
(Bildekilde - Reuters)
Hvordan fungerer det
Hvis du vet hvordan 5G fungerer, hopp over denne delen.
Så hvordan kan vi oppnå så rask dataoverføring i 5G, som beskrevet ovenfor? Dette er ikke en slags magi, er det?
Hastighetsøkningen vil oppstå på grunn av overgangen til et høyere frekvensområde - tidligere ubrukt. For eksempel er frekvensen av WiFi hjemme 2,4 eller 5 GHz, frekvensen til eksisterende mobilnettverk er innenfor 2,6 GHz. Men når vi snakker om 5G, snakker vi umiddelbart om titalls gigahertz. Det er enkelt: vi øker frekvensen, reduserer bølgelengden – og dataoverføringshastigheten blir mange ganger høyere. Og nettverket som helhet er avlastet.
Her er en visuell tegneserie av hvordan det var og hvordan det vil bli. Var:
Vil:
(Kilde: IEEE Spectrum, )
Frekvensen er tidoblet, så i 5G har vi å gjøre med mye kortere millimeterbølger. De passerer ikke godt gjennom hindringer. Og i forbindelse med dette er nettverksarkitekturen i endring. Hvis tidligere kommunikasjon ble levert til oss av store, kraftige tårn som ga kommunikasjon over lange avstander, vil det nå være nødvendig å plassere mange kompakte tårn med lav effekt overalt. Og husk at i store byer vil du trenge mange stasjoner, på grunn av at signalet blir blokkert av høyhus. Så for å trygt utstyre New York med 5G-nettverk, trenger du antall basestasjoner er 500 (!) ganger.
På Russiske operatører vil overgangen til 5G koste dem omtrent 150 milliarder rubler - en kostnad som kan sammenlignes med tidligere kostnader for å distribuere et 4G-nettverk, og dette til tross for at kostnadene for en 5G-stasjon er lavere enn eksisterende (men mange av dem) trengs).
To nettverksalternativer: fasttelefon og mobil
Teknologi som brukes til å redusere strømforbruket og øke rekkevidden stråleforming — dynamisk dannelse av en radiostråle for en bestemt abonnent. Hvordan gjøres dette? Basestasjonen husker hvor signalet kom fra og på hvilket tidspunkt (det kommer ikke bare fra telefonen din, men også som en refleksjon fra hindringer), og ved hjelp av trianguleringsmetoder beregner du din omtrentlige plassering og bygger deretter den optimale signalveien.
Kilde: Analysys Mason
Behovet for å spore mottakerens posisjon fører imidlertid til en liten forskjell mellom faste og mobile brukstilfeller, og dette gjenspeiles i forskjellige brukstilfeller (mer om dette senere i avsnittet "Forbrukermarkedet").
Status Quo
standarder
Det er ingen akseptert 5G-standard. Teknologien er for kompleks og det er for mange aktører med motstridende interesser.
5G NR-standarden er i det høyt utviklede forslagsstadiet (Ny radio) fra 3GPP-organisasjonen (3. generasjons partnerskapsprosjekt), som utviklet de tidligere standardene, 3G og 4G. 5G bruker to radiofrekvensbånd (Frekvensområde, eller ganske enkelt forkortet FR). FR1 tilbyr frekvenser under 6GHz. FR2 – over 24 GHz, såkalt. millimeterbølger. Standarden støtter stasjonære og bevegelige mottakere og er en videreutvikling av 5GTF-standarden fra den amerikanske telekomgiganten Verizon, som kun støtter stasjonære mottakere (denne typen tjenester kalles faste trådløse aksessnettverk).
5G NR-standarden gir tre brukstilfeller:
- eMBB (forbedret mobilt bredbånd) – definerer mobilnettet vi er vant til;
- URLLC(Ultra pålitelig kommunikasjon med lav ventetid) - høye krav til responshastighet og pålitelighet - for oppgaver som autonom transport eller fjernkirurgi;
- mMTC (Maskinen massiv type kommunikasjon) – støtte for et stort antall enheter som sjelden sender data – tilfellet med tingenes internett, det vil si målere og overvåkingsenheter.
Eller kort sagt, det samme på bildet:
Det er viktig å forstå at industrien i utgangspunktet vil fokusere på å implementere eMBB som et mer forståelig scenario med eksisterende kontantstrømmer.
Gjennomføring
Siden 2018 har det blitt utført storskala testing, for eksempel ved de olympiske vinterleker i Sør-Korea. I 2018 gjennomførte alle russiske Big Four-operatører tester. MTS testet ny teknologi – brukstilfeller med videosamtaler, høyoppløselig videooverføring og nettspill ble testet.
I Sør-Korea ble 5G-tjenesten for første gang i verden tilbudt på slutten av 2018. Verdensomspennende kommersiell utrulling forventes neste år, 2020. I den innledende fasen vil FR1-båndet bli brukt som et tillegg til eksisterende 4G-nettverk. I henhold til planene til departementet for telekom og massekommunikasjon, i Russland vil 5G begynne å vises i byer med en befolkning på over en million fra 2020. I praksis vil storskala distribusjon bli bestemt av muligheten til å tjene penger, og dette aspektet av 5G er ennå ikke klart.
Hva er problemet med inntektsgenerering? Faktum er at teleoperatører ennå ikke ser tvingende grunner for modernisering: eksisterende nettverk kan takle belastningen ganske bra. Og nå vurderer de 5G mer når det gjelder markedsføring: 5G-ikonet på telefonskjermen vil definitivt være et pluss i øynene til teleoperatørens abonnenter. En anekdotisk sak med , som plasserte et 5G-ikon i fravær av et ekte nettverk, som konkurrenter saksøkte ham for bedrag.
Hvis du ser nøye etter, kan du se at ikonet faktisk er "5GE" - som står for 5G Evolution, og plutselig er dette ikke 5G vi tenker på, men bare en etikett oppfunnet av markedsførere for et eksisterende LTE-nettverk med noen forbedringer.
Brikkesett
Mikroelektronikkselskaper har allerede investert mange milliarder dollar i 5G. Brikker for 5G NR-mobilmodemer tilbys av Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemer fra Intel, en ny aktør på dette markedet, forventes innen utgangen av 2019. Samsung-modemet er laget ved hjelp av 10nm FinFET-teknologi og er kompatibelt med eldre standarder, starter med 2G. I frekvensområdet opptil 6 GHz gir den nedlastingshastigheter på opptil 2 Gb/s; ved bruk av millimeterbølgen øker hastigheten til 6 Gb/s.
Telefoner
Nesten alle Android-telefonprodusenter har annonsert planer om å introdusere 5G. Samsung presenterte flaggskipet Galaxy S10 i 5G-versjonen på Mobile World Congress-utstillingen i slutten av februar 2019. Den ble utgitt i Korea 5. april. I USA dukket det nye produktet opp 16. mai, og der oppstår forbindelsen med nettverket til teleoperatøren Verizon. Andre operatører tar også igjen: AT&T kunngjør planer om å gi ut en andre smarttelefon sammen med Samsung i andre halvdel av 2.
I løpet av året vil 5G-smarttelefoner fra ulike produsenter, for det meste premium, komme i butikkhyllene. Ifølge noen estimater vil den nye teknologien øke kostnadene for enheter med $200-300 og abonnementsavgiften med 10%.
Forbruker marked
Case 1. Hjemme Internett
5G faste trådløse aksessnettverk vil bli et alternativ til kablet internett i våre leiligheter. Hvis Internett tidligere kom til leiligheten vår via kabel, vil det i fremtiden komme fra et 5G-tårn, og deretter vil ruteren distribuere det gjennom vanlig hjemme-WiFi. De viktigste aktørselskapene har fullført forberedelsene og synkronisert utgivelsen av rutere for salg med utplasseringen av 5G-nettverk. En typisk 5G-ruter koster $700-900 og gir nedlastingshastigheter på 2-3 Gbps. På denne måten vil operatørene løse "last mile"-problemet for seg selv og redusere kostnadene ved å legge ledninger. Og det er ingen grunn til å være redd for at eksisterende stamnettverk ikke vil takle den økte trafikken som vil komme fra 5G-nettverk: Det pågår forskning på bruken av den eksisterende reserven av fiberoptiske nettverk - den såkalte "svarte fiberen" ( mørk fiber).
Hvor nytt vil dette scenariet være for brukere? Allerede nå, i noen land, bruker de ikke lenger tradisjonelt kablet hjemmenettverk, og bytter til LTE: det viser seg at det er raskere og billigere å bruke mobilkommunikasjon i alle situasjoner, med praktiske tariffer tilgjengelig. Denne situasjonen har for eksempel utviklet seg i Korea. Og det er illustrert i denne tegneserien:
Sak 2. Massesamlinger av mennesker
Sikkert alle har vært i en så ubehagelig situasjon: kom til en utstilling eller stadion, og mobilforbindelsen forsvinner. Og dette er akkurat i det øyeblikket du vil legge ut et bilde eller skrive på sosiale nettverk.
Stadioner
Samsung gjennomførte testen sammen med den japanske teleoperatøren KDDI på en baseballstadion med 30 5 seter. Ved å bruke test 4G-nettbrett kunne vi demonstrere XNUMXK-videostrømming på flere nettbrett samtidig.
Stadionet er ett av tre scenarier som er illustrert i et demoområde kalt 5G City, som ligger i Suwon (Samsungs hovedkvarter). Andre scenarier inkluderer et urbant miljø (kobler til videokameraer, sensorer og informasjonstavler) og et høyhastighets tilgangspunkt for å levere HD-video til en buss i bevegelse: mens den passerer punktet, har filmen tid til å lastes ned.
Игры
Niantic, skaperen av det verdensberømte stedsbaserte spillet Pokemon Go, har store forhåpninger til 5G. Og her er grunnen: For ikke så lenge siden dukket det opp gruppebegivenheter i spillet - raid. Raid krever at du koordinerer med andre spillere for å jobbe sammen for å beseire en spesielt kraftig Pokémon, og dette skaper interessante situasjoner i det virkelige liv. Dermed ligger den viktigste legendariske plasseringen av spillet med den sjeldneste Pokemon Mewtwo på Times Square i New York - du kan forestille deg hva en mengde kan samles der, bestående ikke bare av Pokémon-jegere, men også bare turister.
Augmented reality regnes også som en "killer app" for 5G. I det du kan se konseptet med sanntids magiske dueller som for tiden utvikles av Niantic i det nye spillet basert på Harry Potter. Niantic har allerede inngått partnerskap med Samsung og operatørene Deutsche Telecom og SK Telecom.
Transportere
Til slutt er togsaken interessant. En idé dukket opp om å gi jernbanen 5G-kommunikasjon for underholdning og passasjerkomfort. University of Bristol studie : for å oppnå høyhastighets sømløs kommunikasjon, må du utstyre jernbanen med tilgangspunkter i en avstand på 800 meter fra hverandre!
Et eksempel på hvordan man plasserer aksesspunkter langs et jernbanespor
Tester ble vellykket utført på et tog som kjørte i nærheten av Tokyo - deres og Samsung sammen med teleoperatøren KDDI. Under testene ble det oppnådd en hastighet på 1,7 Gbps, og under testen ble det lastet ned 8K-video og lastet opp 4K-video fra kameraet.
Nye brukstilfeller
Men alt dette er snarere en løsning på problemer som allerede er kjent for oss. Hvilke fundamentalt nye ting kan 5G tilby oss?
Tilkoblet bil
Den største fordelen er lav latenstid, slik at maskiner kan kommunisere med hverandre i hastigheter på opptil 500 km/t. I motsetning til menneskelige sjåfører, vil biler endelig kunne forhandle seg imellom eller med fast infrastruktur om manøvrer, noe som gjør veien tryggere. Det er interessant at systemet vil ta hensyn til værforhold: alle vet at i glatt vær er bremselengden lengre, så reglene i et slikt system bør endres.
European 5GAA (Automotive Association) samler allerede mer enn 100 store telekom- og bilprodusenter over hele verden for å akselerere utrullingen av C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Foreningens hovedmål er helhetlig trafikksikkerhet og trafikkeffektivitet. Syklister og fotgjengere med 5G-smarttelefoner kan også stole på sikkerhet. Trafikkdeltakere på avstander på opptil 1 km vil kunne kommunisere direkte, på lengre avstander vil de trenge 5G-dekning. Systemet skal sikre opprettelse av korridorer for politi og ambulanser, sørge for utveksling av sensorer mellom biler, fjernkjøring og andre mirakler. Etter lanseringen av C-V2X planlegger foreningen å ta i bruk erfaringene fra 5G V2X, hvor den vil ta sikte på industri 4.0, smarte byer og alt som beveger seg bruker 5G.
Eksempler på situasjoner som kan løses med Connected Car. Kilde: Qualcomm
5G vil tillate kommunikasjon ikke bare for bakkekjøretøyer, men også for fly. I år har Samsung, sammen med den spanske internettleverandøren Orange, , hvordan en fjernpilot kontrollerte flyvningen til en drone ved hjelp av et utplassert 5G-nettverk og mottok en høyoppløselig videostrøm i sanntid. Den amerikanske leverandøren Verizon kjøpte i 2017 , lover millioner av 5G-tilkoblede flyreiser. Selskapets droner er allerede koblet til Verizons live 4G-nettverk.
Industri 4.0
Generelt ble uttrykket "Industrie 4.0" oppfunnet i Tyskland for sitt industrielle moderniseringsprogram. assosiasjon (5G Alliance for Connected Industries and Automation), med hovedkontor i Tyskland, har siden 2018 forent produksjonsbedrifter som er interessert i å bruke 5G. De største kravene til latens og pålitelighet stilles av bevegelseskontroll av industriroboter, der responstiden ikke kan overstige titalls mikrosekunder. Dette er nå løst ved hjelp av Industrial Ethernet (for eksempel EtherCAT-standarden). Det er sannsynlig at 5G også vil konkurrere om denne nisjen!
Andre applikasjoner, som kommunikasjon mellom industrielle kontrollere eller med menneskelige operatører, sensornettverk, er mindre krevende. I dag bruker de fleste av disse nettverkene kabel, så trådløs 5G ser ut til å være en økonomisk levedyktig løsning, i tillegg til å tillate rask rekonfigurering av produksjonen.
I praksis vil økonomisk gjennomførbarhet føre til bruk av 5G i de dyreste menneskelige arbeidsområdene, for eksempel gaffeltrucksjåfører i fabrikker og varehus. Dermed demonstrerte det europeiske ingeniørselskapet Acciona . Vognen overfører 360-video i høyoppløsning, og en ekstern operatør vil hjelpe den med å komme seg ut av en uventet situasjon. Vognen bruker 5G-teknologi fra Cisco og Samsung.
Fjernsamarbeidsteknologier vil gå lenger. I år ble det demonstrert hvordan en ekspertkirurg overvåker fremdriften av en kreftoperasjon i sanntid, som foregår mange kilometer unna, og viser kollegene hvordan de best kan utføre operasjonen. Etter hvert som teknologien forbedres, vil han kunne ta en mer aktiv rolle, direkte kontrollerende kirurgiske instrumenter.
Internett av ting
Først og fremst vil 5G løse problemet med mange og dårlig støttede Internet of Things-kommunikasjonsstandarder, som for øyeblikket, etter vår mening, begrenser utviklingen av dette området.
Her kan 5G tilby følgende:
- Ad hoc-nettverk (uten rutere)
- Høy tetthet av tilkoblede enheter
- Støtter smalbånds, energieffektiv (10+ år på ett batteri) kommunikasjon
Men det ser ut til at storbedrifter fortsatt er mer interessert i andre scenarier enn tingenes internett. Et raskt internettsøk fant ingen demonstrasjoner fra nøkkelaktører av fordelene med 5G for tingenes internett.
Ved å avslutte dette emnet, la oss ta hensyn til følgende interessante mulighet. I dag begrenser avhengighet av en stikkontakt eller behovet for å bytte batterier valget av "ting". Lavfrekvent induktiv trådløs lading fungerer kun over en avstand på noen få centimeter. 5G og dens retningsbestemte millimeterbølger vil muliggjøre effektiv lading over avstander på flere meter. Selv om gjeldende standarder ikke spesifiserer dette, er vi ikke i tvil om at ingeniører snart vil finne måter å utnytte denne muligheten på!
Utviklerfunksjoner
Hvis du er interessert i emnet, hvor skal du gå videre?
Tilkoblinger. Du vil personlig kunne møte 5G-spillere på kommende russiske konferanser 29-30 mai, 30-31 mai, 25-27 juni, 24 oktober.
Blant akademiske kontakter bør det bemerkes holdt ved Institute of Information Transmission Problems.
finansiering. Nøkkelaktører holder konkurranser om å bruke 5G på ulike områder. I USA Verizon nylig «Built on 5G Challenge»-konkurranse for Industry 4.0, oppslukende forbrukerapplikasjoner (VR/AR) og banebrytende ideer (forandrer måten vi lever og jobber på). Konkurransen er åpen for registrerte amerikanske småbedrifter og søknader aksepteres frem til 15. juli. Premiefondet er $1M. Vinnerne annonseres i oktober i år.
plassering. I tillegg til de fire store mobiloperatørene er det flere selskaper i Russland som planlegger å bruke 5G i nær fremtid. Forretningsmodellen til den ledende innholdsleverandøren i Russland og CIS, CDNVideo, er betaling for trafikkvolumet som mottas. Bruken av 5G, som potensielt setter ned denne prisen, vil tillate selskapet å redusere kostnadene. PlayKey promoterer spill i skyen, og det er ikke overraskende at de også planlegger å bruke 5G.
Open Source, vil sannsynligvis spille en nøkkelrolle i infrastruktur. amerikansk støtter 5G. europeisk samler de som ønsker å omgå proprietære komponenter av 5G-infrastruktur. Strategiske områder inkluderer støtte for 5G-modemer og programvaredefinerte systemer, heterogene nettverk og tingenes internett. virtualiserer radiotilgangsnettverk. Implementering av nettverkskjernen er tilgjengelig fra .
Forfattere:
Stanislav Polonsky - Leder for Avansert forskning og utviklingsavdeling ved Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Forfatter av læreplanen for IoT-prosjektet Samsung Academy, spesialist i programmer for samfunnsansvar ved Samsung Research Center
Kilde: www.habr.com