Nawet bez większego zrozumienia generacji standardów komunikacji mobilnej, każdy z pewnością odpowie, że 5G jest chłodniejsze niż 4G/LTE. W rzeczywistości wszystko nie jest takie proste. Zobaczmy, co jest lepsze/gorsze 5G i jakie są najbardziej obiecujące przypadki użycia, biorąc pod uwagę obecny stan.
Co zatem obiecuje nam technologia 5G?
- Dziesięciokrotny wzrost prędkości do 10 Gb/s,
- Redukcja opóźnień (latencji) dziesięciokrotna aż do 1 ms,
- Zwiększenie niezawodności połączenia (współczynnik błędów utraty pakietów) setki razy
- Zwiększona gęstość (liczba) podłączonych urządzeń (106/km2).
Wszystko to osiąga się poprzez:
- wielokanałowy (równoległość częstotliwości i stacji bazowych)
- zwiększenie częstotliwości nośnych z jednostek do dziesiątek GHz (szerokość pasma kanału radiowego)
5G ulepszy 4G w tradycyjnych obszarach, niezależnie od tego, czy będzie to natychmiastowe pobieranie filmów, czy płynne połączenie aplikacji mobilnej z chmurą. Czy zatem będzie można odmówić dostarczania Internetu do naszych mieszkań i biur drogą kablową?
Sieć 5G umożliwi uniwersalne połączenie wszystkiego ze wszystkim poprzez połączenie protokołów o dużej przepustowości i energochłonnych z protokołami wąskopasmowymi i oszczędzającymi energię. Otworzy to nowe kierunki niedostępne dla 4G: komunikacja maszyna-maszyna na ziemi i w powietrzu, Przemysł 4.0, Internet rzeczy. że biznes 5G zarobi 3.5 biliona dolarów do 2035 roku i utworzy 22 miliony miejsc pracy.
Albo nie?..
(Źródło obrazu: Reuters)
Jak to działa
Dla tych, którzy wiedzą, jak działa 5G, pomiń tę sekcję.
Jak zatem osiągnąć tak szybki transfer danych w 5G, jak opisano powyżej? To nie jest jakiś rodzaj magii, prawda?
Wzrost prędkości nastąpi w związku z przejściem na wyższy zakres częstotliwości - wcześniej nieużywany. Na przykład częstotliwość domowego Wi-Fi wynosi 2,4 lub 5 GHz, częstotliwość istniejących sieci komórkowych mieści się w granicach 2,6 GHz. Ale kiedy mówimy o 5G, tutaj od razu mówimy o dziesiątkach gigaherców. To proste: zwiększamy częstotliwość, zmniejszamy długość fali - a prędkość przesyłania danych staje się wielokrotnie większa. A sieć jako całość jest rozładowana.
Oto komiks wizualny, jak było i jak będzie. Był:
Będzie:
(Źródło: IEEE Spectrum, )
Częstotliwość wzrosła dziesięciokrotnie, zatem w 5G mamy do czynienia ze znacznie krótszymi falami milimetrowymi. Źle pokonują przeszkody. W związku z tym zmienia się architektura sieci. Jeśli wcześniej komunikację zapewniały nam duże, potężne wieże, które zapewniały komunikację na duże odległości, teraz konieczne będzie umieszczenie wszędzie wielu kompaktowych wież małej mocy. I pamiętaj, że w dużych miastach zajmie to wiele stacji, ze względu na nakładanie się sygnału na wieżowce. Aby więc pewnie wyposażyć Nowy Jork w sieci 5G, potrzebujesz liczbę stacji bazowych 500 (!) razy.
Na Rosyjskich operatorów przejście na 5G będzie dla nich kosztować około 150 miliardów rubli – koszt porównywalny z dotychczasowymi kosztami wdrożenia sieci 4G i to pomimo tego, że koszt stacji 5G jest niższy od istniejących (ale oni dużo potrzebuję).
Dwie opcje sieci: stacjonarna i mobilna
Technologia stosowana jest w celu zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia zasięgu kształtowaniem wiązki — dynamiczne kształtowanie wiązki dla konkretnego abonenta. Jak to jest zrobione? Stacja bazowa zapamiętuje skąd i o której godzinie przyszedł sygnał (pochodzi nie tylko z Twojego telefonu, ale także jako odbicie od przeszkód) i wykorzystując metody triangulacji oblicza Twoją przybliżoną lokalizację, a następnie buduje optymalną ścieżkę sygnału.
Źródło: Analysys Mason
Jednakże konieczność śledzenia pozycji odbiornika powoduje niewielką różnicę między przypadkami użycia stacjonarnego i mobilnego, co znajduje odzwierciedlenie w różnych przypadkach użycia (więcej na ten temat w sekcji Rynek konsumencki poniżej).
Status quo
standard
Nie ma akceptowanego standardu 5G. Technologia jest zbyt złożona i istnieje zbyt wielu graczy o sprzecznych interesach.
Standard 5G NR (Nowe radio) z organizacji 3GPP (Projekt partnerski 3. generacji), w ramach którego opracowano poprzednie standardy, 3G i 4G. Sieć 5G wykorzystuje dwa pasma częstotliwości radiowych (Zakres częstotliwościlub po prostu w skrócie FR). FR1 oferuje częstotliwości poniżej 6 GHz. FR2 – powyżej 24GHz, tzw. fale milimetrowe. Standard obsługuje odbiorniki stacjonarne i ruchome i stanowi rozwinięcie standardu 5GTF amerykańskiego giganta telekomunikacyjnego Verizon, który obsługuje wyłącznie odbiorniki stacjonarne (usługa tego typu nazywana jest stacjonarnymi bezprzewodowymi sieciami dostępowymi).
Standard 5G NR przewiduje trzy przypadki użycia:
- eMBB(ulepszona mobilna łączność szerokopasmowa) – definiuje znany nam mobilny Internet;
- URLLC(Niezwykle niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu) - wysokie wymagania dotyczące szybkości reakcji i niezawodności - w przypadku zadań takich jak transport autonomiczny czy zdalna chirurgia;
- mMTC(masowa komunikacja typu maszynowego) - obsługa dużej liczby urządzeń, które rzadko wysyłają dane - przypadek Internetu rzeczy, czyli liczników i urządzeń monitorujących.
Lub w skrócie to samo na zdjęciu:
Ważne jest, aby zrozumieć, że branża w pierwszej kolejności skoncentruje się na wdrożeniu eMBB, jako bardziej zrozumiałym scenariuszu przy istniejących przepływach pieniężnych.
Внедрение
Od 2018 r. prowadzone są testy na dużą skalę, np. podczas Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Korei Południowej. W 2018 roku testy przeprowadzili wszyscy rosyjscy operatorzy Wielkiej Czwórki. Firma MTS przetestowała nową technologię - Przetestowane przypadki użycia z rozmowami wideo, transmisją wideo w wysokiej rozdzielczości, grami online.
W Korei Południowej po raz pierwszy na świecie usługa 5G została zaoferowana pod koniec 2018 roku. Ogólnoświatowe wprowadzenie komercyjne spodziewane jest w przyszłym roku 2020. W początkowej fazie pasmo FR1 będzie wykorzystywane jako dodatek do istniejących sieci 4G. Według planów Ministerstwa Telekomunikacji i Komunikacji Masowej, w Rosji 5G zacznie pojawiać się w ponadmilionowych miastach od 2020 roku. W praktyce o wdrożeniu na dużą skalę decydować będzie możliwość monetyzacji, a ten aspekt 5G nie jest jeszcze jasny.
Jaki jest problem z monetyzacją? Faktem jest, że operatorzy telekomunikacyjni nie widzą jeszcze istotnych powodów do modernizacji: istniejące sieci dość dobrze radzą sobie z obciążeniem. A teraz rozważają 5G raczej w płaszczyźnie marketingowej: ikona 5G na ekranie telefonu z pewnością będzie plusem w oczach abonentów operatora telekomunikacyjnego. Anegdotyczny przypadek z , który zamieścił ikonę 5G w sytuacji braku prawdziwej sieci, za co konkurenci pozwali go o oszustwo.
Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że ikona to tak naprawdę „5GE” – oznacza 5G Evolution i nagle nie jest to 5G, jak nam się wydaje, ale po prostu wymyślona przez marketerów etykieta dla istniejącej sieci LTE z pewnymi ulepszeniami.
Chipsety
Firmy mikroelektroniczne zainwestowały już wiele miliardów dolarów w 5G. Chipsy do modemów komórkowych 5G NR są oferowane przez firmę Samsung (), Qualcomma (), Huawei (). Modemy firmy Intel, nowego gracza na tym rynku, spodziewane są pod koniec 2019 roku. Modem Samsunga oparty jest na technologii 10 nm FinFET i jest kompatybilny ze starszymi standardami, począwszy od 2G. W zakresie częstotliwości do 6 GHz zapewnia prędkość pobierania do 2 Gb/s, przy wykorzystaniu fali milimetrowej prędkość wzrasta do 6 Gb/s.
Telefony
Prawie wszyscy producenci telefonów z Androidem ogłosili plany wdrożenia 5G. Samsung zaprezentował flagowego Galaxy S10 w wersji 5G na Mobile World Congress pod koniec lutego 2019 roku. Już 5 kwietnia miał on premierę w Korei. W USA nowość pojawiła się 16 maja i tam nawiązywane jest połączenie z siecią operatora telekomunikacyjnego Verizon. Nadrabiają zaległości także inni operatorzy: AT&T ogłasza plany wypuszczenia drugiego smartfona wspólnie z Samsungiem w drugiej połowie 2 roku.
W ciągu roku na półki sklepowe zawitają smartfony 5G różnych producentów, głównie klasy premium. Według niektórych szacunków nowa technologia podniesie koszt urządzeń o 200-300 dolarów, a opłaty abonamentowe o 10%.
Rynek konsumencki
Przypadek 1. Internet domowy
Sieci stacjonarnego dostępu bezprzewodowego 5G staną się alternatywą dla Internetu przewodowego w naszych mieszkaniach. Jeśli wcześniej Internet docierał do naszego mieszkania kablem, to w przyszłości będzie pochodził z wieży 5G, a następnie router będzie go rozprowadzał po zwykłym domowym WiFi. Firmy będące głównymi graczami zakończyły przygotowania, synchronizując wypuszczenie routerów do sprzedaży z wdrażaniem sieci 5G. Typowy router 5G kosztuje 700–900 USD i zapewnia prędkość pobierania na poziomie 2–3 Gb/s. W ten sposób operatorzy sami rozwiążą problem „ostatniej mili” i obniżą koszty układania przewodów. I nie ma się co obawiać, że istniejące sieci szkieletowe nie będą w stanie poradzić sobie ze wzmożonym ruchem, który będzie pochodził z sieci 5G: trwają badania nad wykorzystaniem istniejącej rezerwy sieci światłowodowych – tzw. „czarnego włókna” (ciemne włókno).
Jak nowy będzie ten scenariusz dla użytkowników? Już w niektórych krajach przestają korzystać z tradycyjnego domowego Internetu przewodowego i przechodzą na LTE: szybsze i tańsze okazuje się korzystanie z komunikacji mobilnej w każdej sytuacji, z wygodnymi taryfami. Taka sytuacja rozwinęła się na przykład w Korei. I jest to zilustrowane w tym komiksie:
Przypadek 2. Masowe zgromadzenia ludzi
Z pewnością każdy znalazł się w tak nieprzyjemnej sytuacji: przyjdź na wystawę lub stadion, a komunikacja mobilna zniknie. I to jest dokładnie w tym momencie, kiedy chcesz zamieścić zdjęcie lub napisać w sieci społecznościowej.
Stadiony
Samsung przeprowadził test z japońskim operatorem telekomunikacyjnym KDDI na stadionie baseballowym na 30 5 miejsc. Korzystając z testowych tabletów 4G, byliśmy w stanie zademonstrować strumieniowanie wideo XNUMXK jednocześnie na kilku tabletach.
Stadion to jeden z trzech scenariuszy zilustrowanych w strefie demonstracyjnej 5G City zlokalizowanej w Suwon (siedzibie Samsunga). Inne scenariusze obejmują środowisko miejskie (podłączenie kamer wideo, czujników i tablic informacyjnych) oraz szybki punkt dostępu do dostarczania obrazu HD do jadącego autobusu: podczas przejazdu obok punktu film ma czas na pobranie.
Игры
Niantic, twórca znanej na całym świecie gry geolokalizacyjnej Pokemon Go, wiąże duże nadzieje z 5G. A oto dlaczego: nie tak dawno temu w grze pojawiły się wydarzenia grupowe - rajdy. Podczas rajdów musisz współpracować z innymi graczami, aby wspólnie pokonać szczególnie potężnego Pokémona, a to stwarza ciekawe sytuacje w prawdziwym życiu. Tak więc główna legendarna lokalizacja gry z najrzadszym Pokemonem Mewtwo znajduje się na Times Square w Nowym Jorku - możesz sobie wyobrazić, jaki tłum może się tam zgromadzić, składający się nie tylko z łowców Pokemonów, ale także po prostu turystów.
Rzeczywistość rozszerzona jest również uważana za „zabójczą aplikację” dla 5G. W tym widać koncepcję magicznych walk w czasie rzeczywistym, nad którą obecnie pracuje Niantic, w nowej grze opartej na „Harrym Potterze”. Niantic nawiązał już współpracę z Samsungiem oraz operatorami Deutsche Telecom i SK Telecom.
Promem
Wreszcie sprawa pociągu jest interesująca. Pojawił się pomysł, aby dla rozrywki i komfortu pasażerów zapewnić kolei łączność 5G. Badanie na Uniwersytecie w Bristolu : aby osiągnąć płynną komunikację o dużej prędkości, należy wyposażyć kolej w punkty dostępu oddalone od siebie o 800 metrów!
Przykład rozmieszczenia punktów dojazdowych wzdłuż toru kolejowego
Pomyślnie przeprowadzono testy w pociągu kursującym w pobliżu Tokio – ich i Samsung wraz z operatorem telekomunikacyjnym KDDI. W trakcie testów osiągnięto prędkość 1,7 Gb/s, a w trakcie testu z kamery pobierano wideo 8K i przesyłano wideo 4K.
Nowe przypadki użycia
Ale to wszystko jest raczej rozwiązaniem znanych nam już problemów. A co zasadniczo nowego może nam zaoferować 5G?
Samochód podłączony
Główną zaletą jest małe opóźnienie, które pozwala maszynom komunikować się między sobą z prędkością do 500 km/h. W przeciwieństwie do ludzkich kierowców, samochody będą wreszcie mogły negocjować między sobą lub ze stałą infrastrukturą dotyczące manewrów, dzięki czemu droga będzie bezpieczniejsza. Co ciekawe, system będzie uwzględniał warunki pogodowe: wszyscy wiedzą, że przy śliskiej pogodzie droga hamowania jest dłuższa, więc zasady w takim systemie muszą się zmienić.
Europejskie stowarzyszenie 5GAA (Automotive Association) zrzesza już ponad 100 głównych producentów urządzeń telekomunikacyjnych i samochodów na całym świecie, aby przyspieszyć wdrożenie systemu C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Głównymi celami stowarzyszenia są kompleksowe bezpieczeństwo ruchu drogowego i efektywność ruchu. Na bezpieczeństwo mogą liczyć także rowerzyści i piesi posiadający smartfony 5G. Uczestnicy ruchu na dystansach do 1 km będą mogli komunikować się bezpośrednio, na większych dystansach potrzebny będzie im zasięg 5G. System zapewni utworzenie korytarzy dla policji i karetek pogotowia, umożliwi wymianę czujników pomiędzy samochodami, zdalną jazdę i inne cuda. Po uruchomieniu C-V2X stowarzyszenie planuje zastosować wyciągnięte wnioski w 5G V2X, gdzie będzie dążyć do przemysłu 4.0, inteligentnych miast i wszystkiego, co porusza się za pomocą 5G.
Przykłady sytuacji, które można rozwiązać za pomocą Connected Car. Źródło: Qualcomm.
5G umożliwi komunikację nie tylko pojazdom naziemnym, ale także samolotom. W tym roku Samsung wraz z hiszpańskim dostawcą usług internetowych Orange, jak zdalny pilot latał dronem za pomocą wdrożonej sieci 5G i odbierał strumień wideo w wysokiej rozdzielczości w czasie rzeczywistym. Amerykański dostawca Verizon w 2017 roku kupił , obiecuje miliony lotów z dostępem do sieci 5G. Drony firmy są już podłączone do uruchomionej sieci 4G Verizon.
Przemysł 4.0
Ogólnie rzecz biorąc, określenie „Industrie 4.0” zostało wymyślone w Niemczech na potrzeby programu modernizacji przemysłu. Stowarzyszenie (5G Alliance for Connected Industries and Automation) z siedzibą w Niemczech od 2018 roku zrzesza firmy produkcyjne zainteresowane wykorzystaniem 5G. Największe wymagania w zakresie opóźnień i niezawodności stawia sterowanie ruchem robotów przemysłowych, gdzie czas reakcji nie może przekraczać kilkudziesięciu mikrosekund. Obecnie problem ten został rozwiązany za pomocą Ethernetu przemysłowego (np. standardu EtherCAT). Jest prawdopodobne, że 5G będzie konkurować również w tej niszy!
Inne zastosowania, takie jak komunikacja pomiędzy sterownikami przemysłowymi lub z operatorem, sieci czujników, są mniej wymagające. Obecnie większość tych sieci korzysta z kabla, więc bezprzewodowość 5G wydaje się być rozwiązaniem opłacalnym, a dodatkowo umożliwiającym szybką rekonfigurację produkcji.
W praktyce wykonalność ekonomiczna doprowadzi do wdrożenia 5G w najbardziej kosztownych obszarach pracy ludzkiej, takich jak kierowcy wózków widłowych w fabrykach i magazynach. W ten sposób zademonstrowała europejska firma inżynieryjna Acciona . Wózek transmituje wideo w wysokiej rozdzielczości 360, zdalny operator pomoże mu wydostać się z nieoczekiwanej sytuacji. Wózek wykorzystuje technologię 5G firm Cisco i Samsung.
Technologie zdalnej współpracy pójdą dalej. W tym roku pokazano, jak doświadczony chirurg obserwuje w czasie rzeczywistym postęp operacji onkologicznej odbywającej się wiele kilometrów dalej i pokazuje swoim kolegom, jak lepiej przeprowadzić operację. W miarę ulepszania technologii będzie mógł brać bardziej aktywny udział, już bezpośrednio obsługując narzędzia chirurgiczne.
Internet przedmiotów
Przede wszystkim 5G rozwiąże problem licznych i słabo wspieranych standardów komunikacji IoT, co naszym zdaniem obecnie ogranicza rozwój tego kierunku.
Tutaj 5G ma do zaoferowania:
- Sieci ad hoc (bez routerów)
- Wysoka gęstość podłączonych urządzeń
- Obsługa wąskopasmowej, energooszczędnej komunikacji (ponad 10 lat na jednej baterii).
Wydaje się jednak, że duży biznes jest bardziej zainteresowany innymi scenariuszami niż Internet rzeczy. Pobieżne wyszukiwanie w Internecie nie pozwoliło na znalezienie przez kluczowych graczy demonstracji korzyści, jakie 5G ma dla Internetu Rzeczy.
Kończąc ten temat, zwróćmy uwagę na następującą interesującą możliwość. Teraz zależność od gniazdka lub konieczność wymiany baterii ogranicza wybór „rzeczy”. Bezprzewodowe ładowanie indukcyjne o niskiej częstotliwości działa tylko w odległości kilku centymetrów. 5G i jego ukierunkowane fale milimetrowe umożliwią sprawne ładowanie na dystansach kilku metrów. Chociaż istniejące normy tego nie przewidują, nie mamy wątpliwości, że inżynierowie wkrótce znajdą sposób na wykorzystanie tej możliwości!
Możliwości dla programistów
Jeśli interesuje Cię temat, to gdzie się dalej udać?
Komunikacja. Z graczami 5G będzie można osobiście zapoznać się na kolejnych rosyjskich konferencjach 29-30 maja, 30-31 maja, 25-27 czerwca, 24 Październik.
Spośród kontaktów akademickich należy zwrócić uwagę odbyło się w Instytucie Problemów Transmisji Informacji.
Finansowanie. Kluczowi gracze organizują konkursy dotyczące wykorzystania 5G w różnych obszarach. W USA ostatnio Verizon Zbudowany w oparciu o wyzwanie 5G dla Przemysłu 4.0, wciągające aplikacje konsumenckie (VR/AR) i przełomowe pomysły (zmieniające sposób, w jaki żyjemy i pracujemy). W konkursie mogą brać udział małe firmy zarejestrowane w USA do 15 lipca. Pula nagród wynosi 1 milion dolarów. Zwycięzców poznamy w październiku tego roku.
Zatrudnienie. Oprócz wielkiej czwórki operatorów komórkowych w Rosji istnieje kilka firm, które planują w najbliższej przyszłości korzystać z 5G. Model biznesowy wiodącego dostawcy treści w Rosji i WNP, CDNVideo, polega na płatności za ilość otrzymanego ruchu. Wykorzystanie 5G, potencjalnie obniżając tę cenę, pozwoli spółce obniżyć koszty. PlayKey wypycha gry w chmurze i nic dziwnego, że w jego planach jest także 5G.
open Source, prawdopodobnie odegra kluczową rolę w infrastrukturze. amerykański obsługuje 5G. europejski zrzesza tych, którzy chcą ominąć autorskie komponenty infrastruktury 5G. Kierunki strategiczne obejmują wsparcie dla modemów 5G i systemów definiowanych programowo, sieci heterogenicznych i Internetu rzeczy. wirtualizuje radiowe sieci dostępowe (Radio Access Networks). Implementacja rdzenia sieci jest dostępna pod adresem .
Autorzy:
Stanislav Polonsky — dyrektor działu zaawansowanych badań i rozwoju, Centrum badawcze Samsung
Tatyana Volkova — autorka programu nauczania projektu IoT Samsung Academy, specjalistka ds. programów społecznej odpowiedzialności biznesu w Centrum Badawczym Samsung
Źródło: www.habr.com