Mesmo sem compreender particularmente as gerações de padrões de comunicação móvel, qualquer um provavelmente responderá que 5G é mais legal que 4G/LTE. Na realidade, nem tudo é tão simples. Vamos descobrir porque o 5G é melhor/pior e quais casos de sua utilização são mais promissores, levando em consideração o estado atual.
Então, o que a tecnologia 5G nos promete?
- A velocidade aumenta dezenas de vezes até 10 Gb/s,
- Reduzindo atrasos (latência) em dezenas de vezes para 1 ms,
- Maior confiabilidade de conexão (taxa de erro de perda de pacotes) centenas de vezes,
- Aumentar a densidade (número) de dispositivos conectados (106/km2).
Tudo isso é conseguido através de:
- multicanal (paralelismo entre frequências e estações base)
- aumentando as frequências portadoras de rádio de unidades para dezenas de GHz (capacidade do canal de rádio)
O 5G irá melhorar o 4G em áreas tradicionais, seja no download instantâneo de filmes ou na conexão perfeita de um aplicativo móvel à nuvem. Então, será possível recusar o fornecimento de Internet aos nossos apartamentos e escritórios via cabo?
O 5G fornecerá conectividade universal de tudo para tudo, combinando protocolos de alta largura de banda e que consomem muita energia com protocolos de banda estreita e energeticamente eficientes. Isto abrirá novas direções que são inacessíveis ao 4G: comunicação máquina a máquina no solo e no ar, Indústria 4.0, Internet das Coisas. que o negócio 5G ganhará US$ 3.5 trilhões até 2035 e criará 22 milhões de empregos.
Ou não?..
(Fonte da imagem - Reuters)
Как это работает
Se você sabe como funciona o 5G, pule esta seção.
Então, como podemos conseguir uma transferência de dados tão rápida em 5G, conforme descrito acima? Isso não é algum tipo de mágica, é?
O aumento da velocidade ocorrerá devido à transição para uma faixa de frequência mais alta - anteriormente não utilizada. Por exemplo, a frequência do WiFi doméstico é de 2,4 ou 5 GHz, a frequência das redes móveis existentes está na faixa de 2,6 GHz. Mas quando falamos de 5G, estamos imediatamente a falar de dezenas de gigahertz. É simples: aumentamos a frequência, diminuímos o comprimento de onda – e a velocidade de transferência de dados torna-se muitas vezes maior. E a rede como um todo está descarregada.
Aqui está uma história em quadrinhos visual de como foi e como será. Era:
Será:
(Fonte: Espectro IEEE, )
A frequência aumentou dez vezes, então no 5G estamos lidando com ondas milimétricas muito mais curtas. Eles não passam bem por obstáculos. E em conexão com isso, a arquitetura da rede está mudando. Se as comunicações anteriores nos eram fornecidas por torres grandes e poderosas que forneciam comunicação a longas distâncias, agora será necessário colocar muitas torres compactas e de baixo consumo de energia em todos os lugares. E lembre-se que nas grandes cidades você precisará de muitas estações, devido ao sinal ser bloqueado por prédios altos. Portanto, para equipar Nova York com segurança com redes 5G, você precisa o número de estações base é 500 (!) vezes.
Em Para as operadoras russas, a transição para 5G lhes custará aproximadamente 150 bilhões de rublos - um custo comparável aos custos anteriores de implantação de uma rede 4G, e isso mesmo apesar do fato de o custo de uma estação 5G ser inferior ao das existentes (mas muitas delas são precisos).
Duas opções de rede: fixa e móvel
Tecnologia usada para reduzir o consumo de energia e aumentar o alcance beamforming — formação dinâmica de um feixe de rádio para um assinante específico. Como isso é feito? A estação base lembra de onde veio o sinal e a que horas (ele vem não apenas do seu telefone, mas também como um reflexo de obstáculos) e, usando métodos de triangulação, calcula sua localização aproximada e, em seguida, constrói o caminho de sinal ideal.
Fonte: Analysys Mason
No entanto, a necessidade de rastrear a posição do receptor leva a uma ligeira diferença entre os casos de uso fixo e móvel, e isso se reflete em diferentes casos de uso (mais sobre isso mais adiante na seção “Mercado Consumidor”).
Status quo
Padrões
Não existe um padrão 5G aceito. A tecnologia é demasiado complexa e há demasiados intervenientes com interesses conflituantes.
O padrão 5G NR está em fase de proposta altamente desenvolvida (Nova Rádio) da organização 3GPP (Projeto de Parceria de 3ª Geração), que desenvolveu os padrões anteriores, 3G e 4G. 5G usa duas bandas de radiofrequência (Alcance de frequência, ou simplesmente abreviado FR). FR1 oferece frequências abaixo de 6 GHz. FR2 – acima de 24 GHz, os chamados. ondas milimétricas. O padrão suporta receptores estacionários e móveis e é um desenvolvimento adicional do padrão 5GTF da gigante americana de telecomunicações Verizon, que suporta apenas receptores estacionários (esse tipo de serviço é chamado de redes fixas de acesso sem fio).
O padrão 5G NR prevê três casos de uso:
- eMBB (banda larga móvel aprimorada) – define a Internet móvel a que estamos habituados;
- URLLC(Comunicações ultraconfiáveis de baixa latência) - elevados requisitos de velocidade de resposta e fiabilidade - para tarefas como transporte autónomo ou cirurgia remota;
- mMTC (Máquina de comunicações de tipo massivo) – suporte a um grande número de dispositivos que raramente enviam dados – caso da Internet das Coisas, ou seja, medidores e dispositivos de monitoramento.
Ou brevemente, a mesma coisa na imagem:
É importante compreender que a indústria se concentrará inicialmente na implementação do eMBB como um cenário mais compreensível com os fluxos de caixa existentes.
Implementação
Desde 2018, foram realizados testes em larga escala, por exemplo, nos Jogos Olímpicos de Inverno na Coreia do Sul. Em 2018, todas as quatro grandes operadoras russas realizaram testes. MTS testou nova tecnologia — foram testados casos de uso com videochamadas, transmissão de vídeo em alta definição e jogos online.
Na Coreia do Sul, pela primeira vez no mundo, o serviço 5G foi oferecido no final de 2018. O lançamento comercial mundial está previsto para o próximo ano, 2020. Numa fase inicial, a banda FR1 será utilizada como complemento às redes 4G existentes. De acordo com os planos do Ministério das Telecomunicações e Comunicações de Massa, na Rússia o 5G começará a aparecer em cidades com população superior a um milhão a partir de 2020. Na prática, a implantação em grande escala será determinada pela capacidade de rentabilização, e este aspecto do 5G ainda não está claro.
Qual é o problema com a monetização? O facto é que os operadores de telecomunicações ainda não veem razões convincentes para a modernização: as redes existentes podem lidar muito bem com a carga. E agora eles consideram o 5G mais em termos de marketing: o ícone 5G na tela do telefone será definitivamente uma vantagem aos olhos dos assinantes da operadora de telecomunicações. Um caso anedótico com , que colocou um ícone 5G na ausência de uma rede real, pelo que os concorrentes o processaram por engano.
Se você olhar de perto, verá que o ícone é na verdade “5GE” – que significa 5G Evolution, e de repente este não é o 5G que pensamos, mas apenas um rótulo inventado por profissionais de marketing para uma rede LTE existente com algumas melhorias.
Chipsets
As empresas de microeletrônica já investiram muitos bilhões de dólares em 5G. Chips para modems celulares 5G NR são oferecidos pela Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Os modems da Intel, novo player nesse mercado, são esperados até o final de 2019. O modem Samsung é fabricado com tecnologia FinFET de 10 nm e é compatível com padrões mais antigos, começando pelo 2G. Na faixa de frequência de até 6 GHz proporciona velocidades de download de até 2 Gb/s; na onda milimétrica a velocidade aumenta para 6 Gb/s.
Celular
Quase todos os fabricantes de telefones Android anunciaram planos para lançar o 5G. A Samsung apresentou o carro-chefe Galaxy S10 na versão 5G na exposição Mobile World Congress no final de fevereiro de 2019. Foi lançado na Coreia em 5 de abril. Nos EUA, a novidade apareceu no dia 16 de maio, e lá a conexão ocorre com a rede da operadora de telecomunicações Verizon. Outras operadoras também estão se atualizando: AT&T anuncia planos de lançar um segundo smartphone junto com a Samsung no 2º semestre de 2019.
Ao longo do ano, smartphones 5G de vários fabricantes, principalmente os premium, chegarão às lojas. De acordo com algumas estimativas, a nova tecnologia aumentará o custo dos dispositivos em US$ 200-300 e a taxa de assinatura em 10%.
Mercado consumidor
Caso 1. Internet doméstica
As redes fixas de acesso sem fio 5G se tornarão uma alternativa à Internet cabeada em nossos apartamentos. Se antes a Internet chegava ao nosso apartamento via cabo, no futuro ela virá de uma torre 5G, e então o roteador a distribuirá através do WiFi doméstico normal. As principais empresas players concluíram os preparativos, sincronizando o lançamento de roteadores para venda com a implantação de redes 5G. Um roteador 5G típico custa US$ 700-900 e oferece velocidades de download de 2 a 3 Gbps. Desta forma, os operadores resolverão por si próprios o problema da “última milha” e reduzirão o custo de colocação de fios. E não há necessidade de ter medo de que as redes de backbone existentes não consigam lidar com o aumento do tráfego que virá das redes 5G: estão em andamento pesquisas sobre o uso da reserva existente de redes de fibra óptica - a chamada “fibra preta” ( fibra escura).
Quão novo será esse cenário para os usuários? Já agora, em alguns países, já não utilizam a tradicional Internet doméstica com fios e estão a mudar para LTE: verifica-se que é mais rápido e barato utilizar comunicações móveis em todas as situações, com tarifas convenientes disponíveis. Esta situação, por exemplo, desenvolveu-se na Coreia. E está ilustrado nesta história em quadrinhos:
Caso 2. Reuniões em massa de pessoas
Certamente todo mundo já passou por uma situação tão desagradável: chega a uma exposição ou estádio e a conexão móvel desaparece. E é justamente nesse momento que você quer postar uma foto ou escrever nas redes sociais.
Estádios
A Samsung conduziu o teste junto com a operadora de telecomunicações japonesa KDDI em um estádio de beisebol com 30 lugares. Usando tablets 5G de teste, conseguimos demonstrar streaming de vídeo 4K em vários tablets simultaneamente.
O estádio é um dos três cenários ilustrados em uma área de demonstração chamada 5G City, localizada em Suwon (sede da Samsung). Outros cenários incluem um ambiente urbano (conectando câmeras de vídeo, sensores e painéis de informações) e um ponto de acesso de alta velocidade para entrega de vídeo HD a um ônibus em movimento: enquanto ele passa pelo ponto, o filme tem tempo para ser baixado.
Игры
A Niantic, criadora do mundialmente famoso jogo baseado em localização Pokémon Go, tem grandes esperanças no 5G. E aqui está o porquê: não faz muito tempo, eventos de grupo apareceram no jogo - ataques. As incursões exigem que você coordene com outros jogadores para trabalharem juntos para derrotar um Pokémon particularmente poderoso, e isso cria situações interessantes na vida real. Assim, o principal local lendário do jogo com o mais raro Pokémon Mewtwo está localizado na Times Square, em Nova York - você pode imaginar quanta multidão pode se reunir ali, composta não apenas por caçadores de Pokémon, mas também apenas por turistas.
A realidade aumentada também é considerada um “aplicativo matador” para 5G. Naquilo você pode ver o conceito de duelos mágicos em tempo real atualmente sendo desenvolvido pela Niantic no novo jogo baseado em Harry Potter. A Niantic já firmou parcerias com a Samsung e as operadoras Deutsche Telecom e SK Telecom.
transporte
Finalmente, o caso do trem é interessante. Surgiu a ideia de dotar a ferrovia de comunicações 5G para entretenimento e conforto dos passageiros. Estudo da Universidade de Bristol : para obter comunicação contínua de alta velocidade, é necessário equipar a ferrovia com pontos de acesso a uma distância de 800 metros um do outro!
Um exemplo de como colocar pontos de acesso ao longo de uma via férrea
Os testes foram realizados com sucesso num comboio que opera perto de Tóquio - o seu e Samsung juntamente com a operadora de telecomunicações KDDI. Durante os testes, foi alcançada uma velocidade de 1,7 Gbps e, durante o teste, o vídeo 8K foi baixado e o vídeo 4K foi carregado da câmera.
Novos casos de uso
Mas tudo isso é antes uma solução para problemas que já nos são familiares. Que coisas fundamentalmente novas o 5G pode nos oferecer?
Carro conectado
A principal vantagem é a baixa latência, permitindo que as máquinas se comuniquem entre si a velocidades de até 500 km/h. Ao contrário dos motoristas humanos, os carros finalmente poderão negociar entre si ou com infraestrutura fixa as manobras, tornando a estrada mais segura. É interessante que o sistema leve em consideração as condições climáticas: todos sabem que em tempo escorregadio a distância de frenagem é maior, então as regras desse sistema devem mudar.
A 5GAA Europeia (Associação Automóvel) já reúne mais de 100 grandes fabricantes de telecomunicações e automóveis em todo o mundo para acelerar a implantação do C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Os principais objetivos da associação são a segurança rodoviária abrangente e a eficiência do tráfego. Ciclistas e pedestres com smartphones 5G também podem contar com segurança. Os participantes do trânsito em distâncias de até 1 km poderão se comunicar diretamente; em distâncias maiores precisarão de cobertura 5G. O sistema vai garantir a criação de corredores para policiais e ambulâncias, proporcionar troca de sensores entre carros, direção remota e outras maravilhas. Após o lançamento do C-V2X, a associação pretende aplicar a experiência adquirida no 5G V2X, onde visará a indústria 4.0, as cidades inteligentes e tudo o que se move utiliza 5G.
Exemplos de situações que podem ser resolvidas com o Connected Car. Fonte: Qualcomm
O 5G permitirá a comunicação não apenas para veículos terrestres, mas também para aeronaves. Este ano a Samsung juntamente com o fornecedor espanhol de Internet Orange , como um piloto remoto controlou o voo de um drone usando uma rede 5G implantada e recebendo um fluxo de vídeo de alta resolução em tempo real. Provedor americano Verizon comprado em 2017 , promete milhões de voos conectados 5G. Os drones da empresa já estão conectados à rede 4G ativa da Verizon.
Indústria 4.0
Em geral, a expressão “Industrie 4.0” foi inventada na Alemanha para o seu programa de modernização industrial. Associação (5G Alliance for Connected Industries and Automation), com sede na Alemanha, reúne empresas de manufatura interessadas em usar 2018G desde 5. Os maiores requisitos de latência e confiabilidade são impostos pelo controle de movimento de robôs industriais, onde o tempo de resposta não pode exceder dezenas de microssegundos. Isto agora é resolvido usando Ethernet Industrial (por exemplo, o padrão EtherCAT). É provável que o 5G concorra também neste nicho!
Outras aplicações, como a comunicação entre controladores industriais ou com operadores humanos, redes de sensores, são menos exigentes. Hoje em dia, a maior parte destas redes utiliza cabo, pelo que o 5G sem fios parece ser uma solução economicamente viável, além de permitir uma rápida reconfiguração da produção.
Na prática, a viabilidade económica levará à adoção do 5G nas áreas de trabalho humano mais dispendiosas, como os condutores de empilhadores em fábricas e armazéns. Assim, a empresa europeia de engenharia Acciona demonstrou . O carrinho transmite vídeo 360 em alta definição e um operador remoto o ajudará a sair de uma situação inesperada. O carrinho usa tecnologia 5G da Cisco e Samsung.
As tecnologias de colaboração remota irão mais longe. Este ano, foi demonstrado como um cirurgião especialista monitora em tempo real o andamento de uma operação oncológica, realizada a muitos quilômetros de distância, e mostra aos colegas a melhor forma de realizar a operação. À medida que a tecnologia melhora, ele poderá assumir um papel mais ativo, controlando diretamente os instrumentos cirúrgicos.
Internet das coisas
Em primeiro lugar, o 5G resolverá o problema dos numerosos e mal suportados padrões de comunicação da Internet das Coisas, que actualmente, na nossa opinião, limitam o desenvolvimento nesta área.
Aqui o 5G pode oferecer o seguinte:
- Redes ad hoc (sem roteadores)
- Alta densidade de dispositivos conectados
- Suporta comunicações de banda estreita e com eficiência energética (mais de 10 anos com uma bateria)
Mas parece que as grandes empresas ainda estão mais interessadas em outros cenários que não a Internet das Coisas. Uma rápida pesquisa na Internet não encontrou demonstrações dos principais intervenientes sobre os benefícios do 5G para a Internet das Coisas.
Concluindo este tópico, prestemos atenção à seguinte possibilidade interessante. Hoje em dia, a dependência de uma tomada ou a necessidade de substituição de baterias limita a escolha de “coisas”. O carregamento sem fio indutivo de baixa frequência funciona apenas a uma distância de alguns centímetros. O 5G e suas ondas milimétricas direcionais permitirão um carregamento eficiente em distâncias de vários metros. Embora as normas actuais não especifiquem isto, não temos dúvidas de que os engenheiros encontrarão em breve formas de aproveitar esta oportunidade!
Oportunidades para desenvolvedores
Se você estiver interessado no assunto, para onde ir a seguir?
Conexões. Você poderá conhecer pessoalmente jogadores 5G nas próximas conferências russas 29 a 30 de maio, 30 a 31 de maio, 25 a 27 de junho, 24 outubro.
Entre os contactos académicos importa referir realizado no Instituto de Problemas de Transmissão de Informação.
Financiamento. Os principais players estão realizando competições para usar o 5G em diversas áreas. Nos EUA, a Verizon recentemente Competição “Built on 5G Challenge” para a Indústria 4.0, aplicações imersivas para o consumidor (VR/AR) e ideias inovadoras (que mudam a forma como vivemos e trabalhamos). A competição está aberta a pequenas empresas registradas nos EUA e as inscrições serão aceitas até 15 de julho. O fundo de prêmios é de US$ 1 milhão. Os vencedores serão anunciados em outubro deste ano.
Emprego. Além das quatro grandes operadoras móveis, existem várias empresas na Rússia que planejam usar o 5G num futuro próximo. O modelo de negócios do provedor líder de entrega de conteúdo na Rússia e na CEI, CDNVideo, é o pagamento pelo volume de tráfego recebido. A utilização do 5G, que potencialmente baixa este preço, permitirá à empresa reduzir custos. A PlayKey está promovendo jogos na nuvem e não é surpresa que também planeje usar 5G.
Open Source, é provável que desempenhe um papel fundamental nas infra-estruturas. americano suporta 5G. europeu reúne aqueles que desejam contornar componentes proprietários da infraestrutura 5G. As áreas estratégicas incluem suporte para modems 5G e sistemas definidos por software, redes heterogêneas e Internet das Coisas. virtualiza redes de acesso por rádio. A implementação do núcleo da rede está disponível em .
Autores:
Stanislav Polonsky - Chefe do Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado do Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Autora do currículo do projeto IoT Samsung Academy, especialista em programas de responsabilidade social corporativa no Samsung Research Center
Fonte: habr.com