Chiar și fără a înțelege în mod special generațiile de standarde de comunicații mobile, oricine va răspunde probabil că 5G este mai rece decât 4G/LTE. În realitate, totul nu este atât de simplu. Să ne dăm seama de ce 5G este mai bun/mai rău și care cazuri de utilizare a lui sunt cele mai promițătoare, ținând cont de starea actuală.
Deci, ce ne promite tehnologia 5G?
- Viteza crește de zeci de ori până la 10 Gb/s,
- Reducerea întârzierilor (latenței) de zeci de ori la 1 ms,
- Fiabilitate sporită a conexiunii (rata erorilor de pierdere a pachetelor) de sute de ori,
- Creșterea densității (numărului) dispozitivelor conectate (106/km2).
Toate acestea se realizează prin:
- multicanal (paralelism între frecvențe și stații de bază)
- creșterea frecvențelor purtătoarelor radio de la unități la zeci de GHz (capacitatea canalului radio)
5G se va îmbunătăți față de 4G în zonele tradiționale, fie că este vorba despre descărcarea instantanee de filme sau conectarea perfectă a unei aplicații mobile la cloud. Deci, va fi posibil să refuzăm să livrăm internetul în apartamentele și birourile noastre prin cablu?
5G va oferi conectivitate universală de la orice la orice, combinând protocoale cu lățime de bandă mare și consumatoare de energie cu cele de bandă îngustă, eficiente din punct de vedere energetic. Acest lucru va deschide noi direcții care sunt inaccesibile pentru 4G: comunicarea de la mașină la mașină la sol și în aer, Industria 4.0, Internetul obiectelor. acea afacere 5G va câștiga 3.5 mil USD până în 2035 și va crea 22 de milioane de locuri de muncă.
Sau nu?..
(Sursa imagine - Reuters)
Cum funcționează
Dacă știi cum funcționează 5G, sări peste această secțiune.
Deci, cum putem realiza un transfer de date atât de rapid în 5G, așa cum este descris mai sus? Asta nu este un fel de magie, nu-i așa?
Creșterea vitezei se va produce datorită trecerii la o gamă de frecvență mai mare - nefolosită anterior. De exemplu, frecvența WiFi de acasă este de 2,4 sau 5 GHz, frecvența rețelelor mobile existente este de 2,6 GHz. Dar când vorbim de 5G, vorbim imediat de zeci de gigaherți. Este simplu: creștem frecvența, reducem lungimea de undă – iar viteza de transfer de date devine de multe ori mai mare. Și rețeaua în ansamblu este descărcată.
Iată o benzi desenate vizuale despre cum a fost și cum va fi. A fost:
Va fi:
(Sursa: IEEE Spectrum, )
Frecvența a crescut de zece ori, așa că în 5G avem de-a face cu unde milimetrice mult mai scurte. Nu trec bine prin obstacole. Și în legătură cu aceasta, arhitectura rețelei se schimbă. Dacă comunicațiile anterioare ne erau furnizate de turnuri mari și puternice care asigurau comunicații pe distanțe lungi, acum va fi necesar să amplasăm peste tot multe turnuri compacte, cu putere redusă. Și rețineți că în orașele mari veți avea nevoie de o mulțime de stații, din cauza semnalului fiind blocat de clădirile înalte. Deci, pentru a echipa cu încredere New York-ul cu rețele 5G, aveți nevoie numărul de stații de bază este de 500 (!) ori.
Pe Operatorii ruși, tranziția la 5G îi va costa aproximativ 150 de miliarde de ruble - un cost comparabil cu costurile anterioare pentru implementarea unei rețele 4G, și asta chiar și în ciuda faptului că costul unei stații 5G este mai mic decât al celor existente (dar multe dintre ele sunt necesare).
Două opțiuni de rețea: fix și mobil
Tehnologie folosită pentru a reduce consumul de energie și pentru a crește raza de acțiune beamforming — formarea dinamică a unui fascicul radio pentru un anumit abonat. Cum se face asta? Stația de bază își amintește de unde a venit semnalul și la ce oră (nu vine doar de la telefon, ci și ca o reflectare a obstacolelor) și, folosind metode de triangulare, calculează locația dvs. aproximativă și apoi construiește calea optimă a semnalului.
Sursa: Analysys Mason
Cu toate acestea, necesitatea de a urmări poziția receptorului duce la o ușoară diferență între cazurile de utilizare fixe și mobile, iar acest lucru se reflectă în diferite cazuri de utilizare (mai multe despre asta mai târziu în secțiunea „Piața de consum”).
Statu-quo
standarde
Nu există un standard 5G acceptat. Tehnologia este prea complexă și sunt prea mulți jucători cu interese conflictuale.
Standardul 5G NR se află în stadiul de propunere foarte dezvoltat (Radio nou) de la organizația 3GPP (Proiect de parteneriat de generația a treia), care a dezvoltat standardele anterioare, 3G și 4G. 5G folosește două benzi de frecvență radio (Gama de frecventa, sau pur și simplu scurtat FR). FR1 oferă frecvențe sub 6GHz. FR2 – peste 24 GHz, așa-zis. unde milimetrice. Standardul acceptă receptori staționari și în mișcare și este o dezvoltare ulterioară a standardului 5GTF de la gigantul american de telecomunicații Verizon, care acceptă doar receptoare staționare (acest tip de serviciu se numește rețele de acces wireless fixe).
Standardul 5G NR prevede trei cazuri de utilizare:
- eMBB (bandă largă mobilă îmbunătățită) – definește Internetul mobil cu care suntem obișnuiți;
- URLLC(Comunicații ultra fiabile cu latență scăzută) - cerințe ridicate pentru viteza de răspuns și fiabilitate - pentru sarcini precum transportul autonom sau operația la distanță;
- mMTC (Comunicații de tip masiv de mașini) – suport pentru un număr mare de dispozitive care trimit date rar – cazul Internet of Things, adică contoare și dispozitive de monitorizare.
Sau pe scurt, același lucru în imagine:
Este important să înțelegem că industria se va concentra inițial pe implementarea eMBB ca un scenariu mai ușor de înțeles cu fluxurile de numerar existente.
introducerea
Din 2018, au fost efectuate teste pe scară largă, de exemplu, la Jocurile Olimpice de iarnă din Coreea de Sud. În 2018, toți operatorii ruși Big Four au efectuat teste. MTS a testat o nouă tehnologie — au fost testate cazuri de utilizare cu apeluri video, transmisie video de înaltă definiție și jocuri online.
În Coreea de Sud, pentru prima dată în lume, serviciul 5G a fost oferit la sfârșitul anului 2018. Lansarea comercială la nivel mondial este așteptată anul viitor, 2020. În faza inițială, banda FR1 va fi folosită ca supliment pentru rețelele 4G existente. Conform planurilor Ministerului Telecomunicațiilor și Comunicațiilor de Masă, în Rusia 5G va începe să apară în orașele cu o populație de peste un milion de locuitori din 2020. În practică, implementarea la scară largă va fi determinată de capacitatea de a monetiza, iar acest aspect al 5G nu este încă clar.
Care este problema cu monetizarea? Cert este că operatorii de telecomunicații nu văd încă motive convingătoare pentru modernizare: rețelele existente pot face față destul de bine sarcinii. Și acum consideră 5G mai mult în ceea ce privește marketingul: pictograma 5G de pe ecranul telefonului va fi cu siguranță un plus în ochii abonaților operatorului de telecomunicații. Un caz anecdotic cu , care a plasat o pictogramă 5G în lipsa unei rețele reale, fapt pentru care concurenții l-au dat în judecată pentru înșelăciune.
Dacă te uiți cu atenție, poți vedea că pictograma este de fapt „5GE” - care înseamnă 5G Evolution și, dintr-o dată, acesta nu este 5G la care ne gândim, ci doar o etichetă inventată de marketeri pentru o rețea LTE existentă cu unele îmbunătățiri.
Chipseturi
Companiile de microelectronică au investit deja multe miliarde de dolari în 5G. Cipurile pentru modemurile celulare 5G NR sunt oferite de Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemurile de la Intel, un nou jucător pe această piață, sunt așteptate până la sfârșitul anului 2019. Modemul Samsung este realizat folosind tehnologia 10nm FinFET și este compatibil cu standardele mai vechi, începând cu 2G. În intervalul de frecvență de până la 6 GHz oferă viteze de descărcare de până la 2 Gb/s; la utilizarea undei milimetrice, viteza crește la 6 Gb/s.
telefoane
Aproape toți producătorii de telefoane Android au anunțat planuri de a introduce 5G. Samsung a prezentat flagship-ul Galaxy S10 în versiunea 5G la expoziția Mobile World Congress de la sfârșitul lunii februarie 2019. A fost lansat în Coreea pe 5 aprilie. În SUA, noul produs a apărut pe 16 mai, iar acolo are loc conexiunea cu rețeaua operatorului de telecomunicații Verizon. Alți operatori ajung și ei din urmă: AT&T anunță planuri de a lansa un al doilea smartphone împreună cu Samsung în a doua jumătate a anului 2.
Pe parcursul anului, smartphone-urile 5G de la diverși producători, majoritatea premium, vor ajunge pe rafturile magazinelor. Potrivit unor estimări, noua tehnologie va crește costul dispozitivelor cu 200-300 USD și taxa de abonament cu 10%.
Piața de consum
Cazul 1. Internet de acasă
Rețelele de acces wireless fix 5G vor deveni o alternativă la internetul prin cablu în apartamentele noastre. Dacă anterior internetul a venit în apartamentul nostru prin cablu, atunci în viitor va veni de la un turn 5G, iar apoi routerul îl va distribui prin WiFi obișnuit de acasă. Principalele companii de jucători au finalizat pregătirile, sincronizând lansarea routerelor de vânzare cu implementarea rețelelor 5G. Un router 5G tipic costă 700-900 USD și oferă viteze de descărcare de 2-3 Gbps. În acest fel, operatorii vor rezolva singuri problema „ultimul kilometru” și vor reduce costurile de pozare a firelor. Și nu trebuie să vă temeți că rețelele de coloană vertebrală existente nu vor face față traficului crescut care va veni din rețelele 5G: cercetările sunt în desfășurare privind utilizarea rezervei existente de rețele de fibră optică - așa-numita „fibră neagră” ( fibre închise la culoare).
Cât de nou va fi acest scenariu pentru utilizatori? Deja acum, în unele țări nu mai folosesc internetul tradițional prin cablu acasă și trec la LTE: se dovedește că este mai rapid și mai ieftin să folosești comunicațiile mobile în toate situațiile, cu tarife convenabile disponibile. Această situație, de exemplu, s-a dezvoltat în Coreea. Și este ilustrat în acest comic:
Cazul 2. Adunări în masă de oameni
Cu siguranță toată lumea a fost într-o situație atât de neplăcută: vino la o expoziție sau stadion, iar conexiunea mobilă dispare. Și asta tocmai în momentul în care vrei să postezi o fotografie sau să scrii pe rețelele de socializare.
Stadioane
Samsung a efectuat testul împreună cu operatorul de telecomunicații japonez KDDI pe un stadion de baseball cu 30 de locuri. Folosind tablete 5G de testare, am putut demonstra streaming video 4K pe mai multe tablete simultan.
Stadionul este unul dintre cele trei scenarii care sunt ilustrate într-o zonă demonstrativă numită 5G City, situată în Suwon (sediul Samsung). Alte scenarii includ un mediu urban (conectarea camerelor video, senzorilor și plăcilor informative) și un punct de acces de mare viteză pentru livrarea video HD către un autobuz în mișcare: în timp ce trece pe lângă punct, filmul are timp să se descarce.
Игры
Niantic, creatorul faimosului joc bazat pe locații Pokemon Go, are mari speranțe în 5G. Și iată de ce: nu cu mult timp în urmă, în joc au apărut evenimente de grup - raiduri. Raidurile vă cer să vă coordonați cu alți jucători pentru a lucra împreună pentru a învinge un Pokémon deosebit de puternic, iar acest lucru creează situații interesante în viața reală. Astfel, principala locație legendară a jocului cu cel mai rar Pokemon Mewtwo se află în Times Square din New York - vă puteți imagina ce mulțime se poate aduna acolo, formată nu numai din vânători de Pokemon, ci și doar turiști.
Realitatea augmentată este, de asemenea, considerată o „aplicație ucigașă” pentru 5G. In aceea puteți vedea conceptul de dueluri magice în timp real dezvoltat în prezent de Niantic în noul joc bazat pe Harry Potter. Niantic a încheiat deja parteneriate cu Samsung și operatorii Deutsche Telecom și SK Telecom.
De transport
În sfârșit, cazul trenului este interesant. A apărut o idee de a oferi căii ferate comunicații 5G pentru divertisment și confortul pasagerilor. Studiu la Universitatea din Bristol : pentru a realiza o comunicare fără întreruperi de mare viteză, trebuie să echipați calea ferată cu puncte de acces la o distanță de 800 de metri unul de celălalt!
Un exemplu de amplasare a punctelor de acces de-a lungul unei căi ferate
Testele au fost efectuate cu succes pe un tren care opera în apropiere de Tokyo - lor și Samsung împreună cu operatorul de telecomunicații KDDI. În timpul testelor s-a atins o viteză de 1,7 Gbps, iar în timpul testului s-a descărcat video 8K și a fost încărcat video 4K de pe cameră.
Noi cazuri de utilizare
Dar toate acestea sunt mai degrabă o soluție la probleme care ne sunt deja familiare. Ce lucruri fundamental noi ne poate oferi 5G?
Mașină conectată
Principalul avantaj este latența scăzută, permițând mașinilor să comunice între ele la viteze de până la 500 km/h. Spre deosebire de șoferii umani, mașinile vor putea, în sfârșit, să negocieze între ele sau cu infrastructură fixă despre manevre, făcând drumul mai sigur. Este interesant că sistemul va ține cont de condițiile meteo: toată lumea știe că pe vreme alunecoasă distanța de frânare este mai mare, așa că regulile într-un astfel de sistem ar trebui să se schimbe.
European 5GAA (Asociația Automotive) reunește deja peste 100 de mari producători de telecomunicații și auto din întreaga lume pentru a accelera implementarea C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Principalele obiective ale asociației sunt siguranța rutieră cuprinzătoare și eficiența traficului. Bicicliștii și pietonii cu smartphone-uri 5G pot conta și pe siguranță. Participanții la trafic la distanțe de până la 1 km vor putea comunica direct; la distanțe mai mari vor avea nevoie de acoperire 5G. Sistemul va asigura crearea de coridoare pentru poliție și ambulanțe, va prevedea schimbul de senzori între mașini, conducerea de la distanță și alte miracole. După lansarea lui C-V2X, asociația plănuiește să aplice experiența dobândită în 5G V2X, unde va viza industria 4.0, orașele inteligente și tot ceea ce se mișcă folosește 5G.
Exemple de situații care pot fi rezolvate folosind Connected Car. Sursa: Qualcomm
5G va permite comunicarea nu numai pentru vehiculele terestre, ci și pentru aeronave. Anul acesta, Samsung, împreună cu furnizorul spaniol de internet Orange, , cum un pilot de la distanță a controlat zborul unei drone folosind o rețea 5G implementată și primind un flux video de înaltă rezoluție în timp real. Furnizorul american Verizon a cumpărat în 2017 , promite milioane de zboruri conectate la 5G. Dronele companiei sunt deja conectate la rețeaua 4G live a Verizon.
Industria 4.0
În general, expresia „Industrie 4.0” a fost inventată în Germania pentru programul său de modernizare industrială. Asociere (5G Alliance for Connected Industries and Automation), cu sediul central în Germania, reunește companiile de producție interesate să folosească 2018G din 5. Cele mai mari cerințe de latență și fiabilitate sunt impuse de controlul mișcării roboților industriali, unde timpul de răspuns nu poate depăși zeci de microsecunde. Acest lucru este acum rezolvat folosind Industrial Ethernet (de exemplu, standardul EtherCAT). Este probabil ca 5G să concureze și pentru această nișă!
Alte aplicații, cum ar fi comunicarea între controlerele industriale sau cu operatori umani, rețelele de senzori, sunt mai puțin solicitante. În prezent, majoritatea acestor rețele folosesc cablu, așa că wireless 5G pare a fi o soluție viabilă din punct de vedere economic, pe lângă faptul că permite reconfigurarea rapidă a producției.
În practică, fezabilitatea economică va duce la adoptarea 5G în cele mai scumpe zone de muncă umană, cum ar fi șoferii de stivuitoare din fabrici și depozite. Astfel, a demonstrat compania europeană de inginerie Acciona . Căruciorul transmite video 360 la înaltă definiție, iar un operator de la distanță îl va ajuta să iasă dintr-o situație neașteptată. Căruciorul folosește tehnologia 5G de la Cisco și Samsung.
Tehnologiile de colaborare la distanță vor merge mai departe. Anul acesta, s-a demonstrat modul în care un chirurg expert monitorizează în timp real evoluția unei operații de cancer, care are loc la mulți kilometri distanță, și le arată colegilor cum să efectueze cel mai bine operația. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, el va putea să aibă un rol mai activ, controlând direct instrumentele chirurgicale.
Internetul Lucrurilor
În primul rând, 5G va rezolva problema numeroaselor și prost suportate standarde de comunicare Internet of Things, care în prezent, în opinia noastră, limitează dezvoltarea acestei zone.
Aici 5G poate oferi următoarele:
- Rețele ad-hoc (fără routere)
- Densitate mare de dispozitive conectate
- Suportă comunicații în bandă îngustă, eficiente din punct de vedere energetic (10+ ani cu o baterie).
Dar se pare că marile afaceri sunt încă mai interesate de alte scenarii decât Internetul lucrurilor. O căutare rapidă pe internet nu a găsit nicio demonstrație de către jucătorii cheie cu privire la beneficiile 5G pentru Internetul lucrurilor.
Încheind acest subiect, să fim atenți la următoarea posibilitate interesantă. În zilele noastre, dependența de o priză sau nevoia de a înlocui bateriile limitează alegerea „lucrurilor”. Încărcarea wireless inductivă de joasă frecvență funcționează doar pe o distanță de câțiva centimetri. 5G și undele sale milimetrice direcționale vor permite încărcare eficientă pe distanțe de câțiva metri. Deși standardele actuale nu specifică acest lucru, nu avem nicio îndoială că inginerii vor găsi în curând modalități de a profita de această oportunitate!
Caracteristici pentru dezvoltatori
Dacă ești interesat de subiect, unde să mergi mai departe?
Conexiuni. Veți putea întâlni personal jucători 5G la viitoarele conferințe rusești 29-30 mai, 30-31 mai, 25-27 iunie, 24 octombrie.
Dintre contactele academice trebuie remarcat desfăşurat la Institutul de Probleme de Transmitere a Informaţiei.
finanțare. Jucătorii cheie organizează competiții pentru a utiliza 5G în diferite domenii. În SUA, Verizon recent Competiție „Built on 5G Challenge” pentru industria 4.0, aplicații imersive pentru consumatori (VR/AR) și idei inovatoare (schimbarea modului în care trăim și lucrăm). Concursul este deschis întreprinderilor mici din SUA înregistrate, iar cererile sunt acceptate până pe 15 iulie. Fondul de premii este de 1 milion de dolari. Câștigătorii vor fi anunțați în luna octombrie a acestui an.
plasare. Pe lângă cei patru mari operatori de telefonie mobilă, există mai multe companii din Rusia care intenționează să folosească 5G în viitorul apropiat. Modelul de afaceri al principalului furnizor de livrare de conținut din Rusia și CSI, CDNVideo, este plata pentru volumul de trafic primit. Utilizarea 5G, care poate reduce acest preț, va permite companiei să reducă costurile. PlayKey promovează jocuri în cloud și nu este surprinzător că intenționează să folosească și 5G.
Open Source, este probabil să joace un rol cheie în infrastructură. american acceptă 5G. european îi reunește pe cei care doresc să ocolească componentele proprietare ale infrastructurii 5G. Domeniile strategice includ suport pentru modemuri 5G și sisteme definite de software, rețele eterogene și Internetul obiectelor. virtualizează rețelele de acces radio. Implementarea nucleului rețelei este disponibilă de la .
Autori:
Stanislav Polonsky - șeful Departamentului de cercetare și dezvoltare avansată al Centrului de cercetare Samsung
Tatyana Volkova - Autoarea curriculum-ului pentru proiectul IoT Samsung Academy, specialist în programe de responsabilitate socială corporativă la Centrul de Cercetare Samsung
Sursa: www.habr.com