Aj bez hlbokého porozumenia generáciám mobilných štandardov by každý určite odpovedal, že 5G je lepšie ako 4G/LTE. V skutočnosti to nie je také jednoduché. Poďme sa pozrieť na to, v čom je 5G lepšie/horšie a aké sú najperspektívnejšie oblasti jeho využitia vzhľadom na súčasný stav.
Čo nám teda technológia 5G sľubuje?
- Zvýšenie rýchlosti desiatichkrát až na 10 Gb/s,
- Zníženie latencie na desiatichkrát do 1 ms,
- Zvýšenie spoľahlivosti pripojenia (packet loss error rate) stokrát,
- Zvýšenie hustoty (počet) pripojených zariadení (106/km²).
To všetko sa dosahuje vďaka:
- mnohopásmovosti (paralelismus vo frekvenciách a základňových staniciach)
- zvýšeniu nosných rádiových frekvencií z jednotiek na desiatky GHz (priepustnosť rádiového kanála)
5G zlepší 4G v tradičných oblastiach, či už ide o okamžité sťahovanie filmu, alebo bezproblémové spojenie mobilnej aplikácie s cloudom. Znamená to, že sa môžeme vzdať dodávky internetu do našich bytov a kancelárií po káblovom pripojení?
5G poskytne univerzálne prepojenie všetkého so všetkým, kombinuje širokopásmové, energeticky náročné protokoly s úzkopásmovými, energeticky úspornými. To otvorí nové, pre 4G nedostupné smery: komunikácia medzi strojmi na zemi a vo vzduchu, Průmysel 4.0, Internet vecí. , že biznis 5G zarobí 3,5 bilióna dolárov do roku 2035 a vytvorí 22 miliónov pracovných miest.
Alebo nie?..
(Zdroj obrázka – Reuters)
Ako to funguje
Kto vie, ako funguje 5G – preskočte túto časť.
Ako teda dosiahneme tak rýchly prenos dát v 5G, ako je opísané vyššie? Veď to nie je žiadna mágia?
Zvýšenie rýchlosti nastane vďaka prechodu do vyššieho frekvenčného pásma – skôr nevyužívaného. Pre porovnanie, frekvencia domáceho WiFi je 2,4 alebo 5 GHz, frekvencia existujúcich mobilných sietí sa pohybuje v rozsahu 2,6 GHz. Ale keď hovoríme o 5G, okamžite ide o desiatky gigahertzov. Je to jednoduché: zvyšujeme frekvenciu, skracujeme vlnovú dĺžku – a rýchlosť prenosu dát sa zrýchľuje. A aj sieť sa celkovo uvoľňuje.
Tu je názorný komiks, ako to bolo a ako to bude. Bolo:
Bude:
(Zdroj: IEEE Spectrum, )
Frekvencia sa zvýšila desiatky krát, a preto v 5G máme čo do činenia s oveľa kratšími, milimetrovými vlnami. Slabšie prenikajú cez prekážky. A v súvislosti s tým sa mení aj architektúra siete. Kým skôr nám spojenie zabezpečovali veľké výkonné veže, ktoré poskytovali spojenie na dlhé vzdialenosti, teraz bude potrebné rozmiestniť množstvo kompaktných nízkovýkonných veží v celej oblasti. A nezabúdajte, že v veľkých mestách bude potrebné veľmi veľa staníc kvôli prekrývaniu signálu vysokými budovami. Takže na spoľahlivé pokrytie New Yorku sieťami 5G je potrebné zvýšiť počet základňových staníc o 500 (!).
V porovnaní Pre ruských operátorov prechod na 5G bude stáť približne 150 miliárd rubľov – náklady porovnateľné s predchádzajúcimi výdavkami na nasadenie 4G siete, a to aj napriek tomu, že cena stanice 5G je nižšia ako súčasné (ale je ich potrebné veľa).
Existujú dva varianty siete: stacionárny a mobilný
Na zníženie spotreby energie a zvýšenie dosahu sa využíva technológia beamforming — dynamické formovanie rádiového lúča pre konkrétneho účastníka. Ako sa to robí? Základňová stanica si pamätá, odkiaľ a kedy prišiel signál (vychádza nie len z vášho telefónu, ale aj ako odraz od prekážok), a pomocou metód triangulácie vypočíta vašu približnú polohu, a potom nastaví optimálnu trajektóriu signálu.
Zdroj: Analysys Mason
Avšak potreba sledovať polohu prijímača vedie k menším rozdielom pre stacionárne a mobilné varianty použitia, a to sa odráža v rôznych prípadoch použitia (o tom – trochu neskôr, v sekcii „Spotrebiteľský trh“).
Status Quo
Štandardy
Prijatý štandard 5G neexistuje. Technológia je príliš zložitá a hrá veľa hráčov s protichodnými záujmami.
Vo fáze ponuky s vysokou mierou spracovania sa nachádza štandard 5G NR (New Radio) od organizácie 3GPP (3rd Generation Partnership Project), ktorá vyvinula predchádzajúce štandardy, 3G a 4G. 5G používa dva rádiové frekvenčné pásma (Frequency Range, alebo skrátene jednoducho FR). FR1 ponúka frekvencie pod 6 GHz. FR2 – nad 24 GHz, tzv. milimetrové vlny. Štandard podporuje stacionárne a pohyblivé prijímače a je ďalším vývojom štandardu 5GTF od amerického telekomunikačného giganta Verizon, ktorý podporoval iba stacionárne prijímače (tento typ služieb sa nazýva pevný bezdrôtový prístup).
Štandard 5G NR predpokladá tri scenáre využitia:
- eMBB (vylepšená mobilná širokopásmová komunikácia) – určuje známy mobilný internet;
- URLLC (Ultra spoľahlivá nízkolatenčná komunikácia) – vysoké požiadavky na rýchlosť reakcie a spoľahlivosť – pre úlohy ako autonómna doprava alebo diaľková chirurgia;
- mMTC (masová komunikácia typu stroj-stroj) – podpora veľkého množstva zariadení, ktoré zriedka posielajú dáta – prípad Internetu vecí, teda meračov a monitorovacích zariadení.
Ale stručne, to isté na obrázku:
Dôležité je pochopiť, že najprv sa priemysel zameria na implementáciu eMBB, ako na pochopenejší scenár s existujúcimi peniazmi.
Implementácia
Od roku 2018 sa vykonáva rozsiahle testovanie, napríklad na zimných olympijských hrách v Južnej Kórei. V roku 2018 všetci ruskí operátori „veľkej štvorky“ vykonali testy. MTS testoval novú technológiu – testovali sa scenáre využitia s videohovormi, prenosom videa vo vysokom rozlíšení, online hrami.
V Južnej Kórei bol po prvýkrát na svete 5G servis ponúknutý na konci roku 2018. Celosvetové komerčné zavedenie sa očakáva v nasledujúcom, 2020. roku. V počiatočnej fáze sa bude používať pásmo FR1 ako nadstavba k existujúcim 4G sieťam. Podľa plánov Ministerstva komunikácií v Rusku začnú 5G služby s 2020 vo veľkých mestách. V praxi, rozsiahle nasadenie bude závisieť od možnosti monetizácie, a tento aspekt 5G zatiaľ nie je jasný.
Aký je teda problém s monetizáciou? Ide o to, že telekomunikační operátori zatiaľ nevidia silné dôvody pre modernizáciu: existujúce siete zvládajú zaťaženie úplne dobre. A teraz sa 5G u nich skôr posudzuje v oblasti marketingu: ikona 5G na obrazovke telefónu určite pridá na hodnotení u zákazníkov telekomunikačného operátora. Ukážkový je anekdotický prípad s , ktorý umiestnil ikonu 5G bez skutočnej siete, za čo mu konkurenti podali súdnu žalobu za podvod.
Ak sa pozriete podrobne, zistíte, že ikona je v skutočnosti "5GE" — čo znamená 5G Evolution, a náhle to nie je 5G, o ktorom si myslíme, ale len označenie vymyslené marketingovými odborníkmi pre existujúcu LTE sieť s niektorými vylepšeniami.
Čipové sady
Mikroelektronické spoločnosti už investovali miliardy dolárov do 5G. Čipy pre 5G NR mobilné modemy ponúka Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemy od Intelu, nového hráča na tomto trhu, sa očakávajú do konca roku 2019. Modem Samsung je vyrobený pomocou 10 nm FinFET technológie a je kompatibilný so staršími štandardmi, počnúc 2G. V frekvenčnom rozsahu do 6 GHz poskytuje rýchlosť sťahovania až 2 Gb/s, pri využití milimetrového pásma rýchlosť narastá na 6 Gb/s.
Telefóny
Takmer všetci výrobcovia telefónov na Android oznámili plány na implementáciu 5G. Samsung predstavil vlajkovú loď Galaxy S10 v 5G verzii na výstave Mobile World Congress koncom februára 2019. Jeho vydanie v Kórei sa konalo už 5. apríla. V USA sa novinka objavila 16. mája a tam sa spojuje so sieťou telekomunikačného operátora Verizon. Ostatní operátori tiež zvyšujú tempo: AT&T oznámila plány na vydanie druhého smartfónu v spolupráci so Samsungom v druhej polovici roku 2019.
Počas roka sa 5G smartfóny rôznych výrobcov, predovšetkým prémiovej triedy, dostanú na pulty obchodov. Podľa niektorých odhadov nová technológia zvýši cenu zariadení o $200-300 a mesačné poplatky o 10%.
Spotrebiteľský trh
Prípad 1. Domáci Internet
5G siete pevných bezdrôtových prístupov sa stanú alternatívou k pevnému internetu v našich bytoch. Ak kedysi internet pristupoval do našich bytov cez kábel, v budúcnosti to bude z 5G veže, a ďalej už router bude šíriť signál cez obyčajný domáci WiFi. Hlavní hráči na trhu dokončili prípravy, synchronizujúc uvedenie routerov do predaja s rozšírením 5G sietí. Typický 5G router stojí 700-900 dolárov a zabezpečuje rýchlosť sťahovania 2-3 Gb/s. Týmto spôsobom operátori vyriešia problém „poslednej míle“ a znížia náklady na kladenie káblov. A netreba sa báť, že existujúce hlavné siete nebudú zvládať zvýšený prenos dát, ktorý bude prichádzať zo sietí 5G: prebiehajú výskumy o využití existujúcich rezerv optických sietí – takzvaného „čierneho vlákna“ (dark fibre).
Ako novinka tento scenár bude pre používateľov? Už teraz v niektorých krajinách prestávajú využívať tradičný domácí pevný internet a prechádzajú na LTE: ukazuje sa, že rýchlejšie a lacnejšie je využívať mobilné spojenie vo všetkých situáciách, ak sú k dispozícii výhodné tarify. Takáto situácia nastala napríklad v Kórei. A ilustruje to tento komiks:
Prípad 2. Hromadenie masy ľudí
Určite ste sa všetci ocitli v takej nepríjemnej situácii: prídete na výstavu alebo štadión a mobilná sieť vypadne. A je to presne v tom momente, keď chcete zverejniť fotografiu alebo napísať na sociálne siete.
Štadióny
Samsung vykonal test v spolupráci s japonským telekomunikačným operátorom KDDI na 30-tisícovom baseballovom štadióne. Použitím testovacích 5G tabletov sa podarilo demonštrovať streamovanie 4K videa súčasne na niekoľkých tabletoch.
Štadión je jedným z troch scenárov, ktoré sú ilustrované v demozóne s názvom 5G City, umiestnenej v meste Suwon (sídlo spoločnosti Samsung). Ďalšie scenáre zahŕňajú mestské prostredie (pripojenie videokamier, senzorov a informačných tabúľ) a vysokorýchlostný prístupový bod pre dodanie HD videa do pohybujúceho sa autobusu: kým prechádza okolo, stihne sa stiahnuť film.
Hry
Spoločnosť Niantic, tvorca celosvetovo známej geolokačnej hry Pokemon Go, vkladá veľké nádeje do 5G. A tu je dôvod: nedávno sa v hre objavili skupinové podujatia – raidy. V raidách sa musíte skoordínovať s ostatnými hráčmi, aby ste spoločne porazili obzvlášť silného pokémona, čo vytvára zaujímavé situácie v reálnom živote. Hlavná legendárna lokalita hry s najvzácnejším pokémonom Mewtwo sa nachádza na Times Square v New Yorku – dokážete si predstaviť, aký dav sa tam môže zhromaždiť, zložený nielen z lovcov pokémonov, ale aj bežných turistov.
Rozšírená realita sa tiež považuje za "killer app" pre 5G. V tomto môžete vidieť koncept magických duelov v reálnom čase, ktoré teraz vyvíja Niantic v novej hre založenej na "Harrym Potterovi". Niantic už uzavrel partnerstvo so spoločnosťou Samsung a operátormi Deutsche Telekom a SK Telecom.
Doprava
Nakoniec je zaujímavý prípad s vlakmi. Objavila sa myšlienka vybaviť železnicu pripojením 5G pre zábavu a pohodlie pasažierov. Štúdia Bristol University : aby sa dosiahlo vysokorýchlostné bezšvové pripojenie, je potrebné vybaviť železnicu prístupovými bodmi s rozstupom 800 metrov!
Príklad toho, ako by sa mali umiestniť prístupové body pozdĺž železničnej trate
Úspešne sa uskutočnili testy na vlaku jazdiacom neďaleko Tokia – ich Samsung spolu s telekomunikačným operátorom KDDI. Počas testov bola dosiahnutá rýchlosť 1,7 Gb / s a v priebehu testu sa uskutočnilo sťahovanie 8K videa a nahrávanie 4K videa z kamery.
Nové scenáre použitia
Ale toto všetko je skôr riešením už známych úloh. Aké zásadne nové možnosti môže 5G ponúknuť?
Prepojené auto
Hlavnou výhodou je nízka latencia, ktorá umožňuje vozidlám komunikovať medzi sebou pri rýchlostiach až do 500 km / h. Na rozdiel od ľudských vodičov môžu autá konečne dohodnúť medzi sebou alebo s fixnou infraštruktúrou manévre, čím sa cesta stáva bezpečnejšou. Zaujímavé je, že systém zohľadní poveternostné podmienky: všetci vieme, že na klzkej ceste je brzdná dráha dlhšia, takže aj pravidlá v takomto systéme sa musia meniť.
Európska asociácia 5GAA (Automotive Association) už spája viac ako 100 popredných telekomunikačných a automobilových výrobcov z celého sveta s cieľom urýchliť nasadenie systému C-V2X (Celulárne vozidlo na všetko). Hlavné úlohy asociácie sú komplexná bezpečnosť na cestách a efektívnosť dopravy. Na bezpečnosť sa môžu spoliehať aj cyklisti a chodci s 5G smartfónmi. Účastníci dopravy na vzdialenosti do 1 km sa môžu spojiť priamo, pri väčších vzdialenostiach im bude potrebné 5G pokrytie. Systém zabezpečí vytvorenie koridorov pre políciu a záchranné služby, predpokladá výmenu senzorov medzi vozidlami, vzdialené riadenie a iné zázraky. Po spustení C-V2X asociácia plánuje využiť získané skúsenosti v 5G V2X, kde sa zameria na priemysel 4.0, inteligentné mestá a všetko, čo sa pohybuje, používa 5G.
Príklady situácií, ktoré je možné vyriešiť pomocou Connected Car. Zdroj: Qualcomm.
5G umožní spojenie nielen pozemným vozidlám, ale aj lietadlám. Tento rok Samsung, v spolupráci so španielskym internetovým poskytovateľom Orange, , ako diaľkový pilot riadil let drona pomocou rozšírenej 5G siete a prijímal videostream vo vysokej kvalite v reálnom čase. Americký poskytovateľ Verizon v roku 2017 odkúpil , sľubuje milióny 5G pripojených letov. Drony spoločnosti sú už pripojené k spustenej 4G sieti Verizon.
Priemysel 4.0
Všeobecne sa výraz „Industrie 4.0“ vymyslel v Nemecku pre svoju program modernizácie priemyslu. Asociácia (5G Alliance for Connected Industries and Automation) so sídlom v Nemecku spája od roku 2018 výrobné spoločnosti, ktoré majú záujem o využívanie 5G. Najväčšie požiadavky na latenciu a spoľahlivosť kladie kontrola pohybu priemyselných robotov, kde doba odozvy nemôže prekročiť desiatky mikrosekúnd. V súčasnosti sa to rieši pomocou priemyselného Ethernetu (napríklad štandard EtherCAT). Je veľmi pravdepodobné, že 5G sa bude uchádzať aj o túto niku!
Iné aplikácie, ako sú spojenia medzi priemyselnými kontrolérmi alebo s človekom-operatorom, senzorové siete, sú menej náročné. V súčasnosti väčšina týchto sietí používa káble, takže bezdrôtový 5G sa javí ako ekonomicky výhodné riešenie, navyše umožňujúce rýchlu rekonfiguráciu výroby.
V praxi ekonomická výhodnosť povedie k zavádzaniu 5G v najnákladnejších oblastiach spojených s platením ľudskej práce, napríklad vodičov vysokozdvižných vozíkov vo fabrikách a skladoch. Tak európska inžinierska spoločnosť Acciona demonštrovala . Vozík prenáša 360-stupňové video vo vysokom rozlíšení, vzdialený operátor mu pomôže dostať sa z nepredvídanej situácie. Vozík využíva 5G technológie od spoločností Cisco a Samsung.
Technológie diaľkového spolupráce pôjdu ďalej. Tento rok bolo demonštrované, ako chirurg-odborník v reálnom čase sleduje priebeh onkologickej operácie, ktorá sa koná desiatky kilometrov od neho, a ukazuje svojim kolegom, ako lepšie vykonávať operáciu. S postupným zlepšovaním technológie bude schopný prevziať aktívnejšiu úlohu, už priamo ovládajúc chirurgické nástroje.
Internet vecí
Predovšetkým 5G vyrieši problém s mnohými a zle podporovanými štandardmi komunikácie Internetu vecí, ktorý teraz podľa našich skúseností obmedzuje rozvoj tohto odvetvia.
Tu môže 5G ponúknuť nasledujúce:
- Ad hoc siete (bez routerov)
- Vysoká hustota pripojených zariadení
- Podpora úzkopásmových, energeticky efektívnych (10+ rokov na jednu batériu) komunikácií
Ale zdá sa, že pre veľký biznis sú zatiaľ zaujímavejšie iné, odlišné od Internetu vecí scenáre. Povrchné hľadanie po internete nenašlo demonštrácie kľúčovými hráčmi výhod 5G pre Internet vecí.
Zatvárajúc túto tému, zamerajme sa na nasledujúcu zaujímavú možnosť. Aktuálne závislosť na zásuvke alebo potreba výmeny batérie obmedzuje výber „vecí“. Nízko-frekvenčné indukčné bezdrôtové nabíjanie funguje len na vzdialenosti niekoľkých centimetrov. 5G a jeho smerované milimetrové vlny umožnia efektívne nabíjanie na vzdialenostiach niekoľkých metrov. Hoci existujúce štandardy to nešpecifikujú, sme presvedčení, že inžinieri čoskoro nájdu spôsoby, ako využiť túto možnosť!
Možnosti pre vývojárov
Ak vás táto téma zaujala, kam by ste sa mali posunúť ďalej?
Spojenia. Osobne sa stretnúť s hráčmi v 5G bude možné na najbližších ruských konferenciách 29-30 mája, 30-31 mája, 25-27 júna, 24. október.
Z akademických kontaktov by sme mali zdôrazniť organizovaný v Inštitúte problémov prenosu informácií.
Financovanie. Kľúčoví hráči vyhlasujú súťaže na používanie 5G v rôznych oblastiach. V USA Verizon nedávno vyhlásil súťaž „Built on 5G Challenge“ pre priemysel 4.0, imerzívne spotrebiteľské aplikácie (VR/AR) a prelomové nápady (mení naše spôsoby života a práce). Súťaž je otvorená pre registrované malé podniky v USA, prihlášky sa prijímajú do 15. júla. Výherný fond je $1M. Víťazi budú oznámení v októbri tohto roku.
Zamestnávanie. Okrem mobilných operátorov veľkej štvorky existuje v Rusku niekoľko spoločností, ktoré plánujú využitie 5G v blízkej budúcnosti. Obchodný model vedúceho poskytovateľa obsahu v Rusku a SNS, spoločnosti CDNVideo – platba za objem prijatého trafficu. Využitie 5G, potenciálne znižujúce túto cenu, umožní spoločnosti znížiť náklady. Spoločnosť PlayKey propaguje cloudové hry, niet divu, že aj v jej plánoch je využitie 5G.
Open Source, zdá sa, bude hrať kľúčovú úlohu v infraštruktúre. Americká podporuje 5G. Európska zhromažďuje záujemcov o obídenie proprietárnych komponentov 5G infraštruktúry. Strategické smery zahŕňajú podporu 5G modemov a softvérom riadených systémov, heterogénnych sietí a internetu vecí. virtualizuje siete rádiového prístupu (Radio Access Networks). Realizácia jadra siete je dostupná od .
Autori:
Stanislav Polonsky – Riaditeľ oddelenia perspektívnych výskumov a vývoja výskumného centra Samsung
Tatiana Volkova – Autorka vzdelávacieho programu projektu IoT Akadémia Samsung, odborníčka na firemné sociálne zodpovednosti výskumného centra Samsung
Zdroj: habr.com
