Aj bez toho, aby sme zvlášť porozumeli generáciám štandardov mobilnej komunikácie, pravdepodobne niekto odpovie, že 5G je chladnejšie ako 4G/LTE. V skutočnosti nie je všetko také jednoduché. Poďme prísť na to, prečo je 5G lepšie/horšie a ktoré prípady jeho využitia sú najsľubnejšie s prihliadnutím na aktuálny stav.
Čo nám teda sľubuje technológia 5G?
- Desaťnásobné zvýšenie rýchlosti až na 10 Gb/s,
- Zníženie oneskorenia (latencie) o desiatky krát až 1 ms,
- Zvýšená spoľahlivosť pripojenia (chybovosť straty paketov) stokrát,
- Zvýšenie hustoty (počtu) pripojených zariadení (106/km2).
To všetko sa dosahuje prostredníctvom:
- viackanálový (paralelnosť naprieč frekvenciami a základňovými stanicami)
- zvýšenie rádiových nosných frekvencií z jednotiek na desiatky GHz (kapacita rádiového kanála)
5G vylepší 4G v tradičných oblastiach, či už ide o okamžité sťahovanie filmov alebo bezproblémové pripojenie mobilnej aplikácie ku cloudu. Bude teda možné odmietnuť doručovanie internetu do našich bytov a kancelárií cez kábel?
5G poskytne univerzálne pripojenie od všetkého ku všetkému, pričom kombinuje širokopásmové, energeticky náročné protokoly s úzkopásmovými, energeticky účinnými. Tým sa otvoria nové smery, ktoré sú pre 4G nedostupné: komunikácia medzi strojmi na zemi a vo vzduchu, Priemysel 4.0, Internet vecí. že 5G podnik zarobí do roku 3.5 2035 bilióna dolárov a vytvorí 22 miliónov pracovných miest.
Alebo nie?..
(Zdroj obrázka - Reuters)
Ako to funguje
Ak viete, ako funguje 5G, preskočte túto časť.
Ako teda môžeme dosiahnuť taký rýchly prenos dát v 5G, ako je opísané vyššie? Nie je to nejaká mágia, však?
K zvýšeniu rýchlosti dôjde v dôsledku prechodu na vyšší frekvenčný rozsah - predtým nepoužívaný. Napríklad frekvencia domácej WiFi je 2,4 alebo 5 GHz, frekvencia existujúcich mobilných sietí je do 2,6 GHz. Ale keď hovoríme o 5G, hovoríme okamžite o desiatkach gigahertzov. Je to jednoduché: zvýšime frekvenciu, znížime vlnovú dĺžku – a rýchlosť prenosu dát sa mnohonásobne zvýši. A sieť ako celok je vyložená.
Tu je vizuálny komiks o tom, ako to bolo a ako to bude. bol:
Will:
(Zdroj: IEEE Spectrum, )
Frekvencia sa desaťnásobne zvýšila, takže v 5G máme do činenia s oveľa kratšími, milimetrovými vlnami. Neprechádzajú dobre cez prekážky. A v súvislosti s tým sa mení aj sieťová architektúra. Ak nám skoršiu komunikáciu poskytovali veľké, výkonné veže, ktoré zabezpečovali komunikáciu na veľké vzdialenosti, teraz bude potrebné všade umiestniť veľa kompaktných veží s nízkym výkonom. A majte na pamäti, že vo veľkých mestách budete potrebovať veľa staníc, pretože signál je blokovaný výškovými budovami. Ak teda chcete s istotou vybaviť New York sieťami 5G, potrebujete počet základňových staníc je 500 (!) krát.
Na Ruských operátorov bude prechod na 5G stáť približne 150 miliárd rubľov – náklady porovnateľné s predchádzajúcimi nákladmi na nasadenie 4G siete, a to aj napriek tomu, že náklady na 5G stanicu sú nižšie ako existujúce (ale mnohé z nich sú potrebné).
Dve možnosti siete: pevná linka a mobil
Technológia používaná na zníženie spotreby energie a zvýšenie dojazdu beamforming — dynamické vytváranie rádiového lúča pre konkrétneho účastníka. Ako sa to robí? Základňová stanica si pamätá, odkiaľ signál prišiel a v akom čase (prichádza nielen z vášho telefónu, ale aj ako odraz od prekážok) a pomocou triangulačných metód vypočíta vašu približnú polohu a následne zostaví optimálnu signálnu cestu.
Zdroj: Analysys Mason
Potreba sledovať polohu prijímača však vedie k miernemu rozdielu medzi pevnými a mobilnými prípadmi použitia, čo sa odráža v rôznych prípadoch použitia (viac o tom neskôr v časti „Spotrebiteľský trh“).
Status Quo
štandardy
Neexistuje žiadny akceptovaný štandard 5G. Technológia je príliš zložitá a je tu príliš veľa hráčov s protichodnými záujmami.
Štandard 5G NR je vo vysoko rozvinutom štádiu návrhu (Nové rádio) od organizácie 3GPP (Projekt partnerstva 3. generácie), ktorý vyvinul predchádzajúce štandardy, 3G a 4G. 5G používa dve rádiové frekvenčné pásma (Frekvenčný rozsah, alebo jednoducho skrátené 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 podporuje iba stacionárne prijímače (tento typ služby sa nazýva pevné bezdrôtové prístupové siete).
Štandard 5G NR poskytuje tri prípady použitia:
- eMBB (vylepšené mobilné širokopásmové pripojenie) – definuje mobilný internet, na ktorý sme zvyknutí;
- URLLC(Mimoriadne spoľahlivá komunikácia s nízkou latenciou) - vysoké požiadavky na rýchlosť odozvy a spoľahlivosť - pri úlohách ako autonómna preprava alebo chirurgia na diaľku;
- mMTC (Stroj masívnej typovej komunikácie) – podpora veľkého množstva zariadení, ktoré dáta posielajú len zriedka – prípad internetu vecí, teda meračov a monitorovacích zariadení.
Alebo stručne to isté na obrázku:
Je dôležité pochopiť, že priemysel sa spočiatku zameria na implementáciu eMBB ako na zrozumiteľnejší scenár s existujúcimi peňažnými tokmi.
Implementácia
Od roku 2018 sa vo veľkom testuje napríklad na zimných olympijských hrách v Južnej Kórei. V roku 2018 vykonali testy všetci ruskí operátori Veľkej štvorky. MTS testovala novú technológiu — Testovali sa prípady použitia s videohovormi, prenosom videa vo vysokom rozlíšení a online hrami.
V Južnej Kórei bola na konci roka 5 po prvýkrát na svete ponúkaná služba 2018G. Celosvetové komerčné spustenie sa očakáva budúci rok, 2020. V počiatočnej fáze bude pásmo FR1 využívané ako doplnok k existujúcim 4G sieťam. Podľa plánov ministerstva telekomunikácií a masových komunikácií sa v Rusku začne 5G od roku 2020 objavovať v mestách s viac ako miliónom obyvateľov. V praxi bude nasadenie vo veľkom meradle určené schopnosťou monetizácie a tento aspekt 5G zatiaľ nie je jasný.
Aký je problém so speňažovaním? Faktom je, že telekomunikační operátori zatiaľ nevidia presvedčivé dôvody na modernizáciu: existujúce siete zvládajú záťaž celkom dobre. A teraz zvažujú 5G viac z hľadiska marketingu: ikona 5G na obrazovke telefónu bude určite plusom v očiach predplatiteľov telekomunikačného operátora. Neoficiálny prípad s , ktorý umiestnil ikonu 5G pri absencii skutočnej siete, za čo ho konkurenti žalovali za klamstvo.
Ak sa pozriete pozorne, môžete vidieť, že ikona je v skutočnosti „5GE“ - čo znamená 5G Evolution, a zrazu to nie je 5G, o ktorom si myslíme, ale len označenie, ktoré vymysleli marketéri pre existujúcu sieť LTE s niekoľkými vylepšeniami.
Čipové sady
Mikroelektronické spoločnosti už investovali do 5G mnoho miliárd dolárov. Čipy pre mobilné modemy 5G NR ponúka spoločnosť Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemy od Intelu, nového hráča na tomto trhu, očakávame do konca roka 2019. Modem Samsung je vyrobený pomocou 10nm FinFET technológie a je kompatibilný so staršími štandardmi, počnúc 2G. Vo frekvenčnom rozsahu do 6 GHz poskytuje rýchlosť sťahovania až 2 Gb/s, pri použití milimetrovej vlny sa rýchlosť zvýši na 6 Gb/s.
telefóny
Takmer všetci výrobcovia telefónov s Androidom oznámili plány na zavedenie 5G. Samsung predstavil vlajkovú loď Galaxy S10 v 5G verzii na výstave Mobile World Congress koncom februára 2019. V Kórei vyšla 5. apríla. V USA sa novinka objavila 16. mája a tam dochádza k prepojeniu so sieťou telekomunikačného operátora Verizon. Dobiehajú aj ďalší operátori: AT&T oznamuje plány na vydanie druhého smartfónu spolu so Samsungom v 2. polroku 2019.
V priebehu roka sa na pulty obchodov dostanú 5G smartfóny rôznych výrobcov, väčšinou prémiových. Podľa niektorých odhadov nová technológia zvýši náklady na zariadenia o 200 – 300 USD a predplatné o 10 %.
Spotrebiteľský trh
Prípad 1. Domáci internet
Pevné bezdrôtové prístupové siete 5G sa v našich apartmánoch stanú alternatívou ku káblovému internetu. Ak predtým internet prišiel do nášho bytu cez kábel, potom v budúcnosti bude pochádzať z 5G veže a potom ho bude smerovač distribuovať prostredníctvom bežnej domácej siete WiFi. Spoločnosti hlavného hráča dokončili prípravy, synchronizovali uvoľnenie smerovačov na predaj s nasadením sietí 5G. Typický 5G router stojí 700-900 $ a poskytuje rýchlosť sťahovania 2-3 Gbps. Týmto spôsobom operátori vyriešia problém „poslednej míle“ pre seba a znížia náklady na kladenie káblov. A netreba sa báť, že existujúce chrbticové siete nezvládnu zvýšenú prevádzku, ktorá bude pochádzať zo sietí 5G: prebieha výskum využitia existujúcej rezervy optických sietí – takzvaného „čierneho vlákna“ ( tmavé vlákno).
Aký nový bude tento scenár pre používateľov? Už teraz v niektorých krajinách už nepoužívajú tradičný domáci káblový internet a prechádzajú na LTE: ukazuje sa, že je rýchlejšie a lacnejšie využívať mobilnú komunikáciu vo všetkých situáciách, pričom sú k dispozícii výhodné tarify. Táto situácia sa vyvinula napríklad v Kórei. A je to znázornené v tomto komikse:
Prípad 2. Hromadné zhromaždenia ľudí
Určite sa každý dostal do takejto nepríjemnej situácie: príďte na výstavu alebo štadión a mobilné pripojenie zmizne. A to práve v momente, keď chcete zverejniť fotku alebo napísať na sociálne siete.
Štadióny
Samsung vykonal test spolu s japonským telekomunikačným operátorom KDDI na bejzbalovom štadióne s kapacitou 30 5 miest. Pomocou testovacích 4G tabletov sme dokázali demonštrovať streamovanie XNUMXK videa na niekoľkých tabletoch súčasne.
Štadión je jedným z troch scenárov, ktoré sú znázornené v ukážkovej oblasti s názvom 5G City, ktorá sa nachádza v meste Suwon (ústredie spoločnosti Samsung). Medzi ďalšie scenáre patrí mestské prostredie (pripojenie kamier, senzorov a informačných tabúľ) a vysokorýchlostný prístupový bod na doručovanie HD videa do idúceho autobusu: kým prejde bodom, film má čas na stiahnutie.
Игры
Niantic, tvorca svetoznámej lokačnej hry Pokemon Go, vkladá veľké nádeje do 5G. A tu je dôvod, prečo: nie je to tak dávno, čo sa v hre objavili skupinové akcie - nájazdy. Nájazdy vyžadujú koordináciu s ostatnými hráčmi, aby ste spoločne porazili obzvlášť silného Pokémona, čo vytvára zaujímavé situácie v reálnom živote. Hlavné legendárne miesto hry s najvzácnejším Pokémonom Mewtwo sa teda nachádza na Times Square v New Yorku - viete si predstaviť, aký dav sa tam môže zhromaždiť nielen z lovcov Pokémonov, ale aj len z turistov.
Rozšírená realita sa tiež považuje za „vražednú aplikáciu“ pre 5G. V tom môžete vidieť koncept magických duelov v reálnom čase, ktorý v súčasnosti vyvíja Niantic v novej hre založenej na Harrym Potterovi. Niantic už uzavrel partnerstvá so Samsungom a operátormi Deutsche Telecom a SK Telecom.
Doprava
Zaujímavý je napokon aj prípad vlaku. Objavil sa nápad poskytnúť železnici komunikáciu 5G pre zábavu a pohodlie cestujúcich. Štúdia univerzity v Bristole : na dosiahnutie vysokorýchlostnej bezproblémovej komunikácie je potrebné vybaviť železnicu prístupovými bodmi vo vzdialenosti 800 metrov od seba!
Príklad umiestnenia prístupových bodov pozdĺž železničnej trate
Testy boli úspešne vykonané na vlaku premávajúcom neďaleko Tokia - ich a Samsung spolu s telekomunikačným operátorom KDDI. Počas testov bola dosiahnutá rýchlosť 1,7 Gbps a počas testu sa sťahovalo 8K video a nahrávalo 4K video z kamery.
Nové prípady použitia
Ale to všetko je skôr riešením problémov, ktoré sú nám už známe. Čo zásadne nové nám môže 5G ponúknuť?
Pripojené auto
Hlavnou výhodou je nízka latencia, umožňujúca strojom medzi sebou komunikovať rýchlosťou až 500 km/h. Na rozdiel od ľudských vodičov budú autá konečne schopné vyjednávať medzi sebou alebo s pevnou infraštruktúrou o manévroch, vďaka čomu bude cesta bezpečnejšia. Zaujímavosťou je, že systém bude brať do úvahy poveternostné podmienky: každý vie, že v klzkom počasí je brzdná dráha dlhšia, preto by sa pravidlá v takomto systéme mali zmeniť.
Európska asociácia 5GAA (Automotive Association) už združuje viac ako 100 hlavných výrobcov telekomunikácií a automobilov po celom svete, aby urýchlili nasadenie C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Hlavnými cieľmi združenia je komplexná bezpečnosť a efektívnosť cestnej premávky. S bezpečnosťou môžu počítať aj cyklisti a chodci s 5G smartfónmi. Účastníci premávky na vzdialenosti do 1 km budú môcť komunikovať priamo, na väčšie vzdialenosti budú potrebovať pokrytie 5G. Systém zabezpečí vytvorenie koridorov pre políciu a sanitky, zabezpečí výmenu senzorov medzi autami, jazdu na diaľku a ďalšie zázraky. Po uvedení C-V2X plánuje asociácia uplatniť skúsenosti získané v 5G V2X, kde sa zameria na priemysel 4.0, inteligentné mestá a všetko, čo sa hýbe, využíva 5G.
Príklady situácií, ktoré je možné vyriešiť pomocou Connected Car. Zdroj: Qualcomm
5G umožní komunikáciu nielen pre pozemné vozidlá, ale aj pre lietadlá. Tento rok Samsung spolu so španielskym poskytovateľom internetu Orange, , ako pilot na diaľku ovládal let dronu pomocou nasadenej 5G siete a prijímal video stream vo vysokom rozlíšení v reálnom čase. Americký poskytovateľ Verizon kúpil v roku 2017 , sľubuje milióny letov cez 5G. Drony spoločnosti sú už pripojené k živej 4G sieti Verizon.
Priemysel 4.0
Vo všeobecnosti bol výraz „Industrie 4.0“ vynájdený v Nemecku pre program priemyselnej modernizácie. asociácie (5G Alliance for Connected Industries and Automation) so sídlom v Nemecku už od roku 2018 združuje výrobné spoločnosti, ktoré majú záujem využívať 5G. Najväčšie požiadavky na latenciu a spoľahlivosť kladie riadenie pohybu priemyselných robotov, kde doba odozvy nemôže presiahnuť desiatky mikrosekúnd. Toto je teraz riešené pomocou priemyselného Ethernetu (napríklad štandard EtherCAT). Je pravdepodobné, že 5G bude súťažiť aj o toto miesto!
Iné aplikácie, ako je komunikácia medzi priemyselnými riadiacimi jednotkami alebo s ľudskou obsluhou, senzorové siete, sú menej náročné. V súčasnosti väčšina týchto sietí používa kábel, takže bezdrôtové 5G sa javí ako ekonomicky životaschopné riešenie, ktoré navyše umožňuje rýchlu rekonfiguráciu výroby.
V praxi ekonomická realizovateľnosť povedie k prijatiu 5G v najdrahších oblastiach ľudskej práce, ako sú vodiči vysokozdvižných vozíkov v továrňach a skladoch. Predviedla to európska strojárska spoločnosť Acciona . Vozík prenáša 360-video vo vysokom rozlíšení a vzdialený operátor mu pomôže dostať sa z nečakanej situácie. Vozík využíva technológiu 5G od spoločností Cisco a Samsung.
Technológie spolupráce na diaľku pôjdu ešte ďalej. Tento rok sa ukázalo, ako odborný chirurg v reálnom čase sleduje priebeh operácie rakoviny, ktorá sa odohráva mnoho kilometrov, a ukazuje svojim kolegom, ako čo najlepšie vykonať operáciu. Ako sa technológia zlepšuje, bude môcť prevziať aktívnejšiu úlohu a priamo ovládať chirurgické nástroje.
Internet vecí
V prvom rade 5G vyrieši problém početných a slabo podporovaných komunikačných štandardov internetu vecí, čo v súčasnosti podľa nášho názoru obmedzuje rozvoj tejto oblasti.
Tu môže 5G ponúknuť nasledovné:
- Ad hoc siete (bez smerovačov)
- Vysoká hustota pripojených zariadení
- Podporuje úzkopásmovú, energeticky efektívnu (10+ rokov na jednu batériu) komunikáciu
Zdá sa však, že veľké podniky sa stále viac zaujímajú o iné scenáre, ako je internet vecí. Rýchle vyhľadávanie na internete nenašlo žiadne ukážky kľúčových hráčov o výhodách 5G pre internet vecí.
Na záver tejto témy venujme pozornosť nasledujúcej zaujímavej možnosti. Závislosť na zásuvke alebo potreba výmeny batérií v súčasnosti obmedzuje výber „vecí“. Nízkofrekvenčné indukčné bezdrôtové nabíjanie funguje len na vzdialenosť niekoľkých centimetrov. 5G a jeho smerové milimetrové vlny umožnia efektívne nabíjanie na vzdialenosť niekoľkých metrov. Aj keď to súčasné normy nešpecifikujú, nepochybujeme, že inžinieri čoskoro nájdu spôsoby, ako využiť túto príležitosť!
Funkcie pre vývojárov
Ak ťa téma zaujala, kam ďalej?
komunikácia. 5G hráčov budete môcť osobne stretnúť na nadchádzajúcich ruských konferenciách 29. – 30. mája 30. – 31. mája 25. – 27. júna 24 október.
Medzi akademickými kontaktmi je potrebné poznamenať v Ústave problémov prenosu informácií.
financovania. Kľúčoví hráči organizujú súťaže o používanie 5G v rôznych oblastiach. Nedávno v americkom Verizone Súťaž „Built on 5G Challenge“ pre Industry 4.0, pohlcujúce spotrebiteľské aplikácie (VR/AR) a prelomové nápady (menia spôsob, akým žijeme a pracujeme). Súťaž je otvorená pre registrované malé podniky z USA a prihlášky prijímame do 15. júla. Výherný fond je 1 milión USD. Víťazi budú vyhlásení v októbri tohto roku.
umiestnenia. Okrem veľkej štvorky mobilných operátorov je v Rusku niekoľko spoločností, ktoré plánujú v blízkej budúcnosti využívať 5G. Obchodným modelom popredného poskytovateľa doručovania obsahu v Rusku a SNŠ, CDNVideo, je platba za objem prijatej návštevnosti. Využitie 5G, ktoré potenciálne znižuje túto cenu, umožní spoločnosti znížiť náklady. PlayKey propaguje hry v cloude a nie je prekvapujúce, že plánuje využívať aj 5G.
Open Source, bude pravdepodobne zohrávať kľúčovú úlohu v infraštruktúre. americký podporuje 5G. Európsky spája tých, ktorí chcú obísť proprietárne komponenty infraštruktúry 5G. Strategické oblasti zahŕňajú podporu pre 5G modemy a softvérovo definované systémy, heterogénne siete a internet vecí. virtualizuje rádiové prístupové siete. Implementácia jadra siete je dostupná od .
Autori:
Stanislav Polonsky - vedúci oddelenia pokročilého výskumu a vývoja Výskumného centra Samsung
Tatyana Volkova - autorka osnov pre IoT projekt Samsung Academy, špecialistka na programy spoločenskej zodpovednosti v Samsung Research Center
Zdroj: hab.com