Tudi brez posebnega razumevanja generacij mobilnih standardov, bi kdorkoli zagotovo odgovoril, da je 5G boljši od 4G/LTE. V resnici pa to ni tako preprosto. Oglejmo si, v čem je 5G boljši/slabši in kateri so najbolj obetavni scenariji uporabe glede na trenutno stanje.
Torej, kaj nam obljublja tehnologija 5G?
- Zvišanje hitrosti naprave večkrat do 10 Gb/s,
- Zmanjšanje zamud (latenca) večkrat do 1 ms,
- Povečanje zanesljivosti povezave (stopnja izgube paketov) večkrat,
- Povečanje gostote (števila) povezanih naprav (106/km2).
To je vse doseženo z:
- večkanalnostjo (paralelizem po frekvencah in baznih postajah)
- povečanjem nosilnih radijskih frekvenc z enega na desetine GHz (propusnost radijskega kanala)
5G bo izboljšal 4G na tradicionalnih področjih, bodisi pri takojšnjem prenosu filma ali brezskrbni povezavi mobilne aplikacije z oblakom. Ali to pomeni, da se lahko odpovedemo prenosu interneta v naše stanovanje in pisarne preko kabla?
5G bo zagotovil univerzalno povezavo vsega s vsemi, združujoč širokopasovne, energijsko potratne protokole z ozkopasovnimi, energijsko varčnimi. To bo odprlo nove, 4G nedosegljive smeri: strojno komunikacijo na tleh in v zraku, Industrijo 4.0, Internet stvari. , da bo 5G poslovanje prineslo 3,5 bilijona dolarjev do leta 2035 in ustvarilo 22 milijonov delovnih mest.
Ali pa tudi ne?..
(Vir slike — Reuters)
Kako to funkcionira
Kdor ve, kako deluje 5G – preskočite to poglavje.
Torej, na kakšen način bomo dosegli tako hitro prenos podatkov v 5G, kot je opisano zgoraj? To ni kakšna magija?
Zvišanje hitrosti se bo zgodilo zaradi prehoda na višji frekvenčni razpon – prej neizkoriščen. Za primer, frekvenca domačega WiFi znaša 2,4 ali 5 GHz, frekvenca obstoječih mobilnih omrežij je v razponu 2,6 GHz. Ampak, ko govorimo o 5G, smo takoj pri desetinah gigahercev. Vse je preprosto: zvišamo frekvenco, zmanjšamo valovno dolžino – in hitrost prenosa podatkov se večkrat poveča. Tudi omrežje se na splošno razbremeni.
Tukaj je slikovit strip, kako je bilo in kako bo. Bilo je:
Bodo:
(Vir: IEEE Spectrum, )
Frekvenca je večkrat višja, zato imamo pri 5G opravka s precej krajšimi, milimetrskimi valovi. Slabo prodrejo skozi ovire. V zvezi s tem se spreminja tudi arhitektura omrežja. Medtem ko smo prej povezavo zagotavljali z velikimi zmogljivimi stolpi, ki so omogočali povezavo na dolge razdalje, je zdaj potrebno postaviti številne kompaktne in manj zmogljive stolpe povsod. Upoštevati je treba, da bodo v večjih mestih potrebne številne postaje zaradi prekrivanja signala z višjimi stavbami. Tako bo za zanesljivo opremljanje New Yorka s 5G omrežjem potrebno število baznih postaj povečati za 500 (!) krat.
Po ruskim operaterjem prehod na 5G pomeni stroške približno 150 milijard rubljev – cena, primerljiva s prejšnjimi stroški za širitev 4G omrežja, in to kljub temu, da je cena 5G postaje nižja od obstoječih (ampak potrebujemo jih veliko).
Dva načina omrežja: stacionarno in mobilno
Za zmanjšanje porabe energije in povečanje dosega se uporablja tehnologija beamforming — dinamično oblikovanje radijskega žarka za konkretnega naročnika. Kako to deluje? Bazna postaja si zapomni, od kje in kdaj je signal prišel (ne prihaja samo z vašega telefona, temveč tudi kot odmev od ovir), in s pomočjo triangulacije izračuna vaše približno mesto ter nato ustvari optimalno pot signala.
Vir: Analysys Mason
Vendar pa potreba po sledenju položaju sprejemnika povzroči manjšo razlike za fiksno in mobilno uporabo, kar se odraža v različnih primerih uporabe (o tem več kasneje, v razdelku 'Potrošniški trg').
Status Quo
Standardi
Sprejetega standarda 5G ni. Tehnologija je prekompleksna in preveč akterjev ima nasprotujoče si interese.
V fazi visoke stopnje priprave je standard 5G NR (New Radio) iz organizacije 3GPP (3rd Generation Partnership Project), ki je razvila prejšnje standarde, 3G in 4G. 5G uporablja dva radijska frekvenčna pasova (Frequency Range, ali preprosto FR). FR1 ponuja frekvence pod 6 GHz. FR2 – nad 24 GHz, t.i. milimetrske valove. Standard podpira stacionarne in premične sprejemnike in je nadaljnji razvoj standarda 5GTF ameriškega telekomunikacijskega velikana Verizona, ki podpira le stacionarne sprejemnike (ta vrsta storitev se imenuje omrežja fiksnega brezžičnega dostopa).
Standard 5G NR predvideva tri scenarije uporabe:
- eMBB (izboljšana mobilna širokopasovna povezava) – določa običajen mobilni internet;
- URLLC (Ultra zanesljive komunikacije z nizko latenco) — visoke zahteve glede hitrosti odziva in zanesljivosti – za naloge, kot so avtonomni transport ali daljinska kirurgija;
- mMTC (masovne komunikacije naprav) – podpora za veliko število naprav, ki redko pošiljajo podatke – primer Interneta stvari, torej števci in naprave za spremljanje.
Ali na kratko, to isto na sliki:
Pomembno je razumeti, da se bo industrija najprej osredotočila na uvedbo eMBB, kot bolj razumljivega scenarija z obstoječimi denarnimi tokovi.
Implementacija
Od leta 2018 potekajo obsežna testiranja, na primer, na zimskih olimpijskih igrah v Južni Koreji. Leta 2018 so vsi ruski operaterji 'velike četverice' izvedli teste. MTS je testiral novo tehnologijo — preverjali so scenarije uporabe z videoklici, prenosom videa visoke ločljivosti, spletnimi igrami.
V Južni Koreji so prvič v svetu 5G storitev ponudili konec leta 2018. Svetovno komercialno uvedbo pričakujemo naslednje, 2020. leto. V začetni fazi se bo uporabljal pas FR1 kot nadgradnja obstoječim 4G omrežjem. Po načrtih Ministrstva za komunikacije bo 5G v Rusiji začel nastajati v milijonskih mestih od leta 2020. V praksi bo obsežno uvajanje odvisno od možnosti monetizacije, in ta vidik 5G zaenkrat ni jasen.
Kakšen je torej problem z monetizacijo? Dejstvo je, da telekomunikacijski operaterji zaenkrat ne vidijo tehtnih razlogov za nadgradnjo: obstoječa omrežja se povsem dobro spoprijemajo z obremenitvijo. In danes se 5G zanje obravnava predvsem v plasti marketinga: ikona 5G na zaslonu telefona bo nedvomno plus v očeh naročnikov telekomunikacijskega operaterja. Zanimiv je anekdotičen primer z , ki je postavil ikono 5G brez prave omrežne povezave, zaradi česar so mu konkurenti vložili tožbo zaradi prevare.
Če natančno pogledate, je videti, da je ikona v resnici "5GE" — kar pomeni 5G Evolution, in nenadoma to ni 5G, o katerem mislimo, temveč le oznaka, ki so jo ustvarili tržniki za obstoječe LTE omrežje z nekaterimi izboljšavami.
Čipseti
Mikroelektronska podjetja so že investirala mnoge milijarde dolarjev v 5G. Čipi za 5G NR mobilne mode ponuja Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modemi od Intela, novega igralca na tem trgu, se pričakujejo do konca leta 2019. Samsungov modem je izdelan s 10nm FinFET tehnologijo in je združljiv s starejšimi standardi, že od 2G naprej. V frekvenčnem pasu do 6GHz omogoča hitrost prenosa do 2 Gbit/s, pri uporabi milimetrskega pasu pa se hitrost povečuje do 6 Gbit/s.
Telefoni
Skoraj vsi proizvajalci telefonov Android so napovedali načrte za uvedbo 5G. Samsung je predstavil vodočasen Galaxy S10 za 5G na sejmu Mobile World Congress koncem februarja 2019. Že 5. aprila je na voljo v Koreji. V ZDA je novost prišla 16. maja, kjer se povezava vzpostavi z omrežjem telekomunikacijskega operaterja Verizon. Priključujejo se tudi drugi operaterji: AT&T napoveduje sprostitev drugega pametnega telefona v sodelovanju s Samsungom v drugi polovici leta 2019.
Tehnologija 5G se bo v enem letu, različni proizvajalci, večinoma vrhunski modeli, pojavila na prodajnih policah. Po nekaterih ocenah bo nova tehnologija povečala ceno naprav za 200-300 $ in mesečno naročnino za 10%.
Potrošniški trg
Primer 1. Domači internet
Omrežja 5G za fiksni brezžični dostop bodo postala alternativa kabelskemu internetu v naših stanovanjih. Če je prej internet prihajal v naš dom preko kabla, bo v prihodnosti to potekalo iz 5G-stolpa, nato pa bo usmerjevalnik razdeljeval povezavo preko običajnega domačega WiFi. Glavne igralci na trgu so končali s pripravami, usklajujqč izdajo usmerjevalnikov za prodajo z izvajanjem 5G omrežij. Tipični 5G usmerjevalnik stane med 700 in 900 dolarji ter zagotavlja hitrost prenosa 2-3 Gbit/s. Tako bodo operaterji rešili težavo »zadnje milje« in znižali stroške za polaganje kablov. In ni treba skrbeti, da obstoječa hrbtenična omrežja ne bi zmogla povečane obremenitve, ki bo prihajala iz 5G omrežij: izvajajo se raziskave o izkoriščanju obstoječega rezerve optičnih omrežij — tako imenovano »temno vlakno« (dark fibre).
Koliko novosti bo ta scenarij prinesel uporabnikom? Že zdaj v nekaterih državah prenehajo uporabljati tradicionalni domači kabelski internet in prehajajo na LTE: izkaže se, da je hitreje in ceneje uporabljati mobilno vezje v vseh situacijah, ob prisotnosti ugodnih tarif. Takšna situacija se je na primer zgodila v Koreji. To je ponazorjeno v tem stripu:
Primer 2. Masovni zbori ljudi
Zagotovo ste bili v takšni neprijetni situaciji: pridete na razstavo ali stadion in mobilna povezava izgine. In to ravno v trenutku, ko želite objaviti sliko ali napisati v družbena omrežja.
Stadioni
Samsung je izvedel test v sodelovanju z japonskim telekomunikacijskim operaterjem KDDI na 30.000-članskem bejzbol stadionu. Z uporabo testnih 5G tablic so uspeli demonstrirati prenos 4K videa hkrati na več tablicah.
Stadion je eden od treh scenarijev, ki so ponazorjeni v demozoni z imenom 5G City, ki se nahaja v Suwonu (sedež Samsung). Drugi scenariji vključujejo mestno okolje (povezovanje videokamer, senzorjev in informacijskih tabel) ter visoko hitrost dostopa za prenos HD videa v premikajoči se avtobus: medtem ko avtobus vozi mimo točke, se lahko prenese film.
Igre
Podjetje Niantic, ustvarjalec svetovno znane geolokacijske igre Pokemon Go, veliko upa v 5G. In to je razlog: nedavno so se v igri pojavili skupinski dogodki – napadi. V napadih se morate uskladiti z drugimi igralci, da skupaj premagate še posebej močnega pokemona, kar ustvarja zanimive situacije v resničnem življenju. Na glavnem legendarni lokaciji igre, kjer se nahaja najredkejši pokémon Mewtwo, je Times Square v New Yorku – si lahko predstavljate, kakšno množico lahko zberejo ne le lovci na pokemone, ampak tudi preprosti turisti.
Dopolnjena resničnost je prav tako obravnavana kot "killer app" za 5G. V tem lahko vidite koncept magičnih duela v realnem času, ki jih trenutno razvija Niantic v novi igri na osnovi "Harryja Potterja". Niantic je že sklenil partnerstvo s Samsungom ter operaterji Deutsche Telekom in SK Telecom.
Transport
Na koncu je zanimiv primer s vlakom. Pojavila se je ideja, da bi železniške proge opremili s 5G povezavami za zabavo in udobje potnikov. Raziskava univerze v Bristolu : za dosego visoke in brezšivne povezave je potrebno železniške proge opremiti s točkami dostopa na razdalji 800 metrov med seboj!
Primer, kako naj bi bile točke dostopa nameščene ob železniški progi
Uspešno so bili izvedeni testi na vlaku, ki vozi v bližini Tokia – te Samsung v sodelovanju s telekomunikacijskim operaterjem KDDI. V okviru testov je bila dosežena hitrost 1,7 Gbit/s in med testom je bilo preneseno 8K-video ter naloženo 4K-video iz kamere.
Novi scenariji uporabe
Toda to je bolj rešitev že znanih izzivov. Kaj novega lahko 5G sploh ponudi?
Povezane vozilo
Glavna prednost je majhna latenca, ki omogoča vozilom, da se povežejo med seboj pri hitrostih do 500 km/h. V nasprotju z ljudmi-vozniki bodo vozila končno lahko komunicirala med seboj ali z nepremično infrastrukturo o manevrih, kar bo cesto naredilo varnejšo. Zanimivo je, da bo sistem upošteval vremenske razmere: vsi vemo, da je pri spolzki cesti zavorna pot daljša, zato se morajo tudi pravila v takem sistemu spremeniti.
Evropska organizacija 5GAA (Automotive Association) već okuplja više od 100 glavnih telekomunikacionih i automobilskih proizvođača širom sveta s ciljem ubrzanja implementacije sistema C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Glavne misije asocijacije su sveobuhvatna bezbednost na putevima i efikasnost saobraćaja. Biciklisti i pešaci sa 5G pametnim telefonima mogu takođe računati na bezbednost. Učesnici saobraćaja na udaljenostima do 1 km moći će da komuniciraju direktno, a na većim udaljenostima biće potrebno 5G pokriće. Sistem će omogućiti stvaranje koridora za policiju i hitnu pomoć, predviđaće razmenu senzorskih informacija između vozila, daljinsko upravljanje vozilima i druge inovacije. Nakon pokretanja C-V2X, asocijacija planira da primeni stečeno iskustvo u 5G V2X, gde će se usmeriti ka industriji 4.0, pametnim gradovima i svemu što se pokreće koristeći 5G.
Primeri situacija koje se mogu rešavati pomoću Connected Car. Izvor: Qualcomm.
5G će omogućiti povezivanje ne samo zemaljskih vozila, već i zračnih aparata. Ove godine, Samsung, u saradnji sa španskim internet provajderom Orange, , kao daljinski pilot upravljao je letom drona, koristeći implementiranu 5G mrežu i primajući video stream visoke rezolucije u realnom vremenu. Američki provajder Verizon je 2017. godine kupio , obećavajući milione 5G povezanih letova. Dronovi kompanije su već povezani sa pokrenutom 4G mrežom Verizon.
Industrija 4.0
Izraz «Industrie 4.0» prvi put je upotrebljen u Nemačkoj za njihovu program modernizacije industrije. Asocijacija (5G Alliance for Connected Industries and Automation) sa sedištem u Nemačkoj okuplja od 2018. godine proizvodne kompanije zainteresovane za korišćenje 5G. Najveće zahteva za latencijom i pouzdanošću postavlja kontrola kretanja industrijskih robota, gde vreme odgovora ne sme biti duže od nekoliko desetina mikrosekundi. Trenutno se to rešava pomoću industrijskog Ethernet-a (na primer, standard EtherCAT). Veoma je verovatno da će se 5G boriti za ovu nišu!
Druge primene, kao što su komunikacija između industrijskih kontrolera ili sa operaterom, mreže senzora, su manje zahtevne. Trenutno većina takvih mreža koristi kablove, tako da bežični 5G deluje kao ekonomski isplativo rešenje, uz to omogućava brzu rekonstrukciju proizvodnje.
V praksi bo ekonomska smiselnost pripeljala do uvedbe 5G v najbolj drage sektorje, povezane s plačilom človeške delovne sile, na primer, voznike viličarjev v tovarnah in skladiščih. Tako je evropska inženirska družba Acciona pokazala . Viličar prenaša 360-video v visoki ločljivosti, oddaljeni operater ji bo pomagal, da se izogne nepredvidenim situacijam. Viličar uporablja 5G tehnologije Cisco in Samsung.
Tehnologije daljinskega sodelovanja bodo šle še naprej. Letos je bilo prikazano, kako kirurg strokovnjak v realnem času spremlja potek onkološke operacije, ki poteka na več kilometrov oddaljenem mestu, in svojim kolegom pokaže, kako najbolje izvesti operacijo. Z izboljšanjem tehnologije bo lahko prevzel aktivnejšo vlogo in neposredno upravljal s kirurškimi instrumenti.
Internet stvari
Predvsem bo 5G rešil težave z mnogimi in slabo podprtimi standardi komunikacije Interneta stvari, kar po našem mnenju sedaj omejuje razvoj tega področja.
Tukaj lahko 5G ponudi naslednje:
- Ad hoc mreže (brez usmerjevalnikov)
- Visoka gostota povezanih naprav
- Podpora ozkopasovnim, energijsko učinkovitim (10+ let na eni bateriji) komunikacijam
Zdi se pa, da je velikemu poslu trenutno zanimivejše, da preizkusi druge, neodvisne scenarije od Interneta stvari. Hiter iskanje po spletu ni našlo predstavitev ključnih igralcev glede prednosti 5G za Internet stvari.
Na koncu te teme opozarjamo na naslednjo zanimivo možnost. Odvisnost od vtičnice ali potreba po menjavi baterij trenutno omejuje izbiro 'stvari'. Nizkofrekvenčno induktivno brezžično polnjenje deluje le na razdalji nekaj centimetrov. 5G in njegovi usmerjeni milimetrski valovi bodo omogočili učinkovito polnjenje na razdaljah več metrov. Čeprav obstoječi standardi tega ne predvidevajo, smo prepričani, da bodo inženirji kmalu našli načine za izkoriščanje te možnosti!
Možnosti za razvijalce
Če vas zanima tema, kam naprej?
Povezave. Osebno se boste lahko srečali z 5G igralci na bližnjih ruskih konferencah 29-30 maja, 30-31 maja, 25-27 juna, 24. oktobra.
Iz akademskih kontakata treba istaći održan u Institutu za probleme prenosa informacija.
Finansiranje. Ključni igrači organizuju takmičenja za primenu 5G u različitim oblastima. U SAD-u, Verizon je nedavno organizovao takmičenje „Built on 5G Challenge” fokusirano na Industriju 4.0, imerzivne potrošačke aplikacije (VR/AR) i revolucionarne ideje (koje menjaju naš način života i rada). Takmičenje je otvoreno za mala preduzeća registrovana u SAD-u, a prijave se primaju do 15. jula. Ukupni nagradni fond je 1 milion dolara. Pobednici će biti objavljeni u oktobru ove godine.
Zaposlovanje. Pored četvorke vodećih mobilnih operatera, u Rusiji postoji nekoliko kompanija koje planiraju korišćenje 5G u bliskoj budućnosti. Biznis model vodećeg provajdera distribucije sadržaja u Rusiji i CIS-u, kompanije CDNVideo – naplata po količini primljenog saobraćaja. Korišćenje 5G, koje bi potencijalno smanjilo tu cenu, omogućava kompaniji smanjenje troškova. Kompanija PlayKey promoviše igre u oblaku, nije iznenađujuće što su i njihovi planovi usmereni ka korišćenju 5G.
Open Source, izgleda, će igrati ključnu ulogu u infrastrukturi. Američka podržava 5G. Evropska udružuje one koji žele da izbegnu vlasničke komponente 5G infrastrukture. Strateški pravci uključuju podršku 5G modemima i softverski definisanim sistemima, heterogene mreže i internet stvari. virtuelizuje mreže radio pristupa (Radio Access Networks). Implementacija mrežne jezgre dostupna je od .
Avtorji:
Stanislav Polonski – Šef odeljenja za perspektivne istraživačke projekte u Samsung Research centru
Tatjana Volkova – Autor nastavnog programa projekta IoT Akademija Samsung, stručnjak za korporativne društvene odgovornosti u Samsung Research centru
Izvor: habr.com
