Tudi brez posebnega razumevanja generacij mobilnih komunikacijskih standardov bo verjetno vsak odgovoril, da je 5G bolj kul kot 4G/LTE. V resnici vse ni tako preprosto. Ugotovimo, zakaj je 5G boljši/slabši in kateri primeri njegove uporabe so najbolj obetavni glede na trenutno stanje.
Kaj nam torej obljublja tehnologija 5G?
- Večdesetkratno povečanje hitrosti do 10 Gb/s,
- Zmanjšanje zakasnitev (latence) za desetkrat na 1 ms,
- Povečana zanesljivost povezave (stopnja napak pri izgubi paketov) stokrat,
- Povečanje gostote (števila) priključenih naprav (106/km2).
Vse to se doseže z:
- večkanalni (paralelizem med frekvencami in baznimi postajami)
- povečanje radijskih nosilnih frekvenc z enot na desetine GHz (zmogljivost radijskega kanala)
5G bo izboljšal 4G na tradicionalnih področjih, pa naj gre za takojšen prenos filmov ali brezhibno povezovanje mobilne aplikacije z oblakom. Ali bo torej mogoče zavrniti dostavo interneta v naša stanovanja in pisarne prek kabla?
5G bo zagotovil univerzalno povezljivost od vsega do vsega in združeval visokopasovne, energetsko požrešne protokole z ozkopasovnimi, energetsko učinkovitimi. To bo odprlo nove smeri, ki so 4G nedostopne: komunikacija stroj-stroj na zemlji in v zraku, industrija 4.0, internet stvari. da bo podjetje 5G do leta 3.5 zaslužilo 2035 tisoč dolarjev in ustvarilo 22 milijonov delovnih mest.
Ali ne?..
(Vir slike - Reuters)
Kako to deluje
Če veste, kako deluje 5G, preskočite ta razdelek.
Torej, kako lahko dosežemo tako hiter prenos podatkov v 5G, kot je opisano zgoraj? To ni nekakšna čarovnija, kajne?
Povečanje hitrosti se bo zgodilo zaradi prehoda na višje frekvenčno območje - prej neuporabljeno. Na primer, frekvenca domačega WiFi je 2,4 ali 5 GHz, frekvenca obstoječih mobilnih omrežij je znotraj 2,6 GHz. A ko govorimo o 5G, takoj govorimo o desetinah gigahercev. Preprosto: povečamo frekvenco, zmanjšamo valovno dolžino - in hitrost prenosa podatkov postane večkrat večja. In omrežje kot celota je razbremenjeno.
Tukaj je vizualni strip, kako je bilo in kako bo. je bilo:
Volja:
(Vir: IEEE Spectrum, )
Frekvenca se je povečala za desetkrat, zato imamo v 5G opravka s precej krajšimi, milimetrskimi valovi. Slabo prehajajo skozi ovire. In v povezavi s tem se spreminja arhitektura omrežja. Če so nam prejšnje komunikacije zagotavljali veliki, močni stolpi, ki so zagotavljali komunikacijo na velike razdalje, bo zdaj treba povsod postaviti veliko kompaktnih stolpov z nizko porabo energije. In ne pozabite, da boste v velikih mestih potrebovali veliko postaj, ker signal blokirajo visoke zgradbe. Torej, da samozavestno opremite New York z omrežji 5G, potrebujete število baznih postaj je 500 (!) krat.
Na Ruske operaterje bo prehod na 5G stal približno 150 milijard rubljev - strošek, ki je primerljiv s prejšnjimi stroški za postavitev omrežja 4G, in to kljub dejstvu, da je strošek postaje 5G nižji od obstoječih (vendar jih je veliko so potrebni).
Dve možnosti omrežja: stacionarni in mobilni
Tehnologija, ki se uporablja za zmanjšanje porabe energije in povečanje dosega oblikovanje snopa — dinamično oblikovanje radijskega žarka za določenega naročnika. Kako se to naredi? Bazna postaja si zapomni, od kod prihaja signal in ob kateri uri (ne prihaja le iz vašega telefona, temveč tudi kot odsev od ovir), ter z metodami triangulacije izračuna vašo približno lokacijo in nato zgradi optimalno pot signala.
Vir: Analysys Mason
Vendar potreba po sledenju položaju sprejemnika vodi do majhne razlike med fiksnimi in mobilnimi primeri uporabe, kar se odraža v različnih primerih uporabe (več o tem kasneje v razdelku »Potrošniški trg«).
Status Quo
Standardi
Ni sprejetega standarda 5G. Tehnologija je preveč zapletena in preveč igralcev z nasprotujočimi si interesi.
Standard 5G NR je v zelo razviti fazi predloga (Nov radio) od organizacije 3GPP (Projekt partnerstva tretje generacije), ki je razvil prejšnja standarda, 3G in 4G. 5G uporablja dva radiofrekvenčna pasova (Frekvenčni razpon, ali preprosto skrajšano FR). FR1 ponuja frekvence pod 6GHz. FR2 – nad 24 GHz, t.i. milimetrski valovi. Standard podpira stacionarne in premične sprejemnike in je nadaljnji razvoj standarda 5GTF ameriškega telekomunikacijskega giganta Verizon, ki podpira le stacionarne sprejemnike (tovrstni storitvi pravimo fiksna brezžična dostopovna omrežja).
Standard 5G NR predvideva tri primere uporabe:
- eMBB (izboljšana mobilna širokopasovna povezava) – definira mobilni internet, ki smo ga vajeni;
- URLLC(Ultra zanesljiva komunikacija z nizko zakasnitvijo) - visoke zahteve glede odzivne hitrosti in zanesljivosti - za naloge, kot je avtonomni transport ali operacija na daljavo;
- mMTC (Komunikacije velikega tipa stroja) – podpora velikemu številu naprav, ki redko pošiljajo podatke – primer interneta stvari, torej merilnikov in nadzornih naprav.
Ali na kratko, isto kot na sliki:
Pomembno je razumeti, da se bo industrija na začetku osredotočila na uvedbo eMBB kot bolj razumljivega scenarija z obstoječimi denarnimi tokovi.
Izvajanje
Od leta 2018 so bila izvedena obsežna testiranja na primer na zimskih olimpijskih igrah v Južni Koreji. Leta 2018 so vsi ruski veliki štirje operaterji izvedli teste. MTS je preizkusil novo tehnologijo — testirani so bili primeri uporabe z video klici, video prenosom visoke ločljivosti in spletnimi igrami.
V Južni Koreji so konec leta 5 prvič na svetu ponudili storitev 2018G. Komercialna uvedba po vsem svetu se pričakuje naslednje leto, 2020. V začetni fazi se bo pas FR1 uporabljal kot dodatek obstoječim omrežjem 4G. V skladu z načrti Ministrstva za telekomunikacije in množične komunikacije se bo v Rusiji 5G od leta 2020 začel pojavljati v mestih z več kot milijonom prebivalcev. V praksi bo obsežna uvedba odvisna od zmožnosti monetizacije in ta vidik 5G še ni jasen.
V čem je težava z monetizacijo? Dejstvo je, da telekomunikacijski operaterji še ne vidijo tehtnih razlogov za posodobitev: obstoječa omrežja se obremenitvi kar dobro spopadajo. In zdaj 5G obravnavajo bolj kot trženje: ikona 5G na zaslonu telefona bo zagotovo plus v očeh naročnikov telekomunikacijskega operaterja. Anekdotičen primer z , ki je ob odsotnosti pravega omrežja postavil ikono 5G, zaradi česar so ga konkurenti tožili zaradi zavajanja.
Če pozorno pogledate, lahko vidite, da je ikona pravzaprav »5GE« – kar pomeni 5G Evolution, in nenadoma to ni 5G, o katerem razmišljamo, ampak le oznaka, ki so jo izumili tržniki za obstoječe omrežje LTE z nekaj izboljšavami.
Nabori čipov
Mikroelektronska podjetja so v 5G vložila že več milijard dolarjev. Čipe za mobilne modeme 5G NR ponuja Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modeme podjetja Intel, novega igralca na tem trgu, pričakujemo do konca leta 2019. Modem Samsung je narejen po 10nm tehnologiji FinFET in je združljiv s starejšimi standardi, začenši z 2G. V frekvenčnem območju do 6 GHz zagotavlja hitrost prenosa do 2 Gb/s, pri uporabi milimetrskega vala se hitrost poveča na 6 Gb/s.
Telefoni
Skoraj vsi proizvajalci telefonov Android so napovedali načrte za uvedbo 5G. Samsung je konec februarja 10 na Mobile World Congressu predstavil vodilni Galaxy S5 v različici 2019G. V Koreji je izšel 5. aprila. V ZDA se je novi izdelek pojavil 16. maja, tam pa se povezava vzpostavi z omrežjem telekomunikacijskega operaterja Verizon. Tudi drugi operaterji dohitevajo: AT&T napoveduje načrte za izdajo drugega pametnega telefona skupaj s Samsungom v drugi polovici leta 2.
Tekom leta bodo na police trgovin prišli pametni telefoni 5G različnih proizvajalcev, predvsem premium. Po nekaterih ocenah bo nova tehnologija zvišala stroške naprav za 200-300 $ in naročnino za 10 %.
Potrošniški trg
Primer 1. Domači internet
Fiksna brezžična dostopovna omrežja 5G bodo postala alternativa žičnemu internetu v naših stanovanjih. Če je prej internet prišel v naše stanovanje prek kabla, bo v prihodnosti prišel iz stolpa 5G, nato pa ga bo usmerjevalnik distribuiral prek običajnega domačega WiFi-ja. Podjetja glavnih igralcev so zaključila priprave in sinhronizirala sprostitev usmerjevalnikov v prodajo z uvedbo omrežij 5G. Tipičen usmerjevalnik 5G stane 700–900 USD in zagotavlja hitrost prenosa 2–3 Gbps. Na ta način bodo operaterji sami rešili problem "zadnje milje" in zmanjšali stroške polaganja žic. In ni se treba bati, da obstoječa hrbtenična omrežja ne bodo kos povečanemu prometu, ki bo prihajal iz omrežij 5G: potekajo raziskave za uporabo obstoječe rezerve optičnih omrežij - tako imenovanih "temnih vlaken".
Kako nov bo ta scenarij za uporabnike? Že zdaj v nekaterih državah ne uporabljajo več tradicionalnega domačega žičnega interneta in prehajajo na LTE: izkazalo se je, da je uporaba mobilnih komunikacij hitrejša in cenejša v vseh situacijah, z ugodnimi tarifami. To stanje se je na primer razvilo v Koreji. In to je prikazano v tem stripu:
Primer 2. Množično zbiranje ljudi
Zagotovo se je že vsak znašel v tako neprijetni situaciji: prideš na razstavo ali stadion in mobilna povezava izgine. In to ravno v trenutku, ko želite objaviti fotografijo ali napisati na družbenih omrežjih.
Stadioni
Samsung je opravil test skupaj z japonskim telekomunikacijskim operaterjem KDDI na bejzbolskem stadionu s 30 sedeži. S testnimi tablicami 5G smo lahko prikazali pretakanje videa 4K na več tablicah hkrati.
Stadion je eden od treh scenarijev, ki so prikazani v demo območju, imenovanem 5G City, ki se nahaja v Suwonu (sedež družbe Samsung). Drugi scenariji vključujejo urbano okolje (povezovanje video kamer, senzorjev in informacijskih tabel) in visokohitrostno dostopno točko za dostavo videa visoke ločljivosti do premikajočega se avtobusa: medtem ko gre mimo točke, ima film čas za prenos.
Игры
Niantic, ustvarjalec svetovno znane lokacijske igre Pokemon Go, si veliko obeta od 5G. In tukaj je razlog: ne tako dolgo nazaj so se v igri pojavili skupinski dogodki - racije. Racije zahtevajo, da se uskladite z drugimi igralci, da skupaj premagate posebej močnega Pokémona, kar ustvarja zanimive situacije v resničnem življenju. Tako se glavna legendarna lokacija igre z najredkejšimi Pokemoni Mewtwo nahaja na Times Squareu v New Yorku - lahko si predstavljate, kakšna množica se lahko tam zbere, ne le iz lovcev na Pokemone, ampak tudi samo turistov.
Obogatena resničnost velja tudi za »ubijalsko aplikacijo« za 5G. V tem si lahko ogledate koncept čarobnih dvobojev v realnem času, ki ga trenutno razvija Niantic v novi igri, ki temelji na Harryju Potterju. Niantic je že sklenil partnerstvo s Samsungom ter operaterjema Deutsche Telecom in SK Telecom.
promet
Nazadnje je zanimiv primer z vlakom. Pojavila se je ideja, da bi železnici zagotovili komunikacijo 5G za zabavo in udobje potnikov. Študija Univerze v Bristolu : če želite doseči hitro brezhibno komunikacijo, morate opremiti železnico z dostopnimi točkami na razdalji 800 metrov ena od druge!
Primer postavitve dostopnih točk vzdolž železniške proge
Uspešno opravili preizkuse na vlaku, ki je vozil v bližini Tokia – njihov in Samsung skupaj s telekomunikacijskim operaterjem KDDI. Med preizkusi je bila dosežena hitrost 1,7 Gbps, med testom pa je bil s kamere naložen 8K video in naložen 4K video.
Novi primeri uporabe
A vse to je bolj rešitev za težave, ki so nam že znane. Kaj bistveno novega nam lahko ponudi 5G?
Povezan avto
Glavna prednost je nizka zakasnitev, ki strojem omogoča medsebojno komunikacijo pri hitrostih do 500 km/h. Za razliko od človeških voznikov se bodo avtomobili končno lahko pogajali med seboj ali s fiksno infrastrukturo o manevrih, zaradi česar bo cesta varnejša. Zanimivo je, da bo sistem upošteval vremenske razmere: vsi vedo, da je ob spolzkem vremenu zavorna pot daljša, zato bi se pravila v takšnem sistemu morala spremeniti.
Evropsko združenje 5GAA (Automotive Association) že združuje več kot 100 velikih telekomunikacijskih in avtomobilskih proizvajalcev po vsem svetu, da bi pospešili uvedbo C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Glavna cilja združenja sta celovita varnost v cestnem prometu in prometna učinkovitost. Na varnost lahko računajo tudi kolesarji in pešci s pametnimi telefoni 5G. Udeleženci v prometu na razdaljah do 1 km bodo lahko neposredno komunicirali, na daljših razdaljah bodo potrebovali pokritost s 5G. Sistem bo poskrbel za ustvarjanje koridorjev za policijo in reševalna vozila, poskrbel za izmenjavo senzorjev med avtomobili, vožnjo na daljavo in druge čudeže. Po uvedbi C-V2X združenje načrtuje uporabo izkušenj, pridobljenih v 5G V2X, kjer si bo prizadevalo za industrijo 4.0, pametna mesta in vse, kar se premika, uporablja 5G.
Primeri situacij, ki jih je mogoče rešiti z uporabo Connected Car. Vir: Qualcomm
5G bo omogočil komunikacijo ne le za kopenska vozila, ampak tudi za letala. Letos je Samsung skupaj s španskim internetnim ponudnikom Orange oz. , kako je pilot na daljavo nadzoroval let brezpilotnega letala z uporabo razpostavljenega omrežja 5G in prejemal video tok visoke ločljivosti v realnem času. Ameriški ponudnik Verizon je leta 2017 kupil , obljublja milijone letov, povezanih s 5G. Brezpilotna letala podjetja so že povezana z Verizonovim omrežjem 4G v živo.
Industrija 4.0
Na splošno je bil izraz "Industrie 4.0" izumljen v Nemčiji za program industrijske posodobitve. Združenje (5G Alliance for Connected Industries and Automation) s sedežem v Nemčiji že od leta 2018 združuje proizvodna podjetja, ki jih zanima uporaba 5G. Največje zahteve po zakasnitvi in zanesljivosti postavlja krmiljenje gibanja industrijskih robotov, kjer odzivni čas ne sme preseči več deset mikrosekund. To je zdaj rešeno z industrijskim ethernetom (na primer standard EtherCAT). Verjetno se bo 5G potegoval tudi za to nišo!
Druge aplikacije, kot je komunikacija med industrijskimi krmilniki ali s človeškimi operaterji, senzorska omrežja, so manj zahtevne. Dandanes večina teh omrežij uporablja kabel, zato se brezžično omrežje 5G zdi ekonomsko sprejemljiva rešitev, poleg tega pa omogoča hitro rekonfiguracijo proizvodnje.
V praksi bo ekonomska izvedljivost privedla do sprejetja 5G na najdražjih področjih človeškega dela, kot so vozniki viličarjev v tovarnah in skladiščih. Tako je pokazalo evropsko inženirsko podjetje Acciona . Voziček oddaja 360-video v visoki ločljivosti, iz nepričakovane situacije pa mu bo pomagal upravljavec na daljavo. Voziček uporablja tehnologijo 5G podjetij Cisco in Samsung.
Tehnologije za sodelovanje na daljavo bodo šle še dlje. Letos je bilo prikazano, kako strokovnjak kirurg v realnem času spremlja potek operacije raka, ki poteka veliko kilometrov stran, in svojim kolegom pokaže, kako je najbolje izvesti operacijo. Ko se bo tehnologija izboljševala, bo lahko prevzel bolj aktivno vlogo in neposredno nadzoroval kirurške instrumente.
Internet stvari
V prvi vrsti bo 5G rešil problem številnih in slabo podprtih komunikacijskih standardov interneta stvari, ki trenutno po našem mnenju omejuje razvoj tega področja.
Tu lahko 5G ponudi naslednje:
- Ad hoc omrežja (brez usmerjevalnikov)
- Visoka gostota povezanih naprav
- Podpira ozkopasovne, energetsko učinkovite (10+ let na eni bateriji) komunikacije
A zdi se, da velika podjetja še vedno bolj zanimajo drugi scenariji kot internet stvari. Hitro iskanje po internetu ni našlo nobenih demonstracij ključnih akterjev o prednostih 5G za internet stvari.
Če zaključimo to temo, bodimo pozorni na naslednjo zanimivo možnost. Dandanes odvisnost od vtičnice ali potreba po zamenjavi baterij omejujeta 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 trenutni standardi tega ne določajo, ne dvomimo, da bodo inženirji kmalu našli načine, kako izkoristiti to priložnost!
Funkcije za razvijalce
Če vas tema zanima, kam naprej?
Komunikacije. Na prihajajočih ruskih konferencah se boste lahko osebno srečali z igralci 5G 29-30 maj, 30-31 maj, 25. in 27. junij, 24 oktober.
Med akademskimi stiki je treba omeniti potekalo na Inštitutu za probleme prenosa informacij.
Financiranje. Ključni akterji organizirajo tekmovanja za uporabo 5G na različnih področjih. V ZDA Verizon pred kratkim Tekmovanje »Built on 5G Challenge« za industrijo 4.0, poglobljene potrošniške aplikacije (VR/AR) in prodorne ideje (spreminjanje načina življenja in dela). Tekmovanje je odprto za registrirana mala podjetja v ZDA, prijave pa sprejemamo do 15. julija. Nagradni sklad znaša 1 milijon dolarjev. Zmagovalci bodo objavljeni oktobra letos.
Zaposlovanje. Poleg mobilnih operaterjev velike četverice v Rusiji obstaja več podjetij, ki načrtujejo uporabo 5G v bližnji prihodnosti. Poslovni model vodilnega ponudnika dostave vsebin v Rusiji in CIS, CDNVideo, je plačilo za količino prejetega prometa. Uporaba 5G, ki potencialno zniža to ceno, bo podjetju omogočila znižanje stroškov. PlayKey promovira igre v oblaku in ni presenetljivo, da načrtuje tudi uporabo 5G.
open Source, bo verjetno igral ključno vlogo pri infrastrukturi. ameriški podpira 5G. evropski združuje tiste, ki želijo zaobiti lastniške komponente infrastrukture 5G. Strateška področja vključujejo podporo za 5G modeme in programsko definirane sisteme, heterogena omrežja in internet stvari. virtualizira radijska dostopovna omrežja. Izvedba omrežnega jedra je na voljo pri .
Avtorji:
Stanislav Polonsky - vodja oddelka za napredne raziskave in razvoj raziskovalnega centra Samsung
Tatjana Volkova - avtorica učnega načrta za projekt IoT Samsung Academy, specialistka za programe družbene odgovornosti podjetij v raziskovalnem centru Samsung
Vir: www.habr.com