5Г – где и коме треба?

Чак и без посебног разумевања генерација стандарда мобилне комуникације, свако ће вероватно одговорити да је 5Г хладнији од 4Г/ЛТЕ. У стварности, све није тако једноставно. Хајде да схватимо зашто је 5Г бољи/гори и који случајеви његове употребе су најперспективнији, узимајући у обзир тренутно стање.

Дакле, шта нам обећава 5Г технологија?

• Повећање брзине десетине пута до 10 Гб/с,
• Смањење кашњења (латенције) за десетине пута на 1 мс,
• Повећана поузданост везе (стопа грешака у губитку пакета) стотине пута,
• Повећање густине (броја) прикључених уређаја (106/км2).

Све ово се постиже кроз:

• вишеканални (паралелизам преко фреквенција и базних станица)
• повећање фреквенција радио носача са јединица на десетине ГХз (капацитет радио канала)

5Г ће побољшати 4Г у традиционалним областима, било да се ради о тренутном преузимању филмова или неприметном повезивању мобилне апликације са облаком. Дакле, да ли ће бити могуће одбити испоруку Интернета у наше станове и канцеларије путем кабла?

5Г ће обезбедити универзалну повезаност од свега до свега, комбинујући протоколе високог пропусног опсега, који захтевају енергију, са ускопојасним, енергетски ефикасним протоколима. Ово ће отворити нове правце који су недоступни 4Г: комуникација машина-машина на земљи и у ваздуху, Индустрија 4.0, Интернет ствари. Очекиванода ће 5Г пословање зарадити 3.5Т долара до 2035. и створити 22 милиона радних места.
Или не?..

(Извор слике – Ројтерс)

Како ово ради

Ако знате како 5Г функционише, прескочите овај одељак.

Дакле, како можемо постићи тако брз пренос података у 5Г, као што је горе описано? Ово није нека магија, зар не?

До повећања брзине ће доћи услед преласка на виши фреквентни опсег – раније некоришћен. На пример, фреквенција кућног ВиФи-а је 2,4 или 5 ГХз, фреквенција постојећих мобилних мрежа је унутар 2,6 ГХз. Али када говоримо о 5Г, одмах говоримо о десетинама гигахерца. Једноставно је: повећавамо фреквенцију, смањујемо таласну дужину - и брзина преноса података постаје много пута већа. И мрежа у целини је растерећена.

Ево визуелног стрипа како је било и како ће бити. Био:


Ће бити:

(Извор: ИЕЕЕ Спецтрум, Све што треба да знате о 5Г)

Фреквенција се десетоструко повећала, тако да у 5Г имамо посла са много краћим, милиметарским таласима. Не пролазе добро кроз препреке. И у вези са овим, архитектура мреже се мења. Ако су нам раније комуникације пружале велике, моћне куле које су обезбеђивале комуникацију на великим удаљеностима, сада ће бити потребно свуда поставити много компактних кула мале снаге. И имајте на уму да ће вам у великим градовима бити потребно много станица, јер сигнал блокирају вишеспратнице. Дакле, да бисте са сигурношћу опремили Њујорк 5Г мрежама, требате увеличить број базних станица је 500 (!) пута.

На процењено Руске оператере, прелазак на 5Г коштаће их око 150 милијарди рубаља - трошак који је упоредив са претходним трошковима за постављање 4Г мреже, и то чак и упркос чињеници да је цена 5Г станице нижа од постојећих (али многи од њих Потребни су).

Две опције мреже: фиксна и мобилна

Технологија која се користи за смањење потрошње енергије и повећање домета беамформинг — динамичко формирање радио зрака за одређеног претплатника. Како се ово ради? Базна станица памти одакле је сигнал дошао и у које време (не долази само са вашег телефона, већ и као рефлексија од препрека), и помоћу метода триангулације израчунава вашу приближну локацију, а затим гради оптималну путању сигнала.

Извор: Аналисис Масон

Међутим, потреба да се прати положај пријемника доводи до мале разлике између фиксних и мобилних случајева употребе, а то се одражава у различитим случајевима употребе (више о томе касније у одељку „Потрошачко тржиште“).

Досадашње стање

Стандарди

Не постоји прихваћени 5Г стандард. Технологија је превише сложена и превише је играча са супротстављеним интересима.

5Г НР стандард је у високо развијеној фази предлога (Нови радио) из 3ГПП организације (Пројекат партнерства треће генерације), који је развио претходне стандарде, 3Г и 4Г. 5Г користи два опсега радио фреквенција (Фреквенцијски опсег, или једноставно скраћено FR). ФР1 нуди фреквенције испод 6ГХз. ФР2 – изнад 24 ГХз, тзв. милиметарски таласи. Стандард подржава стационарне и покретне пријемнике и представља даљи развој 5ГТФ стандарда америчког телекомуникационог гиганта Веризон, који подржава само стационарне пријемнике (овај тип услуге се назива фиксне бежичне приступне мреже).

Стандард 5Г НР предвиђа три случаја употребе:

• еМББ (побољшани мобилни широкопојасни) – дефинише мобилни интернет на који смо навикли;
• УРЛЛЦ(Ултра поуздане комуникације са малим кашњењем) - високи захтеви за брзину и поузданост одговора - за задатке као што су аутономни транспорт или операција на даљину;
• мМТЦ (Машински масивни тип комуникација) – подршка за велики број уређаја који ретко шаљу податке – случај Интернета ствари, односно мерача и уређаја за праћење.

Или укратко, иста ствар на слици:

Важно је схватити да ће се индустрија у почетку фокусирати на имплементацију еМББ-а као разумљивијег сценарија са постојећим новчаним токовима.

Увод

Од 2018. године врше се масовна тестирања, на пример, на Зимским олимпијским играма у Јужној Кореји. У 2018. тестирања су спровели сви оператери велике четворке Русије. МТС тестирао нову технологију заједно са Самсунг-ом — тестирани су случајеви коришћења видео позива, видео преноса високе дефиниције и онлајн игрица.

У Јужној Кореји, први пут у свету, 5Г услуга је понуђена крајем 2018. Светско комерцијално увођење се очекује следеће године, 2020. У почетној фази, ФР1 опсег ће се користити као додатак постојећим 4Г мрежама. Према плановима Министарства телекомуникација и масовних комуникација, у Русији ће 5Г почети да се појављује у градовима са преко милион становника од 2020. године. У пракси, широка примена ће бити одређена могућношћу монетизације, а овај аспект 5Г још није јасан.

Шта је проблем са монетизацијом? Чињеница је да телеком оператери још не виде убедљиве разлоге за модернизацију: постојеће мреже могу прилично добро да се носе са оптерећењем. А сада 5Г више разматрају у смислу маркетинга: 5Г икона на екрану телефона ће дефинитивно бити плус у очима претплатника телеком оператера. Анегдотски случај са оператер АТ&Т, који је у недостатку праве мреже поставио 5Г икону, због чега су га конкуренти тужили због преваре.

Ако пажљиво погледате, можете видети да је икона заправо „5ГЕ“ – што значи 5Г Еволутион, и одједном ово није 5Г на који мислимо, већ само ознака коју су измислили трговци за постојећу ЛТЕ мрежу са неким побољшањима.

Чипсети

Компаније за микроелектронику су већ уложиле много милијарди долара у 5Г. Самсунг нуди чипове за 5Г НР ћелијске модеме (Екинос модем 5100), Куалцомм (Снапдрагон Кс55 модем), Хуавеи (Балонг 5000). Модеми компаније Интел, новог играча на овом тржишту, очекују се до краја 2019. Самсунг модем је направљен коришћењем 10нм ФинФЕТ технологије и компатибилан је са старијим стандардима, почевши од 2Г. У фреквенцијском опсегу до 6 ГХз обезбеђује брзину преузимања до 2 Гб/с; када се користи милиметарски талас, брзина се повећава на 6 Гб/с.

Телефони

Скоро сви произвођачи Андроид телефона најавили су планове за увођење 5Г. Самсунг је представио водећи Галаки С10 у 5Г верзији на Мобиле Ворлд Цонгрессу крајем фебруара 2019. У Кореји је представљен 5. априла. У САД се нови производ појавио 16. маја, а тамо долази до везе са мрежом телеком оператера Веризон. Други оператери такође сустижу корак: АТ&Т најављује планове за издавање другог паметног телефона заједно са Самсунгом у другој половини 2.
Током године, 5Г паметни телефони различитих произвођача, углавном премијум, наћи ће се на полицама продавница. Према неким проценама, нова технологија ће повећати цену уређаја за 200-300 долара, а претплату за 10%.

Корисничка продавница

Случај 1. Кућни Интернет

5Г фиксне бежичне приступне мреже постаће алтернатива жичном Интернету у нашим становима. Ако је раније Интернет долазио у наш стан преко кабла, онда ће у будућности долазити са 5Г торња, а затим ће га рутер дистрибуирати преко уобичајеног кућног ВиФи-а. Главни играчи компаније су завршили припреме, синхронизујући пуштање рутера на продају са постављањем 5Г мрежа. Типичан 5Г рутер кошта 700-900 долара и обезбеђује брзину преузимања од 2-3 Гбпс. На овај начин оператери ће сами решити проблем „последње миље“ и смањити трошкове полагања жица. И нема потребе да се плашите да постојеће окосне мреже неће изаћи на крај са повећаним саобраћајем који ће долазити из 5Г мрежа: у току су истраживања о коришћењу постојеће резерве оптичких мрежа - такозваних „црних влакана“ ( тамна влакна).

Колико ће овај сценарио бити нов за кориснике? Већ сада у неким земљама више не користе традиционални кућни жичани интернет, већ прелазе на ЛТЕ: испоставило се да је брже и јефтиније користити мобилне комуникације у свим ситуацијама, уз повољне тарифе. Ова ситуација се, на пример, развила у Кореји. И то је илустровано у овом стрипу:

Случај 2. Масовна окупљања људи

Сигурно су сви били у тако непријатној ситуацији: дођите на изложбу или стадион, а мобилна веза нестаје. И то управо у тренутку када желите да поставите фотографију или пишете на друштвеним мрежама.

Стадиони

Самсунг је спровео тест заједно са јапанским телеком оператером КДДИ на бејзбол стадиону са 30 места. Користећи тест 5Г таблете, успели смо да демонстрирамо 4К видео стриминг на неколико таблета истовремено.

Стадион је један од три сценарија који су илустровани у демо области под називом 5Г Цити, која се налази у Сувону (Самсунгово седиште). Други сценарији укључују урбано окружење (повезивање видео камера, сензора и информационих плоча) и приступну тачку велике брзине за испоруку ХД видеа аутобусу у покрету: док пролази поред тачке, филм има времена за преузимање.

Игры

Ниантиц, творац светски познате игре засноване на локацији Покемон Го, полаже велике наде у 5Г. А ево и зашто: не тако давно у игри су се појавили групни догађаји - рације. Препади захтевају од вас да координирате са другим играчима како бисте заједно радили на победи посебно моћног Покемона, а то ствара занимљиве ситуације у стварном животу. Тако се главна легендарна локација игре са најређим Покемон Мевтво налази на Тајмс скверу у Њујорку - можете замислити каква гомила може да се окупи тамо, која се састоји не само од ловаца на Покемоне, већ и само од туриста.

Проширена стварност се такође сматра „убиственом апликацијом“ за 5Г. У томе видео можете видети концепт магичних дуела у реалном времену који тренутно развија Ниантиц у новој игри заснованој на Харију Потеру. Ниантиц је већ ступио у партнерство са Самсунгом и оператерима Деутсцхе Телецом и СК Телецом.

Превоз

Коначно, случај воза је занимљив. Појавила се идеја да се железници обезбеди 5Г комуникације за забаву и удобност путника. Студија Универзитета у Бристолу откривено: да бисте постигли беспрекорну комуникацију великом брзином, потребно је да опремите железницу приступним тачкама на удаљености од 800 метара једна од друге!

Пример постављања приступних тачака дуж железничке пруге

Тестови су успешно обављени на возу који је саобраћао у близини Токија – њихов потрошенои Самсунг заједно са телеком оператером КДДИ. Током тестова постигнута је брзина од 1,7 Гбпс, а током теста је преузет 8К видео и 4К видео постављен са камере.

Нови случајеви употребе

Али све ово је пре решење за проблеме који су нам већ познати. Шта суштински нове ствари може да нам понуди 5Г?

Повезани аутомобил

Главна предност је мала латенција, омогућавајући машинама да међусобно комуницирају при брзинама до 500 км/х. За разлику од људских возача, аутомобили ће коначно моћи да преговарају између себе или са фиксном инфраструктуром о маневрима, чинећи пут безбеднијим. Занимљиво је да ће систем узети у обзир временске услове: сви знају да је по клизавом времену пут кочења дужи, па би правила у таквом систему требало да се промене.

Европско 5ГАА (аутомобилско удружење) већ окупља више од 100 великих произвођача телекомуникација и аутомобила широм света како би убрзали примену Ц-В2Кс (ћелијско возило за све). Основни циљеви удружења су свеобухватна безбедност на путевима и ефикасност саобраћаја. Бициклисти и пешаци са 5Г паметним телефонима такође могу да рачунају на безбедност. Учесници у саобраћају на удаљености до 1 км моћи ће да комуницирају директно, а на већим удаљеностима биће им потребна 5Г покривеност. Систем ће обезбедити стварање коридора за полицију и хитну помоћ, обезбедити размену сензора између аутомобила, вожњу на даљину и друга чуда. Након лансирања Ц-В2Кс, удружење планира да примени искуство стечено у 5Г В2Кс, где ће се усмерити на индустрију 4.0, паметне градове и све што се креће користи 5Г.

Примери ситуација које се могу решити користећи Цоннецтед Цар. Извор: Куалцомм

5Г ће омогућити комуникацију не само за копнена возила, већ и за авионе. Ове године, Самсунг, заједно са шпанским интернет провајдером Оранге, демонстрирао, како је даљински пилот контролисао лет дрона користећи распоређену 5Г мрежу и примајући видео стреам високе резолуције у реалном времену. Амерички провајдер Веризон купио је 2017 Оператер дронова Скивард, обећава милионе летова повезаних са 5Г. Беспилотне летелице компаније већ су повезане са Веризоновом живом 4Г мрежом.

Индустрија 4.0

Генерално, израз „Индустрие 4.0“ је измишљен у Немачкој за њен програм индустријске модернизације. Удружење 5Г-АЦИА (5Г Алијанса за повезане индустрије и аутоматизацију), са седиштем у Немачкој, од 2018. уједињује производне компаније заинтересоване за коришћење 5Г. Највеће захтеве за кашњење и поузданост намеће контрола кретања индустријских робота, где време одзива не може да пређе десетине микросекунди. Ово се сада решава коришћењем индустријског етернета (на пример, ЕтхерЦАТ стандард). Вероватно ће се 5Г такмичити и за ову нишу!

Друге апликације, као што су комуникација између индустријских контролера или са људским оператерима, сензорске мреже, су мање захтевне. Данас већина ових мрежа користи кабловску мрежу, тако да се чини да је бежични 5Г економски исплативо решење, поред тога што омогућава брзу реконфигурацију производње.

У пракси, економска изводљивост ће довести до усвајања 5Г у областима најскупље људске радне снаге, као што су возачи виљушкара у фабрикама и складиштима. Тако је демонстрирала европска инжењерска компанија Ацциона аутономна роботска колица МИР200. Колица емитују 360-видео у високој дефиницији, а даљински оператер ће му помоћи да се извуче из неочекиване ситуације. Колица користи 5Г технологију компаније Цисцо и Самсунг.

Технологије даљинске сарадње ће ићи даље. Ове године је показано како стручњак хирург у реалном времену прати ток операције карцинома, која се одвија много километара даље, и показује својим колегама како најбоље да изведу операцију. Како се технологија буде побољшавала, он ће моћи да преузме активнију улогу, директно контролишући хируршке инструменте.

Интернет Ствари

Пре свега, 5Г ће решити проблем бројних и слабо подржаних комуникационих стандарда Интернета ствари, што тренутно, по нашем мишљењу, ограничава развој ове области.

Овде 5Г може понудити следеће:

• Ад хоц мреже (без рутера)
• Велика густина повезаних уређаја
• Подржава ускопојасне, енергетски ефикасне (10+ година на једној батерији) комуникације

Али чини се да је велики бизнис и даље више заинтересован за друге сценарије осим за Интернет ствари. Брза претрага интернета није пронашла никакве демонстрације кључних играча о предностима 5Г за Интернет ствари.

Завршавајући ову тему, обратимо пажњу на следећу занимљиву могућност. Данас зависност од утичнице или потреба за заменом батерија ограничава избор „ствари“. Индуктивно бежично пуњење ниске фреквенције ради само на удаљености од неколико центиметара. 5Г и његови усмерени милиметарски таласи омогућиће ефикасно пуњење на удаљеностима од неколико метара. Иако тренутни стандарди то не прецизирају, не сумњамо да ће инжењери ускоро пронаћи начине да искористе ову прилику!

Карактеристике програмера

Ако сте заинтересовани за тему, где даље?

Комуникације. Моћи ћете лично да упознате 5Г играче на предстојећим руским конференцијама Сколково Стартуп Виллаге 2019 29-30 маја, Форум бежичне Русије: 4Г, 5Г & Беионд 2019 30-31 маја, ЦЕБИТ Русија 2019 25-27. Паметни аутомобили и путеви 2019 КСНУМКС октобар.

Међу академским контактима треба истаћи Московски семинар о телекомуникацијама одржаној у Институту за проблеме преноса информација.

Финансирање. Кључни играчи одржавају такмичења за коришћење 5Г у различитим областима. Недавно у америчком Веризону најавио Такмичење „Изграђено на 5Г изазову“ за индустрију 4.0, импресивне потрошачке апликације (ВР/АР) и револуционарне идеје (промена начина на који живимо и радимо). Конкурс је отворен за регистрована мала предузећа у САД и пријаве се примају до 15. јула. Наградни фонд је 1 милион долара. Победници ће бити проглашени у октобру ове године.

Посао. Поред мобилних оператера велике четворке, у Русији постоји неколико компанија које планирају да користе 5Г у блиској будућности. Пословни модел водећег добављача садржаја у Русији и ЗНД, ЦДНВидео, је плаћање за обим примљеног саобраћаја. Употреба 5Г, која потенцијално снижава ову цену, омогућиће компанији да смањи трошкове. ПлаиКеи промовише игре у облаку и није изненађујуће што планира да користи и 5Г.

open соурце, вероватно ће играти кључну улогу у инфраструктури. Американац Опен Нетворкинг Фоундатион подржава 5Г. европски ОпенАирИнтерфаце Софтваре Аллианце окупља оне који желе да заобиђу власничке компоненте 5Г инфраструктуре. Стратешке области укључују подршку за 5Г модеме и софтверски дефинисане системе, хетерогене мреже и Интернет ствари. О-РАН савез виртуелизује радио приступне мреже. Имплементација мрежног језгра је доступна од Опен5ГЦоре.

Аутори:

Станислав Полонски - шеф Одељења за напредна истраживања и развој Самсунг истраживачког центра

Татјана Волкова - Аутор наставног плана и програма за ИоТ пројекат Самсунг академија, специјалиста за програме корпоративне друштвене одговорности у Самсунг истраживачком центру

Извор: ввв.хабр.цом