Även utan att särskilt förstå generationerna av mobilkommunikationsstandarder kommer förmodligen vem som helst att svara att 5G är coolare än 4G/LTE. I verkligheten är allt inte så enkelt. Låt oss ta reda på varför 5G är bättre/sämre och vilka fall av dess användning är de mest lovande, med hänsyn till det nuvarande tillståndet.
Så vad lovar 5G-tekniken oss?
- Hastighetsökning tiotals gånger upp till 10 Gb/s,
- Minska fördröjningar (latens) med tiotals gånger till 1 ms,
- Ökad anslutningssäkerhet (paketförlustfelfrekvens) hundratals gånger,
- Öka densiteten (antal) av anslutna enheter (106/km2).
Allt detta uppnås genom:
- multikanal (parallellism mellan frekvenser och basstationer)
- öka radiobärarfrekvenserna från enheter till tiotals GHz (radiokanalkapacitet)
5G kommer att förbättras jämfört med 4G i traditionella områden, oavsett om det är omedelbar filmnedladdning eller sömlös anslutning av en mobilapp till molnet. Så, kommer det att vara möjligt att vägra att leverera internet till våra lägenheter och kontor via kabel?
5G kommer att ge universell anslutning från allt till allt, och kombinerar energikrävande protokoll med hög bandbredd med smalbandiga, energieffektiva. Detta kommer att öppna upp nya riktningar som är otillgängliga för 4G: maskin-till-maskin-kommunikation på marken och i luften, Industry 4.0, Internet of Things. att 5G-företag kommer att tjäna $3.5T år 2035 och skapa 22 miljoner jobb.
Eller inte?..
(Bildkälla - Reuters)
Hur fungerar den här
Om du vet hur 5G fungerar, hoppa över det här avsnittet.
Så, hur kan vi uppnå så snabb dataöverföring i 5G, som beskrivits ovan? Det här är väl inte någon sorts magi?
Hastighetsökningen kommer att ske på grund av övergången till ett högre frekvensområde - tidigare oanvänt. Till exempel är frekvensen för WiFi i hemmet 2,4 eller 5 GHz, frekvensen för befintliga mobilnät är inom 2,6 GHz. Men när vi pratar om 5G så pratar vi direkt om tiotals gigahertz. Det är enkelt: vi ökar frekvensen, minskar våglängden – och dataöverföringshastigheten blir många gånger högre. Och nätverket som helhet är avlastat.
Här är en visuell serie om hur det var och hur det kommer att bli. Var:
Kommer vara:
(Källa: IEEE Spectrum, )
Frekvensen har tiodubblats, så i 5G har vi att göra med mycket kortare millimetervågor. De tar sig inte igenom hinder bra. Och i samband med detta förändras nätverksarkitekturen. Om tidigare kommunikationer tillhandahölls till oss av stora, kraftfulla torn som gav kommunikation över långa avstånd, nu kommer det att bli nödvändigt att placera många kompakta torn med låg effekt överallt. Och kom ihåg att i stora städer kommer du att behöva många stationer, på grund av att signalen blockeras av höghus. Så för att tryggt utrusta New York med 5G-nätverk behöver du antalet basstationer är 500 (!) gånger.
På Ryska operatörer kommer övergången till 5G att kosta dem cirka 150 miljarder rubel - en kostnad som är jämförbar med tidigare kostnader för att distribuera ett 4G-nätverk, och detta även trots att kostnaden för en 5G-station är lägre än befintliga (men många av dem) är behövda).
Två nätverksalternativ: fast telefon och mobil
Teknik som används för att minska strömförbrukningen och öka räckvidden strålformning — Dynamisk bildning av en radiostråle för en specifik abonnent. Hur görs detta? Basstationen kommer ihåg var signalen kom ifrån och vid vilken tidpunkt (den kommer inte bara från din telefon, utan också som en reflektion från hinder), och med hjälp av trianguleringsmetoder beräknar du din ungefärliga plats och bygger sedan den optimala signalvägen.
Källa: Analysys Mason
Behovet av att spåra mottagarens position leder dock till en liten skillnad mellan fasta och mobila användningsfall, och detta återspeglas i olika användningsfall (mer om detta senare i avsnittet "Konsumentmarknaden").
STATUS QUO
standarder
Det finns ingen accepterad 5G-standard. Tekniken är för komplex och det finns för många aktörer med motstridiga intressen.
5G NR-standarden är i det välutvecklade förslagsstadiet (Ny radio) från 3GPP-organisationen (Tredje generationens partnerskapsprojekt), som utvecklade de tidigare standarderna, 3G och 4G. 5G använder två radiofrekvensband (Frekvensområde, eller helt enkelt förkortad FR). FR1 erbjuder frekvenser under 6GHz. FR2 – över 24 GHz, sk. millimetervågor. Standarden stöder stationära och rörliga mottagare och är en vidareutveckling av 5GTF-standarden från den amerikanska telekomjätten Verizon, som endast stöder stationära mottagare (denna typ av tjänst kallas fasta trådlösa accessnätverk).
5G NR-standarden ger tre användningsfall:
- eMBB (förbättrat mobilt bredband) – definierar det mobila Internet vi är vana vid;
- URLLC(Ultra tillförlitlig kommunikation med låg latens) - höga krav på svarshastighet och tillförlitlighet - för uppgifter som autonom transport eller fjärrkirurgi;
- mMTC (Maskin massiv typ kommunikation) – stöd för ett stort antal enheter som sällan skickar data – fallet med Internet of Things, det vill säga mätare och övervakningsenheter.
Eller kortfattat, samma sak på bilden:
Det är viktigt att förstå att branschen initialt kommer att fokusera på att implementera eMBB som ett mer förståeligt scenario med befintliga kassaflöden.
införande av
Sedan 2018 har storskaliga tester genomförts till exempel vid vinter-OS i Sydkorea. Under 2018 genomförde alla ryska Big Four-operatörer tester. MTS testade ny teknik — Användningsfall med videosamtal, högupplöst videoöverföring och onlinespel testades.
I Sydkorea erbjöds för första gången i världen 5G-tjänst i slutet av 2018. En världsomspännande kommersiell lansering väntas nästa år, 2020. I det inledande skedet kommer FR1-bandet att användas som ett tillägg till befintliga 4G-nätverk. Enligt planerna från ministeriet för telekom och masskommunikation kommer 5G i Ryssland att börja dyka upp i städer med en befolkning på över en miljon från 2020. I praktiken kommer storskalig utbyggnad att bestämmas av möjligheten att tjäna pengar, och denna aspekt av 5G är ännu inte klar.
Vad är problemet med intäktsgenerering? Faktum är att teleoperatörerna ännu inte ser övertygande skäl för modernisering: befintliga nät kan klara belastningen ganska bra. Och nu överväger de 5G mer när det gäller marknadsföring: 5G-ikonen på telefonskärmen kommer definitivt att vara ett plus i ögonen på teleoperatörens abonnenter. Ett anekdotiskt fall med , som placerade en 5G-ikon i avsaknad av ett riktigt nätverk, för vilket konkurrenter stämde honom för bedrägeri.
Om du tittar noga kan du se att ikonen faktiskt är "5GE" - vilket står för 5G Evolution, och plötsligt är detta inte 5G vi tänker på, utan bara en etikett som uppfunnits av marknadsförare för ett befintligt LTE-nätverk med vissa förbättringar.
Chipset
Mikroelektronikföretag har redan investerat många miljarder dollar i 5G. Chips för 5G NR-mobilmodem erbjuds av Samsung (), Qualcomm (), Huawei (). Modem från Intel, en ny aktör på denna marknad, väntas i slutet av 2019. Samsung-modemet är tillverkat med 10nm FinFET-teknik och är kompatibelt med äldre standarder, till att börja med 2G. I frekvensområdet upp till 6 GHz ger den nedladdningshastigheter på upp till 2 Gb/s; vid användning av millimetervågen ökar hastigheten till 6 Gb/s.
Telefoner
Nästan alla Android-telefontillverkare har meddelat planer på att introducera 5G. Samsung presenterade flaggskeppet Galaxy S10 i 5G-versionen på Mobile World Congress-utställningen i slutet av februari 2019. Den släpptes i Korea den 5 april. I USA dök den nya produkten upp den 16 maj och där sker kopplingen till teleoperatören Verizons nätverk. Andra operatörer kommer också ikapp: AT&T tillkännager planer på att släppa en andra smartphone tillsammans med Samsung under andra halvan av 2.
Under året kommer 5G-smarttelefoner från olika tillverkare, mestadels premium sådana, att hamna på butikshyllorna. Enligt vissa uppskattningar kommer den nya tekniken att öka kostnaden för enheter med $200-300 och prenumerationsavgiften med 10%.
Konsumentmarknad
Fall 1. Hem Internet
Fasta trådlösa 5G-nätverk kommer att bli ett alternativ till fast internet i våra lägenheter. Om internet tidigare kom till vår lägenhet via kabel, kommer det i framtiden att komma från ett 5G-torn, och sedan kommer routern att distribuera det via det vanliga WiFi-hemmet. Huvudaktörsföretagen har slutfört förberedelserna och synkroniserat utgivningen av routrar till försäljning med utbyggnaden av 5G-nätverk. En typisk 5G-router kostar $700-900 och ger nedladdningshastigheter på 2-3 Gbps. På så sätt kommer operatörerna att lösa problemet med "sista milen" för sig själva och minska kostnaderna för att lägga ledningar. Och det finns ingen anledning att vara rädd för att befintliga stamnät inte kommer att klara av den ökade trafiken som kommer från 5G-nät: forskning pågår om användningen av den befintliga reserven av fiberoptiska nätverk - den så kallade "svarta fibern" ( mörk fiber).
Hur nytt blir det här scenariot för användarna? Redan nu, i vissa länder använder de inte längre traditionellt trådbundet internet i hemmet och byter till LTE: det visar sig att det är snabbare och billigare att använda mobilkommunikation i alla situationer, med bekväma tariffer tillgängliga. Denna situation har till exempel utvecklats i Korea. Och det illustreras i denna serie:
Fall 2. Masssammankomster av människor
Alla har säkert varit i en sådan obehaglig situation: kom till en utställning eller stadion, och mobilanslutningen försvinner. Och det är just i det ögonblick då du vill lägga upp ett foto eller skriva på sociala nätverk.
Stadioner
Samsung genomförde testet tillsammans med den japanska telekomoperatören KDDI på en basebollstadion med 30 5 platser. Med hjälp av 4G-surfplattor kunde vi demonstrera XNUMXK-videoströmning på flera surfplattor samtidigt.
Stadion är ett av tre scenarier som illustreras i ett demoområde som kallas 5G City, beläget i Suwon (Samsungs huvudkontor). Andra scenarier inkluderar en stadsmiljö (ansluter videokameror, sensorer och informationstavlor) och en höghastighetsaccesspunkt för att leverera HD-video till en rörlig buss: medan den passerar förbi punkten har filmen tid att ladda ner.
Игры
Niantic, skaparen av det världsberömda platsbaserade spelet Pokemon Go, har stora förhoppningar på 5G. Och här är anledningen: för inte så länge sedan dök grupphändelser upp i spelet - räder. Raider kräver att du koordinerar med andra spelare för att arbeta tillsammans för att besegra en särskilt kraftfull Pokémon, och detta skapar intressanta situationer i verkligheten. Således ligger den främsta legendariska platsen för spelet med den sällsynta Pokemon Mewtwo på Times Square i New York - du kan föreställa dig vilken folkmassa som kan samlas där, bestående inte bara av Pokémonjägare, utan också bara turister.
Augmented reality betraktas också som en "killer app" för 5G. I den du kan se konceptet med magiska dueller i realtid som för närvarande utvecklas av Niantic i det nya spelet baserat på Harry Potter. Niantic har redan ingått partnerskap med Samsung och operatörerna Deutsche Telecom och SK Telecom.
Transport
Slutligen är tågfallet intressant. En idé dök upp att förse järnvägen med 5G-kommunikation för underhållning och passagerarkomfort. University of Bristol studie : för att uppnå sömlös kommunikation med hög hastighet måste du utrusta järnvägen med accesspunkter på ett avstånd av 800 meter från varandra!
Ett exempel på hur man placerar accesspunkter längs ett järnvägsspår
Tester genomfördes framgångsrikt på ett tåg som körde nära Tokyo - deras och Samsung tillsammans med teleoperatören KDDI. Under testerna uppnåddes en hastighet på 1,7 Gbps och under testet laddades 8K-video ner och 4K-video laddades upp från kameran.
Nya användningsfall
Men allt detta är snarare en lösning på problem som redan är bekanta för oss. Vilka fundamentalt nya saker kan 5G erbjuda oss?
Uppkopplad bil
Den största fördelen är låg latens, vilket gör att maskiner kan kommunicera med varandra i hastigheter på upp till 500 km/h. Till skillnad från mänskliga förare kommer bilar äntligen att kunna förhandla sinsemellan eller med fast infrastruktur om manövrar, vilket gör vägen säkrare. Det är intressant att systemet tar hänsyn till väderförhållanden: alla vet att i halt väder är bromssträckan längre, så reglerna i ett sådant system bör ändras.
European 5GAA (Automotive Association) samlar redan mer än 100 stora telekom- och biltillverkare runt om i världen för att påskynda utbyggnaden av C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Föreningens huvudmål är övergripande trafiksäkerhet och trafikeffektivitet. Cyklister och fotgängare med 5G-smarttelefoner kan också räkna med säkerheten. Trafikdeltagare på avstånd upp till 1 km kommer att kunna kommunicera direkt, på längre avstånd kommer de att behöva 5G-täckning. Systemet kommer att säkerställa skapandet av korridorer för poliser och ambulanser, tillhandahålla utbyte av sensorer mellan bilar, fjärrkörning och andra mirakel. Efter lanseringen av C-V2X planerar föreningen att tillämpa erfarenheterna från 5G V2X, där man ska ta sikte på industri 4.0, smarta städer och allt som rör sig använder 5G.
Exempel på situationer som kan lösas med Connected Car. Källa: Qualcomm
5G kommer att tillåta kommunikation inte bara för markfordon utan även för flygplan. I år har Samsung, tillsammans med den spanska internetleverantören Orange, , hur en fjärrpilot styrde flygningen av en drönare med hjälp av ett utplacerat 5G-nätverk och tog emot en högupplöst videoström i realtid. Den amerikanska leverantören Verizon köpte 2017 , lovar miljontals 5G-anslutna flyg. Företagets drönare är redan anslutna till Verizons live 4G-nätverk.
Industri 4.0
I allmänhet uppfanns uttrycket "Industrie 4.0" i Tyskland för dess industriella moderniseringsprogram. Förening (5G Alliance for Connected Industries and Automation), med huvudkontor i Tyskland, har sedan 2018 förenat tillverkande företag som är intresserade av att använda 5G. De största kraven på latens och tillförlitlighet ställs av rörelsestyrning av industrirobotar, där svarstiden inte kan överstiga tiotals mikrosekunder. Detta är nu löst med hjälp av Industrial Ethernet (till exempel EtherCAT-standarden). Det är troligt att 5G kommer att konkurrera om denna nisch också!
Andra tillämpningar, såsom kommunikation mellan industriella styrenheter eller med mänskliga operatörer, sensornätverk, är mindre krävande. Nuförtiden använder de flesta av dessa nätverk kabel, så trådlöst 5G verkar vara en ekonomiskt lönsam lösning, förutom att möjliggöra snabb omkonfigurering av produktionen.
I praktiken kommer ekonomisk genomförbarhet att leda till antagandet av 5G i de dyraste områdena för mänsklig arbetskraft, såsom gaffeltruckförare i fabriker och lager. Det visade det europeiska verkstadsföretaget Acciona . Vagnen sänder 360-video i hög upplösning, och en fjärroperatör hjälper den att ta sig ur en oväntad situation. Vagnen använder 5G-teknik från Cisco och Samsung.
Teknik för fjärrsamarbete kommer att gå längre. I år visades det hur en expertkirurg i realtid övervakar utvecklingen av en canceroperation, som äger rum många kilometer bort, och visar sina kollegor hur man bäst utför operationen. När tekniken förbättras kommer han att kunna ta en mer aktiv roll och direkt kontrollera kirurgiska instrument.
Sakernas internet
Först och främst kommer 5G att lösa problemet med många och dåligt stödda Internet of Things-kommunikationsstandarder, vilket för närvarande, enligt vår mening, begränsar utvecklingen av detta område.
Här kan 5G erbjuda följande:
- Ad hoc-nätverk (utan routrar)
- Hög täthet av anslutna enheter
- Stöder smalbandig, energieffektiv (10+ år på ett batteri) kommunikation
Men det verkar som att storföretagen fortfarande är mer intresserade av andra scenarier än Internet of Things. En snabb internetsökning hittade inga demonstrationer från nyckelspelare av fördelarna med 5G för Internet of Things.
Avsluta detta ämne, låt oss uppmärksamma följande intressanta möjlighet. Nuförtiden begränsar beroendet av ett uttag eller behovet av att byta batterier valet av "grejer". Lågfrekvent induktiv trådlös laddning fungerar bara över ett avstånd på några centimeter. 5G och dess riktade millimetervågor kommer att möjliggöra effektiv laddning över avstånd på flera meter. Även om nuvarande standarder inte specificerar detta, tvivlar vi inte på att ingenjörer snart kommer att hitta sätt att dra nytta av denna möjlighet!
Utvecklarfunktioner
Om du är intresserad av ämnet, vart ska du gå härnäst?
Anslutningar. Du kommer att personligen kunna träffa 5G-spelare vid kommande ryska konferenser 29-30 maj, 30-31 maj, 25-27 juni, 24 oktober.
Bland akademiska kontakter bör det noteras hölls vid Institutet för informationsöverföringsproblem.
finansiering. Nyckelaktörer håller tävlingar för att använda 5G inom olika områden. I USA Verizon nyligen "Built on 5G Challenge"-tävling för Industry 4.0, uppslukande konsumentapplikationer (VR/AR) och banbrytande idéer (som förändrar vårt sätt att leva och arbeta). Tävlingen är öppen för registrerade amerikanska småföretag och ansökningar accepteras fram till den 15 juli. Prisfonden är $1M. Vinnarna tillkännages i oktober i år.
placering. Förutom de fyra stora mobiloperatörerna finns det flera företag i Ryssland som planerar att använda 5G inom en snar framtid. Affärsmodellen för den ledande innehållsleveransleverantören i Ryssland och OSS, CDNVideo, är betalning för den mottagna trafikvolymen. Användningen av 5G, som potentiellt sänker detta pris, kommer att göra det möjligt för företaget att minska kostnaderna. PlayKey marknadsför spel i molnet, och det är inte förvånande att man också planerar att använda 5G.
Open Source, kommer sannolikt att spela en nyckelroll i infrastrukturen. amerikansk stöder 5G. Europeiska samlar de som vill kringgå proprietära komponenter i 5G-infrastruktur. Strategiska områden inkluderar stöd för 5G-modem och mjukvarudefinierade system, heterogena nätverk och Internet of Things. virtualiserar radioaccessnätverk. Implementering av nätverkskärnan är tillgänglig från .
Författare:
Stanislav Polonsky - Chef för avdelningen för avancerad forskning och utveckling vid Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Författare till läroplanen för IoT-projektet Samsung Academy, specialist på program för företagens sociala ansvar vid Samsung Research Center
Källa: will.com