即使没有特别了解几代移动通信标准，任何人都可能会回答：5G 比 4G/LTE 更酷。 事实上，一切并没有那么简单。 考虑到当前的状态，让我们弄清楚为什么 5G 更好/更差，以及哪些使用场景最有希望。
那么，5G技术给我们带来了什么？
- 速度提升数十倍达10 Gb/s，
- 将延迟（latency）减少数十倍至1毫秒，
- 提高连接可靠性（丢包错误率）数百次，
- 增加连接设备的密度（数量）（106/km2）。
这一切都是通过以下方式实现的：
- 多通道（跨频率和基站的并行性）
- 将无线电载波频率从单位增加到数十 GHz（无线电信道容量）
5G 将在传统领域改进 4G，无论是即时电影下载还是将移动应用程序无缝连接到云端。 那么，是否可以拒绝通过电缆向我们的公寓和办公室提供互联网？
5G 将提供万物互联的通用连接，将高带宽、高能耗协议与窄带、高能效协议相结合。 这将开辟4G无法到达的新方向：地面和空中的机器对机器通信、工业4.0、物联网。 到 5 年，3.5G 业务将赚取 2035T 美元，并创造 22 万个就业岗位。
或不？..
（图片来源 - 路透社）
怎么开动这个
如果您知道 5G 的工作原理，请跳过本节。
那么，我们如何才能在 5G 中实现如上所述的如此快速的数据传输呢？ 这不是什么魔法吧？
由于过渡到更高的频率范围（之前未使用），速度会增加。 例如，家庭WiFi的频率为2,4或5GHz，现有移动网络的频率在2,6GHz以内。 但当我们谈论 5G 时，我们立即谈论的是数十千兆赫。 很简单：我们增加频率，减少波长，数据传输速度就会提高很多倍。 并且整个网络被卸载。
这是一个视觉漫画，讲述了它的过去和未来。 曾是：
将是：
（来源：IEEE Spectrum， )
频率增加了十倍，因此在 5G 中我们处理的是更短的毫米波。 他们不能很好地穿越障碍。 与此相关的是，网络架构正在发生变化。 如果说早期的通信是通过大型、强大的塔来提供长距离通信的话，那么现在就需要在各处放置许多紧凑、低功率的塔。 请记住，在大城市，由于信号被高层建筑阻挡，您将需要很多车站。 因此，要自信地为纽约配备 5G 网络，您需要 基站数量是500（！）次。
上 对于俄罗斯运营商来说，向 5G 的过渡将花费他们约 150 亿卢布——这一成本与之前部署 4G 网络的成本相当，尽管 5G 站点的成本低于现有站点（但其中许多是是需要的）。
两种网络选择：固定电话和移动电话
用于降低功耗和增加范围的技术 波束成形 — 为特定用户动态形成无线电波束。 这是怎么做到的？ 基站会记住信号的来源和时间（它不仅来自您的手机，还来自障碍物的反射），并使用三角测量方法计算您的大致位置，然后构建最佳信号路径。
资料来源：Analysys Mason
然而，跟踪接收器位置的需要导致固定和移动用例之间存在细微差别，这反映在不同的用例中（稍后在“消费者市场”部分中对此进行了详细介绍）。
现状
标准
目前还没有公认的 5G 标准。 技术太复杂，利益冲突的参与者太多。
5G NR 标准正处于高度发达的提案阶段（新电台）来自 3GPP 组织（3rd Generation合作伙伴项目），制定了之前的标准 3G 和 4G。 5G 使用两个无线电频段（频率范围，或者简单地缩短 FR）。 FR1 提供低于 6GHz 的频率。 FR2 – 所谓 24 GHz 以上。 毫米波。 该标准支持固定和移动接收器，是美国电信巨头 Verizon 5GTF 标准的进一步发展，该标准仅支持固定接收器（此类服务称为固定无线接入网络）。
5G NR 标准提供了三种用例：
- 移动宽带（增强型移动宽带) – 定义了我们习惯的移动互联网；
- 网址LC (超可靠的低延迟通信) - 对响应速度和可靠性的高要求 - 对于诸如自主运输或远程手术等任务；
- mMTC（机器大规模通信) – 支持大量很少发送数据的设备 – 以物联网为例，即仪表和监控设备。
或者简单地说，图片中的同一件事：
重要的是要了解，该行业最初将专注于实施 eMBB，将其作为现有现金流的更易于理解的方案。
引进
自2018年以来，已经进行了大规模测试，例如在韩国冬季奥运会上。 2018年，俄罗斯四大运营商全部进行了测试。 MTS 测试了新技术 — 测试了视频通话、高清视频传输和在线游戏的用例。
韩国于 5 年底在全球首次提供 2018G 服务。 预计将于明年（2020 年）在全球范围内进行商业推广。 在初始阶段，FR1频段将用作现有4G网络的附加频段。 根据电信和大众传播部的计划，从5年起，俄罗斯2020G将开始出现在人口超过5万的城市。 在实践中，大规模部署将由变现能力决定，而XNUMXG的这一方面目前尚不清楚。
货币化存在什么问题？ 事实上，电信运营商尚未看到现代化的令人信服的理由：现有网络可以很好地应对负载。 现在他们更多地从营销角度考虑5G：手机屏幕上的5G图标在电信运营商的用户眼中肯定会是一个加分项。 一个轶事案例 他在没有真实网络的情况下放置了5G图标，为此竞争对手起诉他欺骗。
如果你仔细观察，你会发现这个图标实际上是“5GE”——它代表5G Evolution，突然间这不是我们想到的5G，而只是营销人员为现有LTE网络进行一些改进而发明的标签。
芯片组
微电子公司已经在 5G 上投资了数十亿美元。 5G NR 蜂窝调制解调器芯片由三星提供（), 高通 (), 华为 (）。 来自英特尔的调制解调器是该市场的新玩家，预计将于 2019 年底推出。三星调制解调器采用 10 纳米 FinFET 技术制造，兼容从 2G 开始的旧标准。 在高达 6 GHz 的频率范围内，它提供高达 2 Gb/s 的下载速度；当使用毫米波时，速度会增加到 6 Gb/s。
电话
几乎所有Android手机制造商都宣布了推出5G的计划。 三星于10年5月底在世界移动通信大会展会上展示了2019G版旗舰Galaxy S5，并于16月2日在韩国发布。 在美国，新产品于2019月XNUMX日上市，并与电信运营商Verizon的网络进行连接。 其他运营商也在迎头赶上：AT&T 宣布计划与三星一起在 XNUMX 年下半年推出第二款智能手机。
在这一年中，来自不同制造商的 5G 智能手机（其中大部分是高端智能手机）将登陆商店货架。 据估计，新技术将使设备成本增加200-300美元，订阅费增加10%。
消费市场
案例一、家庭上网
5G固定无线接入网络将成为我们公寓中有线互联网的替代方案。 如果以前互联网通过电缆来到我们的公寓，那么将来它将来自5G塔，然后路由器将通过通常的家庭WiFi分配它。 主要厂商已完成准备工作，路由器发售与5G网络部署同步。 典型的 5G 路由器价格为 700-900 美元，提供 2-3 Gbps 的下载速度。 这样，运营商就可以为自己解决“最后一公里”问题，降低布线成本。 无需担心现有骨干网络无法应对 5G 网络带来的流量增加：目前正在研究如何利用现有的光纤网络储备，即所谓的“黑光纤”（暗纤维）。
这个场景对于用户来说有多新鲜？ 现在，一些国家/地区已经不再使用传统的家庭有线互联网，而是转向 LTE：事实证明，在所有情况下使用移动通信速度更快、成本更低，而且资费方便。 例如，这种情况在韩国就已经出现。 漫画中对此进行了说明：
案例2、人群聚集
想必每个人都经历过这样不愉快的情况：来到展览馆或体育场，移动连接就消失了。 而这正是您想要在社交网络上发布照片或写作的时刻。
体育馆
三星与日本电信运营商 KDDI 一起在一个拥有 30 个座位的棒球场进行了测试。 使用测试 5G 平板电脑，我们能够同时在多台平板电脑上演示 4K 视频流。
该体育场是位于水原（三星总部）的 5G City 演示区展示的三个场景之一。 其他场景包括城市环境（连接摄像机、传感器和信息板）和用于将高清视频传输到移动公交车的高速接入点：当公交车经过该点时，电影有时间下载。
Игры
世界著名定位游戏 Pokemon Go 的创造者 Niantic 对 5G 寄予厚望。 原因如下：不久前，游戏中出现了群体事件——突袭。 突袭需要你与其他玩家协调，共同击败特别强大的神奇宝贝，这在现实生活中创造了有趣的情况。 因此，最稀有的神奇宝贝超梦游戏的主要传奇地点位于纽约时代广场 - 你可以想象那里会聚集什么样的人群，不仅包括神奇宝贝猎人，还包括游客。
增强现实也被认为是 5G 的“杀手级应用”。 在那里面 你可以在基于哈利波特的新游戏中看到Niantic目前正在开发的实时魔法决斗的概念。 Niantic 已经与三星以及运营商德国电信和 SK 电信建立了合作伙伴关系。
运输
最后，火车案例很有趣。 一个为铁路提供 5G 通信以提高娱乐和乘客舒适度的想法应运而生。 布里斯托大学研究 ：要实现高速无缝通信，需要在铁路上安装相距800米的接入点！
如何沿铁路轨道放置接入点的示例
他们在东京附近运行的一列火车上成功进行了测试 以及三星与电信运营商 KDDI。 测试期间，速度达到了1,7 Gbps，测试期间从相机下载8K视频并上传4K视频。
新用例
但这一切只是对我们已经熟悉的问题的解决方案。 5G 能为我们带来哪些根本性的新事物？
联网汽车
主要优点是低延迟，允许机器以高达 500 公里/小时的速度相互通信。 与人类驾驶员不同，汽车最终将能够在自身之间或与固定基础设施就操作进行协商，从而使道路更加安全。 有趣的是，该系统将考虑天气条件：每个人都知道，在湿滑天气下制动距离会更长，因此这样的系统中的规则应该改变。
欧洲5GAA（汽车协会）已经聚集了全球100多家主要电信和汽车制造商，以加速C-V2X（蜂窝车辆到一切）的部署。 该协会的主要目标是全面的道路安全和交通效率。 拥有 5G 智能手机的骑自行车者和行人也可以信赖安全。 距离不超过 1 公里的交通参与者将能够直接通信；距离更远时，他们将需要 5G 覆盖。 该系统将确保为警察和救护车创建走廊，提供汽车之间的传感器交换、远程驾驶和其他奇迹。 C-V2X推出后，该协会计划运用5G V2X的经验，瞄准工业4.0、智慧城市和一切移动应用5G的领域。
可以使用联网汽车解决的情况示例。 来源：高通
5G不仅可以实现地面车辆的通信，还可以实现飞机的通信。 今年，三星与西班牙互联网提供商 Orange 合作， ，远程飞行员如何使用部署的 5G 网络并实时接收高分辨率视频流来控制无人机的飞行。 美国运营商 Verizon 于 2017 年收购 ，承诺数以百万计的 5G 连接航班。 该公司的无人机已经连接到 Verizon 的实时 4G 网络。
工业4.0
一般来说，“工业4.0”这个词是德国为其工业现代化计划发明的。 协会 总部位于德国的 5G 互联工业和自动化联盟 (2018G Alliance for Connected Industries and Automation) 自 5 年以来一直致力于联合有兴趣使用 5G 的制造公司。 工业机器人的运动控制对延迟和可靠性要求最高，响应时间不能超过数十微秒。 现在可以使用工业以太网（例如 EtherCAT 标准）解决这个问题。 XNUMXG 很可能也会争夺这个利基市场！
其他应用，例如工业控制器之间或与人类操作员、传感器网络之间的通信，要求较低。 如今，大多数这些网络都使用电缆，因此除了允许快速重新配置生产之外，无线 5G 似乎是一种经济上可行的解决方案。
在实践中，经济可行性将导致5G在人力成本最昂贵的领域得到采用，例如工厂和仓库的叉车司机。 因此，欧洲工程公司 Acciona 展示了 。 手推车传输高清 360 度视频，远程操作员将帮助它摆脱意外情况。 该购物车采用思科和三星的 5G 技术。
远程协作技术将走得更远。 今年，展示了一位专家外科医生如何在数公里之外实时监控癌症手术的进展，并向他的同事展示如何最好地进行手术。 随着技术的进步，他将能够发挥更积极的作用，直接控制手术器械。
物联网
首先，5G将解决物联网通信标准众多且支持较差的问题，我们认为目前这限制了该领域的发展。
5G 可以提供以下功能：
- Ad hoc 网络（无路由器）
- 高密度连接设备
- 支持窄带、节能（一节电池可使用 10 年以上）通信
但似乎大企业还是对物联网以外的其他场景更感兴趣。 快速互联网搜索发现，主要参与者没有展示 5G 对物联网的好处。
结束这个话题，让我们关注以下有趣的可能性。 如今，对插座的依赖或更换电池的需要限制了“东西”的选择。 低频感应式无线充电只能在几厘米的距离内工作。 5G 及其定向毫米波将实现数米距离内的高效充电。 尽管当前标准没有具体说明这一点，但我们毫不怀疑工程师很快就会找到利用这个机会的方法！
开发者的机会
如果您对该主题感兴趣，下一步该去哪里？
沟通。 您将能够在即将举行的俄罗斯会议上亲自见到 5G 玩家 29月30日至XNUMX日， 30月31日至XNUMX日， 25月27日至XNUMX日， 十月24。
在学术交往中应该注意的是 在信息传输问题研究所举行。
资金。 主要参与者正在各个领域举办 5G 使用竞赛。 最近在美国Verizon “Built on 5G Challenge”竞赛针对工业 4.0、沉浸式消费者应用 (VR/AR) 和突破性创意（改变我们的生活和工作方式）。 该竞赛向注册的美国小型企业开放，申请截止日期为 15 月 1 日。 奖金为 XNUMX 万美元。 获奖者将于今年 XNUMX 月公布。
放置。 除了四大移动运营商之外，俄罗斯还有多家公司计划在不久的将来使用5G。 俄罗斯和独联体地区领先的内容交付提供商 CDNVideo 的商业模式是按收到的流量付费。 5G的使用可能会降低这个价格，从而使该公司能够降低成本。 PlayKey正在云端推广游戏，它也计划使用5G也就不足为奇了。
开源，很可能在基础设施方面发挥关键作用。 美国人 支持5G。 欧洲的 汇集了那些想要绕过 5G 基础设施专有组件的人。 战略领域包括对 5G 调制解调器和软件定义系统、异构网络和物联网的支持。 虚拟化无线电接入网络。 网络核心的实现可从 .
作者：
Stanislav Polonsky - 三星研究中心高级研发部负责人
Tatyana Volkova - 物联网项目三星学院课程的作者，三星研究中心企业社会责任项目专家
来源： habr.com