即使沒有特別了解幾代行動通訊標準，任何人都可能會回答：5G 比 4G/LTE 更酷。 事實上，一切都沒有那麼簡單。 考慮到目前的狀態，讓我們弄清楚為什麼 5G 更好/更差，以及哪些使用場景最有希望。
那麼，5G技術為我們帶來了什麼？
- 速度提升數十倍達10 Gb/s，
- 將延遲（latency）減少數十倍至1毫秒，
- 提高連接可靠性（丟包錯誤率）數百次，
- 增加連接設備的密度（數量）（106/km2）。
這一切都是透過以下方式實現的：
- 多通道（跨頻率和基地台的並行性）
- 將無線電載波頻率從單位增加到數十 GHz（無線電頻道容量）
5G 將在傳統領域改進 4G，無論是即時電影下載還是將行動應用程式無縫連接到雲端。 那麼，是否可以拒絕透過電纜向我們的公寓和辦公室提供網路？
5G 將提供萬物互聯的通用連接，將高頻寬、高能耗協議與窄帶、高能效協議相結合。 這將開啟4G無法到達的新方向：地面和空中的機器對機器通訊、工業4.0、物聯網。 到 5 年，3.5G 業務將賺取 2035T 美元，並創造 22 萬個就業機會。
或不？..
（圖片來源 - 路透社）
Какэтоработает
如果您知道 5G 的工作原理，請跳過本節。
那麼，我們如何才能在 5G 中實現如上所述的如此快速的資料傳輸呢？ 這不是什麼魔法吧？
由於過渡到更高的頻率範圍（之前未使用），速度會增加。 例如，家庭WiFi的頻率為2,4或5GHz，現有行動網路的頻率在2,6GHz以內。 但當我們談論 5G 時，我們立即談論的是數十千兆赫。 很簡單：我們增加頻率，減少波長，資料傳輸速度就會提高很多倍。 並且整個網路被卸載。
這是一個視覺漫畫，講述了它的過去和未來。 曾是：
將要：
（來源：IEEE Spectrum， )
頻率增加了十倍，因此在 5G 中我們處理的是更短的毫米波。 他們不能很好地穿越障礙。 與此相關的是，網路架構正在改變。 如果說早期的通訊是透過大型、強大的塔來提供長距離通訊的話，那麼現在就需要在各處放置許多緊湊、低功率的塔。 請記住，在大城市，由於訊號被高層建築阻擋，您將需要很多車站。 因此，要自信地為紐約配備 5G 網絡，您需要 基地台數量是500（！）次。
上 對於俄羅斯營運商來說，向 5G 的過渡將花費他們約 150 億盧布——這一成本與先前部署 4G 網路的成本相當，儘管 5G 站點的成本低於現有站點（但其中許多是需要的）。
兩種網路選擇：固定電話和行動電話
用於降低功耗和增加範圍的技術 波束成形 — 為特定使用者動態形成無線電波束。 這是怎麼做到的？ 基地台會記住訊號的來源和時間（它不僅來自您的手機，還來自障礙物的反射），並使用三角測量方法計算您的大致位置，然後建立最佳訊號路徑。
資料來源：Analysys Mason
然而，追蹤接收器位置的需要導致固定和移動用例之間存在細微差別，這反映在不同的用例中（稍後在「消費者市場」部分中對此進行了詳細介紹）。
現狀
標準
目前還沒有公認的 5G 標準。 技術太複雜，利益衝突的參與者太多。
5G NR 標準正處於高度發展的提案階段（新電台）來自 3GPP 組織（第三代合作夥伴計劃），制定了先前的標準 3G 和 4G。 5G 使用兩個無線電頻段（頻率範圍，或簡單地縮短 FR）。 FR1 提供低於 6GHz 的頻率。 FR2 – 所謂 24 GHz 以上。 毫米波。 該標準支援固定和行動接收器，是美國電信巨頭 Verizon 5GTF 標準的進一步發展，該標準僅支援固定接收器（此類服務稱為固定無線存取網路）。
5G NR 標準提供了三種用例：
- 行動寬頻（增強型行動寬頻) – 定義了我們習慣的行動互聯網；
- 網址LC(超可靠的低延遲通信) - 對反應速度和可靠性的高要求 - 對於諸如自主運輸或遠端手術等任務；
- mMTC（機器大規模通信) – 支援大量很少發送資料的設備 – 以物聯網為例，即儀表和監控設備。
或者簡單地說，圖片中的同一件事：
重要的是要了解，該行業最初將專注於實施 eMBB，將其作為現有現金流的更易於理解的方案。
Внедрение
自2018年以來，已經進行了大規模測試，例如在韓國冬季奧運會上。 2018年，俄羅斯四大業者全部進行了測試。 MTS 測試了新技術 — 測試了視訊通話、高畫質視訊傳輸和線上遊戲的用例。
韓國於 5 年底在全球首次提供 2018G 服務。 預計明年（2020 年）在全球進行商業推廣。 在初始階段，FR1頻段將用作現有4G網路的附加頻段。 根據電信和大眾傳播部的計劃，從5年起，俄羅斯2020G將開始出現在人口超過5萬的城市。 在實踐中，大規模部署將由變現能力決定，而XNUMXG的這一方面目前尚不清楚。
貨幣化有什麼問題？ 事實上，電信業者尚未看到現代化的令人信服的理由：現有網路可以很好地應對負載。 現在他們更從行銷角度考慮5G：手機螢幕上的5G圖示在電信業者的用戶眼中肯定會是一個加分項。 一個軼事案例 他在沒有真實網路的情況下放置了5G圖標，為此競爭對手起訴他欺騙。
如果你仔細觀察，你會發現這個圖示其實是「5GE」——代表5G Evolution，突然間這不是我們想到的5G，而只是行銷人員為現有LTE網路進行一些改進而發明的標籤。
芯片組
微電子公司已經在 5G 上投資了數十億美元。 5G NR 蜂巢式調變解調器晶片由三星提供（）、高通（), 華為 (）。 來自英特爾的調變解調器是該市場的新玩家，預計將於 2019 年底推出。三星調變解調器採用 10 奈米 FinFET 技術製造，相容於從 2G 開始的舊標準。 在高達 6 GHz 的頻率範圍內，它提供高達 2 Gb/s 的下載速度；當使用毫米波時，速度會增加到 6 Gb/s。
手機
幾乎所有Android手機製造商都宣布了推出5G的計畫。 三星於10年5月底在世界行動通訊大會展會上展示了2019G版旗艦Galaxy S5，並於16月2日在韓國發售。 在美國，新產品於2019月XNUMX日上市，並與電信業者Verizon的網路進行連線。 其他業者也在迎頭趕上：AT&T 宣布計劃與三星一起在 XNUMX 年下半年推出第二款智慧型手機。
在這一年中，來自不同製造商的 5G 智慧型手機（其中大部分是高階智慧型手機）將登陸商店貨架。 據估計，新技術將使設備成本增加200-300美元，訂閱費增加10%。
消費市場
案例一、家庭上網
5G固定無線接取網路將成為我們公寓中有線網路的替代方案。 如果以前互聯網通過電纜來到我們的公寓，那麼將來它將來自5G塔，然後路由器將通過通常的家庭WiFi分配它。 主要廠商已完成準備工作，路由器發售與5G網路部署同步。 典型的 5G 路由器價格為 700-900 美元，提供 2-3 Gbps 的下載速度。 這樣，營運商就可以為自己解決「最後一公里」問題，降低佈線成本。 無需擔心現有的骨幹網路將無法應對 5G 網路帶來的流量增加：正在研究利用現有的光纖網路儲備——即所謂的「暗光纖」。
這個場景對於使用者來說有多新鮮？ 現在，一些國家已經不再使用傳統的家庭有線互聯網，而是轉向 LTE：事實證明，在所有情況下使用行動通訊速度更快、成本更低，而且資費方便。 例如，這種情況在韓國就已經出現。 漫畫中對此進行了說明：
案例2、人群聚集
想必每個人都經歷過這樣不愉快的情況：來到展覽館或體育場，移動連結就消失了。 而這正是您想要在社群網路上發布照片或寫作的時刻。
體育館
三星與日本電信營運商 KDDI 一起在一個擁有 30 個座位的棒球場進行了測試。 使用測試 5G 平板電腦，我們能夠同時在多台平板電腦上展示 4K 視訊串流。
該體育場是位於水原（三星總部）的 5G City 展示區展示的三個場景之一。 其他場景包括城市環境（連接攝影機、感測器和資訊板）和用於將高清視訊傳輸到移動公車的高速接入點：當公車經過該點時，電影有時間下載。
Игры
世界著名定位遊戲 Pokemon Go 的創造者 Niantic 對 5G 寄予厚望。 原因如下：不久前，遊戲中出現了群體事件－突襲。 突襲需要你與其他玩家協調，共同擊敗特別強大的神奇寶貝，這在現實生活中創造了有趣的情況。 因此，最稀有的神奇寶貝超夢遊戲的主要傳奇地點位於紐約時代廣場 - 你可以想像那裡會聚集什麼樣的人群，不僅包括神奇寶貝獵人，還包括遊客。
擴增實境也被認為是 5G 的「殺手級應用」。 在那裡面 你可以在基於哈利波特的新遊戲中看到Niantic目前正在開發的即時魔法決鬥的概念。 Niantic 已經與三星以及營運商德國電信和 SK 電信建立了合作夥伴關係。
運輸
最後，火車案例很有趣。 一個為鐵路提供 5G 通訊以提高娛樂和乘客舒適度的想法應運而生。 布里斯託大學研究 ：要實現高速無縫通信，需要在鐵路上安裝相距800公尺的接入點！
如何沿著鐵路軌道放置接入點的範例
他們在東京附近運行的一列火車上成功進行了測試 以及三星與電信業者 KDDI。 測試期間，速度達到了1,7 Gbps，測試期間從相機下載8K影片並上傳4K影片。
新用例
但這一切只是我們已經熟悉的問題的解決方案。 5G 能為我們帶來哪些根本的新事物？
連網汽車
主要優點是低延遲，允許機器以高達 500 公里/小時的速度相互通訊。 與人類駕駛員不同，汽車最終將能夠在自身之間或與固定基礎設施就操作進行協商，使道路更加安全。 有趣的是，該系統將考慮天氣條件：每個人都知道，在濕滑天氣下煞車距離會更長，因此這樣的系統中的規則應該改變。
歐洲5GAA（汽車協會）已經聚集了全球100多家主要電信和汽車製造商，以加速C-V2X（蜂窩車輛到一切）的部署。 該協會的主要目標是全面的道路安全和交通效率。 擁有 5G 智慧型手機的騎自行車者和行人也可以信賴安全。 距離不超過 1 公里的交通參與者將能夠直接通訊；距離更遠時，他們將需要 5G 覆蓋。 該系統將確保為警察和救護車創建走廊，提供汽車之間的傳感器交換、遠端駕駛和其他奇蹟。 C-V2X推出後，該協會計畫運用5G V2X的經驗，瞄準工業4.0、智慧城市和一切行動應用5G的領域。
可以使用連網汽車解決的情況範例。 來源：高通
5G不僅可以實現地面車輛的通信，還可以實現飛機的通訊。 今年，三星與西班牙網路供應商 Orange 合作， ，遠端飛行員如何使用部署的 5G 網路並即時接收高解析度視訊串流來控制無人機的飛行。 美國營運商 Verizon 於 2017 年收購 ，承諾數以百萬計的 5G 連線航班。 該公司的無人機已經連接到 Verizon 的即時 4G 網路。
工業4.0
一般來說，「工業4.0」這個詞是德國為其工業現代化計畫發明的。 協會 總部位於德國的 5G 互聯工業和自動化聯盟 (2018G Alliance for Connected Industries and Automation) 自 5 年以來一直致力於聯合有興趣使用 5G 的製造公司。 工業機器人的運動控制對延遲和可靠性的要求最高，其反應時間不能超過數十微秒。 現在可以使用工業乙太網路（例如 EtherCAT 標準）來解決這個問題。 XNUMXG 很可能也會爭奪這個利基市場！
其他應用，例如工業控制器之間或與人類操作員、感測器網路之間的通信，要求較低。 如今，大多數這些網路都使用電纜，因此除了允許快速重新配置生產之外，無線 5G 似乎是一種經濟上可行的解決方案。
在實踐中，經濟可行性將導致5G在人力成本最昂貴的領域被採用，例如工廠和倉庫的堆高機司機。 因此，歐洲工程公司 Acciona 展示了 。 手推車傳輸高清 360 度視頻，遠端操作員將幫助它擺脫意外情況。 該購物車採用思科和三星的 5G 技術。
遠端協作技術將走得更遠。 今年，展示了一位專家外科醫生如何在數公里之外即時監控癌症手術的進展，並向他的同事展示如何最好地進行手術。 隨著技術的進步，他將能夠發揮更積極的作用，直接控製手術器械。
物聯網
首先，5G將解決物聯網通訊標準眾多且支援較差的問題，我們認為目前這限制了該領域的發展。
5G 可以提供以下功能：
- Ad hoc 網路（無路由器）
- 高密度連接設備
- 支援窄帶、節能（一節電池可使用 10 年以上）通信
但似乎大企業還是對物聯網以外的其他場景更感興趣。 快速網路搜尋發現，主要參與者沒有展示 5G 對物聯網的好處。
結束這個話題，讓我們專注於以下有趣的可能性。 如今，對插座的依賴或更換電池的需要限制了「東西」的選擇。 低頻感應式無線充電只能在幾公分的距離內工作。 5G 及其定向毫米波將實現數公尺距離內的高效充電。 儘管目前標準沒有具體說明這一點，但我們毫不懷疑工程師很快就會找到利用這個機會的方法！
開發者特色
如果您對該主題感興趣，下一步該去哪裡？
溝通。 您將能夠在即將舉行的俄羅斯會議上親自見到 5G 玩家 29月30日至XNUMX日， 30月31日至XNUMX日， 25月27日至XNUMX日， 24十月。
在學術交往中應該注意的是 在資訊傳輸問題研究所舉行。
資金。 主要參與者正在各領域舉辦 5G 使用競賽。 最近在美國Verizon 「Built on 5G Challenge」競賽針對工業 4.0、沉浸式消費者應用 (VR/AR) 和突破性創意（改變我們的生活和工作方式）。 該競賽向註冊的美國小型企業開放，申請截止日期為 15 月 1 日。 獎金為 XNUMX 萬美元。 得獎者將於今年 XNUMX 月公佈。
放置。 除了四大行動電信商之外，俄羅斯還有多家公司計劃在不久的將來使用5G。 俄羅斯和獨聯體地區領先的內容交付提供者 CDNVideo 的商業模式是按收到的流量付費。 5G的使用可能會降低這個價格，使該公司能夠降低成本。 PlayKey正在雲端推廣遊戲，它也計劃使用5G也就不足為奇了。
開源，很可能在基礎設施方面發揮關鍵作用。 美國人 支援5G。 歐洲的 匯集了那些想要繞過 5G 基礎設施專有組件的人。 戰略領域包括對 5G 數據機和軟體定義系統、異質網路和物聯網的支援。 虛擬化無線電存取網路。 網路核心的實現可從 .
作者：
Stanislav Polonsky - 三星研究中心高級研發部負責人
Tatyana Volkova - 物聯網計畫三星學院課程的作者，三星研究中心企業社會責任計畫專家
來源： www.habr.com