5G: ¿dónde y quién lo necesita?

Incluso sin una gran comprensión de las generaciones de estándares móviles, cualquiera probablemente responderá que 5G es más genial que 4G / LTE. De hecho, no todo es tan simple. Veamos qué 5G es mejor / peor, y qué casos de su uso son los más prometedores dado el estado actual.

Entonces, ¿qué nos promete la tecnología 5G?

• La velocidad aumenta diez veces a 10 Gb / s,
  
• Disminución de retrasos (latencia) decenas de veces hasta 1 ms,
  
• Aumentando la fiabilidad de la conexión ( tasa de error de pérdida de paquetes ) cientos de veces,
  
• Aumento de la densidad (número) de dispositivos conectados (10 ⁶ / km ² ).
  

Todo esto se logra mediante:

• multicanelismo (paralelismo en frecuencias y estaciones base)
  
• Aumento de las portadoras de radiofrecuencia de unidades a decenas de GHz (ancho de banda del canal de radio)
  

5G mejorará 4G en áreas tradicionales, ya sea descargando instantáneamente una película o conectando sin problemas su aplicación móvil a la nube. Entonces, ¿será posible rechazar la entrega de Internet a nuestros apartamentos y oficinas por cable?

5G proporcionará una conexión universal de todo con todo, combinando protocolos de banda ancha que consumen energía con banda estrecha que ahorra energía. Esto abrirá nuevas direcciones inaccesibles para 4G: comunicaciones de máquinas en tierra y en el aire, Industria 4.0, Internet de las cosas. Se espera que el negocio 5G gane $ 3.5T para 2035 y cree 22 millones de empleos.
O no? ..


(Fuente de la imagen - Reuters)

Como funciona

Quién sabe cómo funciona 5G: omita esta sección.

Entonces, ¿de qué manera podemos lograr una transferencia de datos tan rápida en 5G, como se describió anteriormente? ¿No es eso algún tipo de magia?

El aumento en la velocidad ocurrirá debido a la transición a un rango de frecuencia más alto, previamente no utilizado. Por ejemplo, la frecuencia de WiFi en el hogar es de 2.4 o 5 GHz, la frecuencia de las redes móviles existentes dentro de 2.6 GHz. Pero cuando hablamos de 5G, aquí estamos hablando inmediatamente de docenas de gigahercios. Es simple: aumente la frecuencia, disminuya la longitud de onda, y la velocidad de transferencia de datos se vuelve mucho mayor. Y la red en su conjunto está descargada.

Aquí hay una tira cómica visual de cómo fue y cómo será. Fue:


Será:

(Fuente: IEEE Spectrum, todo lo que necesita saber sobre 5G )

La frecuencia se ha multiplicado por diez, por lo que en 5G se trata de ondas milimétricas mucho más cortas. Pasan mal a través de los obstáculos. Y a este respecto, la arquitectura de la red está cambiando. Anteriormente, la comunicación nos era proporcionada por grandes y poderosas torres que brindaban comunicación a largas distancias, pero ahora será necesario organizar muchas torres compactas de baja potencia en todas partes. Y tenga en cuenta que en las grandes ciudades, las estaciones requerirán mucho, debido al bloqueo de la señal por parte de los edificios de gran altura. Por lo tanto, para equipar con confianza a Nueva York con redes 5G, debe aumentar el número de estaciones base en 500 (!) Veces.

Según los operadores rusos, cambiar a 5G les costará alrededor de 150 mil millones de rublos, un costo comparable a los costos anteriores para implementar una red 4G, y esto a pesar del hecho de que el costo de una estación 5G es más bajo que los existentes (pero necesitan mucho).

Dos opciones de red: fija y móvil.

Para reducir el consumo de energía y aumentar el alcance, se utiliza la tecnología de formación de haces : la formación dinámica de un haz de radio para un suscriptor en particular. ¿Cómo se hace esto? La estación base recuerda de dónde provino la señal y cuánto (proviene no solo de su teléfono, sino también como un reflejo de los obstáculos), y con la ayuda de métodos de triangulación calcula su ubicación aproximada, y luego construye la ruta de señal óptima.


Fuente: Analysys Mason

Sin embargo, la necesidad de rastrear la posición del receptor conduce a una ligera diferencia para los casos de uso fijo y móvil, y esto se refleja en varios casos de uso (más sobre esto más adelante en la sección "Mercado de consumo").

Statu quo

Normas

No se acepta el estándar 5G. La tecnología es demasiado compleja y hay demasiados jugadores con intereses en conflicto.

El estándar 5G NR ( New Radio ) del 3GPP ( 3D Generation Partnership Project ), que desarrolló los estándares anteriores, 3G y 4G, está en la etapa de ofrecer un alto grado de desarrollo. 5G usa dos rangos de frecuencia de radio ( Rango de frecuencia , o simplemente FR abreviado). FR1 ofrece frecuencias inferiores a 6 GHz. FR2 - por encima de 24 GHz, llamado ondas milimétricas El estándar admite receptores fijos y móviles y es un desarrollo adicional del estándar 5GTF del gigante estadounidense de telecomunicaciones Verizon, que solo admite receptores fijos (este tipo de servicio se denomina redes de acceso inalámbrico fijo).

El estándar 5G NR proporciona tres casos de uso:

• eMBB ( banda ancha móvil mejorada ): define la Internet móvil habitual para nosotros;
  
• URLLC ( comunicaciones de baja latencia ultra confiables ): requisitos altos de velocidad y confiabilidad de respuesta para tareas como transporte autónomo o cirugía remota;
  
• mMTC ( Comunicaciones masivas de tipo máquina ): soporte para una gran cantidad de dispositivos que envían datos raramente, un caso de Internet de las cosas, es decir, contadores y dispositivos de monitoreo.
  

O brevemente, lo mismo en la imagen:

Es importante comprender que la industria se centrará primero en introducir eMBB, como un escenario más comprensible con los flujos de efectivo existentes.

Implementación

Desde 2018, se han realizado pruebas a gran escala, por ejemplo, en los Juegos Olímpicos de Invierno en Corea del Sur. En 2018, todos los operadores rusos de Big Four realizaron pruebas. MTS probó la nueva tecnología junto con Samsung : casos de uso probados con videollamadas, transmisión de video de alta resolución, juegos en línea.

En Corea del Sur, por primera vez en el mundo, se ofreció el servicio 5G a finales de 2018. La implementación comercial mundial se espera para el próximo año 2020. En la etapa inicial, el rango FR1 se utilizará como complemento de las redes 4G existentes. Según los planes del Ministerio de Comunicaciones , en Rusia 5G comenzará a aparecer en más de un millón de ciudades desde 2020. En la práctica, el despliegue a gran escala estará determinado por la posibilidad de monetización, y este aspecto de 5G aún no está claro.

Ahora los operadores de telecomunicaciones ven el 5G en el plano de marketing: el icono de 5G en la pantalla del teléfono definitivamente será una ventaja a los ojos de los suscriptores del operador de telecomunicaciones. El incidente anecdótico con el operador de AT&T , que publicó el ícono 5G en ausencia de una red real, es indicativo de eso, por lo cual los competidores presentaron una demanda contra él por engaño.


Si observa de cerca, puede ver que el ícono es en realidad "5GE": significa 5G Evolution, y de repente este no es el 5G en el que estamos pensando, sino solo una etiqueta inventada por los vendedores para la red LTE existente con algunas mejoras.

Chipsets

Las empresas microelectrónicas ya han invertido miles de millones de dólares en 5G. Samsung ( Exynos Modem 5100 ), Qualcomm ( módem Snapdragon X55 ), Huawei ( Balong 5000 ) ofrecen chips para módems celulares 5G NR. Se esperan módems de Intel, un nuevo jugador en este mercado, para fines de 2019. El módem de Samsung está hecho con tecnología FinFET de 10 nm y es compatible con los estándares antiguos a partir de 2G. En el rango de frecuencia de hasta 6 GHz, proporciona velocidades de descarga de hasta 2 Gb / s, mientras que usando el rango milimétrico, la velocidad aumenta a 6 Gb / s.

Teléfonos

Casi todos los fabricantes de teléfonos Android han anunciado planes para implementar 5G. Samsung presentó el Galaxy S10 insignia en la versión 5G en el Mobile World Congress a finales de febrero de 2019. El 5 de abril, se lanzó en Corea. En los Estados Unidos, la novedad apareció el 16 de mayo, y allí se produce la conexión con la red del operador de telecomunicaciones Verizon. Otros operadores también se están retirando: AT&T anuncia planes para lanzar un segundo teléfono inteligente con Samsung en la segunda mitad de 2019.

Mercado de consumo

Caso 1. Internet en el hogar

Las redes 5G de acceso inalámbrico fijo se convertirán en una alternativa a Internet por cable en nuestros apartamentos. Si antes el Internet llegaba a nuestro departamento por cable, en el futuro, desde la torre 5G, y luego el enrutador lo distribuirá a través del WiFi habitual de la casa. Las principales compañías de jugadores completaron los preparativos sincronizando el lanzamiento de enrutadores para la venta con el despliegue de redes 5G. Un enrutador 5G típico cuesta $ 700-900 y proporciona una velocidad de descarga de 2-3 Gbit / s. Por lo tanto, los operadores resolverán el problema de la "última milla" y reducirán el costo de tender cables. Y no hay que tener miedo de que las redes troncales existentes no puedan hacer frente al aumento del tráfico que vendrá de las redes 5G: se están realizando estudios para utilizar la reserva existente de redes de fibra, la llamada "fibra oscura".

¿Qué tan nuevo es este escenario para los usuarios? Ya ahora, en algunos países, dejan de usar la conexión a Internet tradicional por cable en el hogar y cambian a LTE: resulta más rápido y más barato usar comunicaciones móviles en todas las situaciones, con tarifas convenientes. Tal situación, por ejemplo, se ha desarrollado en Corea. Y ella se ilustra aquí en este cómic:

Caso 2. Congestión masiva de personas.

Seguramente todos estaban en una situación tan desagradable: vengan a la exposición o al estadio, y la comunicación móvil desaparece. Y esto es exactamente en el momento en que desea publicar una foto o escribir en la red social.

Estadios

Samsung realizó una prueba en conjunto con el operador de telecomunicaciones japonés KDDI en el estadio número 30,000. Usando tabletas 5G de prueba, fue posible demostrar la transmisión de video 4K simultáneamente en varias tabletas.



El estadio es uno de los tres escenarios que se ilustran en una zona de demostración llamada 5G City, ubicada en Suwon (sede de Samsung). Otros escenarios incluyen un entorno urbano (conectando cámaras, sensores y paneles de información) y un punto de acceso de alta velocidad para entregar video HD a un autobús en movimiento: mientras pasa un punto, una película tiene tiempo para descargar.

Los juegos

Niantic, el creador del mundialmente famoso juego de geolocalización Pokemon Go, tiene grandes expectativas para 5G. No hace mucho tiempo, aparecieron eventos grupales en el juego: redadas. En las redadas, debes coordinar con otros jugadores para derrotar conjuntamente a un Pokémon particularmente fuerte, y esto crea situaciones interesantes en la vida real. Entonces, la ubicación legendaria principal del juego con el Pokémon más raro Mewtwo se encuentra en Times Square en Nueva York: puedes imaginar qué tipo de multitud puede haber, que consiste no solo en cazadores de Pokémon, sino solo en turistas.



La realidad aumentada también se considera la "aplicación asesina" para 5G. En este video, puedes ver el concepto de peleas mágicas en tiempo real, que ahora está desarrollando Niantic en un nuevo juego basado en "Harry Potter". Niantic ya se ha asociado con Samsung y los operadores Deutsche Telecom y SK Telecom.

Transporte

Finalmente, el caso del tren es interesante. Se ideó equipar el ferrocarril con comunicaciones 5G para el entretenimiento y la comodidad de los pasajeros. Un estudio de la Universidad de Bristol mostró : para lograr una comunicación fluida de alta velocidad, ¡debe equipar el ferrocarril con puntos de acceso a una distancia de 800 metros entre sí!


Un ejemplo de cómo organizar los puntos de acceso a lo largo del ferrocarril.

Las pruebas se llevaron a cabo con éxito en un tren que circula cerca de Tokio; fueron realizadas por Samsung y el operador de telecomunicaciones KDDI. Durante las pruebas, se logró una velocidad de 1.7 Gbit / s, y durante la prueba, se descargaron videos de 8K y videos de 4K de la cámara.

Nuevos casos de uso

Pero todo esto es más bien una solución a las tareas que ya nos son familiares. ¿Y qué fundamentalmente nuevo puede ofrecernos 5G?

Coche conectado

La principal ventaja es su baja latencia, que permite que los automóviles se comuniquen entre sí a velocidades de hasta 500 km / h. A diferencia de los conductores humanos, los automóviles finalmente pueden negociar maniobras entre ellos o con una infraestructura fija, lo que hace que la carretera sea más segura. Es interesante que el sistema tenga en cuenta las condiciones climáticas: todos saben que en clima resbaladizo la distancia de frenado es más larga y, por lo tanto, las reglas de dicho sistema deben cambiar.

La Asociación Europea de Automoción (5GAA) ya reúne a más de 100 grandes fabricantes de automóviles y automóviles en todo el mundo para acelerar el despliegue del sistema C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Los objetivos principales de la asociación son la seguridad vial integral y la eficiencia del tráfico. Los ciclistas y peatones con teléfonos inteligentes 5G también pueden contar con seguridad. Los participantes del movimiento a distancias de hasta 1 km podrán contactar directamente, a grandes distancias necesitarán la presencia de cobertura 5G. El sistema garantizará la creación de corredores para la policía y las ambulancias, prevé el intercambio de sensores entre automóviles, conducción remota y otras maravillas. Después del lanzamiento de C-V2X, la asociación planea aplicar la experiencia adquirida en 5G V2X, donde se balanceará en la industria 4.0, las ciudades inteligentes y todo lo que se mueve utiliza 5G.


Ejemplos de situaciones que se pueden resolver con Connected Car. Fuente: Qualcomm.

5G permitirá no solo que los vehículos terrestres se comuniquen, sino también los aviones. Este año, Samsung, junto con el proveedor español de Internet Orange, demostró cómo un piloto remoto controlaba el vuelo de un avión no tripulado utilizando una red 5G desplegada y recibiendo una transmisión de video de alta definición en tiempo real. El proveedor estadounidense Verizon en 2017 compró el operador de drones Skyward y promete millones de vuelos conectados con 5G. Los drones de la compañía ya están conectados a la red Verizon 4G lanzada.

Industria 4.0

En general, la expresión "Industrie 4.0" se inventó en Alemania para su programa de modernización industrial. La 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), con sede en Alemania, se ha unido a las empresas manufactureras interesadas en usar 5G desde 2018. Las mayores demandas de latencia y confiabilidad son hechas por el control del movimiento de robots industriales, donde el tiempo de respuesta no puede exceder decenas de microsegundos. Ahora esto se resuelve utilizando Industrial Ethernet (por ejemplo, el estándar EtherCAT). ¡Es probable que 5G compita por este nicho!

Otras aplicaciones, como la comunicación entre controladores industriales o con un operador humano, redes de sensores, son menos exigentes. Ahora, la mayoría de estas redes usan un cable, por lo que la tecnología inalámbrica 5G parece ser una solución económicamente viable, además de permitir una rápida reconfiguración de la producción.

En la práctica, la viabilidad económica conducirá a la introducción de 5G en las áreas más caras relacionadas con el pago de mano de obra humana, por ejemplo, conductores de montacargas en fábricas y almacenes. Entonces, la empresa de ingeniería europea Acciona demostró el sistema robótico autónomo MIR200 . El carro transmite videos de resolución 360 en alta resolución, un operador remoto la ayudará a salir de la situación imprevista. El carro utiliza tecnología 5G de Cisco y Samsung.



Las tecnologías de colaboración remota van más allá. Este año se demostró cómo un cirujano experto en tiempo real monitorea el progreso de una operación oncológica que se lleva a cabo a muchos kilómetros de distancia y muestra a sus colegas la mejor manera de realizar la operación. A medida que la tecnología mejore, podrá tomar una parte más activa, ya que maneja directamente los instrumentos quirúrgicos.

Internet de las cosas

En primer lugar, 5G resolverá el problema con los numerosos y poco compatibles estándares de comunicación de Internet de las cosas, que ahora, en nuestra opinión, limitan el desarrollo de esta área.

Aquí 5G puede ofrecer lo siguiente:

• Red ad hoc (sin enrutadores)
  
• Dispositivos conectados de alta densidad
  
• Soporte para comunicaciones de banda estrecha, energéticamente eficientes (más de 10 años con una sola batería)
  

Pero parece que las grandes empresas están aún más interesadas en otros escenarios además del Internet de las cosas. Una búsqueda rápida en Internet no encontró jugadores clave que demuestren los beneficios de 5G para Internet de las cosas.

Concluyendo este tema, prestamos atención a la siguiente oportunidad interesante. Ahora, dependiendo de la toma de corriente o la necesidad de reemplazar las baterías, se limita la elección de "cosas". La carga inalámbrica inductiva de baja frecuencia solo funciona con unos pocos centímetros de separación. 5G y sus ondas milimétricas dirigidas permitirán una carga eficiente a distancias de varios metros. Aunque los estándares existentes no estipulan esto, ¡no tenemos dudas de que los ingenieros pronto encontrarán formas de aprovechar esta oportunidad!

Características del desarrollador

Si está interesado en el tema, ¿dónde seguir?

Comunicación . Puede familiarizarse personalmente con los jugadores de 5G en las próximas conferencias rusas Skolkovo Startup Village 2019 29-30 de mayo, Wireless Russia Forum: 4G, 5G & Beyond 2019 30-31 de mayo, CEBIT Rusia 2019 25-27 de junio, Smart Cars & Roads 2019 24 Octubre

De los contactos académicos, cabe señalar el Seminario de Telecomunicaciones de Moscú celebrado en el Instituto de Problemas de Transmisión de Información.

Financiamiento Los jugadores clave realizan concursos para el uso de 5G en varios campos. En los EE. UU., Verizon anunció recientemente el concurso "Construido sobre el desafío 5G" para la Industria 4.0, aplicaciones inmersivas para el consumidor (VR / AR) e ideas innovadoras (que cambian nuestro estilo de vida y nuestro trabajo). El concurso está abierto a pequeñas empresas registradas en EE. UU., Las solicitudes se aceptan hasta el 15 de julio. Bolsa de premios: $ 1 millón. Los ganadores serán anunciados en octubre de este año.

Empleo Además de los cuatro grandes operadores de telefonía móvil, en Rusia hay varias compañías que planean usar 5G en un futuro próximo. El modelo de negocio del proveedor líder de entrega de contenido en Rusia y el CIS, CDNVideo, es una tarifa por la cantidad de tráfico recibido. El uso de 5G, potencialmente reduciendo este precio, permitirá a la compañía reducir costos. La compañía PlayKey promueve juegos en la nube, no es sorprendente que también planee usar 5G.

Es probable que Open Source desempeñe un papel clave en la infraestructura. La American Open Networking Foundation es compatible con 5G. La European OpenAirInterface Software Alliance une a aquellos que desean evadir los componentes patentados de la infraestructura 5G. Las direcciones estratégicas incluyen soporte para módems 5G y sistemas definidos por software, redes heterogéneas e Internet de las cosas. La Alianza O-RAN virtualiza las redes de acceso por radio. La implementación de la red central está disponible en Open5GCore .

Autores

Stanislav Polonsky - Jefe de Investigación y Desarrollo Avanzado, Centro de Investigación Samsung

Tatyana Volkova - Autora del plan de estudios del proyecto Samsung IoT Academy, especialista en programas de responsabilidad social corporativa en el Centro de Investigación Samsung