5G - où et qui en a besoin?

Même sans bien comprendre les générations de normes mobiles, tout le monde répondra probablement que la 5G est plus froide que la 4G / LTE. En fait, tout n'est pas si simple. Voyons ce que la 5G est meilleure / pire, et quels cas d'utilisation sont les plus prometteurs compte tenu de l'état actuel.

Alors, que nous promet la technologie 5G?

• Augmentation de la vitesse décuplée à 10 Gb / s,
  
• Diminution des délais (latence) des dizaines de fois jusqu'à 1 ms,
  
• Augmenter la fiabilité de la connexion ( taux d'erreur de perte de paquets ) des centaines de fois,
  
• Augmentation de la densité (nombre) d'appareils connectés (10 ⁶ / km ² ).
  

Tout cela est réalisé par:

• multicanal (parallélisme des fréquences et des stations de base)
  
• augmentation des porteuses de radiofréquences des unités à des dizaines de GHz (bande passante des canaux radio)
  

La 5G améliorera la 4G dans les zones traditionnelles, qu'il s'agisse de télécharger instantanément un film ou de connecter de manière transparente votre application mobile au cloud. Ainsi, sera-t-il possible de refuser la livraison d'Internet à nos appartements et bureaux par câble?

La 5G fournira une connexion universelle de tout avec tout, combinant des protocoles à large bande et énergivores avec une bande étroite à économie d'énergie. Cela ouvrira de nouvelles directions inaccessibles à la 4G: les communications machines au sol et dans les airs, l'Industrie 4.0, l'Internet des objets. L' activité 5G devrait générer 3,5 T $ d'ici 2035 et créer 22 millions d'emplois.
Ou pas? ..


(Source de l'image - Reuters)

Comment ça marche

Qui sait comment fonctionne la 5G - ignorez cette section.

Alors, par quels moyens pouvons-nous réaliser un transfert de données aussi rapide en 5G, comme décrit ci-dessus? N'est-ce pas une sorte de magie?

L'augmentation de la vitesse se produira en raison de la transition vers une gamme de fréquences plus élevée - auparavant inutilisée. Par exemple, la fréquence du WiFi domestique est de 2,4 ou 5 GHz, la fréquence des réseaux mobiles existants dans les 2,6 GHz. Mais lorsque nous parlons de 5G, nous parlons immédiatement de dizaines de gigahertz. C'est simple: augmentez la fréquence, diminuez la longueur d'onde - et la vitesse de transfert de données devient beaucoup plus grande. Et le réseau dans son ensemble est déchargé.

Voici une bande dessinée visuelle de comment c'était et comment ça va être. C'était:


Sera:

(Source: IEEE Spectrum, tout ce que vous devez savoir sur la 5G )

La fréquence a décuplé, donc en 5G, nous avons affaire à des ondes millimétriques beaucoup plus courtes. Ils traversent mal les obstacles. Et à cet égard, l'architecture du réseau évolue. Auparavant, la communication nous était assurée par de grandes tours puissantes qui assuraient la communication sur de longues distances, mais maintenant il sera nécessaire d'aménager de nombreuses tours compactes de faible puissance partout. Et gardez à l'esprit que dans les grandes villes, les stations auront besoin de beaucoup, en raison du blocage du signal par les immeubles de grande hauteur. Donc, pour équiper New York en toute confiance avec des réseaux 5G, vous devez augmenter le nombre de stations de base de 500 (!) Fois.

Selon les opérateurs russes, le passage à la 5G coûtera environ 150 milliards de roubles - un coût comparable aux coûts précédents pour le déploiement d'un réseau 4G, et ce malgré le fait que le coût d'une station 5G soit inférieur à celui des stations existantes (mais ils en ont besoin de beaucoup).

Deux options de réseau: fixe et mobile

Pour réduire la consommation d'énergie et augmenter la portée, la technologie de formation de faisceau est utilisée - la formation dynamique d'un faisceau radio pour un abonné particulier. Comment cela se fait-il? La station de base se souvient de la provenance et de la quantité du signal (il provient non seulement de votre téléphone, mais aussi comme reflet d'obstacles), et à l'aide de méthodes de triangulation, il calcule votre position approximative, puis construit le chemin de signal optimal.


Source: Analysys Mason

Cependant, la nécessité de suivre la position du récepteur entraîne une légère différence pour les cas d'utilisation fixes et mobiles, et cela se reflète dans divers cas d'utilisation (plus à ce sujet plus loin dans la section «Marché des consommateurs»).

Statu quo

Normes

Il n'y a pas de norme 5G acceptée. La technologie est trop complexe et il y a trop d'acteurs aux intérêts conflictuels.

La norme 5G NR ( New Radio ) du 3GPP ( 3D Generation Partnership Project ), qui a développé les normes précédentes, 3G et 4G, est en train de proposer un haut niveau de développement. La 5G utilise deux gammes de fréquences radio ( Frequency Range , ou simplement abrégé FR ). FR1 offre des fréquences inférieures à 6 GHz. FR2 - au-dessus de 24 GHz, soi-disant ondes millimétriques. La norme prend en charge les récepteurs fixes et mobiles et est un développement ultérieur de la norme 5GTF du géant américain des télécommunications Verizon, qui ne prend en charge que les récepteurs fixes (ce type de service est appelé réseaux d'accès sans fil fixes).

La norme 5G NR propose trois cas d'utilisation:

• eMBB (Enhanced Mobile Broadband ) - définit l'Internet mobile habituel pour nous;
  
• URLLC ( Ultra Reliable Low Latency Communications ) - exigences élevées de vitesse de réponse et de fiabilité - pour des tâches telles que le transport autonome ou la chirurgie à distance;
  
• mMTC ( massive Machine Type Communications ) - prise en charge d'un grand nombre d'appareils qui envoient rarement des données - un cas Internet of Things, c'est-à-dire des compteurs et des appareils de surveillance.
  

Ou brièvement, la même chose dans l'image:

Il est important de comprendre que l'industrie se concentrera d'abord sur l'introduction de l'eMBB, en tant que scénario plus compréhensible avec les flux de trésorerie existants.

Implémentation

Depuis 2018, des tests à grande échelle ont été effectués, par exemple, aux Jeux olympiques d'hiver en Corée du Sud. En 2018, tous les opérateurs des Big Four russes ont effectué des tests. MTS a testé la nouvelle technologie en conjonction avec Samsung - testé des cas d'utilisation avec des appels vidéo, une transmission vidéo haute résolution, des jeux en ligne.

En Corée du Sud, pour la première fois au monde, le service 5G a été proposé fin 2018. La mise en œuvre commerciale mondiale est prévue pour l'année prochaine 2020. Au stade initial, la gamme FR1 sera utilisée comme complément aux réseaux 4G existants. Selon les plans du ministère des Communications , en Russie, la 5G commencera à apparaître dans plus d'un million de villes depuis 2020. Dans la pratique, le déploiement à grande échelle sera déterminé par la possibilité de monétisation, et cet aspect de la 5G n'est pas encore clair.

Désormais, la 5G est vue par les opérateurs de télécommunications plutôt dans le plan marketing: l'icône 5G sur l'écran du téléphone sera certainement un plus aux yeux des abonnés des opérateurs de télécommunications. L'incident anecdotique avec l'opérateur AT&T , qui a affiché l'icône 5G en l'absence d'un véritable réseau, est révélateur de cela, pour lequel les concurrents ont intenté une action en justice contre lui pour tromperie.


Si vous regardez de près, vous pouvez voir que l'icône est en fait «5GE» - signifie 5G Evolution, et soudain, ce n'est pas la 5G à laquelle nous pensons, mais juste une étiquette inventée par les spécialistes du marketing pour le réseau LTE existant avec quelques améliorations.

Chipsets

Les entreprises microélectroniques ont déjà investi plusieurs milliards de dollars dans la 5G. Des puces pour les modems cellulaires 5G NR sont proposées par Samsung ( Modem Exynos 5100 ), Qualcomm ( modem Snapdragon X55 ), Huawei ( Balong 5000 ). Les modems d'Intel, un nouveau joueur sur ce marché, sont attendus d'ici la fin de 2019. Le modem de Samsung est fabriqué à l'aide de la technologie FinFET 10 nm et est compatible avec les anciennes normes à partir de 2G. Dans la plage de fréquences jusqu'à 6 GHz, il offre des vitesses de téléchargement allant jusqu'à 2 Gb / s, tandis qu'en utilisant la plage millimétrique, la vitesse augmente jusqu'à 6 Gb / s.

Téléphones

Presque tous les fabricants de téléphones Android ont annoncé des plans de mise en œuvre de la 5G. Samsung a présenté le Galaxy S10 phare dans la version 5G lors du Mobile World Congress fin février 2019. Le 5 avril, il a été lancé en Corée. Aux États-Unis, la nouveauté est apparue le 16 mai, et là, la connexion a lieu avec le réseau de l'opérateur télécom Verizon. D'autres opérateurs se retirent également: AT&T annonce son intention de sortir un deuxième smartphone avec Samsung au 2ème semestre 2019.

Marché de consommation

Cas 1. Internet à domicile

Les réseaux 5G d'accès fixe sans fil deviendront une alternative à Internet filaire dans nos appartements. Si plus tôt Internet est arrivé à notre appartement par câble, alors à l'avenir - à partir de la tour 5G, puis le routeur le distribuera via le WiFi domestique habituel. Les grandes entreprises ont achevé les préparatifs en synchronisant la sortie des routeurs à vendre avec le déploiement des réseaux 5G. Un routeur 5G typique coûte 700-900 $ et offre une vitesse de téléchargement de 2-3 Gbit / s. Ainsi, les opérateurs résoudront le problème du «dernier kilomètre» et réduiront le coût de pose des fils. Et n'ayez pas peur que les réseaux dorsaux existants ne puissent pas faire face à l'augmentation du trafic qui proviendra des réseaux 5G: des recherches sont en cours sur l'utilisation de la réserve existante de réseaux de fibre - la soi-disant «fibre noire».

Quelle est la nouveauté de ce scénario pour les utilisateurs? Déjà, dans certains pays, ils cessent d'utiliser Internet filaire traditionnel et passent au LTE: il s'avère plus rapide et moins cher d'utiliser les communications mobiles dans toutes les situations, avec des tarifs avantageux. Une telle situation, par exemple, s'est développée en Corée. Et elle est illustrée ici dans cette bande dessinée:

Cas 2. Congestion massive de personnes

Certes, tout le monde était dans une situation aussi désagréable: venez à l'exposition ou au stade, et la communication mobile disparaît. Et c'est exactement au moment où vous souhaitez publier une photo ou écrire sur le réseau social.

Stades

Samsung a effectué un test en collaboration avec l'opérateur de télécommunications japonais KDDI au 30 000e stade de baseball. En utilisant des tablettes de test 5G, il a été possible de démontrer la diffusion de vidéo 4K simultanément sur plusieurs tablettes.



Le stade est l'un des trois scénarios illustrés dans une zone de démonstration appelée 5G City, située à Suwon (siège de Samsung). D'autres scénarios incluent un environnement urbain (connexion de caméras, capteurs et panneaux d'information) et un point d'accès à haute vitesse pour diffuser des vidéos HD sur un bus en mouvement: pendant qu'il passe un point, un film a le temps de télécharger.

Les jeux

Niantic, le créateur du célèbre jeu de géolocalisation Pokemon Go, attend beaucoup de la 5G. Il n'y a pas si longtemps, des événements de groupe sont apparus dans le jeu - des raids. Dans les raids, vous devez vous coordonner avec d'autres joueurs afin de vaincre conjointement un Pokémon particulièrement puissant, ce qui crée des situations intéressantes dans la vie réelle. Ainsi, le principal endroit légendaire du jeu avec le Pokémon Mewtwo le plus rare est situé à Times Square à New York - vous pouvez imaginer quel genre de foule il peut y avoir, composé non seulement de chasseurs de Pokémon, mais seulement de touristes.



La réalité augmentée est également considérée comme la «killer app» pour la 5G. Dans cette vidéo, vous pouvez voir le concept de combats magiques en temps réel, qui sont actuellement développés par Niantic dans un nouveau jeu basé sur "Harry Potter". Niantic a déjà établi un partenariat avec Samsung et les opérateurs Deutsche Telecom et SK Telecom.

Le transport

Enfin, la valise de train est intéressante. L'idée était d'équiper le chemin de fer de communications 5G pour le divertissement et le confort des passagers. Une étude de l'Université de Bristol a montré : pour parvenir à une communication transparente à grande vitesse, vous devez équiper le chemin de fer de points d'accès à 800 mètres les uns des autres!


Un exemple de la façon d'aménager des points d'accès le long du chemin de fer

Des tests ont été effectués avec succès sur un train circulant près de Tokyo - ils ont été menés par Samsung et l'opérateur de télécommunications KDDI. Pendant les tests, une vitesse de 1,7 Gbit / s a ​​été atteinte, et pendant le test, une vidéo 8K a été téléchargée et une vidéo 4K a été téléchargée depuis la caméra.

Nouveaux cas d'utilisation

Mais tout cela est plutôt une solution aux tâches qui nous sont déjà familières. Et quelle nouveauté fondamentale la 5G peut-elle nous offrir?

Voiture connectée

Le principal avantage est sa faible latence, qui permet aux voitures de communiquer entre elles à des vitesses allant jusqu'à 500 km / h. Contrairement aux conducteurs humains, les voitures peuvent enfin négocier des manœuvres entre elles ou avec une infrastructure fixe, ce qui rend la route plus sûre. Il est intéressant que le système tienne compte des conditions météorologiques: tout le monde sait que par temps glissant, la distance de freinage est plus longue, et donc les règles d'un tel système doivent changer.

L'Association européenne de l'automobile (5GAA) rassemble déjà plus de 100 grands constructeurs automobiles et automobiles dans le monde pour accélérer le déploiement du système C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Les principaux objectifs de l'association sont la sécurité routière globale et l'efficacité du trafic. Les cyclistes et les piétons équipés de smartphones 5G peuvent également compter sur la sécurité. Les participants du mouvement à des distances allant jusqu'à 1 km pourront contacter directement, à de grandes distances ils auront besoin de la présence d'une couverture 5G. Le système assurera la création de couloirs pour la police et les ambulances, prévoit l'échange de capteurs entre les voitures, la conduite à distance et d'autres merveilles. Après le lancement de C-V2X, l'association prévoit d'appliquer l'expérience acquise dans la 5G V2X, où elle basculera dans l'industrie 4.0, les villes intelligentes et tout ce qui bouge utilise la 5G.


Exemples de situations pouvant être résolues avec la voiture connectée. Source: Qualcomm.

La 5G permettra non seulement aux véhicules terrestres de communiquer, mais aussi aux avions. Cette année, Samsung, en collaboration avec le fournisseur Internet espagnol Orange, a démontré comment un pilote à distance contrôlait le vol d'un drone à l'aide d'un réseau 5G déployé et recevait un flux vidéo haute définition en temps réel. Le fournisseur américain Verizon a acheté en 2017 l'opérateur de drones Skyward , promet des millions de vols connectés à la 5G. Les drones de l'entreprise sont déjà connectés au réseau Verizon 4G lancé.

Industrie 4.0

En général, l'expression "Industrie 4.0" a été inventée en Allemagne pour son programme de modernisation industrielle. La 5G-ACIA (Alliance 5G pour les industries connectées et l'automatisation), dont le siège est en Allemagne, rejoint les entreprises de fabrication intéressées à utiliser la 5G depuis 2018. Les plus grandes exigences en matière de latence et de fiabilité sont dues au contrôle du mouvement des robots industriels, où le temps de réponse ne peut pas dépasser des dizaines de microsecondes. Maintenant, cela est résolu en utilisant Industrial Ethernet (par exemple, la norme EtherCAT). Il est probable que la 5G se disputera ce créneau!

D'autres applications, comme la communication entre contrôleurs industriels ou avec un opérateur humain, les réseaux de capteurs, sont moins exigeantes. Maintenant, la plupart de ces réseaux utilisent un câble, la 5G sans fil semble donc être une solution économiquement viable, en plus de permettre une reconfiguration rapide de la production.

Dans la pratique, la faisabilité économique conduira à l'introduction de la 5G dans les domaines les plus chers liés au paiement de la main-d'œuvre humaine, par exemple les conducteurs de chariots élévateurs dans les usines et les entrepôts. Ainsi, la société d'ingénierie européenne Acciona a présenté le système robotique autonome MIR200 . Le chariot transmet une vidéo à 360 résolutions en haute résolution, un opérateur à distance l'aidera à sortir de la situation imprévue. Le chariot utilise la technologie 5G de Cisco et Samsung.



Les technologies de collaboration à distance vont plus loin. Cette année, il a été démontré comment un chirurgien expert surveille en temps réel la progression d'une opération oncologique qui se déroule à plusieurs kilomètres et montre à ses collègues la meilleure façon de réaliser l'opération. À mesure que la technologie s'améliorera, il pourra prendre une part plus active, gérant déjà directement les instruments chirurgicaux.

Internet des objets

Tout d'abord, la 5G résoudra le problème avec les normes de communication nombreuses et mal supportées de l'Internet des objets, qui limitent désormais, selon nous, le développement de ce domaine.

Ici, la 5G peut offrir ce qui suit:

• Réseau ad hoc (sans routeurs)
  
• Appareils connectés à haute densité
  
• Prise en charge des communications à bande étroite et à faible consommation d'énergie (10 ans et plus sur une seule batterie)
  

Mais il semble que les grandes entreprises soient toujours plus intéressées par d'autres scénarios que l'Internet des objets. Une recherche rapide sur Internet n'a pas trouvé d'acteurs clés démontrant les avantages de la 5G pour l'Internet des objets.

Pour conclure ce sujet, nous prêtons attention à l'opportunité intéressante suivante. Désormais selon la prise ou la nécessité de remplacer les piles limite le choix des «choses». La charge sans fil inductive à basse fréquence ne fonctionne qu'à quelques centimètres d'intervalle. La 5G et ses ondes millimétriques dirigées permettront une charge efficace à des distances de plusieurs mètres. Bien que les normes existantes ne le stipulent pas, nous ne doutons pas que les ingénieurs trouveront bientôt des moyens de saisir cette opportunité!

Fonctionnalités pour les développeurs

Si le sujet vous intéresse, alors où aller?

La communication . Vous pourrez vous familiariser personnellement avec les joueurs 5G lors des prochaines conférences russes Skolkovo Startup Village 2019 29-30 mai, Wireless Russia Forum: 4G, 5G & Beyond 2019 30-31 mai, CEBIT Russia 2019 25-27 juin, Smart Cars & Roads 2019 24 Octobre.

Parmi les contacts universitaires, il convient de noter le séminaire de Moscou sur les télécommunications qui s'est tenu à l'Institut des problèmes de transmission de l'information.

Financement . Les principaux acteurs organisent des concours pour l'utilisation de la 5G dans divers domaines. Aux États-Unis, Verizon a récemment annoncé le concours «Built on 5G Challenge» pour l'Industrie 4.0, les applications grand public immersives (VR / AR) et les idées révolutionnaires (changer notre style de vie et notre travail). Le concours est ouvert aux petites entreprises enregistrées aux États-Unis, les candidatures sont acceptées jusqu'au 15 juillet. Récompense - 1 M $. Les gagnants seront annoncés en octobre de cette année.

Emploi Outre les opérateurs de téléphonie mobile Big Four, en Russie, plusieurs sociétés prévoient d'utiliser la 5G dans un avenir proche. Le modèle économique du principal fournisseur de contenu en Russie et dans la CEI, CDNVideo, est une redevance pour le volume de trafic reçu. L'utilisation de la 5G, réduisant potentiellement ce prix, permettra à l'entreprise de réduire ses coûts. La société PlayKey promeut les jeux dans le cloud, il n'est pas surprenant qu'elle envisage également d'utiliser la 5G.

L'Open Source est susceptible de jouer un rôle clé dans l'infrastructure. L'American Open Networking Foundation prend en charge la 5G. L' Alliance européenne des logiciels OpenAirInterface rassemble ceux qui souhaitent contourner les composants propriétaires de l'infrastructure 5G. Les orientations stratégiques incluent la prise en charge des modems 5G et des systèmes définis par logiciel, des réseaux hétérogènes et de l'Internet des objets. L'Alliance O-RAN virtualise les réseaux d'accès radio. L'implémentation du réseau central est disponible auprès d' Open5GCore .

Auteurs:

Stanislav Polonsky - Chef de la recherche et du développement avancés, Samsung Research Center

Tatyana Volkova - Auteur du curriculum du projet Samsung IoT Academy, spécialiste des programmes de responsabilité sociale des entreprises au Samsung Research Center