Mesmo sem muita compreensão das gerações de padrões móveis, provavelmente alguém responderá que o 5G é mais legal que o 4G / LTE. De fato, nem tudo é tão simples. Vamos ver o que é 5G melhor / pior e quais casos de uso são os mais promissores, dado o estado atual.
Então, o que a tecnologia 5G nos promete?
- Aumento de velocidade dez vezes maior para 10 Gb / s,
- Diminuição dos atrasos (latência) dezenas de vezes até 1 ms,
- Aumentando a confiabilidade da conexão ( taxa de erro de perda de pacotes ) centenas de vezes,
- Aumento da densidade (número) de dispositivos conectados (10 6 / km 2 ).
Tudo isso é alcançado por:
- multicanalismo (paralelismo em frequências e estações base)
- aumento de portadores de radiofrequência de unidades para dezenas de GHz (largura de banda do canal de rádio)
O 5G melhorará o 4G nas áreas tradicionais, seja baixando instantaneamente um filme ou conectando perfeitamente seu aplicativo móvel à nuvem. Assim, será possível recusar a entrega da Internet em nossos apartamentos e escritórios por cabo?
O 5G fornecerá uma conexão universal de tudo com tudo, combinando protocolos de banda larga que consomem energia com banda estreita e economia de energia. Isso abrirá novas direções inacessíveis ao 4G: comunicações da máquina no solo e no ar, Indústria 4.0, a Internet das coisas.
O negócio 5G deverá ganhar US $ 3,5T até 2035 e criar 22 milhões de empregos.
Ou não?
(Fonte da imagem - Reuters)Como isso funciona
Quem sabe como o 5G funciona - pule esta seção.
Então, de que maneira podemos obter uma transferência de dados tão rápida em 5G, como descrito acima? Isso não é algum tipo de mágica?
O aumento na velocidade ocorrerá devido à transição para uma faixa de frequência mais alta - anteriormente não utilizada. Por exemplo, a frequência do WiFi doméstico é de 2,4 ou 5 GHz, a frequência das redes móveis existentes dentro de 2,6 GHz. Mas quando falamos em 5G, aqui estamos imediatamente falando sobre dezenas de gigahertz. É simples: aumente a frequência, diminua o comprimento de onda - e a velocidade de transferência de dados se torna muitas vezes maior. E a rede como um todo é descarregada.
Aqui está uma história em quadrinhos visual de como foi e como será. Foi:
Será:
(Fonte: IEEE Spectrum, tudo o que você precisa saber sobre 5G )A frequência aumentou dez vezes, então no 5G estamos lidando com ondas milimétricas muito mais curtas. Eles passam mal por obstáculos. E, nesse sentido, a arquitetura de rede está mudando. Anteriormente, a comunicação era fornecida por grandes torres poderosas que forneciam comunicação a longas distâncias, mas agora será necessário organizar muitas torres compactas de baixa potência em todos os lugares. E lembre-se de que, nas grandes cidades, as estações exigirão muito, devido ao bloqueio de sinal por arranha-céus. Portanto, para equipar Nova York com segurança com redes 5G, é necessário
aumentar o número de estações base em 500 (!) Vezes.
De acordo
com as operadoras russas, a troca para 5G por elas custará cerca de 150 bilhões de rublos - um custo comparável aos custos anteriores da implantação de uma rede 4G, e isso ocorre apesar do fato de o custo de uma estação 5G ser mais baixo do que os existentes (mas eles precisam muito).
Duas opções de rede: fixa e móvel
Para reduzir o consumo de energia e aumentar o alcance, é
usada a tecnologia de
formação de feixe - a formação dinâmica de um feixe de rádio para um assinante específico. Como isso é feito? A estação base lembra de onde veio o sinal e quanto (vem não apenas do telefone, mas também como reflexo de obstáculos) e, com a ajuda dos métodos de triangulação, calcula sua localização aproximada e cria o caminho ideal do sinal.
Fonte: Analysys MasonNo entanto, a necessidade de rastrear a posição do receptor leva a uma pequena diferença para casos de uso fixos e móveis, e isso se reflete em vários casos de uso (mais sobre isso mais adiante na seção "Mercado de Consumo").
Status quo
Padrões
Não há padrão 5G aceito. A tecnologia é muito complexa e há muitos jogadores com interesses conflitantes.
O padrão 5G NR (
New Radio ) do 3GPP (
3D Generation Partnership Project ), que desenvolveu os padrões anteriores, 3G e 4G, está na fase de oferecer um alto grau de desenvolvimento. O 5G usa duas faixas de radiofrequência (
Faixa de Frequência ou simplesmente
FR abreviado). O FR1 oferece frequências abaixo de 6GHz. FR2 - acima de 24 GHz, os chamados ondas milimétricas. O padrão suporta receptores fixos e móveis e é um desenvolvimento adicional do padrão 5GTF da gigante americana de telecomunicações Verizon, que suporta apenas receptores fixos (esse tipo de serviço é chamado de redes fixas de acesso sem fio).
O padrão 5G NR fornece três casos de uso:
- eMBB ( banda larga móvel aprimorada ) - define a Internet móvel usual para nós;
- URLLC (comunicações ultra confiáveis de baixa latência ) - altos requisitos de velocidade de resposta e confiabilidade - para tarefas como transporte autônomo ou cirurgia remota;
- mMTC ( comunicações massivas por tipo de máquina ) - suporte para um grande número de dispositivos que enviam dados raramente - um caso da Internet das Coisas, ou seja, contadores e dispositivos de monitoramento.
Ou brevemente, o mesmo na imagem:
É importante entender que o setor se concentrará primeiro na introdução do eMBB, como um cenário mais compreensível com os fluxos de caixa existentes.
Implementação
Desde 2018, testes em larga escala são realizados, por exemplo, nos Jogos Olímpicos de Inverno na Coréia do Sul. Em 2018, todos os quatro grandes operadores russos realizaram testes. A MTS testou a nova tecnologia em
conjunto com a Samsung - casos de uso testados com chamadas de vídeo, transmissão de vídeo de alta resolução, jogos online.
Na Coréia do Sul, pela primeira vez no mundo, o serviço 5G foi oferecido no final de 2018. A implementação comercial mundial está prevista para o próximo ano de 2020. No estágio inicial, o intervalo FR1 será usado como um complemento para as redes 4G existentes.
De acordo com os planos do Ministério das Comunicações , na Rússia o 5G começará a aparecer em mais de um milhão de cidades desde 2020. Na prática, a implantação em larga escala será determinada pela possibilidade de monetização, e esse aspecto do 5G ainda não está claro.
Agora, o 5G é visto pelas operadoras de telecomunicações, e não no plano de marketing: o ícone 5G na tela do telefone será definitivamente uma vantagem aos olhos dos assinantes das operadoras de telecomunicações. O incidente anedótico com
o operador da AT&T , que postou o ícone 5G na ausência de uma rede real, é indicativo disso, pelo qual os concorrentes entraram com uma ação contra ele por engano.
Se você olhar com atenção, poderá ver que o ícone é realmente “5GE” - significa 5G Evolution, e de repente este não é o 5G em que estamos pensando, mas apenas um rótulo inventado pelos profissionais de marketing para a rede LTE existente com algumas melhorias.Chipsets
As empresas de microeletrônica já investiram muitos bilhões de dólares em 5G. Os chips para modems celulares 5G NR são oferecidos pela Samsung (
Exynos Modem 5100 ), Qualcomm (
modem Snapdragon X55 ), Huawei (
Balong 5000 ). Os modems da Intel, um novo player neste mercado, são esperados até o final de 2019. O modem da Samsung é fabricado com a tecnologia FinFET de 10nm e é compatível com os padrões antigos a partir de 2G. Na faixa de frequência de até 6 GHz, ele fornece velocidades de download de até 2 Gb / s, enquanto usando a faixa em milímetros, a velocidade aumenta para 6 Gb / s.
Telefones
Quase todos os fabricantes de telefones Android anunciaram planos para implementar o 5G. A Samsung apresentou o carro-chefe Galaxy S10 na versão 5G no Mobile World Congress no final de fevereiro de 2019. Em 5 de abril, foi lançado na Coréia. Nos EUA, a novidade apareceu em 16 de maio, e a conexão ocorre com a rede da operadora de telecomunicações Verizon. Outras operadoras também estão se destacando: a AT&T
anuncia planos de lançar um segundo smartphone com a Samsung no segundo semestre de 2019.
Mercado consumidor
Caso 1. Internet doméstica
As redes 5G de acesso sem fio fixo se tornarão uma alternativa à Internet com fio em nossos apartamentos. Se antes a Internet chegasse ao nosso apartamento por cabo, no futuro - a partir da torre 5G, e o roteador a distribuiria através do WiFi doméstico habitual. As principais empresas de players concluíram os preparativos sincronizando o lançamento de roteadores para venda com a implantação de redes 5G. Um roteador 5G típico custa US $ 700-900 e fornece uma velocidade de download de 2-3 Gbit / s. Assim, os operadores resolverão o problema da "última milha" e reduzirão o custo de colocação de fios. E não é preciso temer que as redes de backbone existentes não lidem com o aumento do tráfego proveniente das redes 5G: estão em andamento estudos para usar a reserva existente de redes de fibra - a chamada "fibra escura".
Quão novo é esse cenário para os usuários? Em alguns países, eles já param de usar a Internet tradicional com fio em casa e mudam para o LTE: torna-se mais rápido e mais barato usar as comunicações móveis em todas as situações, com taxas convenientes. Tal situação, por exemplo, se desenvolveu na Coréia. E ela é ilustrada aqui nesta história em quadrinhos:
Caso 2. Congestionamento em massa de pessoas
Certamente todos estavam em uma situação tão desagradável: comparecer à exposição ou ao estádio e a comunicação móvel desaparecerá. E é exatamente nesse momento que você deseja postar uma foto ou escrever na rede social.
Estádios
A Samsung realizou um teste em conjunto com a operadora de telecomunicações japonesa KDDI no 30.000º estádio de beisebol. Usando os tablets 5G de teste, foi possível demonstrar o streaming de vídeo 4K simultaneamente em vários tablets.
O estádio é um dos três cenários ilustrados em uma zona de demonstração chamada 5G City, localizada em Suwon (sede da Samsung). Outros cenários incluem um ambiente urbano (conectando câmeras, sensores e quadros de informações) e um ponto de acesso de alta velocidade para a entrega de vídeo em HD a um ônibus em movimento: enquanto ele passa por um ponto, o filme tem tempo para fazer o download.
Os jogos
Niantic, o criador do mundialmente famoso jogo de geolocalização Pokemon Go,
tem grandes expectativas para o 5G. Não faz muito tempo, eventos de grupo apareceram no jogo - incursões. Em ataques, você precisa se coordenar com outros jogadores para derrotar um Pokémon particularmente forte, o que cria situações interessantes na vida real. Portanto, a principal localização lendária do jogo com o Pokemon mais raro Mewtwo está localizada na Times Square em Nova York - você pode imaginar que tipo de multidão pode haver, consistindo não apenas em caçadores de Pokémon, mas apenas em turistas.
A Realidade Aumentada também é considerada o "aplicativo matador" para 5G. Neste
vídeo, você pode ver o conceito de lutas mágicas em tempo real, que agora estão sendo desenvolvidas pela Niantic em um novo jogo baseado em "Harry Potter". A Niantic já fez parceria com a Samsung e as operadoras Deutsche Telecom e SK Telecom.
Transporte
Finalmente, o caso do trem é interessante. Havia uma idéia de equipar a ferrovia com comunicações 5G para entretenimento e conforto dos passageiros. Um estudo da Universidade de Bristol
mostrou : para obter uma comunicação perfeita em alta velocidade, você precisa equipar a ferrovia com pontos de acesso a uma distância de 800 metros um do outro!
Um exemplo de como organizar pontos de acesso ao longo da ferroviaOs testes foram realizados com sucesso em um trem que circulava perto de Tóquio - eles
foram realizados pela Samsung e pela operadora de telecomunicações KDDI. Durante os testes, foi alcançada uma velocidade de 1,7 Gbit / s e, durante o teste, foram baixados 8K de vídeo e 4K da câmera.
Novos casos de uso
Mas tudo isso é uma solução para as tarefas que já nos são familiares. E que novidade fundamental a 5G pode nos oferecer?
Carro conectado
A principal vantagem é sua baixa latência, que permite que os carros se comuniquem entre si a velocidades de até 500 km / h. Ao contrário dos motoristas humanos, os carros podem finalmente negociar manobras entre si ou com uma infraestrutura fixa, tornando a estrada mais segura. É interessante que o sistema leve em consideração as condições climáticas: todo mundo sabe que em condições escorregadias a distância de frenagem é maior e, portanto, as regras desse sistema devem mudar.
A Associação Automotiva Européia (5GAA) já reúne mais de 100 grandes fabricantes de automóveis e carros em todo o mundo para acelerar a implantação do sistema C-V2X (Veículo Celular para Tudo). Os principais objetivos da associação são segurança rodoviária abrangente e eficiência no tráfego. Ciclistas e pedestres com smartphones 5G também podem contar com segurança. Os participantes do movimento em distâncias de até 1 km poderão entrar em contato diretamente; em grandes distâncias, eles precisarão da presença de cobertura 5G. O sistema garantirá a criação de corredores para policiais e ambulâncias, possibilitando a troca de sensores entre carros, condução remota e outras maravilhas. Após o lançamento do C-V2X, a associação planeja aplicar a experiência adquirida no 5G V2X, onde alcançará a indústria 4.0, cidades inteligentes e tudo o que
move usa 5G.
Exemplos de situações que podem ser resolvidas com o Connected Car. Fonte: Qualcomm.O 5G permitirá que não apenas veículos terrestres se comuniquem, mas também aeronaves. Este ano, a Samsung, juntamente com o provedor de Internet espanhol Orange,
demonstrou como um piloto remoto controlava o voo de um drone usando uma rede 5G implantada e recebendo um fluxo de vídeo de alta definição em tempo real. O fornecedor americano Verizon, em 2017, comprou
a operadora de drones Skyward , promete milhões de voos conectados ao 5G. Os drones da empresa já estão conectados à rede 4G lançada da Verizon.
Indústria 4.0
Em geral, a expressão "Industrie 4.0" foi inventada na Alemanha para seu programa de modernização industrial. A
5G-ACIA (Aliança 5G para indústrias conectadas e automação), com sede na Alemanha, ingressa em empresas de manufatura interessadas em usar 5G desde 2018. As maiores demandas de latência e confiabilidade são feitas pelo controle do movimento de robôs industriais, onde o tempo de resposta não pode exceder dezenas de microssegundos. Agora, isso está sendo resolvido usando Ethernet Industrial (por exemplo, o padrão EtherCAT). É provável que o 5G concorra a esse nicho!
Outras aplicações, como comunicação entre controladores industriais ou com um operador humano, redes de sensores, são menos exigentes. Agora, a maioria dessas redes usa um cabo; portanto, o 5G sem fio parece ser uma solução economicamente viável, além de permitir uma rápida reconfiguração da produção.
Na prática, a viabilidade econômica levará à introdução de 5G nas áreas mais caras relacionadas ao pagamento de mão de obra humana, por exemplo, motoristas de empilhadeiras em fábricas e armazéns. Assim, a empresa de engenharia européia Acciona demonstrou o
sistema robótico autônomo MIR200 . O carrinho transmite vídeo de resolução 360 em alta resolução; um operador remoto a ajudará a deixar a situação imprevista. O carrinho usa a tecnologia 5G da Cisco e Samsung.
As tecnologias de colaboração remota vão mais longe. Este ano, foi demonstrado como um cirurgião especialista em tempo real monitora o progresso de uma operação oncológica que ocorre a muitos quilômetros de distância e mostra a seus colegas a melhor forma de realizar a operação. À medida que a tecnologia melhorar, ele poderá participar mais ativamente, já gerenciando diretamente os instrumentos cirúrgicos.
Internet das coisas
Primeiro, o 5G resolverá o problema com os numerosos e pouco suportados padrões de comunicação da Internet das Coisas, que agora, em nossa opinião, limitam o desenvolvimento dessa área.
Aqui o 5G pode oferecer o seguinte:
- Rede ad hoc (sem roteadores)
- Dispositivos conectados de alta densidade
- Suporte para comunicações em banda estreita e com baixo consumo de energia (mais de 10 anos com uma única bateria)
Mas parece que os grandes negócios ainda estão mais interessados em outros cenários além da Internet das coisas. Uma pesquisa rápida na Internet não encontrou participantes-chave demonstrando os benefícios do 5G para a Internet.
Concluindo este tópico, prestamos atenção à seguinte oportunidade interessante. Agora, dependendo da tomada ou da necessidade de substituir as baterias, a escolha de “coisas” é limitada. O carregamento sem fio indutivo de baixa frequência funciona apenas a alguns centímetros de distância. O 5G e suas ondas milimétricas direcionadas permitirão um carregamento eficiente a distâncias de vários metros. Embora os padrões existentes não estipulem isso, não temos dúvidas de que os engenheiros em breve encontrarão maneiras de aproveitar esta oportunidade!
Recursos do desenvolvedor
Se você está interessado no tópico, então para onde seguir em frente?
Comunicação . Você pode se familiarizar com os jogadores 5G nas próximas conferências russas
Skolkovo Startup Village 2019 29-30 de maio,
Fórum Wireless Russia: 4G, 5G e além de 2019 30 a 31 de maio,
CEBIT Rússia 2019 25 a 27 de junho,
Smart Cars & Roads 2019 24 Outubro.
Dos contatos acadêmicos, deve-se destacar o
Seminário de Telecomunicações de Moscou, realizado no Instituto de Problemas de Transmissão de Informações.
Financiamento . Os principais participantes realizam concursos para o uso de 5G em vários campos. Nos EUA, a Verizon
anunciou recentemente o concurso “Built on 5G Challenge” para a Indústria 4.0, aplicativos imersivos para o consumidor (VR / AR) e idéias inovadoras (mudando nosso estilo de vida e trabalho). A competição é aberta a pequenas empresas registradas nos EUA, as inscrições são aceitas até 15 de julho. Prêmio - US $ 1 milhão. Os vencedores serão anunciados em outubro deste ano.
Emprego Além das quatro grandes operadoras de telefonia móvel, na Rússia existem várias empresas planejando usar o 5G em um futuro próximo. O modelo de negócios do principal provedor de entrega de conteúdo na Rússia e na CEI, CDNVideo, é uma taxa pela quantidade de tráfego recebido. O uso do 5G, potencialmente reduzindo esse preço, permitirá à empresa reduzir custos. A empresa PlayKey promove jogos na nuvem, não é de surpreender que também planeje usar o 5G.
É provável que o
código aberto desempenhe um papel fundamental na infraestrutura. A American
Open Networking Foundation suporta 5G. A
Aliança Europeia
OpenAirInterface Software une aqueles que desejam contornar os componentes de infraestrutura 5G proprietários. As direções estratégicas incluem suporte para modems 5G e sistemas definidos por software, redes heterogêneas e Internet das coisas.
A Aliança O-RAN virtualiza as redes de acesso via rádio. A implementação da rede principal está disponível no
Open5GCore .
Autores:
Stanislav Polonsky - Chefe de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado, Samsung Research Center
Tatyana Volkova - Autor do currículo do projeto Samsung da IoT Academy, especialista em programas de responsabilidade social corporativa no Samsung Research Center