5G viedajai pasaulei

Plaši valda uzskats, ka īsto lietu interneta revolūciju izraisīs tikai piektās paaudzes mobilā interneta tīkla popularizēšana. Šis tīkls joprojām tiks izveidots, taču bizness šobrīd, ieviešot IoT infrastruktūru, uz to neskatās.

Eksperti sagaida, ka 5G nebūs evolūcija, bet gan pilnīga mobilo tehnoloģiju transformācija. Tam vajadzētu pārveidot visu nozari, kas saistīta ar šāda veida komunikāciju. 2017. gada februārī prezentācijas laikā Mobile World Congress Barselonā Deutsche Telekom pārstāvis pat paziņoja, ka sakarā ar viedtālruņi beigs pastāvēt. Kad tas kļūs populārs, mēs vienmēr būsim tiešsaistē ar gandrīz visu, kas mūs ieskauj. Un atkarībā no tā, kurš tirgus segments izmantos šo tehnoloģiju (telemedicīna, balss zvani, spēļu platformas, tīmekļa pārlūkošana), tīkls izturēsies atšķirīgi.

5G tīkla ātrums salīdzinājumā ar iepriekšējiem risinājumiem

Tajā pašā MWC laikā tika parādīti pirmie komerciālie 5G tīkla pielietojumi - lai gan šis formulējums rada zināmas šaubas, jo joprojām nav zināms, kas tas patiesībā būs. Pieņēmumi ir pilnīgi pretrunīgi. Daži avoti apgalvo, ka paredzams, ka 5G vienlaikus tūkstošiem lietotāju nodrošinās pārraides ātrumu desmitiem tūkstošu megabitu sekundē. 5G provizoriskā specifikācija, ko pirms dažiem mēnešiem paziņoja Starptautiskā telekomunikāciju savienība (ITU), liecina, ka kavēšanās nepārsniegs 4 ms. Dati ir jālejupielādē ar ātrumu 20 Gb/s un jāaugšupielādē ar ātrumu 10 Gb/s. Mēs zinām, ka ITU vēlas paziņot par jaunā tīkla galīgo versiju šoruden. Visi ir vienisprātis par vienu lietu - 5G tīklam ir jānodrošina vienlaicīga simtiem tūkstošu sensoru bezvadu savienojums, kas ir galvenais lietu internetam un visuresošajiem pakalpojumiem.

Vadošie uzņēmumi, piemēram, AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel un daudzi citi, ir skaidri pauduši atbalstu 5G standartizācijas laika grafika paātrināšanai. Visas ieinteresētās puses vēlas sākt šīs koncepcijas komercializāciju jau 2019. gadā. No otras puses, Eiropas Savienība paziņoja par 5G PPP plānu (), lai noteiktu nākamās paaudzes tīklu attīstības virzienu. Līdz 2020. gadam ES valstīm ir jāatbrīvo šim standartam rezervētā 700 MHz frekvence.

5G tīkls ir jaunu tehnoloģiju dāvana

Atsevišķām lietām nav nepieciešams 5G

Pēc Ericsson datiem, pagājušā gada beigās (, IoT) darbojās 5,6 miljardi ierīču. No tiem tikai aptuveni 400 miljoni strādāja ar mobilajiem tīkliem, bet pārējie ar maza darbības attāluma tīkliem, piemēram, Wi-Fi, Bluetooth vai ZigBee.

Reālā lietu interneta attīstība ļoti bieži tiek saistīta ar 5G tīkliem. Pirmie jauno tehnoloģiju pielietojumi, sākotnēji biznesa sektorā, var parādīties pēc diviem līdz trim gadiem. Taču pieeju nākamās paaudzes tīkliem individuālajiem klientiem varam sagaidīt ne agrāk kā 2025. gadā. 5G tehnoloģijas priekšrocība, cita starpā, ir spēja apstrādāt miljonu ierīču, kas samontētas kvadrātkilometra platībā. Šķiet, ka tas ir milzīgs skaitlis, bet, ja ņem vērā to, par ko saka IoT vīzija viedās pilsētaskuros bez pilsētas infrastruktūras ir pieslēgti transportlīdzekļi (tajā skaitā autonomie auto) un sadzīves (viedās mājas) un biroja iekārtas, kā arī, piemēram, veikali un tajos glabātās preces, šis miljons uz kvadrātkilometru pārstāj tāds šķist liels. Īpaši pilsētas centrā vai rajonos ar augstu biroju koncentrāciju.

Tomēr ņemiet vērā, ka daudzām tīklam pievienotajām ierīcēm un uz tām novietotajiem sensoriem nav nepieciešams ļoti liels ātrums, jo tie pārraida nelielas datu daļas. Īpaši ātrs internets nav nepieciešams bankomātam vai maksājumu terminālim. Aizsardzības sistēmā nav obligāti jābūt dūmu un temperatūras sensoram, kas informē, piemēram, saldējuma ražotāju par apstākļiem veikalos ledusskapjos. Liels ātrums un zems latentums nav nepieciešami ielu apgaismojuma uzraudzībai un kontrolei, datu pārraidei no elektrības un ūdens skaitītājiem, tālvadībai, izmantojot IoT pieslēgtu mājas ierīču viedtālruni, vai loģistikā.

Šodien, lai gan mums ir LTE tehnoloģija, kas ļauj mobilajos tīklos nosūtīt vairākus desmitus vai pat simtus megabitu datu sekundē, ievērojama daļa ierīču, kas darbojas lietu internetā, joprojām izmanto 2G tīkli, t.i. ir pārdošanā kopš 1991. gada. GSM standarts.

Lai pārvarētu cenu barjeru, kas attur daudzus uzņēmumus izmantot IoT savās pašreizējās darbībās un tādējādi bremzē tā attīstību, ir izstrādātas tehnoloģijas tīklu veidošanai, kas paredzētas, lai atbalstītu ierīces, kas pārraida nelielas datu paketes. Šajos tīklos tiek izmantotas gan mobilo sakaru operatoru izmantotās frekvences, gan nelicencētā josla. Tādas tehnoloģijas kā LTE-M un NB-IoT (saukta arī par NB-LTE) darbojas joslā, ko izmanto LTE tīkli, savukārt EC-GSM-IoT (saukta arī par EC-EGPRS) izmanto 2G tīklu izmantoto joslu. Nelicencētajā diapazonā varat izvēlēties tādus risinājumus kā LoRa, Sigfox un RPMA.

Visas iepriekš minētās iespējas piedāvā plašu klāstu un ir veidotas tā, lai gala ierīces būtu pēc iespējas lētākas un patērētu pēc iespējas mazāk enerģijas, un tādējādi darbotos, nemainot akumulatoru pat vairākus gadus. Līdz ar to viņu kolektīvais nosaukums - (mazs enerģijas patēriņš, liels attālums). LPWA tīkliem, kas darbojas mobilo sakaru operatoriem pieejamajos diapazonos, ir nepieciešams tikai programmatūras atjauninājums. Komerciālo LPWA tīklu attīstību pētniecības kompānijas Gartner un Ovum uzskata par vienu no svarīgākajiem notikumiem IoT attīstībā.

Operatori izmanto dažādas tehnoloģijas. Nīderlandes KPN, kas savu valsts mēroga tīklu uzsāka pagājušajā gadā, ir izvēlējies LoRa un interesējas par LTE-M. "Vodafone" grupa izvēlējusies NB-IoT - šogad tā uzsāka tīkla izbūvi Spānijā, un plāno šādu tīklu būvēt Vācijā, Īrijā un Spānijā. Deutsche Telekom ir izvēlējies NB-IoT un paziņo, ka tā tīkls tiks atvērts astoņās valstīs, tostarp Polijā. Spānijas Telefonica izvēlējās Sigfox un NB-IoT. Orange Francijā sāka veidot LoRa tīklu un pēc tam paziņoja, ka sāks izvērst LTE-M tīklus no Spānijas un Beļģijas valstīs, kurās tas darbojas, un tādējādi, iespējams, arī Polijā.

LPWA tīkla izbūve var nozīmēt, ka konkrētas IoT ekosistēmas attīstība sāksies ātrāk nekā 5G tīkli. Viena paplašināšana neizslēdz otru, jo abas tehnoloģijas ir būtiskas nākotnes viedajam tīklam.

5G bezvadu savienojumiem, iespējams, būs nepieciešams daudz enerģija. Papildus iepriekšminētajiem diapazoniem pagājušajā gadā vajadzētu ieviest veidu, kā ietaupīt enerģiju atsevišķu ierīču līmenī. Bluetooth tīmekļa platforma. To izmantos viedo spuldžu, slēdzeņu, sensoru u.c. tīkls. Tehnoloģija ļauj izveidot savienojumu ar IoT ierīcēm tieši no tīmekļa pārlūkprogrammas vai vietnes, neizmantojot īpašas lietojumprogrammas.

Web Bluetooth tehnoloģijas vizualizācija

5G pirms tam

Ir vērts zināt, ka daži uzņēmumi gadiem ilgi ir izmantojuši 5G tehnoloģiju. Piemēram, Samsung pie saviem 5G tīkla risinājumiem strādā kopš 2011. gada. Šajā laikā bija iespējams sasniegt 1,2 Gb / s pārraidi transportlīdzeklī, kas pārvietojas ar ātrumu 110 km / h. un 7,5 Gbps stāvošam uztvērējam.

Turklāt eksperimentālie 5G tīkli jau pastāv un ir izveidoti sadarbībā ar dažādiem uzņēmumiem. Tomēr šobrīd vēl ir pāragri runāt par gaidāmo un patiesi globālo jaunā tīkla standartizāciju. Ericsson to testē Zviedrijā un Japānā, taču mazajām patēriņa ierīcēm, kas darbosies ar jauno standartu, vēl ir tālu. 2018. gadā uzņēmums sadarbībā ar Zviedrijas operatoru TeliaSonera atklās pirmos komerciālos 5G tīklus Stokholmā un Tallinā. Sākotnēji tā būs pilsētu tīkli, un mums būs jāgaida līdz 5. gadam, lai iegūtu “pilna izmēra” 2020G. Ericsson pat ir pirmais 5G tālrunis. Varbūt vārds "telefons" tomēr ir nepareizs vārds. Ierīce sver 150 kg un ar to jābrauc lielā autobusā, kas bruņots ar mēraparatūru.

Pagājušā gada oktobrī ziņas par 5G tīkla debiju pienāca no tālās Austrālijas. Taču šāda veida ziņojumiem vajadzētu pieiet ar attālumu – kā gan bez 5G standarta un specifikācijas zināt, ka ir palaists piektās paaudzes pakalpojums? Tam vajadzētu mainīties, tiklīdz tiks panākta vienošanās par standartu. Ja viss noritēs saskaņā ar plānu, iepriekš standartizētie 5G tīkli pirmo reizi parādīsies 2018. gada ziemas olimpiskajās spēlēs Dienvidkorejā.

Milimetru viļņi un sīkas šūnas

5G tīkla darbība ir atkarīga no vairākām svarīgām tehnoloģijām.

Samsung bāzes stacija

Pirmais milimetru viļņu savienojumi. Arvien vairāk ierīču izveido savienojumu savā starpā vai ar internetu, izmantojot vienas un tās pašas radiofrekvences. Tas izraisa ātruma zudumu un savienojuma stabilitātes problēmas. Risinājums var būt pāreja uz milimetru viļņiem, t.i. frekvenču diapazonā no 30-300 GHz. Pašlaik tos jo īpaši izmanto satelītsakaros un radioastronomijā, taču to galvenais ierobežojums ir to mazais darbības rādiuss. Jauna veida antena atrisina šo problēmu, un šīs tehnoloģijas izstrāde joprojām turpinās.

Tehnoloģija ir piektās paaudzes otrais pīlārs. Zinātnieki lepojas, ka jau tagad spēj pārraidīt datus, izmantojot milimetru viļņus vairāk nekā 200 m attālumā.Un burtiski ik pēc 200-250 m lielajās pilsētās var būt, t.i., mazas bāzes stacijas ar ļoti zemu enerģijas patēriņu. Tomēr mazāk apdzīvotās vietās "mazās šūnas" nedarbojas labi.

Tam vajadzētu palīdzēt atrisināt iepriekš minēto problēmu MIMO tehnoloģija jauna paaudze. MIMO ir arī 4G standartā izmantots risinājums, kas var palielināt bezvadu tīkla kapacitāti. Noslēpums ir vairāku antenu pārraidē raidīšanas un uztveršanas pusēs. Nākamās paaudzes stacijas var apstrādāt astoņas reizes vairāk portu nekā šodien, lai vienlaikus nosūtītu un saņemtu datus. Tādējādi tīkla caurlaidspēja palielinās par 22%.

Vēl viens svarīgs 5G paņēmiens ir tas, ka "staru kūļa veidošana“. Tā ir signālu apstrādes metode, lai dati lietotājam tiktu piegādāti pa optimālo maršrutu. palīdz milimetru viļņiem sasniegt ierīci koncentrētā starā, nevis caur daudzvirzienu pārraidi. Tādējādi tiek palielināts signāla stiprums un samazināti traucējumi.

Piektās paaudzes piektajam elementam vajadzētu būt t.s pilna dupleksa. Dupleksa ir divvirzienu pārraide, t.i., tāda, kurā informācijas pārraide un saņemšana ir iespējama abos virzienos. Pilna dupleksa nozīmē, ka dati tiek pārsūtīti bez pārraides pārtraukumiem. Šis risinājums tiek nepārtraukti pilnveidots, lai sasniegtu labākos parametrus.

 

Sestā paaudze?

Tomēr laboratorijas jau strādā pie kaut kā pat ātrāk nekā 5G - lai gan atkal mēs nezinām, kas ir piektā paaudze. Japāņu zinātnieki veido nākotnes bezvadu datu pārraidi, it kā nākamo, sesto versiju. Tas sastāv no 300 GHz un augstāku frekvenču izmantošanas, un sasniegtais ātrums katrā kanālā būs 105 Gb / s. Jaunu tehnoloģiju izpēte un izstrāde notiek jau vairākus gadus. Pagājušā gada novembrī, izmantojot 500 GHz terahercu joslu, tika sasniegts 34 Gb/s, bet pēc tam 160 Gb/s, izmantojot raidītāju 300-500 GHz joslā (astoņi kanāli, kas modulēti ar 25 GHz intervālu). ) - tas ir, rezultāti daudzkārt pārsniedz 5G tīkla sagaidāmās iespējas. Pēdējais panākums ir Hirosimas universitātes zinātnieku grupas un Panasonic darbinieku darbs vienlaikus. Informācija par tehnoloģiju tika ievietota universitātes vietnē, terahercu tīkla pieņēmumi un mehānisms tika prezentēts 2017. gada februārī ISSCC konferencē Sanfrancisko.

Kā zināms, darbības biežuma palielināšana ne tikai nodrošina ātrāku datu pārsūtīšanu, bet arī ievērojami samazina iespējamo signāla diapazonu, kā arī palielina tā uzņēmību pret visa veida traucējumiem. Tas nozīmē, ka ir jāveido diezgan sarežģīta un blīvi sadalīta infrastruktūra.

Ir arī vērts atzīmēt, ka revolūcijas – piemēram, 2020. gadā plānotais 5G tīkls un pēc tam hipotētiskais vēl ātrāks terahercu tīkls – nozīmē, ka miljoniem ierīču ir jāaizstāj ar jaunajiem standartiem pielāgotām versijām. Tas, visticamāk, ievērojami... palēninās pārmaiņu tempu un liks iecerētajai revolūcijai faktiski kļūt par evolūciju.

Lai varētu turpināt Tēmas numurs ikmēneša jaunākajā numurā.