для чего нужны вышки 5g на самом деле

А что там внутри? Рассказываем, как работает вышка 5G

В отличие от прошлого, когда о появлении новых технологий чаще мечтали, чем воплощали их в жизнь, сегодня возможностей куда больше. Однако преграды остаются примерно те же: технологические, социальные, экономические и им подобные. Главное — преодолеть их, а затем наступит момент, когда это новое вплетается в нашу жизнь, становится привычным — тем, обойтись без чего все сложнее. Вместе с провайдером A1 простым языком рассказываем о том, как работает вышка 5G.

Ранее мы уже выяснили некоторые аспекты работы 5G: обсуждались вопросы надежности и эффективности, а также перспектив применения технологии. На этот раз рассмотрим один из элементов сети нового поколения — базовую станцию. Она является небольшим, но важным узлом, без которого работа 5G попросту невозможна.

Когда тему прихода 5G в Беларусь только начинали обсуждать, чаще звучало мнение о том, что технология будет востребована лишь в бизнес-секторе. Обычный пользователь — со смартфоном и ноутбуком, — как предполагалось, обойдется тем, что есть: 3G и 4G/LTE. С течением времени ситуация изменилась, так как стало очевидно: выгода будет для всех, но в разной мере.

Действительно, драйвером развития станут крупные клиенты, но постепенно индустрия и технология получат ресурсы для дальнейшего распространения. В качестве примера можно упомянуть процесс развития интернета: вначале он был доступен очень ограниченному кругу пользователей (ученым и военным), а затем стал таким же привычным, как телевизор. То же произойдет и с 5G.

Тем более что с технической точки зрения, точнее благодаря наработанной практике и известным технологиям, процесс развертывания 5G займет меньше времени, чем требовалось для сетей прошлых поколений. Год назад в разговоре с Onliner заместитель генерального директора по техническим вопросам компании A1 Кристиан Лаке рассказал: широкое распространение GSM-связи заняло около 10 лет, на 3G ушло куда меньше, а технология LTE распространилась в разы быстрее. К слову, спецификации 5G официально приняли только в декабре 2017 года, а окончательно закрепят с исправлениями только в июне 2020-го.

Базовая станция 5G — как она работает

— По своему «составу» конструкции станции 5G мало отличаются от БС предыдущих поколений. Есть системный модуль, который выполняет все вычисления, обработку сигнала. Обычно он размещается где-то в стойке в помещении либо в специальном шкафу на улице. В системный модуль подключается радиомодуль, который и формирует сигнал, излучая его дальше, — рассказал Алексей Карницкий, начальник отдела планирования радиосети компании A1.

В базовых станциях 5G радиомодуль часто совмещен с антенной, он устанавливается внутрь, потому ее еще называют активным антенным модулем (AAU — active antenna unit). Одно из основных отличий заключается в том, что антенна для 5G, если сравнивать с антеннами, предназначенными для работы в сетях прошлых поколений, имеет намного больше излучателей — диполей.

Источник

5G для «чайников». Что такое 5G, как это работает и зачем нужно?

Если еще 2-3 года назад технология 5G вызывала интерес лишь в очень узких кругах, то сейчас, когда операторы начали развертывание сетей 5G по всему миру, расставляя маленькие загадочные коробочки возле школ и парков, этой темой заинтересовались даже люди, не умеющие пользоваться смартфоном.

Что же такое 5G? В чем смысл этой технологии и как она устроена? Обо всем этом мы и поговорим дальше. Единственное замечание — здесь мы не будем касаться темы вреда (или безвредности) 5G для организма. Об этом у нас уже есть отдельный подробный материал.

Зачем нам 5G на самом деле?

Даже тот, кто лишь краем уха слышал о 5G, знает, что речь идет о более высоких скоростях передачи данных. Но разве в этом и заключается основная задача сетей нового поколения? Неужели операторы по всему миру потратят более триллиона долларов лишь на то, чтобы полнометражный фильм загружался не за 10 минут, а за 10 секунд?

Подобные вопросы задают многие люди и приходят к выводу, что здесь «что-то нечисто». Видимо, у 5G есть другая задача! А для наивных людей придумали удобную отговорку. И ведь действительно, высокая скорость (теоретически до 20 Гбит/сек) — далеко не главная задача сетей 5G.

5G обеспечивает более высокую емкость сети

Вы когда-нибудь задумывались о том, какое количество устройств сегодня подключено к сети интернет? Их просто миллиарды и это число растет довольно быстро. Еще 10 лет назад, когда только появилась сеть 4G, мир был совсем другим. Сегодня телефонами с мобильным интернетом пользуются все, от маленьких детей до пожилых людей. Современные 4G сети буквально не справляются с такой нагрузкой. На концертах, спортивных матчах и других массовых мероприятиях качество связи заметно падает, а интернет и вовсе исчезает.

В это же время к сети подключается все больше новых устройств: от холодильников и кофемашин до автомобилей и различных носимых гаджетов. О критической важности мобильного интернета в промышленности и бизнесе даже говорить нет смысла.

Сети 5-го поколения решают эту проблему, обеспечивая более чем 100-кратное увеличение пропускной способности сети. За счет чего это происходит — поговорим чуть позже.

Технология 5G позволяет снизить время задержки до 1 мс

Геймеры хорошо знают о том, что такое время задержки сети (latency), когда картинка, отображаемая на экране смартфона/компьютера в реальности уже «устарела» на 30-50 миллисекунд (или больше) и точно сделанный выстрел не попадает в цель. Ведь то, что происходит на сервере, отображается на экране устройства не мгновенно. Соответственно и реакция игрока, как минимум, «затормаживается» скоростью отклика сети.

Время задержки в сетях 5G может быть сокращено до 1 мс! На практике в большинстве случаев это значение будет выше (порядка 4 мс), но для самых критических задач задержка не превышает миллисекунды. Для сравнения, задержка в сетях 4G составляет 40-50 мс.

Несомненно, игры по сети — это популярное занятие, но быстрый отклик нужен далеко не только геймерам. Добившись мгновенного отклика устройств по мобильной сети, перед нами открывается новый мир автопилотируемых автомобилей или удаленно управляемого беспилотного транспорта, появляется возможность проводить удаленные хирургические или спасательные операции, где важна точность и мгновенный отклик.

Чтобы лучше осознать, какую роль играют миллисекунды, приведем простой пример. Представим, что у нас есть автопилотируемый автомобиль, который синхронизирует свои координаты с другими автомобилями через интернет, а также с датчиками, расположенными вдоль трассы.

Если автомобиль едет со скоростью 120 км/ч и внезапно возникает аварийная ситуация, человеку потребуется около 700 мс, чтобы среагировать. За это время автомобиль проедет около 30 метров, что может стоить жизни водителя. В сетях 4G из-за задержки автомобиль проехал бы около 2 метров до принятия решения. Для 5G сетей это расстояние сократилось бы до 10-15 сантиметров.

С другой стороны, будут ситуации, когда машины на заводах должны работать синхронно и задержка в несколько миллисекунд будет заметно влиять на качество и время такой работы.

Наглядно это можно увидеть в ролике Nokia, где был поставлен простой эксперимент. Несколько роботов должны максимально быстро стабилизировать шарик на ровной поверхности, координируя свои движения по сети. Сравните, сколько времени им потребуется при использовании 4G и 5G сетей (ролик на английском, но сам эксперимент понятен и без слов — с 01:30 показана работа в 4G, а затем в 5G):

Учитывая, что с приходом 5G все больше устройств и датчиков (загрязнения, шума, трафика и пр.) будут подключаться к сети, отсутствие задержки — одна из ключевых характеристик сетей нового поколения.

Итак, сети 5G решают в основном 3 задачи:

Сети 4G во многих странах уже достигли своего предела и по сути тормозят дальнейшее развитие технологий, включая интернет вещей (IoT), автопилотируемый транспорт и многое другое, о чем уже частично было сказано выше.

Как работает технология 5G?

Если говорить кратко, то все очень сложно. Настолько сложно, что даже сотрудник «IT Академии Samsung» в официальном блоге компании на Хабре следующим образом объясняет читателям причину увеличения скорости в сетях 5G:

Всё просто: увеличиваем частоту, уменьшаем длину волны – и скорость передачи данных становится в разы больше. Да и сеть в целом разгружается.

Официальный блог Samsung на Хабре

К сожалению, все далеко не так просто, как показалось этому человеку. Он представил себе следующую картину. Мы знаем, что информация в мобильных сетях передается с помощью электромагнитных волн. Соответственно, если взять две волны разной длины (а значит и частоты), то за 1 секунду можно «впихнуть» больше информации туда, где этих волн будет больше:

Как видим на картинке, за 1 секунду мы получим либо 3 длинные волны, либо 24 короткие. И чем выше будет частота (количество волн за секунду), тем, казалось бы, больше информации можно передавать. Это логичное (на первый взгляд) предположение не имеет никакого отношения к реальности.

Скорость передачи данных не зависит от выбранной частоты. Возьмите, к примеру, свой FM-радиоприемник. Он может ловить радиоволны на частотах от 87.5 до 108 МГц (миллионов колебаний в секунду). Конечно же, качество музыки на радиостанции 108 FM ничем не будет отличаться от качества на частоте 87.5 МГц. А ведь волны то гораздо короче получаются!

В реальности все намного сложнее. Если мы говорим о мобильной связи, передача данных осуществляется порциями (фреймами). Каждый фрейм в свою очередь делится еще на 10 кусочков (субфреймов). И эти субфреймы состоят из слотов:

Так вот, количество слотов, из которых состоят субфреймы, может быть разным и зависит оно от ширины спектра поднесущей. Чтобы лучше понять, что это такое, рассмотрим простой пример.

Вот у нас стоит 4G вышка сотовой связи. Работает она на определенной частоте. Естественно, чтобы к этой вышке могли подключаться разные устройства, каждому из них выделяется небольшой «кусочек» доступного диапазона частот, например, 20 МГц. Такой кусочек, в свою очередь, делится на огромное количество очень маленьких кусочков. В случае с 4G сетями эти кусочки (они и называются поднесущими) имеют ширину 15 кГц. Но, как уже было сказано выше, чем шире спектр поднесущей, тем больше данных она будет содержать.

На следующей таблице можно наглядно увидеть, как именно зависит количество слотов в одном субфрейме от ширины спектра поднесущей:

Если ширина поднесущей составляет 15 кГц, в одном субфрейме может быть только 1 слот. Соответственно, вся порция данных (то есть, фрейм) будет содержать 10 слотов. Но в 4G-сетях мы не можем расширять полосу, выделяя больше частот для поднесущей.

За счет чего в сетях 5G такая высокая скорость?

Сегодня все частоты до 5 ГГц уже переполнены и регуляторы не позволяют выделять более широкие диапазоны частот. На этих частотах работает всё, что только можно, от Wi-Fi и Bluetooth до GPS и 4G связи. В то время, как выше всё относительно свободно!

Именно по этой причине для сетей 5G решили использовать очень высокочастотные волны в миллиметровом диапазоне. Ведь там много незанятого места и можно смело увеличивать ширину полосы. Соответственно, если ширина поднесущей в 5G сети будет равняться 240 кГц, мы сможем упаковать 16 слотов в один субфрейм, а так как в одном фрейме десять субфреймов, тогда один фрейм будем содержать 160 слотов. А это в 16 раз больше данных, передаваемых за 1 секунду, чем при использовании 4G-сетей.

Но сразу же возникает другой вопрос — неужели никто не мог додуматься до этого еще 10 лет назад?! Ведь подобная схема (фреймы, субфреймы, слоты) используется и в сетях 4G, которые были развернуты десятилетие назад. Верно! Но проблема заключается не в том, чтобы додуматься взять свободные частоты. Миллиметровые волны очень «капризные». Они быстро затухают, отражаются от любой поверхности, не способны проникать в здания или сквозь человека. Даже дождь или снег будет поглощать такие волны.

Чтобы построить интернет на базе миллиметровых волн, нужно сделать немыслимое — расставить вышки сотовой связи буквально на каждом шагу. Никто не будет заниматься таким безумием — считали операторы 10 лет назад.

И вот сейчас мы наблюдаем процесс развертывания сетей 5G, который и заключается в том, чтобы расставить маленькие базовые станции через каждые 100 метров. Стоит это колоссальных денег и, вдобавок ко всему, вызывает бурную реакцию у простых граждан, которые беспокоятся о своем здоровье. Подумать только, тысячи маленьких станций будут облучать людей 24 часа в сутки! Везде, включая зоны отдыха, парки, детские площадки… Но прежде чем паниковать, обязательно прочтите нашу статью о вреде 5G.

Если технология 5G требует такого количества базовых станций, сколько времени потребуется операторам на развертывание сетей пятого поколения? Хороший вопрос! И здесь есть свои нюансы. Никто не будет покрывать миллиметровыми волнами всю планету, по крайней мере в обозримом будущем. Это просто космические суммы денег и множество других проблем.

Вместо этого, 5G использует два основных диапазона частот: от 400 МГц до 6 ГГц и от 24 до 50 ГГц. Именно второй диапазон и является миллиметровым, в то время, как первый довольно сильно пересекается с диапазоном частот 4G сетей.

Соответственно, одна вышка 5G, работающая на частоте 400 МГц сможет покрывать километры расстояния! Но скорость здесь будет лишь немного превышать 4G. Хотя, по логике упомянутого ранее человека, 5G сеть на частотах 400-800 МГц должна работать медленнее современных 4G-сетей, волны ведь длиннее и частота ниже.

Для быстрого развертывания сетей 5G операторы используют во многих странах более низкие частоты и покрывают сразу огромные территории. Делать ковровое покрытие 5G по всей стране, плотно размещая базовые станции, работающие в миллиметровом диапазоне, никто не будет. Это огромные затраты, которые могут не окупиться. Во многих странах 5G сети в миллиметровом диапазоне будут разворачиваться только в промышленных зонах для потребностей бизнеса.

Как удалось сократить задержку (latancy) в 5G сетях?

Итак, со скоростью разобрались. Сети 5G работают гораздо быстрее за счет более широкого канала или доступного диапазона частот. Увеличивая ширину спектра поднесущей, мы можем передавать больше данных. А увеличивать эту ширину можно только в том случае, если есть свободные частоты. Соответственно, свободных частот в диапазоне от 1 до 6 ГГц не так много, а в более высокочастотном (миллиметровом) диапазоне — хоть отбавляй!

Но что делать со скоростью отклика или временем задержки. Как именно в сетях 5G удалось сократить задержку с примерно 40 мс до 1 мс?

Длительность одного фрейма в 4G или 5G сетях всегда фиксирована и составляет ровно 10 мс. Соответственно, длительность одного субфрейма в 10 раз короче (так как один фрейм состоит из десяти субфреймов) и всегда равняется 1 мс.

Так какая же тогда длительность одного слота? И вот здесь уже всё зависит от количества этих слотов. В 4G сетях один субфрейм состоит из одного слота. Значит, длительность этого слота равняется длительности субфрейма или 1 мс. Но в 5G сетях в одном субфрейме может быть гораздо больше слотов. Соответственно и длина каждого из них будет намного короче.

При использовании двух слотов, длительность каждого будет составлять по 0.5 мс. Если используется 4 слота, тогда длительность каждого будет равняться 1/4 длительности субфрейма или 0.25 миллисекунд и так далее.

Сократив время каждого слота, удалось сократить и время задержки сигнала. Чтобы объяснение было более полным и точным, нужно вводить еще несколько понятий, таких как нумерология и символы, но делать этого мы не будем, чтобы не усложнять и без того непростые и уже местами скучные вещи.

Вместо заключения

Главной задачей этой статьи было рассказать о том, зачем нужна сеть 5G и каким именно образом удалось достичь увеличения скорости и сокращения времени задержки.

Также мы увидели, что 5G сеть не будет обеспечивать максимальную скорость и минимальную задержку для всех пользователей. Полностью раскрыть новое поколение мобильной сети могут только миллиметровые волны, но из-за высокой цены развертывания таких сетей, они будут доступны далеко не для всех и не сразу.

Помимо скорости и задержки, сети 5G содержат еще много интересных особенностей, которые мы затронем лишь вскользь, чтобы не перегружать материал.

Известно, что размер антенны зависит от длины волны. Выходит, для работы с миллиметровыми волнами нужны антенны очень маленького размера. Соответственно, в одной базовой станции 5G можно разместить сотни антенн, не увеличивая при этом размер самой ячейки. Данная технология получила название Massive MIMO.

Благодаря Massive MIMO одна базовая станция может обслуживать гораздо большее количество одновременно подключенных устройств.

Кроме того, благодаря Massive MIMO высокочастотный сигнал 5G можно делать узконаправленным. Представьте, что антенна излучает электромагнитные волны не во все стороны, как, скажем, свеча излучает свет, а делает это словно фонарик, направляя волны на конкретное устройство.

Конечно, эта аналогия примитивна и волны не направляются в устройство, словно лазерной указкой. Но, излучая сигнал одновременно несколькими антеннами, будут возникать места, в которых волны будут накладываться друг на друга, усиливая сигнал в определенном направлении. Такая фокусировка энергии повышает пропускную способность и эффективность сети, уменьшая помехи (интерференцию) между лучами, направленными в разные стороны.

Алексей, главный редактор Deep-Review (alexeysalo@gmail.com)

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник

5G – где и кому он нужен?

Даже не особо разбираясь в поколениях стандартов мобильной связи, любой наверняка ответит, что 5G — это круче, чем 4G/LTE. На самом деле, все не так просто. Давайте разберемся, в чём всё же 5G лучше/хуже и какие кейсы его использования наиболее перспективны с учетом текущего состояния.

Итак, что же нам обещает технология 5G?

(Источник картинки — Reuters)

Как это работает

Кто знает, как работает 5G – пропустите этот раздел.

Итак, за счет чего мы сможем достигнуть такой быстрой передачи данных в 5G, как описано выше? Ведь это не магия какая-нибудь?

Увеличение скорости произойдет благодаря переходу в более высокий частотный диапазон – ранее незадействованный. Для примера, частота домашнего WiFi составляет 2,4 или 5 ГГц, частота существующих мобильных сетей в пределах 2,6 ГГц. Но когда мы говорим о 5G, то здесь сразу речь о десятках гигагерц. Всё просто: увеличиваем частоту, уменьшаем длину волны – и скорость передачи данных становится в разы больше. Да и сеть в целом разгружается.

Вот наглядный комикс, как было и как будет. Было:

Будет:

(Источник: IEEE Spectrum, Everything You Need to Know About 5G)

Частота повысилась в десятки раз, поэтому в 5G мы имеем дело с гораздо более короткими, миллиметровыми волнами. Они плохо проходят через препятствия. И в связи с этим меняется и архитектура сети. Если раньше связь нам обеспечивалась большими мощными вышками, которые давали связь на больших расстояниях, то теперь необходимо будет расставить много компактных маломощных вышек повсюду. И учитывайте, что в крупных городах станций потребуется очень много, за счет перекрытия сигнала высотными домами. Так, для уверенного оснащения Нью-Йорка сетями 5G нужно увеличить количество базовых станций в 500 (!) раз.

По оценкам российских операторов, переход на 5G для них будет стоить примерно 150 миллиардов рублей – стоимость, сопоставимая с предыдущими расходами на развертывание 4G-сети, и это даже несмотря на то, что стоимость станции 5G ниже существующих (но их нужно много).

Два варианта сети: стационарный и мобильный

Для уменьшения энергопотребления и повышения дальности используется технология beamforming — динамическое формирование радиолуча для конкретного абонента. Как же это делается? Базовая станция запоминает, откуда и во сколько пришел сигнал (он исходит не только от вашего телефона, но и как отражение от препятствий), и при помощи методов триангуляции высчитывает ваше примерное местоположение, а затем строит оптимальную траекторию сигнала.

Источник: Analysys Mason

Однако необходимость отслеживать положение приемника приводит к небольшому различию для фиксированного и мобильных вариантов использования, и это находит свое отражение в различных кейсах использования (об этом – чуть далее, в разделе «Потребительский рынок»).

Status Quo

Стандарты

Принятого стандарта 5G нет. Слишком сложна технология и слишком много игроков с противоречивыми интересами.

В стадии предложения высокой степени проработки находится стандарт 5G NR (New Radio) от организации 3GPP (3 rd Generation Partnership Project), которая разработала предыдущие стандарты, 3G и 4G. 5G использует два радиочастотных диапазона (Frequency Range, или сокращенно просто FR). FR1 предлагает частоты ниже 6ГГц. FR2 – выше 24ГГц, т.н. миллиметровые волны. Стандарт поддерживает стационарные и движущиеся приемники и является дальнейшим развитием стандарта 5GTF от американского телеком-гиганта Verizon, поддерживающего только стационарные приемники (такой вид услуг называется сетями фиксированного беспроводного доступа).

Стандарт 5G NR предусматривает три сценария использования:

Внедрение

С 2018 проводится масштабное тестирование, например, на зимних Олимпийских играх в Южной Корее. В 2018-м все российские операторы «большой четверки» провели тесты. МТС тестировала новую технологию совместно с Samsung — проверялись сценарии использования с видеозвонками, передачей видео высокого разрешения, онлайн-играми.

В Южной Корее, впервые в мире, 5G сервис был предложен в конце 2018-го. Всемирное коммерческое внедрение ожидается в следующем, 2020-ом году. На начальном этапе будет использоваться диапазон FR1 как надстройка к существующим 4G сетям. Согласно планам Минкомсвязи, в России 5G начнет появляться в городах-миллионниках с 2020-го года. На практике, масштабное развертывание будет определяться возможностью монетизации, и этот аспект 5G пока не ясен.

Сейчас 5G рассматривается телеком-операторами скорее в плоскости маркетинга: иконка 5G на экране телефона однозначно будет плюсом в глазах абонентов телеком-оператора. Показателен анекдотический случай с оператором AT&T, разместившим иконку 5G при отсутствии реальной сети, за что конкуренты предъявили ему судебный иск за обман.

Если хорошо присмотреться, то видно, что иконка на самом деле «5GE» — расшифровывается как 5G Evolution, и внезапно это не 5G, о котором мы думаем, а всего лишь лейбл, придуманный маркетологами для существующей LTE-сети с некоторыми улучшениями.

Чипсеты

Микроэлектронные компании уже инвестировали многие миллиарды долларов в 5G. Микросхемы для 5G NR сотовых модемов предлагает Samsung (Exynos Modem 5100), Qualcomm (Snapdragon X55 modem), Huawei (Balong 5000). Модемы от Intel, нового игрока на этом рынке, ожидаются к концу 2019. Модем Samsung выполнен по 10нм FinFET технологии, и совместим со старыми стандартами, начиная с 2G. В частотном диапазоне до 6ГГц обеспечивает скорость загрузки до 2 Гб/c, при использовании миллиметрового диапазона скорость возрастает до 6 Гб/c.

Телефоны

Практически все производители телефонов на Android объявили о планах внедрения 5G. Samsung представила флагман Galaxy S10 в версии для 5G на выставке Mobile World Congress в конце февраля 2019 г. Уже 5 апреля состоялся его релиз в Корее. В США новинка появилась 16 мая, и там соединение происходит с сетью телеком-оператора Verizon. Подтягиваются и другие операторы: AT&T заявляет о планах выпустить совместно с Samsung второй смартфон во 2-й половине 2019 года.

Потребительский рынок

Кейс 1. Домашний Интернет

Насколько в новинку этот сценарий будет для пользователей? Уже сейчас в некоторых странах перестают пользоваться традиционным домашним проводным интернетом, и переходят на LTE: оказывается быстрее и дешевле пользоваться мобильной связью во всех ситуациях, при наличии удобных тарифов. Такая ситуация, к примеру, сложилась в Корее. И она проиллюстрирована вот в этом комиксе:

Кейс 2. Массовые скопления людей

Наверняка все бывали в такой неприятной ситуации: приходите на выставку или стадион, и пропадает мобильная связь. И это именно в тот момент, когда хочется запостить фото или написать в соцсети.

Стадионы

Samsung провел тест совместно с японским телеком-оператором KDDI на 30-тысячном бейсбольном стадионе. Используя тестовые 5G-планшеты, удалось продемонстрировать стриминг 4K-видео одновременно на нескольких планшетах.

Стадион – один из трех сценариев, которые проиллюстрированы в демозоне под названием 5G City, расположенной в г. Сувоне (штаб-квартире Samsung). Другие сценарии включают в себя городскую среду (подключение видеокамер, сенсоров и информационных табло) и высокоскоростную точку доступа для доставки HD-видео в движущийся автобус: пока он проезжает мимо точки, успевает скачаться фильм.

Компания Niantic – создатель всемирно известной геолокационной игры Pokemon Go – возлагает большие надежды на 5G. Не так давно в игре появились групповые события – рейды. В рейдах вам нужно скоординироваться с другими игроками, чтобы совместными усилиями победить особенно сильного покемона, и это создает интересные ситуации в реальной жизни. Так, главная легендарная локация игры с самым редким покемоном Mewtwo находится на Таймс-Сквер в Нью Йорке – можете себе представить, какая там способна собраться толпа, состоящая не только из охотников на покемонов, но и просто туристов.

Дополненную реальность также рассматривают как «killer app» для 5G. В этом ролике вы можете увидеть концепт магических поединков в реальном времени, которые сейчас разрабатываются Niantic в новой игре по мотивам «Гарри Поттера». Niantic уже заключила партнёрство с Samsung и операторами Deutsche Telecom и SK Telecom.

Транспорт

Наконец, интересен кейс с поездами. Появилась идея снабдить железную дорогу связью 5G для развлечений и комфорта пассажиров. Исследование Бристольского университета показало: чтобы добиться высокоскоростной бесшовной связи, нужно оснастить железную дорогу точками доступа на расстоянии 800 метров друг от друга!

Пример того, как нужно расставить точки доступа вдоль железнодорожного полотна

Были успешно проведены тесты на поезде, курсирующем возле Токио – их проводила Samsung совместно с телеком-оператором KDDI. В ходе тестов была достигнута скорость 1,7 ГБит/с, и в процессе теста произошло скачивание 8К-видео и загрузка 4К-видео с камеры.

Новые сценарии использования

Но всё это — скорее решение уже привычных нам задач. А что принципиально нового может предложить нам 5G?

Connected car

Основное преимущество – маленькая латентность, позволяющая машинам связываться друг с другом на скоростях до 500 км/ч. В отличии от людей-водителей, машины наконец смогут договориться между собой или с неподвижной инфраструктурой о маневрах, сделав дорогу безопасней. Интересно, что система будет учитывать погодные условия: все знают, что в скользкую погоду тормозной путь длиннее, поэтому и правила в такой системе должны меняться.

Европейская ассоциация 5GAA (Automotive Association) уже объединяет более 100 основных телеком- и автопроизводителей по всему миру с целью ускорить развертывание системы C-V2X (Cellular Vehicle-To-Everything). Основные задачи ассоциации – всеобъемлющая дорожная безопасность и эффективность движения. На безопасность могут рассчитывать также велосипедисты и пешеходы с 5G-смартфонами. Участники движения на расстояниях до 1 км смогут связаться напрямую, при больших расстояниях им понадобится наличие 5G-покрытия. Система обеспечит создание коридоров для полиции и скорой помощи, предусмотрит обмен сенсорикой между машинами, удаленное вождение и прочие чудеса. После запуска C-V2X ассоциация планирует применить полученный опыт в 5G V2X, где замахнется на индустрию 4.0, умные города и все, что движется использует 5G.

Примеры ситуаций, которые можно разрешить при помощи Connected Car. Источник: Qualcomm.

5G позволит связываться не только наземным машинам, но и летательным аппаратам. В этом году Samsung, совместно с испанским интернет-провайдером Orange, продемонстрировал, как удаленный пилот управлял полетом дрона, пользуясь развернутой 5G сетью, и получая видеопоток высокого разрешения в реальном времени. Американский провайдер Verizon в 2017-м купил оператора дронов Skyward, обещает миллионы 5G-подключенных полетов. Дроны компании уже подключены к запущенной 4G-сети Verizon.

Индустрия 4.0

Вообще выражение «Industrie 4.0» придумали в Германии для своей программы модернизации промышленности. Ассоциация 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation) со штаб-квартирой в Германии объединяет с 2018 года производственные компании, заинтересованные в использовании 5G. Наибольшие требования к латентности и надежности предъявляет контроль движения промышленных роботов, где время отклика не может превышать десятков микросекунд. Сейчас это решается с помощью Industrial Ethernet (например, стандарт EtherCAT). Вполне вероятно, что 5G поборется и за эту нишу!

Другие применения, такие как связь между индустриальными контроллерами или с человеком-оператором, сенсорные сети, менее требовательны. Сейчас большинство таких сетей используют кабель, так что беспроводный 5G представляется экономически оправданным решением, вдобавок позволяющим быструю реконфигурацию производства.

На практике, экономическая целесообразность приведет к внедрению 5G в наиболее дорогостоящих областях, связанных с оплатой человеческого труда, например, водителей погрузчиков на фабриках и складах. Так, европейская инженерная компания Acciona продемонстрировала автономную роботележку MIR200. Тележка передает 360-видео в высоком разрешении, удаленный оператор поможет ей выехать из непредвиденной ситуации. Тележка использует 5G-технологии Cisco и Samsung.

Технологии дистанционного сотрудничества пойдут дальше. В этом году было продемонстрировано, как хирург-эксперт в реальном времени наблюдает за ходом онкологической операции, происходящей за многие километры от него, и показывает своим коллегам, как лучше производить операцию. По мере усовершенствования технологии, он сможет принять более активное участие, уже непосредственно управляя хирургическими инструментами.

Интернет вещей

Прежде всего, 5G решит проблему с многочисленными и плохо поддерживаемыми стандартами связи Интернета вещей, которая сейчас, по нашему мнению, ограничивает развитие этого направления.

Здесь 5G может предложить следующее:

Завершая эту тему, обратим внимание на следующую интересную возможность. Сейчас зависимость от розетки или необходимость замены батарей ограничивает выбор «вещей». Низкочастотная индуктивная беспроводная зарядка работает лишь на расстоянии в несколько сантиметров. 5G и его направленные миллиметровые волны позволят эффективную зарядку на расстояниях в несколько метров. Хотя существующие стандарты это и не оговаривают, мы не сомневаемся, что инженеры скоро найдут способы воспользоваться этой возможностью!

Возможности для разработчиков

Если вас заинтересовала тема, то куда двигаться дальше?

Связи. Лично познакомиться с 5G-игроками можно будет на ближайших российских конференциях Сколково Startup Village 2019 29-30 мая, Wireless Russia Forum: 4G, 5G & Beyond 2019 30-31 мая, CEBIT Russia 2019 25-27 июня, Smart Cars & Roads 2019 24 октября.

Из академических контактов следует отметить Moscow Telecommunication Seminar проводимый в Институте Проблем Передачи Информации.

Трудоустройство. Помимо сотовых операторов большой четверки, в России есть несколько компаний, планирующих использование 5G в ближайшем будущем. Бизнес-модель ведущего провайдера доставки контента в России и СНГ, компании CDNVideo – плата за объем полученного трафика. Использование 5G, потенциально снижающего эту цену, позволит компании снизить издержки. Компания PlayKey продвигает игры в облаке, неудивительно, что и в ее планах использование 5G.

Open Source, по видимости, будет играть ключевую роль в инфраструктуре. Американский Open Networking Foundation поддерживает 5G. Европейский OpenAirInterface Software Alliance объединяет желающих обойти проприетарные компоненты 5G инфраструктуры. Стратегические направления включают поддержку 5G модемов и software-defined систем, гетерогенные сети и интернет вещей. O-RAN Alliance виртуализирует сети радиодоступа (Radio Access Networks). Реализация ядра сети доступно от Open5GCore.

Станислав Полонский — Начальник управления перспективных исследований и разработок Исследовательского центра Samsung

Татьяна Волкова — Автор учебной программы проекта IoT Академия Samsung, специалист по программам корпоративной социальной ответственности Исследовательского центра Samsung

Источник