5G dla inteligentnego świata

Powszechnie uważa się, że prawdziwą rewolucję Internetu Rzeczy spowoduje dopiero spopularyzowanie sieci mobilnego Internetu piątej generacji. Ta sieć będzie nadal tworzona, ale biznes nie patrzy na nią teraz wraz z wprowadzeniem infrastruktury IoT.

Eksperci oczekują, że 5G nie będzie ewolucją, ale całkowitą transformacją technologii mobilnej. Powinno to zmienić całą branżę związaną z tego typu komunikacją. W lutym 2017 roku podczas prezentacji na Mobile World Congress w Barcelonie przedstawiciel Deutsche Telekom stwierdził nawet, że ze względu na: smartfony przestaną istnieć. Kiedy stanie się popularny, zawsze będziemy online, z prawie wszystkim, co nas otacza. A w zależności od tego, który segment rynku będzie korzystał z tej technologii (telemedycyna, rozmowy głosowe, platformy do gier, przeglądanie stron internetowych), sieć będzie zachowywać się inaczej.

Szybkość sieci 5G w porównaniu do poprzednich rozwiązań

Podczas tego samego MWC pokazano pierwsze komercyjne zastosowania sieci 5G – choć to sformułowanie budzi pewne wątpliwości, bo wciąż nie wiadomo, co to właściwie będzie. Założenia są całkowicie niespójne. Niektóre źródła twierdzą, że oczekuje się, że 5G zapewni prędkość transmisji rzędu dziesiątek tysięcy megabitów na sekundę tysiącom użytkowników jednocześnie. Wstępna specyfikacja dla 5G, ogłoszona kilka miesięcy temu przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU), sugeruje, że opóźnienia nie przekroczą 4 ms. Dane muszą być pobierane z prędkością 20 Gb/s i przesyłane z prędkością 10 Gb/s. Wiemy, że ITU chce ogłosić ostateczną wersję nowej sieci jesienią tego roku. Wszyscy są zgodni co do jednego – sieć 5G musi zapewniać jednoczesne bezprzewodowe połączenie setek tysięcy czujników, co jest kluczowe dla Internetu rzeczy i wszechobecnych usług.

Wiodące firmy, takie jak AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel i wiele innych, jasno wyraziły poparcie dla przyspieszenia harmonogramu standaryzacji 5G. Wszyscy interesariusze chcą rozpocząć komercjalizację tej koncepcji już w 2019 roku. Z drugiej strony Unia Europejska ogłosiła plan 5G PPP (), aby określić kierunek rozwoju sieci nowej generacji. Do 2020 r. kraje UE muszą zwolnić częstotliwość 700 MHz zarezerwowaną dla tego standardu.

Sieć 5G to dar nowych technologii

Pojedyncze rzeczy nie potrzebują 5G

Według Ericssona, pod koniec ubiegłego roku w (IoT) działało 5,6 miliarda urządzeń. Spośród nich tylko około 400 milionów pracowało z sieciami komórkowymi, a reszta z sieciami krótkiego zasięgu, takimi jak Wi-Fi, Bluetooth czy ZigBee.

Prawdziwy rozwój Internetu Rzeczy bardzo często kojarzy się z sieciami 5G. Pierwsze zastosowania nowych technologii, początkowo w sektorze biznesowym, mogą pojawić się za 2025-5 lata. Jednak dostępu do sieci nowej generacji dla klientów indywidualnych możemy spodziewać się nie wcześniej niż w XNUMX roku. Zaletą technologii XNUMXG jest między innymi możliwość obsługi miliona urządzeń zmontowanych na powierzchni kilometra kwadratowego. Wydawałoby się to ogromną liczbą, ale jeśli wziąć pod uwagę to, o czym mówi wizja IoT Inteligentne miastaw którym oprócz infrastruktury miejskiej połączone są pojazdy (w tym samochody autonomiczne) i domowe (inteligentne domy) oraz urządzenia biurowe, a także np. sklepy i przechowywane w nich towary, ten milion na kilometr kwadratowy przestaje tak wyglądać duża. Zwłaszcza w centrum miasta lub na obszarach o dużej koncentracji biur.

Należy jednak pamiętać, że wiele urządzeń podłączonych do sieci i umieszczonych na nich sensorów nie wymaga bardzo dużych prędkości, ponieważ przesyłają niewielkie porcje danych. Ultraszybki Internet nie jest potrzebny w bankomacie ani terminalu płatniczym. Nie jest konieczne posiadanie w systemie zabezpieczającym czujnika dymu i temperatury, informującego np. producenta lodów o warunkach panujących w lodówkach w sklepach. Wysokie prędkości i małe opóźnienia nie są potrzebne do monitorowania i sterowania oświetleniem ulicznym, do przesyłania danych z liczników energii elektrycznej i wody, do zdalnego sterowania za pomocą smartfona urządzeń domowych podłączonych do Internetu Rzeczy czy w logistyce.

Dziś, chociaż mamy technologię LTE, która pozwala nam przesyłać przez sieci komórkowe kilkadziesiąt, a nawet setki megabitów danych na sekundę, znaczna część urządzeń działających w Internecie rzeczy nadal korzysta Sieci 2G, tj. w sprzedaży od 1991 roku. standard GSM.

Aby pokonać barierę cenową, która zniechęca wiele firm do wykorzystywania IoT w bieżącej działalności, a tym samym spowalnia jego rozwój, opracowano technologie budowy sieci przeznaczonych do obsługi urządzeń przesyłających niewielkie pakiety danych. Sieci te wykorzystują zarówno częstotliwości wykorzystywane przez operatorów komórkowych, jak i pasmo nielicencjonowane. Technologie takie jak LTE-M i NB-IoT (zwane też NB-LTE) działają w paśmie wykorzystywanym przez sieci LTE, natomiast EC-GSM-IoT (zwane też EC-EGPRS) wykorzystuje pasmo wykorzystywane przez sieci 2G. W zakresie nielicencjonowanym możesz wybierać spośród rozwiązań takich jak LoRa, Sigfox i RPMA.

Wszystkie powyższe opcje oferują szeroki wachlarz i są zaprojektowane w taki sposób, aby urządzenia końcowe były jak najtańsze i zużywały jak najmniej energii, a tym samym działały bez wymiany baterii nawet przez kilka lat. Stąd ich zbiorcza nazwa - (niski pobór mocy, daleki zasięg). Sieci LPWA działające w zakresach dostępnych dla operatorów telefonii komórkowej wymagają jedynie aktualizacji oprogramowania. Rozwój komercyjnych sieci LPWA jest uznawany przez firmy badawcze Gartner i Ovum za jedno z najważniejszych wydarzeń w rozwoju IoT.

Operatorzy korzystają z różnych technologii. Holenderski KPN, który w zeszłym roku uruchomił swoją ogólnopolską sieć, wybrał LoRa i jest zainteresowany LTE-M. Grupa Vodafone wybrała NB-IoT - w tym roku rozpoczęła budowę sieci w Hiszpanii, a ma w planach budowę takiej sieci w Niemczech, Irlandii i Hiszpanii. Deutsche Telekom wybrał NB-IoT i zapowiada, że ​​jego sieć zostanie uruchomiona w ośmiu krajach, w tym w Polsce. Hiszpańska Telefonica wybrała Sigfox i NB-IoT. Orange we Francji rozpoczął budowę sieci LoRa, a następnie ogłosił, że rozpocznie wdrażanie sieci LTE-M z Hiszpanii i Belgii w krajach, w których działa, a więc prawdopodobnie również w Polsce.

Budowa sieci LPWA może oznaczać, że rozwój konkretnego ekosystemu IoT rozpocznie się szybciej niż sieci 5G. Ekspansja jednej nie wyklucza drugiej, ponieważ obie technologie są niezbędne dla inteligentnej sieci przyszłości.

Połączenia bezprzewodowe 5G prawdopodobnie i tak będą bardzo potrzebować energia. Oprócz wyżej wymienionych zakresów, sposób na oszczędzanie energii na poziomie poszczególnych urządzeń powinien zostać uruchomiony w zeszłym roku. Platforma internetowa Bluetooth. Wykorzysta ją sieć inteligentnych żarówek, zamków, czujników itp. Technologia umożliwia łączenie się z urządzeniami IoT bezpośrednio z przeglądarki internetowej lub strony internetowej bez konieczności stosowania specjalnych aplikacji.

Wizualizacja technologii Web Bluetooth

5G przed

Warto wiedzieć, że niektóre firmy od lat realizują technologię 5G. Na przykład Samsung pracuje nad swoimi rozwiązaniami sieci 5G od 2011 roku. W tym czasie udało się osiągnąć transmisję 1,2 Gb/s w pojeździe poruszającym się z prędkością 110 km/h. i 7,5 Gb/s dla stojącego odbiornika.

Co więcej, eksperymentalne sieci 5G już istnieją i zostały stworzone we współpracy z różnymi firmami. Jednak w tej chwili jest jeszcze za wcześnie, aby mówić o zbliżającej się i prawdziwie globalnej standaryzacji nowej sieci. Ericsson testuje go w Szwecji i Japonii, ale do małych urządzeń konsumenckich, które będą działać z nowym standardem, jeszcze daleko. W 2018 roku we współpracy ze szwedzkim operatorem TeliaSonera firma uruchomi pierwsze komercyjne sieci 5G w Sztokholmie i Tallinie. Początkowo będzie sieci miejskie, a na „pełnowymiarowe” 5G będziemy musieli poczekać do 2020 roku. Ericsson ma nawet pierwszy telefon 5G. Być może słowo „telefon” jest mimo wszystko niewłaściwym słowem. Urządzenie waży 150 kg i trzeba z nim podróżować dużym autobusem uzbrojonym w sprzęt pomiarowy.

W październiku ubiegłego roku wiadomość o debiucie sieci 5G nadeszła z odległej Australii. Jednak do tego typu raportów należy podchodzić z dystansem – skąd wiadomo, bez standardu i specyfikacji 5G, że uruchomiono usługę piątej generacji? Powinno się to zmienić po uzgodnieniu standardu. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, wstępnie ustandaryzowane sieci 5G po raz pierwszy pojawią się na Zimowych Igrzyskach Olimpijskich 2018 w Korei Południowej.

Fale milimetrowe i maleńkie komórki

Działanie sieci 5G zależy od kilku ważnych technologii.

Stacja bazowa firmy Samsung

pierwszy połączenia fal milimetrowych. Coraz więcej urządzeń łączy się ze sobą lub z Internetem na tych samych częstotliwościach radiowych. Powoduje to utratę prędkości i problemy ze stabilnością połączenia. Rozwiązaniem może być przejście na fale milimetrowe, czyli w zakresie częstotliwości 30-300 GHz. Obecnie są one wykorzystywane w szczególności w komunikacji satelitarnej i radioastronomii, ale ich głównym ograniczeniem jest ich mały zasięg. Nowy typ anteny rozwiązuje ten problem, a rozwój tej technologii wciąż trwa.

Technologia to drugi filar piątej generacji. Naukowcy chwalą się, że są już w stanie przesyłać dane za pomocą fal milimetrowych na odległość ponad 200 m. A w dużych miastach dosłownie co 200-250 m mogą znajdować się np. małe stacje bazowe o bardzo niskim poborze prądu. Jednak na mniej zaludnionych obszarach „małe komórki” nie działają dobrze.

Powinno to pomóc w rozwiązaniu powyższego problemu Technologia MIMO nowe pokolenie. MIMO to rozwiązanie stosowane również w standardzie 4G, które może zwiększyć przepustowość sieci bezprzewodowej. Sekret tkwi w transmisji wieloantenowej po stronie nadawczej i odbiorczej. Stacje nowej generacji mogą obsługiwać osiem razy więcej portów niż obecnie, aby jednocześnie wysyłać i odbierać dane. Tym samym przepustowość sieci wzrasta o 22%.

Inną ważną techniką dla 5G jest to, że „kształtowanie wiązki„. Jest to metoda przetwarzania sygnału, dzięki której dane są dostarczane użytkownikowi optymalną trasą. pomaga falom milimetrowym dotrzeć do urządzenia w skoncentrowanej wiązce, a nie poprzez transmisję dookólną. W ten sposób zwiększa się siła sygnału i zmniejsza się interferencja.

Piątym elementem piątej generacji powinien być tzw pełny dupleks. Duplex to transmisja dwukierunkowa, czyli taka, w której transmisja i odbiór informacji jest możliwy w obu kierunkach. Pełny dupleks oznacza, że ​​dane są przesyłane bez przerw w transmisji. To rozwiązanie jest stale udoskonalane, aby osiągnąć jak najlepsze parametry.

 

Szóste pokolenie?

Jednak laboratoria już pracują nad czymś jeszcze szybszym niż 5G – choć znowu nie wiemy dokładnie, czym jest piąta generacja. Japońscy naukowcy tworzą przyszłą bezprzewodową transmisję danych niejako kolejną, szóstą wersję. Polega ona na wykorzystaniu częstotliwości od 300 GHz i wyższych, a osiągane prędkości wyniosą 105 Gb/s na każdym kanale. Badania i rozwój nowych technologii trwają od kilku lat. W listopadzie ubiegłego roku osiągnięto 500 Gb/s przy użyciu pasma terahercowego 34 GHz, a następnie 160 Gb/s przy użyciu nadajnika w paśmie 300-500 GHz (osiem kanałów modulowanych w odstępach 25 GHz). ) – czyli wyniki wielokrotnie większe niż oczekiwane możliwości sieci 5G. Ostatnim sukcesem jest praca grupy naukowców z Uniwersytetu w Hiroszimie i jednocześnie pracowników Panasonic. Informacje o technologii zostały zamieszczone na stronie uczelni, założenia i mechanizm działania sieci terahercowej zostały zaprezentowane w lutym 2017 roku na konferencji ISSCC w San Francisco.

Jak wiadomo, zwiększenie częstotliwości pracy nie tylko umożliwia szybszy transfer danych, ale także znacząco zmniejsza możliwy zasięg sygnału, a także zwiększa jego podatność na wszelkiego rodzaju zakłócenia. Oznacza to konieczność zbudowania dość złożonej i gęsto rozproszonej infrastruktury.

Warto też zauważyć, że rewolucje – takie jak planowana na 2020 rok sieć 5G, a potem hipotetyczna jeszcze szybsza sieć terahercowa – oznaczają konieczność wymiany milionów urządzeń na wersje dostosowane do nowych standardów. To prawdopodobnie znacznie… spowolni tempo zmian i spowoduje, że zamierzona rewolucja faktycznie stanie się ewolucją.

Aby być kontynuowane Numer tematu w najnowszym numerze miesięcznika.