5G älykkäälle maailmalle

Yleisesti uskotaan, että esineiden internetin todellinen vallankumous johtuu vain viidennen sukupolven mobiili-Internet-verkon popularisoinnista. Tätä verkkoa luodaan edelleen, mutta liiketoiminta ei katso sitä nyt IoT-infrastruktuurin käyttöönoton myötä.

Asiantuntijat odottavat, että 5G ei ole evoluutio, vaan täydellinen muutos mobiiliteknologiasta. Tämän pitäisi muuttaa koko tämäntyyppiseen viestintään liittyvää alaa. Helmikuussa 2017 Barcelonassa Mobile World Congress -tapahtumassa pitämässään esityksessä Deutsche Telekomin edustaja jopa totesi, että älypuhelimet lakkaavat olemasta. Kun siitä tulee suosittu, olemme aina online-tilassa lähes kaiken ympärillämme olevan. Ja riippuen siitä, mikä markkinasegmentti käyttää tätä tekniikkaa (telelääketiede, äänipuhelut, pelialustat, web-selailu), verkko käyttäytyy eri tavalla.

5G-verkon nopeus verrattuna aikaisempiin ratkaisuihin

Saman MWC:n aikana esiteltiin 5G-verkon ensimmäiset kaupalliset sovellukset - vaikka tämä sanamuoto herättääkin epäilyksiä, sillä vielä ei tiedetä, mitä se todellisuudessa tulee olemaan. Oletukset ovat täysin ristiriitaisia. Jotkut lähteet väittävät, että 5G:n odotetaan tarjoavan kymmeniä tuhansia megabittiä sekunnissa siirtonopeudet tuhansille käyttäjille samanaikaisesti. Kansainvälisen televiestintäliiton (ITU) muutama kuukausi sitten ilmoittama alustava 5G-spesifikaatio viittaa siihen, että viiveet eivät ylitä 4 ms. Tiedot on ladattava nopeudella 20 Gbps ja ladattava nopeudella 10 Gbps. Tiedämme, että ITU haluaa julkistaa uuden verkon lopullisen version tänä syksynä. Kaikki ovat yhtä mieltä yhdestä asiasta - 5G-verkon on tarjottava satojen tuhansien sensorien samanaikainen langaton yhteys, mikä on avain esineiden internetin ja arjen palveluiden kannalta.

Johtavat yritykset, kuten AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel ja monet muut ovat ilmaisseet tukevansa 5G-standardoinnin aikajanan nopeuttamista. Kaikki sidosryhmät haluavat aloittaa tämän konseptin kaupallistamisen jo vuonna 2019. Toisaalta Euroopan unioni julkisti 5G PPP -suunnitelman () määrittääkseen seuraavan sukupolven verkkojen kehityssuunnan. Vuoteen 2020 mennessä EU-maiden on vapautettava tälle standardille varattu 700 MHz taajuus.

5G-verkko on uuden teknologian lahja

Yksittäiset asiat eivät tarvitse 5G:tä

Ericssonin mukaan viime vuoden lopussa (, IoT) oli toiminnassa 5,6 miljardia laitetta. Näistä vain noin 400 miljoonaa työskenteli mobiiliverkoissa ja loput lyhyen kantaman verkoissa, kuten Wi-Fi, Bluetooth tai ZigBee.

Esineiden internetin todellinen kehitys liittyy hyvin usein 5G-verkkoihin. Ensimmäiset uusien teknologioiden sovellukset, aluksi yrityssektorilla, voivat ilmaantua kahdesta kolmeen vuoteen. Voimme kuitenkin odottaa pääsyn seuraavan sukupolven verkkoihin yksittäisille asiakkaille aikaisintaan vuonna 2025. 5G-teknologian etuna on muun muassa kyky käsitellä miljoonaa neliökilometrin alueelle koottua laitetta. Se tuntuisi valtavalta määrältä, mutta jos ottaa huomioon, mitä IoT-visio sanoo älykkäitä kaupunkejajoissa kaupunkiinfrastruktuurin lisäksi on yhdistetty ajoneuvoja (mukaan lukien autonomiset autot) ja kodin (älykodit) ja toimiston laitteet sekä esimerkiksi kaupat ja niihin varastoidut tavarat, tämä miljoona neliökilometriä kohden ei enää vaikuta siltä. iso. Varsinkin kaupungin keskustassa tai alueilla, joilla on paljon toimistoja.

Huomaa kuitenkin, että monet verkkoon kytketyt laitteet ja niihin sijoitetut anturit eivät vaadi kovin suuria nopeuksia, koska ne välittävät pieniä osia datasta. Pankkiautomaatti tai maksupääte ei tarvitse huippunopeaa Internetiä. Suojajärjestelmässä ei välttämättä tarvitse olla savu- ja lämpötila-anturia, joka ilmoittaa esimerkiksi jäätelön valmistajalle kauppojen jääkaapin oloista. Suuria nopeuksia ja pientä latenssia ei tarvita katuvalaistuksen valvontaan ja ohjaukseen, sähkö- ja vesimittareiden tiedonsiirtoon, IoT:hen kytkettyjen kodin laitteiden älypuhelimella ohjaamiseen tai logistiikkaan.

Nykyään vaikka meillä on LTE-tekniikka, jonka avulla voimme lähettää mobiiliverkkojen kautta useita kymmeniä tai jopa satoja megabittiä dataa sekunnissa, merkittävä osa esineiden internetissä toimivista laitteista käyttää edelleen 2G verkot, eli on ollut myynnissä vuodesta 1991. GSM-standardi.

Useita yrityksiä estävän IoT:n nykyisessä toiminnassa käyttämästä ja siten sen kehitystä hidastavan hintaesteen voittamiseksi on kehitetty teknologioita verkkojen rakentamiseksi, jotka on suunniteltu tukemaan pieniä datapaketteja välittäviä laitteita. Nämä verkot käyttävät sekä matkapuhelinoperaattoreiden käyttämiä taajuuksia että luvatonta kaistaa. Tekniikat, kuten LTE-M ja NB-IoT (kutsutaan myös NB-LTE:ksi) toimivat LTE-verkkojen käyttämällä kaistalla, kun taas EC-GSM-IoT (kutsutaan myös EC-EGPRS) käyttää 2G-verkkojen käyttämää kaistaa. Lisensoimattomasta valikoimasta voit valita ratkaisuista, kuten LoRa, Sigfox ja RPMA.

Kaikki yllä olevat vaihtoehdot tarjoavat laajan valikoiman ja on suunniteltu siten, että päätelaitteet ovat mahdollisimman halpoja ja kuluttavat mahdollisimman vähän energiaa ja toimivat siten paristoa vaihtamatta jopa useita vuosia. Tästä johtuu niiden yhteinen nimi - (pieni virrankulutus, pitkä kantama). Matkapuhelinoperaattoreiden käytettävissä olevilla alueilla toimivat LPWA-verkot tarvitsevat vain ohjelmistopäivityksen. Tutkimusyhtiöt Gartner ja Ovum pitävät kaupallisten LPWA-verkkojen kehittämistä yhtenä tärkeimmistä tapahtumista IoT:n kehityksessä.

Operaattorit käyttävät erilaisia ​​tekniikoita. Viime vuonna valtakunnallisen verkkonsa lanseerannut hollantilainen KPN on valinnut LoRan ja on kiinnostunut LTE-M:stä. Vodafone-konserni on valinnut NB-IoT:n – tänä vuonna se aloitti verkon rakentamisen Espanjaan ja suunnittelee sellaisen verkon rakentamista Saksaan, Irlantiin ja Espanjaan. Deutsche Telekom on valinnut NB-IoT:n ja ilmoittaa, että sen verkko lanseerataan kahdeksassa maassa, mukaan lukien Puolassa. Espanjalainen Telefonica valitsi Sigfoxin ja NB-IoT:n. Ranskalainen Orange aloitti LoRa-verkon rakentamisen ja ilmoitti sitten aloittavansa LTE-M-verkkojen käyttöönoton Espanjasta ja Belgiasta toimintamaissaan ja siten todennäköisesti myös Puolassa.

LPWA-verkon rakentaminen voi tarkoittaa, että tietyn IoT-ekosysteemin kehitys alkaa nopeammin kuin 5G-verkot. Toisen laajentaminen ei sulje pois toista, sillä molemmat teknologiat ovat välttämättömiä tulevaisuuden älyverkolle.

Langattomat 5G-yhteydet tarvitsevat todennäköisesti paljon joka tapauksessa energia. Edellä mainittujen sarjojen lisäksi tulisi viime vuonna lanseerata tapa säästää energiaa yksittäisten laitteiden tasolla. Bluetooth-verkkoalusta. Sitä käyttää älylamppujen, lukkojen, antureiden jne. verkko. Teknologian avulla voit muodostaa yhteyden IoT-laitteisiin suoraan verkkoselaimesta tai verkkosivustosta ilman erityisiä sovelluksia.

Web Bluetooth -tekniikan visualisointi

5G ennen

On syytä tietää, että jotkut yritykset ovat harjoittaneet 5G-tekniikkaa vuosia. Esimerkiksi Samsung on työstänyt 5G-verkkoratkaisujaan vuodesta 2011 lähtien. Tänä aikana oli mahdollista saavuttaa 1,2 Gb / s lähetys ajoneuvossa, joka liikkui nopeudella 110 km / h. ja 7,5 Gbps seisovalle vastaanottimelle.

Lisäksi kokeellisia 5G-verkkoja on jo olemassa ja niitä on luotu yhteistyössä eri yritysten kanssa. Tällä hetkellä on kuitenkin vielä liian aikaista puhua uuden verkon lähestyvästä ja aidosti globaalista standardoinnista. Ericsson testaa sitä Ruotsissa ja Japanissa, mutta pienet kuluttajalaitteet, jotka toimivat uuden standardin kanssa, ovat vielä kaukana. Vuonna 2018 yhtiö käynnistää yhteistyössä ruotsalaisen operaattorin TeliaSoneran kanssa ensimmäiset kaupalliset 5G-verkot Tukholmassa ja Tallinnassa. Aluksi tulee kaupunkiverkot, ja meidän on odotettava vuoteen 5 asti "täysikokoista" 2020G:tä. Ericssonilla on jopa ensimmäinen 5G-puhelin. Ehkä sana "puhelin" on kuitenkin väärä sana. Laite painaa 150 kg ja sen kanssa joutuu matkustamaan suuressa mittalaitteilla aseistetussa bussissa.

Viime lokakuussa uutisia 5G-verkon debyytistä tuli kaukaisesta Australiasta. Tällaisiin raportteihin kannattaa kuitenkin suhtautua etäisesti – mistä tiedät ilman 5G-standardia ja spesifikaatiota, että viidennen sukupolven palvelu on lanseerattu? Tämän pitäisi muuttua, kun standardista on sovittu. Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, esistandardoidut 5G-verkot tulevat esiin ensimmäisen kerran vuoden 2018 talviolympialaisissa Etelä-Koreassa.

Millimetriaaltoja ja pieniä soluja

5G-verkon toiminta riippuu useista tärkeistä teknologioista.

Samsungin valmistama tukiasema

Ensimmäinen millimetriaaltoliitännät. Yhä useammat laitteet muodostavat yhteyden toisiinsa tai Internetiin samoilla radiotaajuuksilla. Tämä aiheuttaa nopeuden menetystä ja yhteyden vakausongelmia. Ratkaisu voi olla siirtyminen millimetriaaltoille, ts. taajuusalueella 30-300 GHz. Niitä käytetään tällä hetkellä erityisesti satelliittiviestinnässä ja radioastronomiassa, mutta niiden suurin rajoitus on ollut niiden lyhyt kantama. Uuden tyyppinen antenni ratkaisee tämän ongelman, ja tämän tekniikan kehitys on edelleen kesken.

Tekniikka on viidennen sukupolven toinen pilari. Tiedemiehet kehuvat pystyvänsä jo nyt välittämään dataa millimetriaaltojen avulla yli 200 m etäisyydeltä. Ja kirjaimellisesti 200-250 metrin välein suurissa kaupungeissa saattaa olla pieniä tukiasemia, joiden virrankulutus on erittäin alhainen. Harvemmin asutuilla alueilla "pienet solut" eivät kuitenkaan toimi hyvin.

Tämän pitäisi auttaa yllä olevaan ongelmaan MIMO-tekniikkaa uusi sukupolvi. MIMO on myös 4G-standardissa käytetty ratkaisu, jolla voidaan lisätä langattoman verkon kapasiteettia. Salaisuus on moniantennilähetyksessä lähetys- ja vastaanottopuolella. Seuraavan sukupolven asemat voivat käsitellä kahdeksan kertaa enemmän portteja kuin nykyään lähettääkseen ja vastaanottaakseen dataa samanaikaisesti. Siten verkon läpäisykyky kasvaa 22 %.

Toinen tärkeä tekniikka 5G:lle on, että "säteen muodostus". Se on signaalinkäsittelymenetelmä, jonka avulla tiedot toimitetaan käyttäjälle optimaalista reittiä pitkin. auttaa millimetriaaltoja saavuttamaan laitteen tiivistetyssä säteessä eikä monisuuntaisen lähetyksen kautta. Siten signaalin voimakkuus kasvaa ja häiriöt vähenevät.

Viidennen sukupolven viidennen elementin tulisi olla ns full duplex. Duplex on kaksisuuntainen lähetys, eli sellainen, jossa tiedon lähetys ja vastaanotto on mahdollista molempiin suuntiin. Full duplex tarkoittaa, että tiedot siirretään ilman keskeytyksiä. Tätä ratkaisua parannetaan jatkuvasti parhaiden parametrien saavuttamiseksi.

 

Kuudes sukupolvi?

Laboratoriot työskentelevät kuitenkin jo 5G:tä nopeamman asian parissa – vaikka taas emme tiedä tarkalleen, mikä viides sukupolvi on. Japanilaiset tutkijat luovat tulevaa langatonta tiedonsiirtoa, ikään kuin seuraavaa, kuudetta versiota. Se koostuu taajuuksien käyttämisestä 300 GHz:stä ja korkeammista, ja saavutettavat nopeudet ovat 105 Gb / s jokaisella kanavalla. Uusien teknologioiden tutkimus ja kehittäminen on jatkunut useiden vuosien ajan. Viime marraskuussa 500 GHz:n taajuudella saavutettiin 34 Gb/s ja sitten 160 Gb/s lähettimellä 300-500 GHz:n kaistalla (kahdeksan kanavaa moduloituina 25 GHz:n välein). ) - eli tulokset ovat monta kertaa suurempia kuin 5G-verkon odotetut ominaisuudet. Viimeisin menestys on Hiroshiman yliopiston tutkijaryhmän ja Panasonicin työntekijöiden työ samaan aikaan. Tietoa tekniikasta julkaistiin yliopiston verkkosivuilla, terahertsiverkon oletukset ja mekanismi esiteltiin helmikuussa 2017 ISSCC-konferenssissa San Franciscossa.

Kuten tiedät, toimintataajuuden lisääminen ei vain mahdollista nopeampaa tiedonsiirtoa, vaan myös vähentää merkittävästi signaalin mahdollista kantamaa ja lisää myös sen herkkyyttä kaikenlaisille häiriöille. Tämä tarkoittaa, että on tarpeen rakentaa melko monimutkainen ja tiheästi hajautettu infrastruktuuri.

On myös syytä huomata, että vallankumoukset - kuten vuodelle 2020 suunniteltu 5G-verkko ja sitten hypoteettinen vielä nopeampi terahertsiverkko - tarkoittavat tarvetta vaihtaa miljoonia laitteita uusiin standardeihin mukautetuilla versioilla. Tämä todennäköisesti merkittävästi... hidastaa muutoksen nopeutta ja saa aiotusta vallankumouksesta itse asiassa evoluution.

Jatkuu Aiheen numero kuukausilehden uusimmassa numerossa.