5G för den smarta världen

Det är en allmän uppfattning att den verkliga revolutionen av Internet of Things endast kommer att orsakas av populariseringen av den femte generationens mobila Internet-nätverk. Detta nätverk kommer fortfarande att skapas, men näringslivet tittar inte på det nu med introduktionen av IoT-infrastruktur.

Experter förväntar sig att 5G inte är en utveckling, utan en fullständig omvandling av mobilteknik. Detta borde förändra hela branschen förknippad med denna typ av kommunikation. I februari 2017, under en presentation på Mobile World Congress i Barcelona, ​​uppgav en representant för Deutsche Telekom till och med att p.g.a. smartphones kommer att upphöra att existera. När det blir populärt kommer vi alltid att vara online, med nästan allt som omger oss. Och beroende på vilket marknadssegment som kommer att använda denna teknik (telemedicin, röstsamtal, spelplattformar, webbsurfning) kommer nätverket att bete sig annorlunda.

5G nätverkshastighet jämfört med tidigare lösningar

Under samma MWC visades de första kommersiella tillämpningarna av 5G-nätverket - även om denna formulering väcker vissa tvivel, eftersom det fortfarande är okänt vad det faktiskt kommer att bli. Antagandena är helt inkonsekventa. Vissa källor hävdar att 5G förväntas ge överföringshastigheter på tiotusentals megabit per sekund till tusentals användare samtidigt. Den preliminära specifikationen för 5G, som tillkännagavs för några månader sedan av International Telecommunication Union (ITU), tyder på att förseningarna inte kommer att överstiga 4 ms. Data måste laddas ner med 20 Gbps och laddas upp med 10 Gbps. Vi vet att ITU vill tillkännage den slutgiltiga versionen av det nya nätverket i höst. Alla är överens om en sak - 5G-nätverket måste tillhandahålla den samtidiga trådlösa anslutningen av hundratusentals sensorer, vilket är nyckeln för sakernas internet och allestädes närvarande tjänster.

Ledande företag som AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel och många fler uttrycker tydligt sitt stöd för att påskynda tidslinjen för 5G-standardisering. Alla intressenter vill börja kommersialisera detta koncept redan 2019. Å andra sidan tillkännagav Europeiska unionen 5G PPP-planen () för att bestämma riktningen för utvecklingen av nästa generations nätverk. Senast 2020 måste EU-länderna släppa den 700 MHz-frekvens som är reserverad för denna standard.

5G-nätverket är en gåva av ny teknik

Enstaka saker behöver inte 5G

Enligt Ericsson var i slutet av förra året 5,6 miljarder enheter i drift inom (, IoT). Av dessa arbetade bara cirka 400 miljoner med mobilnät och resten med kortdistansnätverk som Wi-Fi, Bluetooth eller ZigBee.

Den verkliga utvecklingen av Internet of Things förknippas mycket ofta med 5G-nätverk. De första tillämpningarna av ny teknik, till en början i näringslivet, kan dyka upp om två till tre år. Vi kan dock förvänta oss tillgång till nästa generations nätverk för enskilda kunder tidigast 2025. Fördelen med 5G-teknik är bland annat möjligheten att hantera en miljon enheter monterade på en yta av en kvadratkilometer. Det verkar vara ett stort antal, men om man tar hänsyn till vad IoT-visionen säger om smarta städerdär, förutom urban infrastruktur, fordon (inklusive autonoma bilar) och hushåll (smarta hem) och kontorsenheter är anslutna, samt till exempel butiker och varor som lagras i dem, upphör denna miljon per kvadratkilometer att verka så stor. Speciellt i stadskärnan eller områden med hög koncentration av kontor.

Var dock medveten om att många enheter som är anslutna till nätverket och sensorerna som är placerade på dem inte kräver särskilt höga hastigheter, eftersom de överför små delar av data. Ultrasnabbt internet behövs inte av en bankomat eller betalterminal. Det är inte nödvändigt att ha en rök- och temperatursensor i skyddssystemet, vilket informerar till exempel en glasstillverkare om förhållandena i kylskåp i butik. Höga hastigheter och låg latens behövs inte för att övervaka och styra gatubelysning, för att överföra data från el- och vattenmätare, för fjärrstyrning med en smartphone av IoT-anslutna hemenheter eller i logistik.

I dag, även om vi har LTE-teknik, som gör att vi kan skicka flera tiotals eller till och med hundratals megabit data per sekund över mobila nätverk, använder fortfarande en betydande del av enheterna som arbetar på Internet of things 2G-nätverk, dvs. har varit till försäljning sedan 1991. GSM-standard.

För att övervinna prisbarriären som avskräcker många företag från att använda IoT i sina nuvarande aktiviteter och därmed hämmar dess utveckling, har teknologier utvecklats för att bygga nätverk utformade för att stödja enheter som överför små datapaket. Dessa nät använder både de frekvenser som används av mobiloperatörer och det olicensierade bandet. Tekniker som LTE-M och NB-IoT (även kallade NB-LTE) fungerar i bandet som används av LTE-nät, medan EC-GSM-IoT (även kallat EC-EGPRS) använder bandet som används av 2G-nätverk. I det olicensierade sortimentet kan du välja bland lösningar som LoRa, Sigfox och RPMA.

Alla ovanstående alternativ erbjuder ett brett utbud och är utformade på ett sådant sätt att slutenheterna är så billiga som möjligt och förbrukar så lite energi som möjligt och därmed fungerar utan att byta batteri även under flera år. Därav deras samlingsnamn - (låg strömförbrukning, lång räckvidd). LPWA-nätverk som arbetar inom de intervall som är tillgängliga för mobiloperatörer behöver bara en mjukvaruuppdatering. Utvecklingen av kommersiella LPWA-nätverk anses av forskningsföretagen Gartner och Ovum som en av de viktigaste händelserna i utvecklingen av IoT.

Operatörer använder olika tekniker. Holländska KPN, som lanserade sitt rikstäckande nätverk förra året, har valt LoRa och är intresserade av LTE-M. Vodafone-gruppen har valt NB-IoT – i år började man bygga ett nätverk i Spanien, och man har planer på att bygga ett sådant nätverk i Tyskland, Irland och Spanien. Deutsche Telekom har valt NB-IoT och meddelar att dess nätverk kommer att lanseras i åtta länder, inklusive Polen. Spanska Telefonica valde Sigfox och NB-IoT. Orange i Frankrike började bygga ett LoRa-nätverk och meddelade sedan att man skulle börja rulla ut LTE-M-nätverk från Spanien och Belgien i de länder man verkar i, och därmed troligen även i Polen.

Byggandet av LPWA-nätverket kan innebära att utvecklingen av ett specifikt IoT-ekosystem kommer att börja snabbare än 5G-nätverk. Expansionen av den ena utesluter inte den andra, eftersom båda teknologierna är avgörande för framtidens smarta nät.

5G trådlösa anslutningar kommer sannolikt att behöva mycket ändå energi. Utöver de tidigare nämnda intervallen bör ett sätt att spara energi på nivån för enskilda enheter lanseras förra året. Bluetooth webbplattform. Den kommer att användas av ett nätverk av smarta glödlampor, lås, sensorer etc. Tekniken gör att du kan ansluta till IoT-enheter direkt från en webbläsare eller webbplats utan att använda speciella applikationer.

Visualisering av webb Bluetooth-teknik

5G innan

Det är värt att veta att vissa företag har utövat 5G-teknik i flera år. Till exempel har Samsung arbetat med sina 5G-nätverkslösningar sedan 2011. Under denna tid var det möjligt att uppnå en överföring på 1,2 Gb/s i ett fordon som rörde sig med en hastighet av 110 km/h. och 7,5 Gbps för en stående mottagare.

Dessutom finns experimentella 5G-nätverk redan och har skapats i samarbete med olika företag. Men för närvarande är det fortfarande för tidigt att tala om den förestående och verkligt globala standardiseringen av det nya nätverket. Ericsson testar det i Sverige och Japan, men små konsumentenheter som kommer att fungera med den nya standarden är fortfarande långt kvar. Under 2018 kommer företaget, i samarbete med den svenska operatören TeliaSonera, att lansera de första kommersiella 5G-näten i Stockholm och Tallinn. Till en början kommer det att göra det stadsnätverk, och vi måste vänta till 5 för 2020G i full storlek. Ericsson har till och med första 5G-telefonen. Kanske är ordet "telefon" trots allt fel ord. Enheten väger 150 kg och måste bäras i en stor buss beväpnad med mätutrustning.

I oktober förra året kom nyheten om debuten av 5G-nätverket från det avlägsna Australien. Den här typen av rapporter bör dock närma sig med distans – hur vet man, utan 5G-standard och specifikation, att en femte generationens tjänst har lanserats? Detta bör ändras när standarden har kommit överens. Om allt går enligt planerna kommer förstandardiserade 5G-nätverk att göra sitt första framträdande vid vinter-OS 2018 i Sydkorea.

Millimetervågor och små celler

Driften av 5G-nätverket beror på flera viktiga tekniker.

Basstation tillverkad av Samsung

Först millimetervågförbindelser. Fler och fler enheter ansluter till varandra eller till Internet med samma radiofrekvenser. Detta orsakar hastighetsförlust och anslutningsstabilitetsproblem. Lösningen kan vara att gå över till millimetervågor, d.v.s. i frekvensområdet 30-300 GHz. De används för närvarande särskilt inom satellitkommunikation och radioastronomi, men deras främsta begränsning har varit deras korta räckvidd. En ny typ av antenn löser detta problem, och utvecklingen av denna teknik pågår fortfarande.

Tekniken är den andra pelaren i den femte generationen. Forskare skryter med att de redan kan överföra data med hjälp av millimetervågor över ett avstånd på mer än 200 m. Och bokstavligen var 200-250 m i stora städer kan det finnas, det vill säga små basstationer med mycket låg strömförbrukning. Men i mindre befolkade områden fungerar "små celler" inte bra.

Detta borde hjälpa till med ovanstående problem MIMO-teknik Ny generation. MIMO är en lösning som även används i 4G-standarden som kan öka kapaciteten i ett trådlöst nätverk. Hemligheten ligger i multi-antennsändning på sändnings- och mottagningssidan. Nästa generations stationer kan hantera åtta gånger så många portar som idag för att skicka och ta emot data samtidigt. Nätverkets genomströmning ökar alltså med 22 %.

En annan viktig teknik för 5G är att "strålformning". Det är en signalbehandlingsmetod så att data levereras till användaren längs den optimala vägen. hjälper millimetervågor att nå enheten i en koncentrerad stråle snarare än genom en rundstrålande överföring. Således ökar signalstyrkan och störningar reduceras.

Femte generationens femte element bör vara den så kallade full duplex. Duplex är en tvåvägsöverföring, det vill säga en där överföring och mottagning av information är möjlig i båda riktningarna. Full duplex innebär att data överförs utan överföringsavbrott. Denna lösning förbättras ständigt för att uppnå de bästa parametrarna.

 

Sjätte generationen?

Labben arbetar dock redan med något ännu snabbare än 5G - även om vi återigen inte vet exakt vad den femte generationen är. Japanska forskare skapar en framtida trådlös dataöverföring, så att säga, nästa, sjätte version. Den består i att använda frekvenser från 300 GHz och högre, och de uppnådda hastigheterna kommer att vara 105 Gb/s på varje kanal. Forskning och utveckling av ny teknik har pågått i flera år. I november förra året uppnåddes 500 Gb/s med 34 GHz-terahertz-bandet och sedan 160 Gb/s med en sändare i 300-500 GHz-bandet (åtta kanaler modulerade med 25 GHz-intervaller). ) - det vill säga resultat många gånger större än 5G-nätverkets förväntade kapacitet. Den senaste framgången är arbetet av en grupp forskare från University of Hiroshima och Panasonic-anställda samtidigt. Information om tekniken lades ut på universitetets webbplats, antagandena och mekanismen för terahertz-nätverket presenterades i februari 2017 vid ISSCC-konferensen i San Francisco.

Som du vet möjliggör en ökning av operationsfrekvensen inte bara snabbare dataöverföring, utan minskar också avsevärt signalens möjliga räckvidd och ökar också dess känslighet för alla typer av störningar. Det innebär att det är nödvändigt att bygga en ganska komplex och tätt fördelad infrastruktur.

Det är också värt att notera att revolutioner – som 2020G-nätverket planerat till 5 och sedan det hypotetiska ännu snabbare terahertz-nätverket – innebär att miljontals enheter behöver ersättas med versioner anpassade till nya standarder. Detta kommer sannolikt att avsevärt ... bromsa förändringstakten och göra att den avsedda revolutionen faktiskt blir en evolution.

Fortsättning Ämnesnummer i senaste numret av månaden.