5G cho thế giới thông minh

Nhiều người tin rằng cuộc cách mạng thực sự của Internet of Things sẽ chỉ được gây ra bởi sự phổ biến của mạng Internet di động thế hệ thứ năm. Mạng này vẫn sẽ được tạo ra, nhưng doanh nghiệp hiện không nhìn vào nó với sự ra đời của cơ sở hạ tầng IoT.

Các chuyên gia kỳ vọng 5G không phải là một sự tiến hóa, mà là một sự chuyển đổi hoàn toàn của công nghệ di động. Điều này sẽ biến đổi toàn bộ ngành liên quan đến loại hình truyền thông này. Vào tháng 2017 năm XNUMX, trong một bài thuyết trình tại Mobile World Congress ở Barcelona, ​​một đại diện của Deutsche Telekom thậm chí còn tuyên bố rằng do điện thoại thông minh sẽ không còn tồn tại. Khi nó trở nên phổ biến, chúng ta sẽ luôn trực tuyến, với hầu hết mọi thứ xung quanh chúng ta. Và tùy thuộc vào phân khúc thị trường nào sẽ sử dụng công nghệ này (khám bệnh từ xa, cuộc gọi thoại, nền tảng chơi game, duyệt web), mạng sẽ hoạt động khác nhau.

Tốc độ mạng 5G so với các giải pháp trước đây

Trong cùng một MWC, các ứng dụng thương mại đầu tiên của mạng 5G đã được hiển thị - mặc dù cách diễn đạt này làm dấy lên một số nghi ngờ, vì vẫn chưa biết nó thực sự sẽ như thế nào. Các giả định hoàn toàn không nhất quán. Một số nguồn tin cho rằng 5G dự kiến ​​sẽ cung cấp tốc độ truyền hàng chục nghìn megabit / giây cho hàng nghìn người dùng đồng thời. Thông số kỹ thuật sơ bộ cho 5G, được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) công bố cách đây vài tháng, cho thấy rằng độ trễ sẽ không quá 4 mili giây. Dữ liệu phải được tải xuống ở tốc độ 20 Gb / giây và tải lên ở tốc độ 10 Gb / giây. Chúng tôi biết rằng ITU muốn công bố phiên bản cuối cùng của mạng mới vào mùa thu này. Mọi người đều đồng ý về một điều - mạng 5G phải cung cấp kết nối không dây đồng thời của hàng trăm nghìn cảm biến, đây là chìa khóa cho Internet vạn vật và các dịch vụ phổ biến.

Các công ty hàng đầu như AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel và nhiều công ty khác rõ ràng đang lên tiếng ủng hộ việc đẩy nhanh tiến độ tiêu chuẩn hóa 5G. Tất cả các bên liên quan muốn bắt đầu thương mại hóa khái niệm này sớm nhất là vào năm 2019. Mặt khác, Liên minh châu Âu đã công bố kế hoạch 5G PPP () nhằm xác định hướng phát triển của các mạng thế hệ tiếp theo. Đến năm 2020, các nước EU phải phát hành tần số 700 MHz dành riêng cho tiêu chuẩn này.

Mạng 5G là một món quà của công nghệ mới

Những thứ đơn lẻ không cần 5G

Theo Ericsson, vào cuối năm ngoái, 5,6 tỷ thiết bị đang hoạt động trong (, IoT). Trong số này, chỉ có khoảng 400 triệu hoạt động với mạng di động và phần còn lại với các mạng tầm ngắn như Wi-Fi, Bluetooth hoặc ZigBee.

Sự phát triển thực sự của Internet vạn vật thường gắn liền với mạng 5G. Các ứng dụng đầu tiên của công nghệ mới, ban đầu trong lĩnh vực kinh doanh, có thể xuất hiện sau hai đến ba năm. Tuy nhiên, chúng tôi có thể mong đợi quyền truy cập vào các mạng thế hệ tiếp theo cho khách hàng cá nhân không sớm hơn năm 2025. Lợi thế của công nghệ 5G là khả năng xử lý hàng triệu thiết bị được lắp ráp trên diện tích một km vuông. Nó có vẻ là một con số khổng lồ, nhưng nếu bạn tính đến những gì tầm nhìn IoT nói về Những thành phố thông minhtrong đó, ngoài cơ sở hạ tầng đô thị, các phương tiện giao thông (bao gồm ô tô tự lái) và hộ gia đình (nhà thông minh) và các thiết bị văn phòng được kết nối, cũng như, chẳng hạn, các cửa hàng và hàng hóa được lưu trữ trong đó, triệu mỗi km vuông này dường như không còn nữa to lớn. Đặc biệt là ở trung tâm thành phố hoặc các khu vực tập trung nhiều văn phòng.

Tuy nhiên, hãy lưu ý rằng nhiều thiết bị được kết nối với mạng và các cảm biến được đặt trên chúng không yêu cầu tốc độ quá cao, vì chúng truyền những phần nhỏ dữ liệu. Internet cực nhanh không cần máy ATM hoặc thiết bị đầu cuối thanh toán. Không nhất thiết phải có cảm biến khói và nhiệt độ trong hệ thống bảo vệ, ví dụ, thông báo cho nhà sản xuất kem về điều kiện tủ lạnh trong các cửa hàng. Không cần tốc độ cao và độ trễ thấp để giám sát và điều khiển ánh sáng đường phố, để truyền dữ liệu từ đồng hồ đo điện và nước, để điều khiển từ xa bằng điện thoại thông minh của các thiết bị gia đình được kết nối IoT hoặc trong lĩnh vực hậu cần.

Ngày nay, mặc dù chúng ta có công nghệ LTE, cho phép chúng ta gửi vài chục hoặc thậm chí hàng trăm megabit dữ liệu mỗi giây qua mạng di động, nhưng một phần đáng kể các thiết bị hoạt động trong Internet vạn vật vẫn được sử dụng Mạng 2G, I E. đã được bán từ năm 1991. Tiêu chuẩn GSM.

Để vượt qua rào cản về giá không khuyến khích nhiều công ty sử dụng IoT trong các hoạt động hiện tại của họ và do đó làm chậm sự phát triển của nó, các công nghệ đã được phát triển để xây dựng các mạng được thiết kế để hỗ trợ các thiết bị truyền các gói dữ liệu nhỏ. Các mạng này sử dụng cả tần số được sử dụng bởi các nhà khai thác di động và băng tần không được cấp phép. Các công nghệ như LTE-M và NB-IoT (còn gọi là NB-LTE) hoạt động trong băng tần được sử dụng bởi mạng LTE, trong khi EC-GSM-IoT (còn được gọi là EC-EGPRS) sử dụng băng tần được sử dụng bởi mạng 2G. Trong phạm vi không được cấp phép, bạn có thể chọn từ các giải pháp như LoRa, Sigfox và RPMA.

Tất cả các tùy chọn trên đều cung cấp nhiều loại và được thiết kế sao cho các thiết bị đầu cuối rẻ nhất có thể và tiêu thụ ít năng lượng nhất có thể, do đó hoạt động mà không cần thay pin thậm chí trong vài năm. Do đó, tên chung của chúng - (tiêu thụ điện năng thấp, tầm xa). Các mạng LPWA hoạt động trong phạm vi có sẵn cho các nhà khai thác di động chỉ cần cập nhật phần mềm. Sự phát triển của các mạng LPWA thương mại được các công ty nghiên cứu Gartner và Ovum coi là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong quá trình phát triển IoT.

Các nhà khai thác sử dụng các công nghệ khác nhau. Công ty KPN của Hà Lan, đã ra mắt mạng toàn quốc vào năm ngoái, đã chọn LoRa và quan tâm đến LTE-M. Tập đoàn Vodafone đã chọn NB-IoT - năm nay họ bắt đầu xây dựng một mạng lưới ở Tây Ban Nha và có kế hoạch xây dựng một mạng lưới như vậy ở Đức, Ireland và Tây Ban Nha. Deutsche Telekom đã chọn NB-IoT và thông báo rằng mạng của nó sẽ được tung ra ở tám quốc gia, bao gồm cả Ba Lan. Telefonica của Tây Ban Nha đã chọn Sigfox và NB-IoT. Orange ở Pháp bắt đầu xây dựng mạng LoRa và sau đó thông báo rằng họ sẽ bắt đầu triển khai mạng LTE-M từ Tây Ban Nha và Bỉ ở các quốc gia mà họ hoạt động, và do đó có thể là ở Ba Lan.

Việc xây dựng mạng LPWA có thể có nghĩa là sự phát triển của một hệ sinh thái IoT cụ thể sẽ bắt đầu nhanh hơn các mạng 5G. Việc mở rộng cái này không loại trừ cái kia, bởi vì cả hai công nghệ đều cần thiết cho lưới điện thông minh trong tương lai.

Kết nối không dây 5G có thể sẽ cần rất nhiều năng lượng. Ngoài các phạm vi nói trên, một cách để tiết kiệm năng lượng ở cấp độ thiết bị riêng lẻ sẽ được đưa ra vào năm ngoái. Nền tảng web Bluetooth. Nó sẽ được sử dụng bởi một mạng lưới bóng đèn thông minh, ổ khóa, cảm biến, v.v. Công nghệ cho phép bạn kết nối với các thiết bị IoT trực tiếp từ trình duyệt web hoặc trang web mà không cần các ứng dụng đặc biệt.

Hình dung công nghệ Web Bluetooth

5G trước đây

Cần biết rằng một số công ty đã theo đuổi công nghệ 5G trong nhiều năm. Ví dụ, Samsung đã bắt đầu phát triển các giải pháp mạng 5G của mình từ năm 2011. Trong thời gian này, người ta có thể truyền được 1,2 Gb / s ở một xe đang chuyển động với vận tốc 110 km / h. và 7,5 Gbps cho máy thu đứng.

Hơn nữa, các mạng 5G thử nghiệm đã tồn tại và được tạo ra với sự hợp tác của nhiều công ty khác nhau. Tuy nhiên, hiện tại vẫn còn quá sớm để nói về việc chuẩn hóa mạng mới trên toàn cầu sắp xảy ra và thực sự. Ericsson đang thử nghiệm nó ở Thụy Điển và Nhật Bản, nhưng các thiết bị tiêu dùng nhỏ sẽ hoạt động với tiêu chuẩn mới vẫn còn lâu mới có. Vào năm 2018, với sự hợp tác của nhà điều hành Thụy Điển TeliaSonera, công ty sẽ ra mắt mạng 5G thương mại đầu tiên tại Stockholm và Tallinn. Ban đầu nó sẽ mạng lưới thành phốvà chúng ta sẽ phải đợi đến năm 5 mới có 2020G "kích thước đầy đủ". Ericsson thậm chí có điện thoại 5G đầu tiên. Có lẽ từ "điện thoại" là từ sai sau tất cả. Thiết bị nặng 150 kg và bạn phải di chuyển với nó trong một chiếc xe buýt lớn có trang bị thiết bị đo lường.

Tháng 5 năm ngoái, tin tức về sự ra mắt của mạng 5G đến từ nước Úc xa xôi. Tuy nhiên, những loại báo cáo này nên được tiếp cận với một khoảng cách - làm thế nào bạn biết, nếu không có tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật 5G, rằng một dịch vụ thế hệ thứ năm đã được tung ra? Điều này sẽ thay đổi khi tiêu chuẩn được thống nhất. Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, các mạng 2018G được chuẩn hóa trước sẽ xuất hiện lần đầu tiên tại Thế vận hội mùa đông XNUMX ở Hàn Quốc.

Sóng milimet và các ô nhỏ

Hoạt động của mạng 5G phụ thuộc vào một số công nghệ quan trọng.

Trạm gốc do Samsung sản xuất

Đầu tiên kết nối sóng milimet. Ngày càng có nhiều thiết bị kết nối với nhau hoặc với Internet bằng các tần số vô tuyến giống nhau. Điều này gây ra mất tốc độ và các vấn đề ổn định kết nối. Giải pháp có thể là chuyển sang sóng milimet, tức là trong dải tần từ 30-300 GHz. Chúng hiện đang được sử dụng đặc biệt trong thông tin liên lạc vệ tinh và thiên văn học vô tuyến, nhưng hạn chế chính của chúng là tầm hoạt động ngắn. Một loại ăng-ten mới giải quyết được vấn đề này và sự phát triển của công nghệ này vẫn đang tiếp tục.

Công nghệ là trụ cột thứ hai của thế hệ thứ năm. Các nhà khoa học tự hào rằng họ đã có thể truyền dữ liệu bằng cách sử dụng sóng milimet trên khoảng cách hơn 200 m. Và theo nghĩa đen, cứ 200-250 m ở các thành phố lớn lại có thể có các trạm gốc nhỏ với mức tiêu thụ điện năng rất thấp. Tuy nhiên, ở những khu vực ít dân cư, các "ô nhỏ" hoạt động không tốt.

Điều này sẽ giúp giải quyết vấn đề trên Công nghệ MIMO thế hệ mới. MIMO là một giải pháp cũng được sử dụng trong tiêu chuẩn 4G có thể tăng dung lượng của mạng không dây. Bí mật là ở việc truyền nhiều ăng-ten ở phía phát và nhận. Các trạm thế hệ tiếp theo có thể xử lý số cổng nhiều gấp tám lần hiện nay để gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc. Do đó, thông lượng mạng tăng 22%.

Một kỹ thuật quan trọng khác cho 5G là "tạo hình chùm tia“. Đó là một phương pháp xử lý tín hiệu để dữ liệu được gửi đến người dùng theo lộ trình tối ưu. giúp sóng milimet truyền tới thiết bị theo chùm tia tập trung thay vì qua đường truyền đa hướng. Do đó, cường độ tín hiệu được tăng lên và giảm nhiễu.

Phần tử thứ năm của thế hệ thứ năm nên được gọi là song công. Song công là phương thức truyền hai chiều, tức là một trong đó có thể truyền và nhận thông tin theo cả hai hướng. Song công hoàn toàn có nghĩa là dữ liệu được truyền mà không bị gián đoạn truyền. Giải pháp này không ngừng được cải tiến để đạt được các thông số tốt nhất.

 

Thế hệ thứ sáu?

Tuy nhiên, các phòng thí nghiệm đã và đang làm việc trên một thứ thậm chí còn nhanh hơn cả 5G - mặc dù một lần nữa, chúng ta không biết chính xác thế hệ thứ năm là gì. Các nhà khoa học Nhật Bản đang tạo ra một hệ thống truyền dữ liệu không dây trong tương lai, như phiên bản tiếp theo, thứ sáu. Nó bao gồm việc sử dụng các tần số từ 300 GHz trở lên và tốc độ đạt được sẽ là 105 Gb / s trên mỗi kênh. Nghiên cứu và phát triển công nghệ mới đã được tiến hành trong vài năm. Tháng 500 năm ngoái, 34 Gb / s đã đạt được khi sử dụng băng tần terahertz 160 GHz, và sau đó là 300 Gb / s khi sử dụng bộ phát ở băng tần 500-25 GHz (tám kênh được điều chế ở khoảng thời gian 5 GHz). ) - nghĩa là, kết quả lớn hơn nhiều lần so với khả năng mong đợi của mạng 2017G. Thành công mới nhất là công trình của một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Hiroshima và các nhân viên của Panasonic cùng một lúc. Thông tin về công nghệ này đã được đăng trên trang web của trường đại học, các giả định và cơ chế của mạng terahertz đã được trình bày vào tháng XNUMX năm XNUMX tại hội nghị ISSCC ở San Francisco.

Như bạn đã biết, việc tăng tần số hoạt động không chỉ cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn mà còn làm giảm đáng kể phạm vi tín hiệu có thể có và cũng làm tăng tính nhạy cảm của nó đối với tất cả các loại nhiễu. Điều này có nghĩa là cần phải xây dựng một cơ sở hạ tầng khá phức tạp và phân bố dày đặc.

Cũng cần lưu ý rằng các cuộc cách mạng - chẳng hạn như mạng 2020G được lên kế hoạch cho năm 5 và sau đó là mạng terahertz giả định thậm chí còn nhanh hơn - có nghĩa là cần phải thay thế hàng triệu thiết bị bằng các phiên bản thích ứng với các tiêu chuẩn mới. Điều này có khả năng làm… chậm lại đáng kể tốc độ thay đổi và khiến cuộc cách mạng dự kiến ​​thực sự trở thành một cuộc tiến hóa.

Để được tiếp tục Số chủ đề trong số mới nhất của hàng tháng.