Όλα όσα πρέπει να ξέρετε για 5G

Sharing is caring!

Πηγή /link : Τομ Λι -11 Απριλίου 2019

Τι είναι το 5G; 

Η 5G είναι η επόμενη γενιά των τηλεπικοινωνιακών προτύπων. Σε σύγκριση με το 4G, το 5G μπορεί να αυξήσει σημαντικά τα ποσοστά δεδομένων και μειώνει σημαντικά την καθυστέρηση στις κυψελοειδείς συσκευές. Όμως, τα οφέλη της 5G δεν περιλαμβάνουν μόνο τηλεπικοινωνίες. είναι σχεδιασμένο ως ένα ενοποιημένο δίκτυο που μπορεί να συμβάλει στην πραγματοποίηση του πραγματικού δυναμικού του Διαδικτύου των Πράξεων, του οχήματος προς την υποδομή (V2X) και της πολύ ισχυρότερης εικονικής πραγματικότητας (VR) και της εκτεταμένης πραγματικότητας (XR). Ο εξοπλισμός είναι επίσης εξαιρετικά επεκτάσιμος ανάλογα με τη ζήτηση κυκλοφορίας, θέτοντας τα θεμέλια για συσκευές που δεν έχουν ακόμη σχεδιαστεί.

Πηγή εικόνας: Λευκή Βίβλος Qualcomm: Κάνοντας το 5G NR πραγματικότητα

Η μετάβαση σε μια νέα εποχή δικτύου απαιτεί πιο προηγμένη τεχνολογική στοίβα. Για το 5G, η συλλογή τεχνολογιών συγκεντρώθηκε με τα πανό γνωστά ως 5G New Radio (5G NR) και 5G Core network (5GC ). Η αρχική φάση της ανάπτυξης 5G θα χρησιμοποιήσει τον υπάρχοντα εξοπλισμό δικτύου 4G Core, με ειδικό δίκτυο 5G Core που αναπτύσσεται αργότερα.

Πηγή εικόνας: Intel: 5GNR – Οδήγηση της ασύρματης εξέλιξης σε νέους κάθετους τομείς

Όλα τα ασύρματα δίκτυα χωρίζονται στο κεντρικό δίκτυο, στο δίκτυο πρόσβασης, στην διασύνδεση του αέρα, στο δίκτυο και τις υπηρεσίες μεταφοράς και στη διαχείριση δικτύου. Η 5G βλέπει καινοτομίες σε όλους αυτούς τους τομείς.

Από 1G έως 5G: μια σύντομη επισκόπηση

Το ασύρματο πρότυπο πρώτης γενιάς (1G) δημιουργήθηκε στη δεκαετία του 1980. Σε λίγα μόλις 40 χρόνια, η ασύρματη επικοινωνία έχει μετατραπεί σε ένα απολύτως κρίσιμο στοιχείο της σύγχρονης υποδομής.

  • 1G: Πρωτότυπα αναλογικά σήματα υπεραπλούσματος για φωνή.
  • 2G: Ψηφιακά σήματα με καλύτερη περιοχή υπηρεσιών και ποιότητα φωνής, εισήγαγε βασικό κινητό διαδίκτυο, ανταλλαγή μηνυμάτων κειμένου και MMS.
  • 3G: Αυξημένη ταχύτητα internet, πιο ισχυρές υπηρεσίες Διαδικτύου.
  • 4G: Βελτιωμένη ταχύτητα υπηρεσιών που φέρνει το κινητό διαδίκτυο στις μάζες που ενισχύουν τη χρήση των smartphone. IP-βασισμένη τηλεφωνία.

5G

Υποδομή

Ένα ισχυρό δίκτυο είναι το θεμέλιο για την επικοινωνία μεταξύ όλων των πραγμάτων. Τα οφέλη της 5G ανοίγουν ατελείωτες περιπτώσεις χρήσης.

Για ορεκτικά, τα smartphone θα μπορούν να μεταφέρουν ροή περιεχομένου 4K HDR σε υψηλότερα ποσοστά καρέ. Φανταστείτε να κατεβάζετε μερικά gigabytes σε μερικά δευτερόλεπτα και όχι σε ώρες. Ο χρόνος καθυστέρησης θα είναι χαμηλότερος, έτσι ώστε οι απαντήσεις από το δίκτυο, όπως οι αιτήσεις ιστού, να αισθάνονται πιο snappier.

5G μπορεί επίσης να αντιμετωπίσει εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας πρόσβαση. Οι τοποθεσίες των εκδηλώσεων, όπως στα γήπεδα, έχουν συχνά δεκάδες χιλιάδες συμμετέχοντες. Η τεχνολογία 4G μπορεί να δυσκολευτεί να χειριστεί αυτή τη μαζική πρόσβαση.

Με το 5G, το IoT δεν θα περιορίζεται πλέον από τους πόρους του δικτύου, αποδεσμεύοντας το δυναμικό των έξυπνων συσκευών. Μια πιθανή εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η ασφάλεια. Όταν ενεργοποιηθεί ένας αισθητήρας υπερύθρων, μπορεί να ενεργοποιήσει αυτόματα την κάμερα ασφαλείας και να στείλει τη ροή δεδομένων σε ένα smartphone ή σε μια εταιρεία ασφαλείας. Ταυτόχρονα, θα μπορούσε να ειδοποιήσει αμέσως έναν διαθέσιμο αξιωματικό στην περιοχή. Μια άλλη μπορεί να είναι η πρόληψη των καταστροφών. Για παράδειγμα, αισθητήρες θερμοκρασίας στα δάση θα μπορούσαν να προειδοποιήσουν τις ομάδες παρακολούθησης πυρκαγιάς στα εθνικά πάρκα σε περίπτωση που οι θερμοκρασίες φτάσουν σε μη ασφαλή επίπεδα.

Οι τεχνολογίες οχημάτων προς υποδομές θα δουν περισσότερη δράση. Μια πόλη θα μπορούσε να κατευθύνει τα συστήματα πλοήγησης για την καλύτερη διαχείριση της κυκλοφορίας και την αποφυγή επικίνδυνων περιοχών ή την αυτόματη σύνδεση οχημάτων με τα χιλιάδες hotspots.

Ο αυξημένος ρυθμός δεδομένων της 5G και η αποδοτική μετάδοση όχι μόνο αποδίδουν πλούσιο περιεχόμενο υψηλής ευκρίνειας στην εικονική πραγματικότητα και τα ακουστικά αυξανόμενης πραγματικότητας, αλλά επίσης εξοικονομεί την κατανάλωση μπαταριών για υπηρεσίες cloud edge που εκτελούν επεξεργασία εφαρμογών. Επιπλέον, εξαλείφει τους περιορισμούς του εύρους ζώνης για ασύρματο περιεχόμενο VR και AR, το οποίο είναι ένα σημαντικό εμπόδιο που εμποδίζει την VR και την AR να γίνει mainstream.

Και αυτό είναι μόνο ξύσιμο της επιφάνειας. Υπάρχουν τόνοι και τόνοι εφαρμογής για 5G που δεν έχουν εφευρεθεί ακόμη. Σκεφτείτε φορητά, συνδεδεμένα AI, και πολλά άλλα έρχονται στο μέλλον.

Οικονομία

Το 5G είναι εξίσου τεχνικής προόδου, καθώς είναι οικονομικό. Θα χρησιμοποιηθεί σε όλη την κυβέρνηση, το λιανικό εμπόριο, την εκπαίδευση, τις μεταφορές και τα πάντα στο μεταξύ. Η Qualcomm εκτιμά ότι η 5G θα παράγει αγαθά και υπηρεσίες αξίας έως και 12 τρισεκατομμυρίων δολαρίων, καθώς και έως 22 εκατομμύρια θέσεις εργασίας έως το 2035.

5G έναντι 4G


4G5G
Ρυθμός δεδομένων1Gbps< 20Gbps
Καθυστέρηση (ελάχιστο χρόνο γύρου)10ms> 1ms
Μέγιστη συνάθροιση φορέα516
Μεταφορικό εύρος φορέα20Mhz20Mhz έως> 1GHz
ΣυχνότηταΚάτω από 6Ghz600Mhz έως 100GHz

Η πιο αισθητή διαφορά είναι ο ρυθμός δεδομένων. Σε έναν κόσμο που βασίζεται σε δεδομένα, οι χρήστες απαιτούν πλουσιότερα μέσα ενημέρωσης σε υψηλότερα ψηφίσματα. Το 5G παρέχει μέχρι 20Gbps κορυφή προς τα κάτω, καθιστώντας το 4G’s 1Gbps max downlink να φαίνεται ασήμαντο σε σύγκριση. Ακόμη και σε κακές συνθήκες, η 5G στοχεύει στην παροχή ελάχιστης downlink 100Mbps. Περισσότερες συσκευές μπορούν επίσης να λάβουν καλύτερες υπηρεσίες, καθώς η χωρητικότητα δικτύου αυξάνεται κατά 100 φορές.

Το αυξανόμενο εύρος ζώνης δεν αρκεί. Για να βελτιωθεί πραγματικά η εμπειρία των χρηστών, η καθυστέρηση έχει μειωθεί κάτω από 1ms – 10 φορές χαμηλότερη από αυτή των 4G. Αυτό όχι μόνο καθιστά δυνατή την ταχύτερη ανταπόκριση στις υπηρεσίες, αλλά και βοηθάει να απολαύσετε πιο απτικές εμπειρίες Internet of Things (IoT).

Η υποδομή δικτύου θα λάβει επίσης μια γενική επισκευή. Οι παλαιοί σταθμοί βάσης θα συνοδεύονται από πολλούς από χιλιάδες μικρότερους σταθμούς βάσης που ονομάζονται μικροκύτταρα και femtocells. Οι συσκευές θα επιλέγουν δυναμικά τον καλύτερο πύργο κελιών για να συνδεθούν χωρίς καμία διακοπή στην υπηρεσία.

Οι παρακάτω ενότητες παρέχουν μια επισκόπηση αυτών των βασικών τεχνολογιών 5G:

  1. Μαζικό MIMO
  2. Προηγμένη μορφοποίηση δέσμης
  3. Υψηλότερη κυτταρική πυκνότητα
  4. Μεγαλύτερη φασματική απόδοση
  5. mmWave
  6. OFDM
  7. Χαμηλότερη λανθάνουσα κατάσταση
  8. Διπλός διαχωρισμός χρόνου

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις της έκδοσης ITU του IMT-2020, η 5G αναμένεται να παρέχει έως 20Gbps. Το μόντεμ 5G-NR της Qualcomm, το Qualcomm Snapdragon x50, έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να επιτυγχάνει ταχύτητα δεδομένων κορυφής δεδομένων downlink έως 5Gbps.

Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η 4G θα αντικατασταθεί αμέσως. Ακριβώς όπως το πώς το 3G είναι ακόμα ζωντανό σήμερα, το 4G θα χρησιμοποιηθεί ως βοηθητικό δίκτυο για το 5G. Μερικές εταιρείες ανακοίνωσαν μερικούς δημιουργικούς τρόπους για την ενσωμάτωση της 4G στα προϊόντα τους. Η Huawei, για παράδειγμα, ανακοίνωσε πρόσφατα αποσύνδεση uplink και downlink, όπου η uplink επικοινωνεί μέσω του δικτύου 4G και η downlink επικοινωνεί μέσω του δικτύου 5G.

Οι τεχνολογίες κλειδιού 5G-NR επεξηγήθηκαν

Μαζικό MIMO

Το MIMO σημαίνει πολλαπλή είσοδο, πολλαπλή έξοδο και λειτουργεί ακριβώς όπως υποδηλώνει το όνομά του. Σε αντίθεση με την αποστολή μιας μοναδικής ροής δεδομένων, το MIMO καταστρέφει τα δεδομένα και τα αποστέλλει μέσω πολλαπλών ροών δεδομένων που ονομάζονται στρώματα, αυξάνοντας έτσι τον παραλληλισμό και βελτιώνοντας την απόδοση.

Πηγή εικόνας: Λευκό χαρτί Ericsson: Προηγμένα συστήματα κεραίας για δίκτυα 5G

Η ροή δεδομένων από ένα ραδιόφωνο MIMO είναι τοποθετημένη έτσι ώστε να είναι τέλεια όταν φτάσει στη συσκευή ή να επισημάνει κάθε ρεύμα με ειδικούς δείκτες, ώστε η συσκευή να ξέρει πώς να τις επανασυναρμολογήσει. Στη συνέχεια, η συσκευή λήψης συγκεντρώνει τις ξεχωριστές ροές δεδομένων στο αρχικό της μήνυμα.

Το MIMO μπορεί επίσης να περιλαμβάνει πολλαπλή διαδρομή, όπου ο σταθμός βάσης στέλνει πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου σήματος σε διαφορετικές κατευθύνσεις για αυξημένο πλεονασμό. Με αυτόν τον τρόπο, ακόμη και αν χάσει ένα σήμα, το άλλο μπορεί να φτάσει ακόμα στον προορισμό.

Μια θεμελιώδης αλλαγή στην υποδομή του δικτύου 5G είναι η συστοιχία κεραίας. Η ιδέα είναι να έχουμε περισσότερες κεραίες που εξυπηρετούν λιγότερους πελάτες. Η εγκατάσταση περισσότερων κεραιών ανά πύργο κυττάρων, σε συνδυασμό με την υψηλότερη κυτταρική πυκνότητα, βοηθά εξαιρετικά στη βελτίωση του ασύρματου εύρους ζώνης. Ενώ η αρχική ανάπτυξη 5G θα χρησιμοποιεί υπάρχοντες πύργους κυψελών, οι αποκλειστικές υποδομές δικτύου 5G θα έχουν ένα μαζικά αυξημένο αριθμό στοιχείων κεραίας ανά πύργο – καθένα από τα οποία μπορεί να ελεγχθεί ξεχωριστά – μέσα σε κάθε κεραία.

Πηγή εικόνας: Λευκό χαρτί Ericsson: Προηγμένα συστήματα κεραίας για δίκτυα 5G

Πηγή εικόνας: Λευκό χαρτί Ericsson: Προηγμένα συστήματα κεραίας για δίκτυα 5G

Το MIMO επιλύει τον τρόπο χειρισμού του τεράστιου αριθμού συνδέσεων και αυξάνει τον ρυθμό δεδομένων μέσω παραλληλισμού, αλλά πρέπει να λειτουργεί σε συνδυασμό με προηγμένες τεχνικές μορφοποίησης δέσμης για την πραγματική παράδοση δεδομένων στον εξοπλισμό των χρηστών.

Προηγμένη μορφοποίηση δέσμης

Η Beamforming είναι μια μακροχρόνια ιδέα στις τηλεπικοινωνίες. Σε αντίθεση με την εκπομπή του σήματος προς όλες τις κατευθύνσεις, η μορφοποίηση δέσμης κατευθύνει το σήμα προς τον δέκτη, ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές ενώ αυξάνει την ταχύτητα δεδομένων. Υπάρχουν αρκετές δημοφιλείς τεχνικές σχηματισμού ακτίνων, αλλά μία από τις πιο ευρέως υιοθετημένες είναι η αλλαγή της φάσης των σημάτων που εκπέμπονται από μια συστοιχία κεραίας.

Για να γίνει αυτό, ο πομπός πρέπει να έχει αρκετές κεραίες και ελεγκτή. Πρώτον, η συσκευή του χρήστη – είτε πρόκειται για ένα smartphone είτε για μια συσκευή IoT – θα στείλει ένα γνωστό σήμα αναφοράς. Ο σταθμός βάσης καταγράφει αυτό το σήμα, συγκρίνει τα χαρακτηριστικά του με την αναφορά και ρυθμίζει το εύρος και τη φάση του σήματος για τη συγκεκριμένη συσκευή. Η ανταλλαγή γίνεται μερικές φορές μέχρι να επιτευχθεί η βέλτιστη ποιότητα.

Ενώ μια σημαντική τεχνολογία για τους δρομολογητές Wi-Fi και τα παρόμοια, η μορφοποίηση δέσμης είναι ένα βασικό συστατικό του 5G. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η τοπολογία 5G απαιτεί αύξηση της πυκνότητας του σταθμού βάσης και επομένως μεγαλύτερη κυκλοφορία σε μια δεδομένη περιοχή. Χωρίς σωστή διαμόρφωση δέσμης, τα σήματα θα παρεμβαίνουν μεταξύ τους.

Οι τεχνικές σχηματισμού ακτίνων 5G υπολογίζουν επίσης τη θέση της συσκευής εξετάζοντας σήματα που αναπηδούν από τους τοίχους και τα περιβαλλοντικά αντικείμενα. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι συχνότητες σήματος στα 5GHz και παραπάνω δεν έχουν σχεδόν καμία ικανότητα διείσδυσης, απαιτούν τη μορφοποίηση ακτίνων – ειδικά ψηφιακή μορφοποίηση ακτίνων – ώστε να είναι σε θέση να επιτύχουν αποτελεσματικά τους στόχους τους.

Αλλά περιμένετε, υπάρχουν περισσότερα. Το FD-MIMO στην προδιαγραφή 3GPP 5G υποστηρίζει επίσης τη μορφοποίηση ακτίνων τόσο οριζόντια (αποκαλούμενη διαμόρφωση δέσμης Azimuth) όσο και κατακόρυφα (ονομάζεται Elevation beamforming), πολύ ανώτερη από την αυστηρή μορφοποίηση δέσμης Azimuth σε 4G. Αυτό επιτρέπει στους σταθμούς βάσης να κατευθύνουν το κύμα τους προς ψηλά κτίρια, πέρα ​​από τα εμπόδια, και να εγκατασταθούν σε περιορισμένες περιοχές χωρίς εξασθένηση.

Πηγή εικόνας: sharetechnote.com

Υψηλότερη κυτταρική πυκνότητα

Οι μητροπολιτικοί κάτοικοι δεν είναι ξένοι στους πύργους σηματοδότησης. Κάθε ένας από αυτούς τους σταθμούς βάσης μπορεί να στείλει σήματα σε μια συγκεκριμένη ακτίνα και η περιοχή που διέπουν ονομάζεται κελιά. Ο πύργος σήματος πίσω από την σιδηροδρομική σας γραμμή μπορεί να καλύψει μια περιοχή αρκετών χιλιομέτρων, γι ‘αυτό είναι τόσο ψηλό και συχνά σκαρφαλωμένο τόσο ψηλά.

Έχοντας έναν ενιαίο σταθμό βάσης ευρείας περιοχής είναι αποτελεσματικός, αλλά ένας μόνο πύργος μπορεί να χειριστεί μόνο τόσο πολλή κίνηση. Για να παρέχει δεδομένα σε χιλιάδες πελάτες, το ραδιόφωνο χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται πολυπλεξία, η οποία μεταβαίνει γρήγορα μεταξύ διαφορετικών καναλιών επικοινωνίας. Κάθε πύργος έχει σχεδιαστεί για να χειρίζεται ένα συγκεκριμένο φορτίο και αν το όριο παραβιαστεί, τότε το δίκτυο μπορεί να παρουσιάσει διακοπές ή αυξημένη καθυστέρηση.

Εκτός από το υψηλότερο ρυθμό δεδομένων, το 5G έχει σχεδιαστεί για να συνδέεται με πολύ περισσότερες συσκευές – πολλές φορές, περισσότερο, στην πραγματικότητα. Αυτά κυμαίνονται από οχήματα, φορητά, αισθητήρες και πολλές άλλες έξυπνες συσκευές που δεν έχουν ακόμη εφευρεθεί. Οι τρέχουσες υποδομές δικτύωσης απλά δεν έχουν την ικανότητα να εξυπηρετούν την εισροή συνδέσεων.

Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι μια μη-brainer: απλά προσθέστε περισσότερους πύργους. Οι μεγάλοι πύργοι θα συνοδεύονται από χιλιάδες μικρότερους, πυκνά συσκευασμένους μικρότερους πύργους για τη δημιουργία μικρότερων θέσεων κυττάρων. Αυτά τα μικρά κελιά απλώνουν μόνο μερικές εκατοντάδες πόδια, αλλά με αυτό τον τρόπο, τα φορτία εργασίας μπορούν να εξισορροπηθούν σε περισσότερα σημεία πρόσβασης, επιτρέποντας υψηλότερο ρυθμό δεδομένων, χαμηλότερη καθυστέρηση και ισχυρότερα σήματα.

Αλλά μικρότερα κελιά σημαίνει λιγότερο χώρο για κεραίες, και λιγότερες κεραίες σημαίνουν λιγότερο αποτελεσματικό MIMO και beamforming. Ένας τρόπος γύρω από αυτό το πρόβλημα είναι όταν μια συσκευή εισέρχεται σε μια περιοχή που επικαλύπτεται από πολλαπλά κελιά, και οι δύο πύργοι θα μεταδίδουν δεδομένα στη συσκευή ταυτόχρονα.

Η εξισορρόπηση του φορτίου είναι ένα πράγμα, αλλά τα μικροκύτταρα διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην εξασφάλιση ότι τα σήματα μπορούν να φτάσουν στο στόχο τους. Σε αντίθεση με το 4G, το 5G χρησιμοποιεί φάσματα συχνότητας οπουδήποτε μεταξύ 600MHz έως 100GHz. Στην ανώτερη βαθμίδα του φάσματος συχνοτήτων, το μήκος κύματος μειώνεται σε απλά χιλιοστά. Τα πολύ μικρά μήκη κύματος, που ονομάζονται mmWaves, έχουν τα πλεονεκτήματα και τις προκλήσεις τους.

mmWave

Κάθε γενιά επικοινωνίας μέσω του αέρα που προηγείται των 5G έχει συμβεί μεταξύ της ζώνης συχνοτήτων 300MHz έως 5.2GHz. Από το Wi-Fi έως τον έλεγχο της εναέριας κυκλοφορίας, όλες οι ασύρματες επικοινωνίες των καταναλωτών κατανέμονται με ακρίβεια σε αυτό το φάσμα. Με την πάροδο του χρόνου, ο χώρος αυτός έχει αυξηθεί πολύ κόσμο και δεν μπορεί πλέον να υποστηρίζει τις απαιτητικές απαιτήσεις εύρους ζώνης της 5G.

Πηγή εικόνας: Καναδικός πίνακας κατανομής συχνοτήτων από την κυβέρνηση του Καναδά. Κάντε κλικ στην εικόνα για το γράφημα πλήρους μεγέθους.

Σε αντίθεση με το χώρο των υπο-5GHz, οι συχνότητες 6GHz και πέραν αυτών δεν επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις τηλεπικοινωνίες. Ως εκ τούτου, η 5G χρησιμοποιεί συχνότητες οπουδήποτε μεταξύ 1GHz έως 300GHz, χωρισμένη σε τρία βασικά εύρη συχνοτήτων: υπο-1GHz, 1GHz έως 6GHz και πάνω από 6GHz. Το εύρος ζώνης συσχετίζεται άμεσα με τη συχνότητα του φέροντος σήματος και είναι ένα βασικό μέσο με το οποίο το 5G μπορεί να μεταδώσει ταυτόχρονα τα gigabyte δεδομένων σε πολλαπλούς χρήστες.

Ο οδηγός φάσματος συχνοτήτων GSMA 5G ορίζει τα εξής:

  • Το υπο-1GHz (600MHz έως 700MHz) θα υποστηρίξει εκτεταμένη κάλυψη σε αστικές, προαστιακές και αγροτικές περιοχές και θα βοηθήσει στην υποστήριξη του Διαδικτύου των πραγμάτων (IoT) και της κριτικής επικοινωνίας.
  • Από 1GHz έως 6GHz (3,5GHz στον Καναδά), αναμένεται να αποτελέσει τη βάση πολλών αρχικών 5G υπηρεσιών παγκοσμίως. Λόγω της έλλειψης φάσματος, οι ΗΠΑ ενδιαφέρονται περισσότερο για την ανάπτυξη του mmWave.
  • Πάνω από 6GHz (28GHz, 36GHz, και πέρα) είναι απαραίτητη για να καλύψει τις υπερβολικά υψηλές ευρυζωνικές ταχύτητες που προβλέπονται για το 5G. Επί του παρόντος, οι ζώνες 26GHz και 28GHz έχουν τη μεγαλύτερη διεθνή υποστήριξη. Ορισμένες συμφωνίες για ζώνες άνω των 24GHz θα καθοριστούν στην Παγκόσμια Διάσκεψη Ραδιοεπικοινωνιών ΤΠ 2019.

Οι συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων που αναπτύσσονται ποικίλλουν ανά χώρα. Επειδή το 5G λειτουργεί σε όλες τις συχνότητες, υποστηρίζει όλους τους τύπους ραδιοσυχνοτήτων, συμπεριλαμβανομένων των αδειοδοτημένων, κοινόχρηστων και μη επιτρεπόμενων ζωνών. Οι καναδοί αερομεταφορείς περιμένουν συχνότητες άνω των 6GHz για να απελευθερωθούν. Περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να βρείτε στη συνέντευξή μας με τη Nokia και την Ericsson.

Μεγαλύτερη φασματική απόδοση

Η χρήση υψηλότερων συχνοτήτων για τη βελτίωση του εύρους ζώνης δεν είναι αρκετή, για να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο η φασματική απόδοση, το 5G χρησιμοποιεί ένα βελτιωμένο σχήμα κωδικοποίησης που ονομάζεται OFDM.

Επιπλέον, η συσσώρευση φορέων 5G είναι πολλές φορές ανώτερη των 4G’s. Η συσσωμάτωση φορέα είναι μια μέθοδος για τη βελτίωση του εύρους ζώνης συνδυάζοντας πολλαπλούς υποφορείς. Το πρότυπο 4G μπορεί να συγκεντρώσει μέχρι πέντε φέροντα σήματα, το καθένα με εύρος ζώνης 20MHz. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, είναι πολύ ασυνήθιστο να συγκεντρωθούν ακόμη και τέσσερα σήματα ταυτόχρονα. Το 5G-NR, από την άλλη πλευρά, μπορεί να συγκεντρώσει έως και 16 κανάλια, που κυμαίνονται από 20MHz έως 400MHz ανάλογα με τη συχνότητα φορέα. Η λειτουργία με ευρύτερο εύρος ζώνης θα επιτρέψει θεωρητικά ταχύτητες μεταφοράς 20 Gbps – δηλαδή 2,5 GB ανά δευτερόλεπτο!

Εάν 2,5 GB ανά δευτερόλεπτο ακούγεται σαν ένα όνειρο σωλήνα, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι – τουλάχιστον στο τρέχον ασύρματο φάσμα. Ο χώρος υπο-6GHz γίνεται απίστευτα γεμάτος και δεν μπορεί να υποστηρίξει την απαίτηση εύρους ζώνης της 5G. Για να επιτευχθεί αυτό, οι μηχανικοί πρέπει να προσέλθουν σε φάσματα υψηλότερης συχνότητας.

CP-OFDM

Μέχρι τώρα, το άρθρο συζήτησε πώς MIMO, κυτταρική πυκνότητα και mmWave μπορούν να αυξήσουν το εύρος ζώνης και την αποδοτικότητα. Αλλά για να διαχειριστεί καλύτερα τον τεράστιο αριθμό συνδέσεων, η 5G χρειάζεται μια καλύτερη τεχνική πολυπλεξίας.

Η πολυπλεξία περιγράφει την αποστολή πολλαπλών ροών δεδομένων σε ένα μόνο κανάλι. Οι τηλεπικοινωνίες μέσω τηλεφώνου ασχολούνται με αναλογικά σήματα που αποτελούνται από ημιτονοειδή κύματα και επομένως χρησιμοποιεί εκτεταμένα μια τεχνική που ονομάζεται πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (FDM). Το FDM λειτουργεί διαιρώντας ένα κανάλι σε αποκλειστικούς, μη επικαλυπτόμενους υποφόρους (γνωστούς και ως subcarriers) με μια μικρή κενή ζώνη ανάμεσα τους, που ονομάζεται ζώνη ασφαλείας, για να αποφεύγεται η παρεμβολή.

OFDM ή ορθογώνια πολυπλεξία περιοχών συχνότητας, βελτιώνεται στην παραδοσιακή FDM με την εισαγωγή επικαλυπτόμενων υποφορέων. Στα μαθηματικά, ορθογώνια σημαίνει δύο γραμμές που είναι κάθετες μεταξύ τους. Όταν η ιδέα μεταναστεύει στην ασύρματη επικοινωνία, σημαίνει ότι όταν η κυματομορφή μιας φέρουσας είναι στο μέγιστο της, τα άλλα κανάλια είναι στο μηδέν. Αυτό εξαλείφει πλήρως την παρεμβολή μεταξύ των υποφορέων χωρίς ζώνη προστασίας μεταξύ των φορέων, επιτρέποντας έτσι περισσότερους υποφόρους σε έναν μόνο φορέα.

Πηγή εικόνας: electronic-notes.com

Το OFDM χρησιμοποιείται εδώ και χρόνια για Wi-Fi, 4G και WiMAX. Για το 5G, πρέπει να αντιμετωπίσει το ευρύτερο εύρος ζώνης υπογέφυρας και να συμπυκνώσει ακόμη περισσότερα κανάλια στην περιοχή mmWave. Το 3GPP έχει επιλέξει το CP-OFDM , μια παραλλαγή του OFDM, για να επιλύσει όλες αυτές τις ανησυχίες.

Χαμηλότερη λανθάνουσα κατάσταση

Η καθυστέρηση παρουσιάζει πάντα ένα σημαντικό εμπόδιο όχι μόνο για την εμπειρία των χρηστών, αλλά και για την ανάπτυξη του Διαδικτύου και των έξυπνων συσκευών. Όταν κρίσιμοι δημόσιοι τομείς όπως οι υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης τελικά ενσωματώνουν 5G στην υποδομή τους, οι απαντήσεις πρέπει να είναι άμεσες.

Το 4G έχει προς το παρόν ελάχιστο χρόνο ταξιδιού μεταξύ 10ms και 100ms. 5G θα πέσει κάτω σε μόλις 1ms. Η επίτευξη αυτού του ορόσημου είναι πολύ δύσκολη και απαιτεί την επανεπεξεργασία ολόκληρης της στοίβας μετάδοσης.

Πηγή εικόνας: Χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση Nokia σε 4.9G / 5G

Και ανακατασκευάστηκε ήταν. Το 5G εισάγει ένα πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα μετάδοσης (TTI), το οποίο επιτυγχάνεται με τη συρρίκνωση του ελάχιστου μήκους του χρονικού διαστήματος ανά ραδιοπλαίσιο σε δύο σύμβολα κάτω από επτά. Επιπλέον, εισάγει επίσης πρόσβαση βασισμένη σε συμπράξεις, επιτρέποντας στον εξοπλισμό χρήστη να αποστέλλει δεδομένα χωρίς να χρειάζεται να περιμένει το σταθμό βάσης να αναγνωρίζει μια επιχορήγηση πόρων πριν ξεκινήσει μια μεταφόρτωση. Επιπλέον, η 5G εισάγει μια νέα συνδεδεμένη κατάσταση για ραδιόφωνα που ονομάζεται σύνδεση ραδιοεπαφής (RRC), εξαλείφοντας την ανάγκη επανειλημμένης δημιουργίας νέων αιτημάτων κατανομής πόρων.

Πηγή εικόνας: Χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση Nokia σε 4.9G / 5G

Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις ωφελούνται επίσης από την 4G. Το μήκος των δύο συμβόλων συμβόλων μπορεί να συμβάλει στη μείωση του ελάχιστου χρόνου γύρου 4G σε 2ms. Η καθυστέρηση αναβάθμισης μπορεί να μειωθεί διατηρώντας τους προκαθορισμένους πόρους uplink για να μειωθεί η ανάγκη αποστολής περιττών εικονικών δεδομένων.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με κάθε τεχνολογία, διαβάστε αυτήν την λευκή βίβλο της Nokia.

Διπλής όψης διαίρεσης χρόνου (TDD)

Η αμφίδρομη λειτουργία είναι μια λειτουργία μετάδοσης που μπορεί ταυτόχρονα να μεταδίδει και να λαμβάνει σήματα. Ο άλλος τύπος ονομάζεται simplex, όπου μόνο ένα κόμμα μπορεί να μεταδώσει κάθε φορά.

Η λειτουργία 5G μεταβαίνει στην αμφίδρομη διαίρεση ώρας (TDD) από την αμφίδρομη διαίρεση συχνότητας 4G (FDD). Στο FDD, ο πομπός και ο δέκτης λειτουργούν σε διαφορετικές συχνότητες φορέα. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της περιλαμβάνουν εντελώς απομονωμένη λειτουργία, σταθερότερη ροή δεδομένων και καλύτερη κάλυψη. Στο TDD, οι επικοινωνίες μετατοπίζονται ταχέως μεταξύ μετάδοσης και λήψης, με το κάθε ένα να παρέχει ένα χρονικό διάστημα για να λειτουργήσει. Το TDD μπορεί να αποστέλλει και να λαμβάνει σήματα στην ίδια συχνότητα φερεγγυότητας, αλλά είναι κατώτερο σε λανθάνουσα κατάσταση και σε δίκαιη κατανομή χρόνου μεταξύ ανερχόμενης και κατερχόμενης ζεύξης.

Λοιπόν γιατί το TDD αν το FDD λειτουργεί ήδη καλά; Πρώτον, η φασματική απόδοση είναι πρωταρχική και ενώ οι απομονωμένες συχνότητες του FDD έχουν πολλά πλεονεκτήματα, χρειάζονται μια ευρύτερη συνολική ζώνη. Δεύτερον, η διαχείριση του χρόνου χρήσης του FDD βελτιώθηκε τόσο πολύ ώστε τα δύο προβλήματα είναι βασικά μηδενικά.

Με αυτό είπε, FDD είναι ακόμα απαραίτητη, ειδικά σε σενάρια όπου η κάλυψη και η διείσδυση έχουν προτεραιότητα. Όλα τα μόντεμ 5G θα υποστηρίξουν TDD καθώς και FDD όταν πέφτει πίσω στα 4G.

Κατανάλωση ενέργειας

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της 5G είναι ότι το δίκτυό της μπορεί να εικονικοποιηθεί και αυτό είναι σημαντικό για εξοικονόμηση ενέργειας για τους χειριστές.

Σε προηγούμενες γενιές δικτύων, τα καλώδια τρέχουν από τις κεραίες σε μια μονάδα επεξεργασίας στη βάση της συσκευής. Κάτω από το φορτίο, αυτοί οι επεξεργαστές μπορούν να πάρουν εξαιρετικά ζεστό και χρειάζονται επτά έως οκτώ μονάδες κλιματισμού για να τους κρατήσουν σε λειτουργία. Όπως μπορεί να φανταστεί κανείς, η ψύξη εκατοντάδων χιλιάδων αυτών των επεξεργαστών μπορεί να είναι εξαιρετικά δαπανηρή και αναποτελεσματική.

Το 4G ελαφρύνει αυτό κάπως συγκεντρώνοντας τους επεξεργαστές βασικής ζώνης σε μεγάλες ομάδες έτσι ώστε οι μονάδες να μπορούν να ψύχονται συλλογικά. Δυστυχώς, οι ραδιοφωνικές μονάδες, που ονομάζονται μπροστινή ανάσυρση, μπορούν να απομακρυνθούν μόνο 100μ από τους επεξεργαστές βασικής ζώνης.

Το 5G παίρνει αυτό σε ένα άλλο επίπεδο προσθέτοντας virtualization, που σημαίνει ότι η κυκλοφορία μπορεί να οριστεί από λογισμικό και να διατεθεί κεντρικά. Το fronthaul τους μπορεί να τοποθετηθεί μέχρι και σε δεκάδες χιλιόμετρα μακριά, πράγμα που επιτρέπει περισσότερους επεξεργαστές βασικής ζώνης να ομαδοποιούνται και να ψύχονται χρησιμοποιώντας κεντρικό AC. Ο Rohde Schwars λέει ότι αυτό μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας κατά 70%. Φθηνότερο για τον ιδιοκτήτη και καλύτερη για το περιβάλλον, ένα σενάριο win-win.

Ωστόσο, υπάρχει μια προειδοποίηση. Για να προετοιμαστείτε για mmWaves, τα τηλέφωνα με δυνατότητα 5G χρειάζονται πολλαπλές συστοιχίες κεραίας για να εμποδίσουν τα χέρια του χρήστη να μπλοκάρουν το σήμα. Αυτό θα μπορούσε να αυξήσει την αποστράγγιση της μπαταρίας εάν όλοι πυροβολούν ταυτόχρονα. Οι κατασκευαστές μπορούν να μετριάσουν αυτό το φαινόμενο, αν η συσκευή εντοπίσει ποια κεραία έχει το καλύτερο σήμα και σβήνει τα μπλοκαρισμένα.

5G στον Καναδά

Φορείς

Η δημοπρασία του καναδικού ραδιοφάσματος 5G αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2021. Ο συγκεκριμένος χάρτης πορείας έχει ως εξής:


ΖώνηΣυγχρονισμός
Χαμηλή ζώνη600 MHzΔημοπρασία για το κλείσιμο της άνοιξης 2019
Μεσαία ζώνη1,500 MHz (ATC)1,600 MHz (ATC)3,500 MHzΤέλη 2019Τέλη 2019Αργός 2020 / αρχές 2021
Υψηλή μπάντα26 GHz28 GHz32 GHz (backhaul)37-40 GHz64-71 GHz70 GHz (backhaul)80 GHz (backhaul)Τέλος του 2021Τέλος του 2021Τέλη 2019Τέλος του 2021Τέλος του 2021Μέσα στο 2020Μέσα στο 2020

Οι τρεις μεγάλοι καναδοί μεταφορείς – Bell, Rogers και Telus – έχουν αναπτύξει υποδομές 5G εδώ και χρόνια. Τον τελευταίο καιρό, η Huawei, ένας από τους κυριότερους επενδυτές στην καναδική τεχνολογία 5G, έχει τρίβει τον λανθασμένο ώμο με τις ΗΠΑ και τον Καναδά λόγω ανησυχιών για την προστασία της ιδιωτικής ζωής και φημολογείται ότι αποφεύγει εμπορικές κυρώσεις στις ΗΠΑ. Όπως συμβαίνει σήμερα, οι καναδοί μεταφορείς συνεργάζονται με τη Nokia και την Ericsson για να συνεχίσουν την ανάπτυξη 5G, με τον εξοπλισμό της Huawei να αμφισβητείται έντονα λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια.

Προκλήσεις

Υπάρχουν πολλά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν 5G, μερικές από τις κυριότερες ανησυχίες επισημαίνονται εδώ.

Η πρώτη είναι η εξασθένηση στα ανώτερα φάσματα. Επειδή τα mmWaves δεν διαθέτουν δυνατότητες διείσδυσης, δεν μπορούν να περάσουν από οτιδήποτε και μπορούν ακόμη και να επηρεαστούν από καιρικές συνθήκες όπως βροχή και βαριά ομίχλη. Η Επιτροπή, στο 5G ασύρματου δικτύου Σχεδιασμού λύση Λευκή βίβλος , Huawei υπολογίζει στις μέγιστες και ελάχιστες απώλειες σενάρια, η απώλεια του σήματος λόγω της διείσδυσης εμπόδιο σε υψηλές ζώνες είναι 10-18 dB και 5-10 dB αντίστοιχα υψηλότερο από αυτό της χαμηλής ζώνες. Θυμηθείτε ότι τα ντεσιμπέλ λειτουργούν σε λογαριθμική κλίμακα. κάθε 10db μείωση σημαίνει ένα συντελεστή 10. Αυτός είναι ο λόγος για τον σχηματισμό δέσμης και την υψηλή κυτταρική πυκνότητα είναι τόσο σημαντικό. Χωρίς αυτό, τίποτα δεν θα μεταδοθεί.

Η αύξηση του αριθμού των κυλιόμενων πύργων σε μια περιοχή σημαίνει περισσότερες δαπάνες για τον ιδιοκτήτη. Επιπλέον, σε μια πυκνά συγκεντρωμένη μητρόπολη, ο χώρος είναι μια έλλειψη. Οι πολεοδόμοι πρέπει να καταλάβουν με προσοχή τις καλύτερες τοποθεσίες για να τοποθετήσουν κάθε πύργο. Έχοντας περισσότερους πύργους σημαίνει επίσης περισσότερα πιθανά σημεία αποτυχίας, τα οποία θα μπορούσαν να αυξήσουν το κόστος συντήρησης.

Σύμφωνα με την Vodafone infographic στο Statista , η παγκόσμια κατανάλωση δεδομένων αναμένεται να φτάσει τα 701 exabytes μέχρι το 2021. Η μεταφορά όλων αυτών των δεδομένων μεταξύ δύο ξεχωριστών σταθμών βάσης απαιτεί καλώδια οπτικών ινών υψηλής απόδοσης. Όπως μπορεί κανείς να φανταστεί, η έλξη μιλίων και μιλίων οπτικών ινών σε ολόκληρη τη χώρα μπορεί να είναι δαπανηρή.

Οι κανόνες και οι περιορισμοί χρήσης φάσματος, όπως οι πολιτικές χορήγησης αδειών και εισδοχής, ποικίλλουν ανάλογα με τις διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων, γεγονός που περιπλέκει τον προγραμματισμό φάσματος.

Πότε θα φθάσει η 5G στον Καναδά;

Οι καναδικές δημοπρασίες φάσματος 5G θα ξεκινήσουν το 2019 και θα ολοκληρωθούν το 2021, ξεκινώντας από τις ζώνες sub 6GHz πρώτα. Οι δημοπρασίες θα χωριστούν σε τρία τμήματα: υπο-1GHz για υπαίθρια έως εσωτερική διείσδυση, 1Ghz έως 6GHz για ισορροπία μεταξύ κάλυψης και φέρουσας ικανότητας και πάνω από 6GHz για μαζικά αυξημένο ρυθμό δεδομένων. 

Το συμβατό υλικό είναι ήδη εδώ. Το 2018, η Qualcomm κυκλοφόρησε το μόντεμ Snapdragon X50 ικανό να παρέχει έως και 5Gpbs μέγιστο ρυθμό δεδομένων – πέντε φορές υψηλότερο από το μέγιστο ρυθμό δεδομένων 4G. Η Qualcomm έχει ήδη ανακοινώσει το ενημερωμένο μόντεμ Snapdragon X55, που αυξάνει περαιτέρω την απόδοση στα 7Gbps και φέρνει τη νέα κεραία QTM525 mmWave, την υποστήριξη TDD και την υποστήριξη συντονισμού κεραίας.