Jakmile se přiblíží 5g, otázky zůstanou

Před několika týdny jsem se zúčastnil summitu Brooklyn 5G na NYU Tandon School of Engineering, kde jsem byl zasažen pokrokem, který byl učiněn směrem k budování 5G sítí, a nejistotou, která stále existuje o využití a ekonomice 5G obecně.

Mnoho účastníků mě ujistilo, že na příští rok na summitu budu používat telefon 5G a většina z nich byla přesvědčena, že budeme potřebovat nové sítě, abychom zvládli nárůst provozu.

Připomeňme, že 5G není jediná technologie, ale různé technologie spolupracující. Pokrývá široký rozsah spektra od nízkopásmového (například 600 MHz), které může cestovat na velkou vzdálenost, ale s relativně nižšími rychlostmi; do středního pásma (například 2, 5 nebo 3, 5 GHz); k vysokému pásmu (například 28 nebo 39 GHz, někdy nazývanému milimetrová vlna nebo mmWave), což může být velmi rychlé - slyšel jsem inženýry mluvit o teoretických rychlostech 5 nebo více Gbps - ale nejezdí příliš daleko.

Mobilní standardy jsou většinou definovány orgánem pro standardy 3GPP, skupinou, která zahrnuje prakticky všechny hlavní hráče v globálním mobilním ekosystému a která vyvinula základní standardy pro 3G (jak název napovídá) a 4G LTE (původně dlouhodobá) vývoj standardu 3G). Tyto standardy jsou obvykle přijaty ještě širším orgánem pro komunikační standardy ITU. 3GPP vydává nové verze svých standardů téměř každoročně a míří ke specifikaci 5G, která se zaměřuje na tři hlavní oblasti: vylepšené mobilní širokopásmové připojení (eMBB), ultriabilní komunikace s nízkou latencí (URLLC) a masivní komunikace typu stroje (mMTC).

První z nich je to, co obvykle považujeme za spotřebitelskou aplikaci - díky čemuž budou naše telefony pracovat rychleji - a na čem bude většina z prvních 5G nasazení založena. (Některé dřívější sítě budou také nasazeny pro pevné bezdrátové sítě.) Další dvě oblasti - URLLC a mMTC - jsou většinou pro průmyslové nebo obchodní aplikace, i když mohou mít spotřebitelské aplikace, a já jsem stále slyšel o autonomních vozidlech s mobilním VR, i když to zní mi spíš jako výklenek aplikace.

Mohou se však vyvíjet tyto průmyslové a komerční aplikace, které se skutečně vyvíjejí spolu s 5G standardy; Koneckonců, už vidíme telefony slibné „gigabitové LTE“ v sítích 4G a je těžké si představit, které aplikace budou vyžadovat vyšší rychlost pro jednotlivé zákazníky. Stále však může být nutná další rychlost a návrh sítě slibované společností 5G jen pro zvládnutí rostoucího provozu. V příštím příspěvku budu mluvit více o případech použití.

Sítě připravené jít

Melissa Arnoldi, prezidentka technologie a provozu pro AT&T komunikace, upozornila na potřebu sítí, které zvládnou efektivnější provoz, bez ohledu na to, v jaké aplikaci. Řekla, že mobilní síť společnosti zaznamenala od roku 2007 nárůst datového provozu o 360 000 procent a neexistují „žádné známky zpomalení“. Video v současné době představuje více než polovinu provozu a očekává, že do roku 2020 vzroste na 75 procent.

Společnost 5G je nezbytná pro řízení tohoto provozu a pro umožnění aplikací, jako je rozšířená a virtuální realita, autonomní vozidla a drony, uvedl Arnoldi s tím, že auta s vlastním pohonem vyžadují vysokou spolehlivost připojení a téměř latenci v reálném čase - ideálně méně než 5 milisekund.

Řešení tohoto provozu bude vyžadovat softwarově definované sítě, uvedl Arnoldi s tím, že AT&T je hlavním ovladačem ONAP (Open Network Automation Platform). Očekává, že AT&T do konce roku přesune 65 procent svého provozu v softwarově definovaných sítích.

AT&T má v úmyslu být prvním americkým dopravcem, který bude mít do konce roku k dispozici mobilní standard 5G ve 12 městech. Projednala maloobchodního pilota, který firma provozovala v Waco v Texasu, který představoval stovky uživatelů v maloobchodním obchodě, aby demonstroval, jak by mmWave mohl pracovat v takovém prostředí, a piloty v Kalamazoo a South Bend, kde společnost vytvořila úplný konec 5G -do-end sítě a viděl, že mmWave signály mohly dodávat rychlosti 1Gbps až do 900 stop bez dopadu na počasí a signály pronikající materiály lepší, než se očekávalo.

Rychlost je vzrušující, řekl Arnoldi, ale latence je velká změna. Dále popsala aplikace, jako je maloobchod, s ponořenou virtuální a rozšířenou realitou a digitálním značením namísto figurín; zdravotní péče; výrobní; finance, například bankomaty nabízející video přes 5G pevné bezdrátové sítě; veřejná bezpečnost; a doprava.

Bill Stone, viceprezident pro technologický rozvoj a plánování ve Verizonu, charakterizoval 5G jako víceúčelové řešení, které operátorům umožňuje „využívat software a krájet síť pro různé případy použití“. Pro společnost Verizon bude pevná bezdrátová síť prvním segmentem sítě, ale je to pouze jeden případ použití a rychle jej následuje mobilní širokopásmové připojení, uvedl Stone.

Podpora fóra Verizon 5G Tech Forum společnosti Verizon pomohla urychlit proces 3GPP, a zatímco první produkty společnosti Verizon nebudou zcela založeny na standardech, zamýšlely se rychle přejít na standard 3GPP. Zdůraznil plány společnosti na použití větších částí spektra, kde je to možné, zvýšení hustoty malých buněk a přechod na masivní MIMO (více antén) v pásmech mmWave, jakož i zvýšení počtu antén v jiných pásmech.

Stone uvedl, že Verizon očekává, že bude první s pevnou bezdrátovou sítí 5G, a poznamenal, že v testech by již mohl poskytnout službu 80 Gbps 2 000 stop od uzlu. Řekl však, že společnost počítá s tím, že bude mít pouze jednu síť s několika plátky a že prioritou společnosti je „Mobile, Mobile, Mobile“. Při pohledu dále však uvedl, že cloudové technologie podporující 5G a „inteligentní hrana“ a aplikace průmyslové automatizace přinesou nové případy použití.

Seizo Onoe, hlavní technologický architekt NTT Docomo, hovořil o tom, jak Docomo spolupracuje s konkrétními průmyslovými odvětvími - automobilovým, železničním, stavebním, zdravotnickým atd. - při zavádění 5G. Lze uvést argument pro zavedení 5G, i když nové aplikace nejsou jisté, řekl, jen proto, že operátoři mohou vidět zvýšenou kapacitu dat se zlepšenými náklady na bit.

Onoe zopakoval svůj argument z loňského roku, což znamená, že předchozí generace se často rozvíjela těsně před zahájením příštího, jako tomu bylo u vylepšených 3G (HSPA +) před spuštěním 4G LTE, a že průmysl historicky zaznamenal velký úspěch pouze se sudým -číslované generace. Navrhl však, že mezioborová spolupráce by to mohla změnit, jak vidíme vývoj nových aplikací.

Nejvíc mě zajímal jeho nápad, že 5G by mohla být poslední generací, pokud jde o velké technologické průlomy. Onoe řekl, že zatímco jedna konkrétní technologie definovala každou z předchozích generací, 5G je ve skutečnosti kombinací technologií, takže 5 by mohlo být konečným číslem, pokud nebudeme schopni vymyslet nový průlom v technologii. Přesto poznamenal, že „marketingové triky“ by mohly znamenat, že uvidíme budoucí číslo a že by to mohlo být neobvyklé, „je to svoboda“.

Evoluce 5G

Mnoho prezentací se dostalo do více specifik o technologii a standardech a jejich vývoji.

Peiying Zhu, člen Huawei, vysvětlil, jak 3GPP v současné době schválil vydání 15 svého standardu, včetně verze Non-Standalone (NSA), která popisuje, jak mohou zařízení 5G pracovat v síti, která je většinou založena na stejné infrastruktuře jako 4G LTE. sítě. Řekla, že práce se rychle přibližuje k samostatné verzi (standardu SA) tohoto standardu (verze, ve které jsou jak radiostanice, tak jádro sítě navrženy pro 5G), stejně jako práce na verzi 16, která přidá další funkce.

Vydání 15 většinou podporuje vylepšenou mobilní šířku pásma (eMBB), zatímco novější verze by měly vyhovovat širšímu rozsahu požadavků internetu věcí, včetně „ultra spolehlivé a nízké latence komunikace, pevného bezdrátového přístupu a masivní komunikace typu stroje, “ uvedl Zhu.

Vydání 15 obsahuje „5G nové rádio“ s řadou nových funkcí a Zhu hovořil o dopadu různých změn. Diskutovala o tom, jak testy využívající 3, 5GHz spektrum ukázaly 10x zlepšení uživatelského zážitku, s desetinou latence a desetinou nákladů na bit stávajících řešení, díky čemuž je 5G velmi působivé pro rozšířené mobilní širokopásmové připojení. A Zhu diskutoval o dalších podrobnostech, které by mohly být součástí Release 16 nebo novějších verzí specifikace, které by umožnily další aplikace.

Mikael Höök, ředitelka Radio Research for Ericsson Research, také diskutovala o vývoji standardu, když směřuje k vizi ITU-2020. Mluvil o tom, jak je nové rádio „ultra-štíhlé“ (což znamená, že při nepoužívání snižuje rušení a vypíná napájení) a zároveň nabízí dopřednou kompatibilitu, takže lze přidávat nové funkce. Také poznamenal, jak může používat více antén, hovořil s nízkou latencí a řekl, že široké spektrum spektra nabídne mnoho různých schopností.

Höök zdůraznil, že to může fungovat v mnoha různých aplikacích, od poskytování velmi rychlého pokrytí v rušných ulicích a na náměstích, až po nabídku pevné bezdrátové sítě v příměstských prostředích. Mluvil také o automatizaci výroby.

V následné panelové diskusi proběhlo mnoho debat o tom, zda je nové rádio vhodné pro aplikace internetu věcí (IoT), přičemž Höök zmiňuje stávající 4G standardy - například NB-IOT - a další, včetně Zhu a Nokia Antti Toskala, mluvit o nových případech použití internetu věcí, které mohou vyžadovat vyšší šířku pásma nebo nižší latenci.

V průmyslovém prostředí se někteří panelisté pokusili odpovědět na otázku, jak se 5G srovnává se standardy IEEE 802 (Wi-Fi), které obvykle pracují na nelicencovaném spektru. Höök řekl, že v některých případech je nelicencované spektrum dost dobré, ale ne, když potřebujete „pět devět spolehlivosti“. Toskala poukázal na funkce, jako je ověřování 3GPP a služby, které telekomunikační společnosti nabízejí poskytovatelům, ale někteří v publiku se k tomu tlačili. Zhu hovořil o tom, jak je 5G navržen pro koexistenci, takže standardy založené na 5G i 802 mohou fungovat na stejných místech.

Arun Ghosh, ředitel skupiny Advanced Wireless Technology Group pro AT&T Labs, mluvil o chytrých telefonech o 5G, řekl, že stále existuje otázka obchodního modelu, protože LTE funguje velmi dobře. Ghosh řekl, že 5G je opravdu více o jiných obchodních případech, například v autonomních vozidlech, kde může mít velké množství připojených automobilů pomoci v oblastech, jako je zabránění kolizím. Téměř všichni panelisté se však shodli na tom, že v blízké budoucnosti bychom měli očekávat, že telefony podporují jak 5G, tak 4G LTE, jakož i mmWave a tradiční (sub-6GHz) spektrum.

Všichni panelisté do značné míry souhlasili s Ian Wongem z National Instruments, který řekl, že „milimetrová vlna funguje lépe, než se očekávalo.“ Zdálo se, že mnozí také souhlasí se Zhu, která uvedla, že by bylo dobré mít globální pásma pro 5G, a obhajovala 3, 5 GHz jako jedno takové pásmo.

5G a dále

Zatímco společnost 5G se právě připravuje na své první spuštění, výzkum pokračuje v postupu na další úroveň. Mnoho řečníků hovořilo o několika následujících krocích v normách, ale jiní se více zaměřili na budoucí výzkum.

Thyaga Nandagopal, zástupkyně ředitele divize výpočetních a komunikačních nadací (CCF) v Národní vědecké nadaci, hovořila o významném výzkumu prováděném na univerzitách a v národních laboratořích, dodala však, že mezi těmito institucemi existuje „údolí smrti“ a korporace. Aby se tato mezera pokusila překlenout, vytvořil NSF program nazvaný Platformy pro pokročilý bezdrátový výzkum (PAWR), ve kterém průmyslové konsorcium i NSF přispívají částkou 50 milionů dolarů na vytvoření čtyř platforem ve městě, které budou testovat další generace. bezdrátové systémy. Tyto platformy jsou navrženy tak, aby poskytovaly výzkumným pracovníkům otevřený přístup k testování nápadů na nové systémy.

První dva systémy jsou v Salt Lake City a New Yorku. Univerzita v Utahu a Rice University v Salt Lake City vytvářejí projekty známé jako POWDER (Platforma pro experimentální výzkum založený na otevřených bezdrátových datech) a RENEW (rekonfigurovatelný eko-systém pro bezdrátové technologie příští generace).

V New Yorku se projekt nazývá COSMOS (Cloud Enhanced Open Software Defined Mobile Wireless Defined Mobile Wireless Tested for City-Scale Deployment), který bude provozovat NYU Wireless, Columbia a Rutgers. COSMOS byl navržen tak, aby testoval řadu nových technologií v komplexním městském prostředí. Do července 2019 budou navrženy další dvě platformy.

Na konferenci Ted Rappaport z NYU Tandon a zakládající ředitel NYU Wireless poznamenali, že byl ohromen rychlostí přijetí technologie mmWave. Napsal několik prvních příspěvků na toto téma a byl nápomocný při založení NYU Wireless v roce 2012 a konference Brooklyn 5G v roce 2014. Poté řekl, že existuje skepticismus ohledně toho, zda mmWave může fungovat; od té doby byla přijata a je na cestě ke komercializaci.

Na otázku, zda by proliferace malých buněk pomocí technologie mmWave mohla být novým zdravotním problémem, řekl Rappaport, zatímco „nemůžete prokázat negativní“, použité rádiové frekvence jsou o šest řádů nižší než frekvence potřebná pro ionizující záření tohoto druhu vytvořené rentgenovými paprsky (které korelují se zvýšenou pravděpodobností rakoviny). Dále poznamenal, že malé buňky a směrové antény snižují jak sílu, tak i dopad kontaktu, a ukázal mi na studii National Institutes of Health, kterou napsal spolu s názvem „Bezpečný pro generace, aby to přijelo“, což toto potvrzuje.

Později mi Rappaport ukázal, že on a další na univerzitě dělají věci, jako je využití 140GHz spektra pro ještě rychlejší komunikaci, možná pro nějaký budoucí standard. Ostatní na konferenci hovořili také o 90 GHz a vyšších frekvencích v D-pásmu.

Vše záleží na vaší perspektivě; na jedné straně se může 5G blížit cílové čáře, pokud jde o konečnou připravenost ke spuštění. Ale na druhé straně, v mnoha ohledech to teprve začíná.