По мере приближения внедрения 5g остаются вопросы

Пару недель назад я присутствовал на Бруклинском саммите 5G в Школе инженерии Нью-Йорка в Тандоне, где был поражен прогрессом, достигнутым в создании сетей 5G, и неопределенностью, которая все еще существует в отношении использования и экономики 5G в целом.

Многие участники уверяли меня, что я действительно буду использовать телефон 5G к саммиту в следующем году, и большинство из них были убеждены, что нам понадобятся новые сети для обработки увеличения трафика.

Напомним, что 5G - это не отдельная технология, а множество технологий, работающих вместе. Он охватывает широкий спектр спектра от низких частот (например, 600 МГц), которые могут путешествовать на большие расстояния, но с относительно более медленными скоростями; в среднюю полосу (например, 2, 5 или 3, 5 ГГц); в высокочастотный диапазон (например, 28 или 39 ГГц, иногда называемый миллиметровой волной или миллиметровой волной), который может быть очень быстрым - я слышал, как инженеры говорили о теоретических скоростях 5 или более Гбит / с - но не очень далеко.

Стандарты мобильной связи в основном определяются органом стандартов 3GPP, группой, в которую входят практически все основные игроки в глобальной мобильной экосистеме, и которая разработала базовые стандарты для 3G (как следует из названия) и 4G LTE (первоначально долгосрочные эволюция стандарта 3G). Как правило, эти стандарты в конечном итоге принимаются еще более широким органом по стандартам связи МСЭ. 3GPP выпускает новые выпуски своих стандартов почти на ежегодной основе и ориентируется на спецификацию 5G, которая фокусируется на трех основных областях: расширенная мобильная широкополосная связь (eMBB), сверхнадежная связь с низкой задержкой (URLLC) и масштабная связь машинного типа. (УМЦЙ).

Из них первое - это то, что мы обычно называем потребительским приложением - заставляя наши телефоны работать быстрее - и на этом будет основываться большинство первоначальных развертываний 5G. (Некоторые ранние сети также будут развернуты для фиксированной беспроводной связи.) Две другие области - URLLC и mMTC - в основном предназначены для промышленных или бизнес-приложений, хотя они могут иметь потребительские приложения, и я продолжал слышать об автономных транспортных средствах с мобильной VR, хотя это звучит как ниша приложения для меня.

Но, возможно, именно эти более промышленные и коммерческие приложения действительно развиваются вместе со стандартами 5G; в конце концов, мы уже видим телефоны, обещающие «гигабитную LTE» в сетях 4G, и трудно представить, какие приложения потребуют большей скорости для отдельных потребителей. Тем не менее, дополнительная скорость и дизайн сети, обещанные 5G, могут быть необходимы только для обработки растущего трафика. Я расскажу больше о вариантах использования в моем следующем посте.

Сети готовы к работе

Мелисса Арнольди, президент по технологиям и операциям для AT & T Communications, отметила необходимость в сетях, которые бы обрабатывали больший трафик более эффективно, независимо от приложения. Она сказала, что с 2007 года в мобильной сети компании наблюдается рост трафика данных на 360 000%, и «нет признаков замедления». На видео в настоящее время приходится более половины трафика, и она ожидает, что к 2020 году она вырастет до 75 процентов.

Арнольди отметил, что 5G необходим для управления этим трафиком, а также для поддержки приложений, таких как дополненная и виртуальная реальность, автономные транспортные средства и беспилотники, отмечая, что автомобили с автоматическим управлением нуждаются в высоконадежном соединении и почти в реальном времени - в идеале меньше, чем 5 миллисекунд

Для обработки этого трафика потребуются программно-определяемые сети, сказал Арнольди, отметив, что AT & T является основным драйвером ONAP (Open Network Automation Platform). Она ожидает, что к концу года AT & T будет перемещать 65 процентов своего трафика в программно-определяемых сетях.

AT & T намерена стать первым оператором связи в США, который к концу года будет иметь мобильный стандарт 5G в 12 городах. Она рассказала о пилотном проекте розничной торговли, который компания провела в Уэйко, штат Техас, в котором участвовали сотни пользователей розничного магазина, чтобы продемонстрировать, как mmWave могла бы работать в такой среде, а также о пилотных проектах в Каламазу и Саут-Бенд, где компания создала полноценный 5G конец - до конца сети и увидел, что сигналы mmWave могут обеспечивать скорость 1 Гбит / с на скоростях до 900 футов без воздействия погодных условий и сигналов, проникающих в материалы лучше, чем ожидалось.

Скорость захватывающая, сказал Арнольди, но задержка - это большое изменение. Затем она описала приложения, такие как розничная торговля, с захватывающей виртуальной и дополненной реальностью и цифровыми вывесками вместо манекенов; здравоохранение; производство; финансы, с такими вещами, как банкоматы, предлагающие видео по 5G фиксированной беспроводной связи; общественная безопасность; и транспорт.

Билл Стоун, вице-президент Verizon по технологическому развитию и планированию, охарактеризовал 5G как многофункциональное решение, которое позволяет операторам «использовать программное обеспечение и разбивать сеть на различные варианты использования». По словам Стоуна, для Verizon фиксированная беспроводная связь будет первым сегментом сети, но это всего лишь один вариант использования, и вскоре за ней последует мобильная широкополосная связь.

Поддержка Verizon Технического форума Verizon 5G помогла ускорить процесс 3GPP, и, хотя первые продукты Verizon не будут полностью основаны на стандартах, он намеревался очень быстро перейти на стандарт 3GPP. Он подчеркнул планы компании использовать более крупные фрагменты спектра, где это возможно, увеличивая небольшую плотность ячеек и переходя на массивные MIMO (несколько антенн) в полосах мм-волны, а также увеличивая количество антенн в других диапазонах.

Стоун сказал, что Verizon ожидает быть первым с фиксированной беспроводной связью 5G, и отметил, что в тестах он уже мог предоставлять скорость 80 Гбит / с на расстоянии 2000 футов от узла. Но он сказал, что компания рассчитывает иметь только одну сеть с несколькими срезами, и что приоритет компании - «Мобильный, Мобильный, Мобильный». Однако, заглянув в будущее, он сказал, что облако с поддержкой 5G и «интеллектуальное преимущество», а также приложения для промышленной автоматизации приведут к новым сценариям использования.

Seizo Onoe, главный технолог-разработчик NTT Docomo, рассказал о том, как Docomo сотрудничает с конкретными отраслями - автомобилестроением, железной дорогой, строительством, здравоохранением и т. Д. - в развертывании 5G. Он может привести аргумент в пользу внедрения 5G, даже если новые приложения неопределенны, сказал он, просто потому, что операторы могут видеть увеличение емкости данных при увеличении стоимости на бит.

Onoe повторил свой аргумент из прошлого года, который заключается в том, что предыдущее поколение часто процветает непосредственно перед запуском следующего, как это произошло с улучшенным 3G (HSPA +) перед запуском 4G LTE, и что отрасль исторически добивалась большого успеха только с пронумерованные поколения. Но он предположил, что межотраслевое сотрудничество может изменить это, так как мы видим, как развиваются новые приложения.

Меня больше всего интересовала его идея о том, что 5G может стать последним поколением, когда речь идет о крупных технологических достижениях. Оное сказал, что хотя одна конкретная технология определила каждое из предыдущих поколений, 5G на самом деле является комбинацией технологий, поэтому 5 может быть окончательным числом, если мы не сможем изобрести новый технологический прорыв. Тем не менее, он отметил, что «маркетинговые уловки» могут означать, что мы увидим будущее число, и, хотя оно может быть бесполезным, «это свобода».

Эволюция 5G

Многие из презентаций стали более детальными о технологиях и стандартах, а также о том, как они развиваются.

Пейинг Чжу, сотрудник Huawei, объяснил, как 3GPP в настоящее время утвердил выпуск 15 своего стандарта, включая версию Non-Standalone (NSA), в которой описано, как устройства 5G могут работать в сети, которая в основном основана на той же инфраструктуре, что и 4G LTE. сетей. Она сказала, что работа быстро продвигается к автономной (SA) версии этого стандарта (та, в которой радиоприемники и ядро ​​сети рассчитаны на 5G), так же как и к выпуску 16, который добавит больше функций.

Релиз 15 в основном поддерживает улучшенную пропускную способность мобильной сети (eMBB), в то время как более поздние версии должны соответствовать более широкому диапазону требований IoT, включая «сверхнадежную и низкоскоростную связь, фиксированный беспроводной доступ и массивные соединения типа машины», - сказал Чжу.

Релиз 15 включает «5G New Radio» с множеством новых функций, и Чжу рассказал о влиянии, которое окажут различные изменения. Она рассказала о том, как тесты, использующие спектр 3, 5 ГГц, показали 10-кратное улучшение пользовательского опыта, с одной десятой задержки и одной десятой стоимости на бит существующих решений, что делает 5G очень впечатляющим для расширенного мобильного широкополосного доступа. И Чжу обсудил другие детали, которые могли бы быть частью Выпуска 16 или более поздних версий спецификации, которые позволили бы другие приложения.

Микаэль Хёк, директор по исследованиям в области радиоэлектроники для Ericsson Research, также обсудил эволюцию стандарта в направлении видения МСЭ-2020. Он рассказал о том, как новое радио является «сверхлегким» (что означает, что оно снижает помехи и отключает питание, когда оно не используется), а также предлагает прямую совместимость, что позволяет добавлять новые возможности. Он также отметил, что он может использовать несколько антенн, говорил с малой задержкой и сказал, что широкий спектр спектра будет предлагать множество различных возможностей.

Хёк подчеркнул, что это может работать во многих различных приложениях, от обеспечения очень быстрого покрытия на оживленных улицах и площадях, до предоставления фиксированной беспроводной связи в пригородной среде. Он также говорил о автоматизации производства.

В ходе последовавшего группового обсуждения было много споров о том, подходит ли новое радио для приложений Интернета вещей (IoT), и Хёк упомянул существующие стандарты 4G, такие как NB-IOT, и другие, в том числе Zhu и Nokia Antti. Тоскала, говоря о новых случаях использования IoT, для которых может потребоваться более высокая пропускная способность или меньшая задержка.

В промышленных условиях некоторые участники дискуссии пытались ответить на вопрос о том, как 5G сравнивается со стандартами IEEE 802 (Wi-Fi), которые обычно работают с нелицензированным спектром. Хёк сказал, что в некоторых случаях нелицензионный спектр достаточно хорош, но не тогда, когда вам нужны «пять девяток надежности». Toskala указала на такие функции, как аутентификация 3GPP и услуги, которые телекоммуникационные компании предлагают провайдерам, но некоторые в аудитории отодвинулись от этого. Чжу рассказал о том, как 5G разработан для сосуществования, чтобы стандарты на основе 5G и 802 могли работать в одних и тех же местах.

Говоря о 5G в смартфонах, Арун Гош из AT & T, директор группы передовых беспроводных технологий для AT & T Labs, сказал, что все еще остается вопрос о бизнес-модели, поскольку LTE работает довольно хорошо. Гош сказал, что 5G действительно больше касается других бизнес-ситуаций, таких как автономные транспортные средства, где большое количество подключенных автомобилей может помочь в таких областях, как предотвращение столкновений. Но почти все участники дискуссии согласились с тем, что в ближайшем будущем следует ожидать, что телефоны будут поддерживать как 5G, так и 4G LTE, а также спектр mmWave и традиционный (ниже 6 ГГц) спектр.

Все участники дискуссии в значительной степени согласились с Ианом Вонгом из National Instruments, который сказал, что «миллиметровая волна работает лучше, чем ожидалось». Многие также, похоже, согласились с Чжу, который сказал, что было бы хорошо иметь глобальные полосы для 5G, и она выступала за 3, 5 ГГц в качестве одной из таких полос.

5G и дальше

Пока 5G только готовится к своему первому запуску, исследования продолжают выводить его на новый уровень. Многие выступавшие говорили о следующих нескольких шагах в стандартах, но другие были более сосредоточены на будущих исследованиях.

Тьяга Нандагопал, заместитель директора Отдела вычислительных и коммуникационных фондов (CCF) Национального научного фонда, рассказал о значительных исследованиях, проводимых в университетах и ​​национальных лабораториях, но добавил, что между этими учреждениями существует «долина смерти». корпорации. Чтобы попытаться восполнить этот пробел, NSF создал программу под названием «Платформы для передовых исследований в области беспроводных сетей (PAWR)», в рамках которой отраслевой консорциум и NSF вносят по 50 млн. Долл. США на создание четырех городских платформ для тестирования следующего поколения. беспроводные системы. Эти платформы предназначены для того, чтобы предоставить исследователям открытый доступ для проверки идей новых систем.

Первые две системы находятся в Солт-Лейк-Сити и Нью-Йорке. В Солт-Лейк-Сити Университет штата Юта и Университет Райса создают проекты, известные как POWDER (Платформа для экспериментальных исследований, основанных на открытых беспроводных данных) и RENEW (Реконфигурируемая эко-система для сквозных беспроводных сетей следующего поколения).

В Нью-Йорке проект называется COSMOS (мобильное беспроводное программное обеспечение с открытым облачным расширением, протестированное для развертывания в масштабах города), которым будут управлять NYU Wireless, Columbia и Rutgers. COSMOS был разработан для тестирования различных новых технологий в сложной городской среде. Еще две платформы намечены к назначению к июлю 2019 года.

Действительно, на конференции Тед Раппопорт из NYU Tandon и директор-основатель NYU Wireless отметил, что он был впечатлен скоростью внедрения технологии mmWave. Он написал несколько ранних работ по этой теме и сыграл важную роль в создании NYU Wireless в 2012 году и конференции Brooklyn 5G в 2014 году. Затем, по его словам, был скептицизм относительно того, может ли mmWave работать; с тех пор он был принят и находится на пути к коммерциализации.

На вопрос о том, может ли распространение мелких клеток с помощью технологии mmWave стать новой проблемой для здоровья, Раппопорт ответил, что, хотя «нельзя доказать отрицательность», используемые радиочастоты на шесть порядков ниже частоты, необходимой для ионизирующего излучения такого типа. созданный рентгеновскими лучами (которые действительно связаны с повышенной вероятностью рака). Кроме того, он отметил, что маленькие клетки и направленные антенны снижают как мощность, так и частоту контактов, и указал мне на исследование Национального института здоровья, которое он написал в соавторстве под названием «Безопасно для будущих поколений», которое подтверждает это.

Позже Раппопорт показал мне исследование, которое он и другие сотрудники университета делают над такими вещами, как использование спектра 140 ГГц для еще более быстрой связи, возможно, по какому-то будущему стандарту. Другие участники конференции также говорили о 90 ГГц и более высоких частотах в D-диапазоне.

Все зависит от вашей точки зрения; с одной стороны, 5G может приближаться к финишной черте с точки зрения окончательной готовности к запуску. Но с другой стороны, во многом это только начало.