2020 va fi anul în care 5G, a cincea generație de rețele mobile, va fi lansată comercial la nivel mondial. Nu mai este mult timp până atunci, însă, în prezent, multe companii se confruntă cu întrebarea dacă este mai înțelept să aștepte implementarea aplicațiilor corespunzătoare sau dacă există soluții deja în prezent.
Pentru a stabili dacă schimbările ar trebui să fie mai bine implementate acum sau după lansarea 5G, este necesar să aruncăm o privire mai atentă la obiectivele care trebuie atinse cu noul standard. Practic, totul se reduce la trei subiecte principale:
eMBB (enhanced mobile broadband) – îmbunătățirea transmisiei mobile de bandă largă. Ratele de transfer de date de până la 20 Gbps deschid calea stilului de viață digital al consumatorilor. În plus, eMBB este o condiție necesară pentru aplicațiile care au o cerință mare de lățime de bandă, de exemplu videoclipuri de înaltă definiție, precum și realitate virtuală și augmentată.
mMTC (massive machine type communications) – comunicații masive de tip mașină, se adresează provocărilor unei acoperiri de rețea stabilă și omniprezentă în zonele urbane cu o densitate de conexiune foarte mare a dispozitivelor MTC. Dispozitivele MTC se caracterizează printr-o durată de viață a bateriei mai mare de 15 ani și costuri hardware scăzute, așa cum este necesar pentru aplicații inteligente pentru oraș sau pentru agricultură inteligentă. Principalul obiectiv al 5G este de a sprijini un milion de astfel de conexiuni pe kilometru pătrat.
uRLLC (ultra-reliable and low latency communications) – comunicații ultra fiabile și cu latență scăzută. Timpii de întârziere sub 1ms sunt condiții prealabile pentru aplicații fiabile și critice în timp, cum ar fi conducerea autonomă, comunicarea între autovehicule sau între autovehicule și mediul înconjurător, sau mentenanță predictivă bazată pe calcul în cloud.
Figura 1: Coexistență pașnică: Distribuția în rețeaua partiționată a aplicațiilor în diferite rețele virtuale pentru a asigura utilizarea simultană a eMBB, mMTC și uRLLC
Partiționarea rețelei
O altă inovație fundamentală pe care 5G o va oferi este partiționarea rețelei. Acest lucru permite ca cele trei zone de bază eMBB, mMTC și uRLLC cu cerințele lor variate să coexiste în aceleași rețele fizice, fără a se perturba reciproc. Partiționarea rețelei este un tip de arhitectură de rețea virtuală care utilizează aceleași principii ca rețeaua definită prin software (SDN – software defined networking) și virtualizarea funcțiilor de rețea (NFV – network functions virtualization). SDN și NFV sunt ambele tehnologii care pot fi deja implementate în cadrul LTE pentru a crește flexibilitatea și scalabilitatea într-o rețea. Hardware-ul și software-ul sunt decuplate unele de altele, permițând astfel programarea infrastructurilor de rețea suplimentare. Aceasta înseamnă că diferite dispozitive terminale pot intra într-o rețea prin aceeași rețea radio de acces (RAN – radio access network), dar pot fi apoi împărțite în diverse rețele virtuale în funcție de aplicația lor reală. Dispozitivele rămân în aceste rețele în funcție de furnizorul de rețea sau centrul de date în care sunt găzduite conținuturile și aplicațiile.
Chiar dacă SDN și NFV pot fi deja implementate în rețelele LTE, doar rețeaua partiționată sub tehnologia 5G permite într-adevăr tuturor serviciilor să ruleze în una și aceeași rețea fizică – de la serviciul de apeluri de urgență, care depinde de un sistem de rețea robust și neîntrerupt, până la utilizatorul privat care stă în cafeneaua străzii citind ultimele știri online.
Multe lucruri sunt deja posibile astăzi
Figura 2: Una dintre primele plăci LTE-Advanced Cat. 18 în format Mini PCI Express: LM960 de la Telit. (Sursa: Telit)
Sub tehnologia 4G sau cu LTE, LTE-Advanced și LTE-Advanced-Pro, au fost deja create tehnologii de bază care sunt încorporate total sau parțial în 5G. Acestea constituie baza pentru introducerea noii generații de transmisii radio pentru mobil și asigură deja suport 5G, complet sau cel puțin în mare măsură. În ceea ce privește eMBB, mai multe componente ale furnizorului de servicii pot fi deja combinate sub tehnologia 4G prin agregarea purtătorilor (CA – carrier aggregation) pentru a crea astfel o linie de date mai largă. Metoda antenelor multiple pentru M-MIMO (massive multiple input multiple output) permite utilizarea mai multor șiruri de date simultane, în timp ce LAA (License Assisted Access) permite utilizarea spectrului de frecvență nelicențiat peste 5GHz.
Versiunea 3GPP 13/14 cu LTE-M (cunoscută și sub denumirea de eMTC (enhanced machine type communications) – comunicații îmbunătățite de tip mașină) și NB-IoT a creat deja baza pentru implementarea mMTC. Ambele tehnologii din gama LTE categoria 0 oferă funcții suplimentare, cum ar fi modul de economisire a energiei (PSM – power saving mode) sau recepția discontinuă extinsă (eDRX – extended discontinuous reception). Aceste funcții pot activa periodic dispozitivele pentru a trimite cantități foarte mici de date, apoi le pot pune imediat înapoi în modul de repaus. Acest lucru permite dispozitivelor să „doarmă” în mare parte a timpului, contribuind astfel la prelungirea semnificativă a bateriei. Pierderea maximă la cuplare (MCL – Maximum coupling loss) asigură deja o acoperire crescută, la fel ca și obiectivul cu mMTC. Versiunea 3GPP 12 conține deja cerințe pentru reducerea timpilor de latență – o țintă în cadrul uRLLC. Cu toate acestea, se pot aștepta îmbunătățiri considerabile doar prin lansarea 5G.
Figura 3: Familia ME910C1 combină LTE-M și NB-IoT. (Sursa: Telit)
LTE Cat. 18, LTE-M și NB-IoT ca prim pas către 5G
Aceasta înseamnă: Companiile își pot începe astăzi dezvoltarea soluțiilor IoT. Placa LM960 Mini PCIe de la Telit, de exemplu, este disponibilă pentru implementarea eMBB, adică rate mai mari de transfer de date (figura 2). Soluția LTE-Advanced Categoria 18 permite viteze de descărcare de până la 1.2 Gbps cu modul MIMO 4×4. Mulțumită CA, acesta poate suporta până la cinci componente purtătoare de rețea, în timp ce LAA asigură o mai bună penetrare în clădiri.
Telit oferă familia ME910C1 LTE-Cat.-M1/NB1 pentru aplicații mMTC (figura 3). Aceasta combină LTE-M și NB-IoT și oferă eficiență energetică ridicată datorită caracteristicilor precum PSM (modul de economisire a energiei) și eDRX. MCL crește nivelul de acoperire.
Concluzie
Odată cu lansarea rețelei 5G, se așteaptă cu nerăbdare multe tehnologii și îmbunătățiri esențiale pentru aplicațiile din sectorul uRLLC, cum ar fi mașinile interconectate sau conducerea autonomă. Pentru aplicațiile eMBB și mMTC, se recomandă să începeți imediat dezvoltarea. Soluții adecvate sunt deja disponibile de la diverși furnizori. Atunci când se hotărăsc asupra unei metode, dezvoltatorii primesc asistență competentă de la specialiștii wireless Rutronik. Deci, companiile nu vor pierde nicio investiție până la începutul 5G în 2020, ci vor putea dezvolta aplicațiile capabile de IoT astăzi și vor beneficia în continuare de 5G mâine.
5G pe ultima porțiune de drum:
- Decembrie 2017: Prima parte a specificației – 5G NSA (Non-Standalone) – completată. Poate fi utilizată pentru a extinde tehnologia mobilă 5G pe baza rețelelor 4G.
- Iunie 2018: Cea de-a doua parte a specificației 5G NR (new radio) – 5G SA (versiunea 15) – este disponibilă. Nucleul său constă dintr-o nouă arhitectură de rețea end-to-end care permite latențe deosebit de scurte de până la 1ms. 5G SA va fi ancorată pe nucleul propriu 5G.
- Astăzi: Împreună, ambele părți creează oportunități pentru noi dezvoltări și modele de afaceri care anunță o nouă eră a unei rețelei cuprinzătoare.
Autor: Anja Schaal, Senior Marketing Manager Wireless
Rutronik | https://www.rutronik.com
