5G: Un salt uriaș pentru comunicațiile de mare viteză

11 MARTIE 2021

Se vorbește de mult despre 5G, iar, de ceva vreme, primele rețele au fost deja construite și testate. Dar care sunt beneficiile reale oferite de 5G? Cum se va schimba infrastructura celulară? Și ce se întâmplă cu LTE? Ar trebui acum ca toate proiectele să fie portate direct pe 5G?

Pentru a determina dacă și când ar trebui companiile să înceapă să adopte 5G, merită să aruncăm o privire asupra celor trei aspecte cheie ale 5G. Deoarece acestea satisfac aplicații diferite, fiecare oferind îmbunătățiri diferite:

eMBB (Enhanced Mobile BroadBand − comunicație mobilă de bandă largă îmbunătățită). Cu viteze de transfer de date de până la 20Gbit/s, eMBB deschide apetitul aplicațiilor digitale, precum și aplicațiilor cu lățime mare de bandă, așa cum necesită videoclipurile HD, realitatea virtuală și realitatea augmentată. Vitezele mari de transfer de date permit încărcarea ultra-rapidă a site-urilor web și transmiterea continuă a conținutului video.

mMTC (Massive Machine Type Communications − comunicații de tip mașină) oferă o acoperire de rețea stabilă și omniprezentă în mediul urban mulțumită densității de conexiune foarte ridicate a dispozitivelor MTC. În etapa finală de dezvoltare 5G, un milion de astfel de conexiuni vor fi suportate pe kilometru pătrat, permițând numeroaselor dispozitive să trimită și să primească date în aceeași celulă wireless, în același timp, fără a se perturba reciproc, făcând uitate problemele de conexiune care apăreau în trecut atunci când te aflai, de exemplu, pe un stadion la un mare eveniment.

uRLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications − comunicații ultra-stabile cu întârziere mică) oferă timpi de întârziere mai mici de 1 ms, pentru a permite dezvoltarea de aplicații critice în timp, în care fiabilitatea este importantă − dacă nu, chiar decisivă. Este o caracteristică esențială pentru a face posibilă conducerea autonomă, comunicarea mașină-mașină și mașină-orice, fără a menționa întreținerea predictivă bazată pe cloud.

Infrastructură nouă pentru 5G

Figura 1: Tranziția de la 4G (LTE-M/NB-IoT) la 5G (mMTC) va fi una lină − cu fiecare versiune 3GPP, tehnologiile vor continua să evolueze până când vor deveni 5G, în cele din urmă.  (© Markt&Technik)

Primele produse eMBB 5G sunt deja disponibile pe piața bazată pe standardele 3GPP Versiunea 15. Totuși, majoritatea produselor nu sunt în măsură să ofere ratele de date țintă, de 20Gbiți/s. Benzile LTE/sub-6GHz existente FR1 (Spectrul de frecvență 1) sunt de obicei incapabile să ofere suficientă lățime de bandă în acest scop, motiv pentru care sunt necesare benzi noi pentru 5G − benzile de ultra înaltă frecvență (numite benzi milimetrice sau mmWave), de la 24 la 100GHz (FR2).

Acestea necesită o infrastructură de comunicații mobile complet nouă, deoarece, chiar dacă un turn radio LTE acoperă o suprafață de câțiva kilometri pătrați în jurul său, la aceste frecvențe (mmWave) atenuarea propagării de cale este mult mai accentuată. (Pentru a compensa pierderile de propagare, sunt necesare sisteme de antene cu un număr mare de elemente radiante pentru a focaliza și dirija fascicolul radiant în diferite direcții (beamforming)).

Chiar și așa, multe companii își lansează deja proiectele lor 5G eMBB în banda de frecvență 5G n78 (3,3 până la 3,8 GHz). Acest lucru permite crearea de rețele mobile private sau specifice unei companii, cunoscute sub numele de rețea campus. Acestea permit companiilor să fie în general independente de furnizorii de servicii de comunicații mobile – și le permit să câștige un avans în înființarea fabricilor lor inteligente.

Evoluție pe termen lung

Figura 2: Modulul FN980m de la Telit este ideal pentru aplicații cu rate ridicate de transfer de date.  (© Telit)

Este posibil ca prin introducerea noilor standarde 5G NR (New Radio) proiectele LTE existente să iasă din uz? Astfel de îngrijorări sunt justificate, deoarece multe benzi de frecvență 5G FR1 se suprapun peste benzile LTE. Dar nu este nevoie să vă faceți griji – tehnologii, precum DSS (Dynamic Spectrum Sharing) permit unor standarde diferite, cum ar fi LTE și 5G, să împartă aceeași bandă de frecvență.

5G NR suportă, de asemenea, in-band LTE-IoT – care este LTE-M cu NB-IoT, astfel încât LTE (Long Term Evolution) va continua să existe. Cele mai recente soluții LTE-M și NB-IoT sunt deja disponibile și sunt conforme cu versiunea 14 a 3GPP. Ambele standarde s-au dezvoltat continuu, odată cu apariția unei noi versiuni 3GPP, iar, odată cu apariția Versiunii 16 a 3GPP – acestea au devenit 5G mMTC. Aceasta înseamnă că dispozitivele LTE-IoT, care funcționează în prezent pe baza standardelor LTE-M și NB-IoT vor opera în continuare sub 5G NR. Acest lucru este valabil atât pentru rețelele independente 5G (SA), unde 5G NR utilizează o rețea de bază 5G, cât și pentru rețelele NSA (Non-Standalone), unde serviciile 5G NR folosesc o rețea 4G/EPC (Evolved Packet Core).

Figura 3: Modulul ME310G1 permite aplicații care implică mii sau milioane de dispozitive IoT.  (© Telit)

Drept urmare, nu este doar posibil ca proiectele existente LTE și LTE-IoT să continue să funcționeze fără probleme sub 5G, ci este recomandat, de fapt, să începeți să lucrați la o soluție LTE-M/NB-IoT pentru aplicații mMTC, cu scopul de a asigura o tranziție lină în aval.

Componente pentru primii pași

Dacă doriți să ‘săriți’ direct la 5G, Rutronik are deja componentele potrivite pentru aceasta. Pentru implementări eMBB, modulul FN980m 5G/LTE de la Telit este unul dintre primele dispozitive care acceptă 5G 3GPP Versiunea 15, cu frecvențe sub-6GHz FDD și TDD, precum și mmWave, LTE, WCDMA și GNSS. Prin urmare, 5G oferă downlink de până la 5,5Gbit/s și uplink de până la 2,7Gbit/s, în timp ce 4G permite doar 2.4Gbit/s downlink și 211Mb/s uplink. Cu factorul de formă standard M.2 (NGFF) și o temperatură de operare de la –40 la + 85°C, este potrivit pentru rețele wireless de puncte de acces, cu rate înalte de transmisie, routere și gateway-uri corporative, dispozitive finale de interior și exterior (Customer Premises Equipment, CPE), transmisii video și monitorizare de la distanță. Modelul FN980 este, de asemenea, disponibil ca o soluție pentru 5G/LTE sub-6GHz.

Figura 4: În ciuda dimensiunilor foarte compacte, nRF9160 este înalt integrat.  (© Nordic)

La familia sa xE310, Telit a adăugat modulul ME310G1 creat special pentru aplicații mMTC. Suportul pentru versiunea 14 3GPP Cat M1/NB2 cu PSM (Power Saving Mode) și eDRX (Extended Discontinuous Reception) permite aplicații IoT cu consum redus de energie și autonomie mai mare a bateriei. Este ideal pentru aplicații care implică mii sau milioane de dispozitive IoT în care nu numai eficiența energetică, ci și costurile reduse sunt mai importante decât transferurile de date de mare viteză (de exemplu, dispozitive medicale, trackere de fitness, senzori industriali, contoare inteligente). Cu un MCL (Maximum Coupling Loss) de până la 15dB/20dB, modulul oferă, de asemenea, o acoperire mai bună și, astfel, o penetrare mai bună în clădiri comparativ cu standardele LTE celulare anterioare.

Și Nordic Semiconductor oferă o soluție pentru LTE-M și NB-IoT (3GPP Versiunea 13), precum sistemul nRF9160 SiP (System in Package). Acest SiP extrem de compact și înalt integrat este pre-certificat pentru funcționare globală. Sistemul include microcontroler de aplicație bazat pe un nucleu ARM Cortex-M33 cu tehnologii de securitate ARM TrustZone și ARM CryptoCell, modem LTE și RF front-end și management de putere într-o capsulă de 10 mm × 16 mm × 1 mm. Pentru urmărirea activelor cu detectare precisă a poziției, există o versiune cu suport GPS. Cu multe interfețe digitale și analogice, precum și dispozitive periferice, nRF9160 este o soluție ideală pentru conectarea dispozitivelor la internet printr-o rețea mobilă, pentru logistică și urmărire a activelor, pentru contorizare inteligentă, orașe inteligente, infrastructură inteligentă, agricultură inteligentă, articole purtabile și aplicații medicale.

Figura 5: 5G, 4G, 3G sau 2G, GNSS, WiFi, Bluetooth și multe altele − antena dipol de bandă ultra-largă W3554 de la PulseLarsen poate face totul.  (© PulseLarsen)

Antene pentru aplicații 5G

Antenele 5G fac deja parte din portofoliul Rutronik. Cu o gamă de frecvențe cuprinsă între 698 și 6000 MHz, antena dipol de bandă ultra-largă din seria W3554 de la PulseLarsen este potrivită nu numai pentru aplicații 5G, ci și pentru 2G, 3G și 4G, precum și pentru GNSS, WiFi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, ZigBee și benzile ISM 868, 915, 2400 și 5000 MHz. Antena PCB măsoară doar 30 mm × 120 mm × 0,2 mm.

Antena compactă W3415 5G SMD de la PulseLarsen suportă toate benzile sub-6GHz (4G și 5G) și are o dimensiune de doar 40mm × 7mm × 3mm. Cu un sistem de antene pe o singură placă, MIMO (Multiple Input, Multiple Output) permite utilizarea optimă a 5G. O antenă poate fi utilizată ca antenă principală, în timp ce una poate fi utilizată ca antenă de diversitate.

Figura 6: Antena compactă W3415 SMD de la PulseLarsen suportă toate benzile sub-6GHz (4G și 5G).  (© PulseLarsen)

Alte aspecte 5G

Pentru a dezvolta o rețea campus internă, FSP oferă componente speciale de rețea 5G. Acestea sunt potrivite pentru furnizarea de stații de bază, rețele de acces, centre de date sau dispozitive de rețea individuale. Datorită portofoliului extins și revizuit al furnizorului, necesitatea de a proiecta singuri componente de rețea este în sfârșit o problemă care aparține trecutului.

Rutronik este, de asemenea, capabil să dezvolte concepte de soluții personalizate pentru procesarea informațiilor bazate pe rețea, utilizând produse de la Asus, Advantech și Intel. Și chiar dacă portofoliul considerabil al distribuitorului nu ar fi în măsură să răspundă tuturor nevoilor unui client, Rutronik poate face apel la numeroase companii partenere ca membru al 5G Campus Network Alliance.

Concluzie

Pentru a asigura o acoperire globală a rețelei 5G, infrastructura celulară are nevoie de schimbări majore, în special prin rețele campus. Forța motrice a acestei schimbări va fi dată de îmbunătățirile pe care le permit profilurile aplicației 5G. Dar cei care dezvoltă soluții pe baza LTE nu au motive să se teamă LTE va supraviețui sub 5G.

 

Autor: Anja Schaal, Team Leader Product Marketing Wireless
Rutronik |  https://www.rutronik.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre