5G für die smarte Welt

Es ist eine weit verbreitete Meinung, dass die wahre Revolution des Internets der Dinge nur durch die Popularisierung des mobilen Internetnetzwerks der fünften Generation verursacht werden kann. Dieses Netzwerk wird noch entstehen, aber Unternehmen denken derzeit nicht darüber nach, eine IoT-Infrastruktur zu implementieren.

Experten gehen davon aus, dass 5G keine Evolution, sondern eine vollständige Transformation der Mobilfunktechnologie sein wird. Dies sollte die gesamte Branche, die mit dieser Art der Kommunikation verbunden ist, verändern. Im Februar 2017 erklärte ein Vertreter der Deutschen Telekom während eines Vortrags auf dem Mobile World Congress in Barcelona sogar, dass dies bedingt sei Smartphones werden nicht mehr existieren. Wenn dies populär wird, werden wir immer online sein und fast alles um uns herum haben. Und je nachdem, in welchem ​​Marktsegment diese Technologie eingesetzt wird (Telemedizin, Sprachanrufe, Spieleplattformen, Surfen im Internet), verhält sich das Netzwerk unterschiedlich.

5G-Netzwerkgeschwindigkeit im Vergleich zu früheren Lösungen

Während desselben MWC wurden die ersten kommerziellen Anwendungen des 5G-Netzes gezeigt – wobei diese Formulierung einige Zweifel aufkommen lässt, da noch unbekannt ist, wie es tatsächlich aussehen wird. Die Annahmen sind völlig widersprüchlich. Einige Quellen behaupten, dass 5G voraussichtlich Übertragungsgeschwindigkeiten von Zehntausenden Megabit pro Sekunde für Tausende von Benutzern gleichzeitig bereitstellen wird. Die vor einigen Monaten von der International Telecommunication Union (ITU) angekündigte vorläufige Spezifikation für 5G sieht vor, dass die Latenz 4 ms nicht überschreiten wird. Daten sollten mit 20 Gbit/s heruntergeladen und mit 10 Gbit/s hochgeladen werden. Wir wissen, dass die ITU im Herbst die endgültige Version des neuen Netzwerks bekannt geben will. In einem sind sich alle einig: Das 5G-Netzwerk muss die gleichzeitige drahtlose Verbindung von Hunderttausenden Sensoren ermöglichen, was für das Internet der Dinge und allgegenwärtige Dienste von entscheidender Bedeutung ist.

Führende Unternehmen wie AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel und viele andere haben klar ihre Unterstützung für die Beschleunigung des 5G-Standardisierungszeitplans zum Ausdruck gebracht. Alle Interessenten wollen bereits 2019 mit der kommerziellen Umsetzung dieses Konzepts beginnen. Andererseits hat die Europäische Union einen 5G-PPP-Plan () angekündigt, um die Entwicklungsrichtung der Netze der nächsten Generation festzulegen. Bis 2020 müssen die EU-Länder die für diesen Standard reservierte Frequenz von 700 MHz freigeben.

Das 5G-Netz ist ein Geschenk neuer Technologien

Einzelne Dinge brauchen kein 5G

Laut Ericsson waren Ende letzten Jahres 5,6 Milliarden Geräte im IoT im Einsatz. Davon befanden sich nur etwa 400 Millionen in Mobilfunknetzen, der Rest in Kurzstreckennetzen wie WLAN, Bluetooth oder ZigBee.

Die eigentliche Entwicklung des Internets der Dinge wird sehr oft mit 5G-Netzen in Verbindung gebracht. Erste Anwendungen neuer Technologien, zunächst im Unternehmensbereich, könnten in zwei bis drei Jahren erfolgen. Allerdings ist mit einem Zugang zu Netzen der nächsten Generation für einzelne Kunden frühestens im Jahr 2025 zu rechnen. Der Vorteil der 5G-Technologie liegt unter anderem in der Fähigkeit, eine Million Geräte auf einer Fläche von einem Quadratkilometer zu verwalten. Das mag wie eine große Zahl erscheinen, aber wenn man bedenkt, was die IoT-Vision darüber aussagt Intelligente Städtein dem neben der städtischen Infrastruktur auch Fahrzeuge (auch autonome Autos) und Haushalts- (Smart Homes) und Bürogeräte sowie beispielsweise Geschäfte und die darin gelagerten Waren vernetzt sind, fällt diese Million pro Quadratkilometer weg scheinen so groß zu sein. Besonders in Innenstädten oder Gebieten mit hoher Bürodichte.

Bedenken Sie jedoch, dass viele mit dem Netzwerk verbundene Geräte und die darin enthaltenen Sensoren keine sehr hohen Geschwindigkeiten benötigen, da sie kleine Datenblöcke übertragen. Für einen Geldautomaten oder ein Zahlungsterminal ist kein ultraschnelles Internet erforderlich. Es ist nicht erforderlich, einen Rauch- und Temperatursensor im Schutzsystem zu haben, der beispielsweise einen Eiscremehersteller über die Bedingungen in Kühlschränken in Geschäften informiert. Für die Überwachung und Steuerung der Straßenbeleuchtung, die Übertragung von Daten von Strom- und Wasserzählern, die Fernsteuerung von IoT-verbundenen Heimgeräten per Smartphone oder in der Logistik sind hohe Geschwindigkeiten und geringe Latenzzeiten nicht erforderlich.

Obwohl wir heute über die LTE-Technologie verfügen, die es uns ermöglicht, Dutzende oder sogar Hunderte Megabit an Daten pro Sekunde über Mobilfunknetze zu senden, nutzt ein erheblicher Teil der Geräte, auf denen das Internet der Dinge läuft, immer noch diese Technologie 2G-Netze, d.h. Seit 1991 im Handel erhältlich. GSM-Standard.

Um die Kostenbarriere zu überwinden, die viele Unternehmen davon abhält, das Internet der Dinge (IoT) in ihren aktuellen Betrieben zu nutzen, und damit dessen Entwicklung behindert, wurden Technologien zum Aufbau von Netzwerken entwickelt, die Geräte unterstützen, die kleine Datenpakete übertragen. Diese Netze nutzen sowohl von Mobilfunkbetreibern genutzte Frequenzen als auch nicht lizenzierte Frequenzen. Technologien wie LTE-M und NB-IoT (auch NB-LTE genannt) arbeiten im von LTE-Netzen genutzten Spektrum, während die EC-GSM-IoT-Technologie (auch EC-EGPRS genannt) das von 2G-Netzen genutzte Spektrum nutzt. Im unlizenzierten Bereich stehen Ihnen Lösungen wie LoRa, Sigfox und RPMA zur Auswahl.

Alle oben genannten Optionen bieten eine große Bandbreite und sind so konzipiert, dass die Endgeräte möglichst günstig sind und möglichst wenig Energie verbrauchen und somit auch mehrere Jahre ohne Batteriewechsel funktionieren. Daher ihr Sammelname - (niedriger Stromverbrauch, große Reichweite). LPWA-Netze, die in den Reichweiten betrieben werden, die Mobilfunkbetreibern zur Verfügung stehen, benötigen lediglich ein Software-Update. Die Entwicklung kommerzieller LPWA-Netzwerke wird von den Forschungsunternehmen Gartner und Ovum als eines der wichtigsten Ereignisse in der Entwicklung des IoT angesehen.

Betreiber nutzen unterschiedliche Technologien. Der niederländische KPN, der letztes Jahr sein landesweites Netzwerk gestartet hat, hat sich für LoRa entschieden und interessiert sich für LTE-M. Die Vodafone-Gruppe hat sich für NB-IoT entschieden – sie hat in diesem Jahr mit dem Aufbau eines Netzwerks in Spanien begonnen und plant den Aufbau eines solchen Netzwerks in Deutschland, Irland und Spanien. Die Deutsche Telekom hat sich für NB-IoT entschieden und kündigt an, dass ihr Netzwerk in acht Ländern, darunter Polen, eingeführt wird. Die spanische Telefonica hat sich für Sigfox und NB-IoT entschieden. Orange in Frankreich begann mit dem Aufbau eines LoRa-Netzwerks und kündigte dann an, dass es mit der Einführung von LTE-M-Netzwerken in Spanien und Belgien beginnen werde – den Ländern, in denen das Unternehmen tätig ist, und daher wahrscheinlich in Polen.

Der Aufbau des LPWA-Netzwerks kann dazu führen, dass die Entwicklung eines speziellen IoT-Ökosystems schneller beginnt als bei 5G-Netzwerken. Der Ausbau des einen schließt das andere nicht aus, denn beide Technologien sind essentiell für das Smart Grid der Zukunft.

5G-Funkverbindungen werden wahrscheinlich sowieso dringend benötigt Energie. Zusätzlich zu den oben genannten Sortimenten sollte im vergangenen Jahr eine Möglichkeit zur Energieeinsparung auf Einzelgeräteebene eingeführt worden sein. Bluetooth-Webplattform. Es wird von einem Netzwerk aus intelligenten Glühbirnen, Schlössern, Sensoren usw. verwendet. Die Technologie ermöglicht es Ihnen, direkt über einen Webbrowser oder eine Website eine Verbindung zu IoT-Geräten herzustellen, ohne spezielle Anwendungen zu verwenden.

Visualisierung der Web-Bluetooth-Technologie

5G vorher

Es ist wichtig zu wissen, dass einige Unternehmen bereits seit Jahren an der 5G-Technologie arbeiten. Samsung arbeitet beispielsweise seit 5 an seinen 2011G-Lösungen. In dieser Zeit konnte in einem Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 1,2 km/h eine Übertragung von 110 Gbit/s erreicht werden. und 7,5 Gbit/s für einen Standempfänger.

Darüber hinaus existieren bereits experimentelle 5G-Netze, die in Zusammenarbeit mit verschiedenen Unternehmen entstanden sind. Allerdings ist es derzeit noch zu früh, um von einer bevorstehenden und wirklich globalen Standardisierung des neuen Netzwerks zu sprechen. Ericsson testet es in Schweden und Japan, aber die Verfügbarkeit kleiner Verbrauchergeräte, die mit dem neuen Standard funktionieren, lässt noch auf sich warten. 2018 wird das Unternehmen in Zusammenarbeit mit dem schwedischen Betreiber TeliaSonera die ersten kommerziellen 5G-Netze in Stockholm und Tallinn starten. Zunächst wird es so sein Stadtnetzwerke, und wir müssen bis 5 auf 2020G in „voller Größe“ warten. Ericsson hat sogar erstes 5G-Telefon. Vielleicht ist das Wort „Telefon“ doch eine Fehlbezeichnung. Das Gerät wiegt 150 kg und man muss damit in einem großen, mit Messgeräten ausgestatteten Bus reisen.

Im vergangenen Oktober kam die Nachricht vom Debüt des 5G-Netzes aus dem fernen Australien. Diese Art von Berichten sollte jedoch mit Abstand betrachtet werden – woher soll man ohne 5G-Standard und -Spezifikation wissen, dass ein Dienst der fünften Generation eingeführt wurde? Dies sollte sich ändern, sobald man sich auf den Standard geeinigt hat. Wenn alles nach Plan verläuft, werden vorstandardisierte 5G-Netze bei den Olympischen Winterspielen 2018 in Südkorea erstmals vorgestellt.

Millimeterwellen und winzige Zellen

Der Betrieb des 5G-Netzes hängt von mehreren wichtigen Technologien ab.

Basisstation von Samsung

Erste Millimeterwellenverbindungen. Immer mehr Geräte verbinden sich über dieselben Funkfrequenzen miteinander oder mit dem Internet. Dies führt zu Geschwindigkeitsverlusten und Problemen mit der Verbindungsstabilität. Die Lösung könnte darin bestehen, auf Millimeterwellen umzusteigen, d. h. im Frequenzbereich 30-300 GHz. Sie werden derzeit unter anderem in der Satellitenkommunikation und der Radioastronomie eingesetzt, ihre größte Einschränkung ist jedoch ihre geringe Reichweite. Ein neuer Antennentyp löst dieses Problem und die Entwicklung dieser Technologie ist noch nicht abgeschlossen.

Die zweite Säule der fünften Generation sollte Technologie heißen. Wissenschaftler rühmen sich damit, dass sie bereits in der Lage sind, Daten mit Millimeterwellen über eine Distanz von mehr als 200 m zu übertragen. Und buchstäblich alle 200-250 m kann es in Großstädten kleine Basisstationen mit sehr geringem Stromverbrauch geben. In weniger besiedelten Gebieten funktionieren kleine Zellen jedoch nicht gut.

Dies sollte bei dem oben genannten Problem helfen MIMO-Technologie neue Generation. MIMO ist eine Lösung, die auch im 4G-Standard verwendet wird und den Durchsatz drahtloser Netzwerke erhöhen kann. Das Geheimnis liegt in der Mehrantennenübertragung auf Sende- und Empfangsseite. Stationen der nächsten Generation können achtmal mehr Ports als heute verwalten, um gleichzeitig Daten zu senden und zu empfangen. Dadurch erhöht sich der Netzwerkdurchsatz um 22 %.

Eine weitere wichtige Methode für 5G ist: „Strahlformung“. Es ist ein Signalverarbeitungsverfahren, damit die Daten auf dem optimalen Weg zum Benutzer geliefert werden. hilft Millimeterwellen, das Gerät in einem konzentrierten Strahl zu erreichen, anstatt durch eine omnidirektionale Übertragung. Dadurch wird die Signalstärke erhöht und Interferenzen reduziert.

Das fünfte Element der fünften Generation sollte das sogenannte sein Vollduplex. Duplex ist eine Zwei-Wege-Übertragung, d. h. eine, bei der das Senden und Empfangen von Informationen in beide Richtungen möglich ist. Vollduplex bedeutet, dass Daten ohne Übertragungsunterbrechung übertragen werden. Diese Lösung wird ständig verbessert, um die besten Parameter zu erreichen.

 

Sechste Generation?

Labore arbeiten jedoch bereits an etwas, das noch schneller als 5G ist – auch wenn wir nicht genau wissen, was die fünfte Generation ist. Japanische Wissenschaftler gestalten die zukünftige drahtlose Datenübertragung so, als wäre es die nächste, sechste Version. Es besteht darin, Frequenzen von 300 GHz und höher zu verwenden, und die erreichten Geschwindigkeiten werden 105 Gbit/s auf jedem Kanal betragen. Die Forschung und Entwicklung neuer Technologien wird seit mehreren Jahren betrieben. Im vergangenen November wurden mit dem 500-GHz-Terahertz-Band Geschwindigkeiten von 34 Gbit/s erreicht, gefolgt von 160 Gbit/s mit einem Sender im 300-500-GHz-Bereich (acht Kanäle, moduliert in 25-GHz-Intervallen). ) – also Ergebnisse, die um ein Vielfaches über den erwarteten Fähigkeiten des 5G-Netzes liegen. Der jüngste Erfolg ist die Arbeit eines Teams aus Wissenschaftlern der Universität Hiroshima und gleichzeitig Mitarbeitern von Panasonic. Informationen zur Technologie wurden auf der Website der Universität veröffentlicht, Annahmen und die Funktionsweise des Terahertz-Netzwerks wurden im Februar 2017 auf der ISSCC-Konferenz in San Francisco vorgestellt.

Wie Sie wissen, ermöglicht eine Erhöhung der Betriebsfrequenz nicht nur eine schnellere Datenübertragung, sondern verringert auch die mögliche Reichweite des Signals erheblich und erhöht auch seine Anfälligkeit für Störungen aller Art. Das bedeutet, dass es notwendig ist, eine recht komplexe und dicht verteilte Infrastruktur aufzubauen.

Erwähnenswert ist auch, dass Revolutionen – wie das für 2020 geplante 5G-Netz und dann ein hypothetisches noch schnelleres Terahertz-Netz – dazu führen, dass Millionen von Geräten durch an die neuen Standards angepasste Versionen ersetzt werden müssen. Dies wird wahrscheinlich die Geschwindigkeit des Wandels erheblich verringern und dazu führen, dass die beabsichtigte Revolution tatsächlich zur Evolution wird.

To be continued Themennummer in der neuesten Ausgabe des Monats.