インテリジェントな世界のための 5G

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単一のものには5Gは必要ありません
5G以前

本当のモノのインターネット革命は、第 XNUMX 世代モバイルインターネットネットワークの普及によってのみ引き起こされるというのは、かなり一般的な考えです。このネットワークは今後も作成される予定ですが、企業は現在、IoT インフラストラクチャの実装を検討していません。

専門家らは、5Gは進化ではなく、モバイル技術の完全な変革になると予想している。これにより、この種のコミュニケーションに関連する業界全体が変革されるはずです。 2017 年 XNUMX 月、バルセロナで開催されたモバイルワールドコングレスでのプレゼンテーション中に、ドイツテレコムの代表者は次のように述べました。 スマホはなくなるだろう. これが普及すると、私たちは常にオンラインになり、周囲のほとんどすべてのものがオンラインになります。そして、このテクノロジーがどの市場セグメント (遠隔医療、音声通話、ゲームプラットフォーム、Web ブラウジング) で使用されるかに応じて、ネットワークの動作は異なります。

以前のソリューションと比較した 5G ネットワーク速度

同じ MWC 中に、5G ネットワークの最初の商用アプリケーションが示されました。ただし、実際にどのようなものになるかはまだ不明であるため、この定式化にはいくつかの疑問が生じます。仮定は完全に矛盾しています。一部の情報筋は、5G は同時に数千のユーザーに毎秒数万メガビットの伝送速度を提供すると期待されていると主張しています。国際電気通信連合 (ITU) が数カ月前に発表した 5G の暫定仕様では、遅延が 4 ミリ秒を超えないことが示唆されています。データは 20 Gbps でダウンロードし、10 Gbps でアップロードする必要があります。 ITU がこの秋に新しいネットワークの最終バージョンを発表したいと考えていることはわかっています。誰もが同意する点は 5 つあります。XNUMXG ネットワークは、モノのインターネットとユビキタスサービスの鍵となる数十万のセンサーの同時ワイヤレス接続を提供する必要があるということです。

AT&T、NTT DOCOMO、SK Telecom、Vodafone、LG Electronic、Sprint、Huawei、ZTE、Qualcomm、Intel、その他多くの大手企業が、5G 標準化スケジュールの加速に対する支持を明確に表明しています。すべての関係者は、早ければ 2019 年にもこのコンセプトの商用実装を開始したいと考えています。一方、欧州連合は次世代ネットワーク開発の方向性を決める5G PPP計画()を発表した。 2020 年までに、EU 諸国はこの規格用に予約されている 700 MHz 周波数を解放する必要があります。

5G ネットワークは新しいテクノロジーの賜物です

単一のものには5Gは必要ありません

エリクソンによれば、昨年末時点で 5,6 億台のデバイスが IoT で使用されていました。このうち、モバイルネットワーク上にあるのは約 400 億件だけで、残りは Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee などの短距離ネットワーク上にあります。

モノのインターネットの実際の発展は、5G ネットワークに関連していることが非常に多いです。新しいテクノロジーの最初の応用例は、最初はビジネス分野で、2025 ～ 5 年以内に現れる可能性があります。ただし、個人顧客が次世代ネットワークにアクセスできるようになるのは、早ければ XNUMX 年になると予想されます。 XNUMXG テクノロジーの利点は、とりわけ、平方キロメートルのエリアに集められた XNUMX 万台のデバイスを処理できることです。これは膨大な数のように思えるかもしれませんが、IoT ビジョンが何を示しているかを考慮してみると、 スマートシティ都市インフラ、車両（自動運転車を含む）、家庭（スマートホーム）、オフィス機器に加えて、店舗やそこに保管されている商品なども接続されると、XNUMX平方キロメートルあたりこのXNUMX万台は停止します。とても大きいようです。特に都心部やオフィスが集中しているエリアでは。

ただし、ネットワークに接続された多くのデバイスとそれらに搭載されているセンサーは、小さなデータチャンクを送信するため、それほど高速な速度は必要ないことに注意してください。 ATM や支払い端末には超高速インターネットは必要ありません。保護システムに煙センサーや温度センサーを搭載する必要はなく、たとえばアイスクリームメーカーに店舗の冷蔵庫の状態を知らせることができます。街路照明の監視と制御、電気や水道メーターのデータ送信、スマートフォンを使用したIoT接続された家庭用機器の遠隔制御、物流などには高速性と低遅延性は必要ありません。

現在、モバイルネットワーク経由で XNUMX 秒あたり数十メガビット、さらには数百メガビットのデータを送信できる LTE テクノロジーが導入されていますが、モノのインターネットを実行しているデバイスのかなりの部分は依然として 2Gネットワーク、つまり1991年から販売されています。 GSM規格.

多くの企業が現在の業務で IoT を使用することを妨げ、その開発を妨げているコストの壁を克服するために、小さなデータパケットを送信するデバイスをサポートするように設計されたネットワークを構築するテクノロジーが開発されてきました。これらのネットワークは、携帯電話会社が使用する周波数とライセンスのないスペクトルの両方を使用します。 LTE-M や NB-IoT (NB-LTE とも呼ばれます) などのテクノロジーは LTE ネットワークで使用されるスペクトルで動作しますが、EC-GSM-IoT テクノロジー (EC-EGPRS とも呼ばれます) は 2G ネットワークで使用されるスペクトルを使用します。アンライセンスの範囲では、LoRa、Sigfox、RPMA などのソリューションから選択できます。

上記のオプションはすべて幅広い範囲を提供しており、最終デバイスができるだけ安価でエネルギー消費が最小限に抑えられるように設計されており、したがって数年間であってもバッテリーを交換せずに動作します。したがって、それらの総称 - (低消費電力、長距離)。携帯電話会社が利用できる範囲で動作する LPWA ネットワークには、ソフトウェアのアップデートのみが必要です。商用 LPWA ネットワークの開発は、調査会社 Gartner と Ovum によって、IoT の開発における最も重要なイベントの XNUMX つであると考えられています。

オペレーターはさまざまなテクノロジーを使用します。昨年全国ネットワークを立ち上げたオランダの KPN は LoRa を選択し、LTE-M に関心を持っています。 Vodafone グループは NB-IoT を選択しました。同社は今年スペインでネットワークの構築を開始し、ドイツ、アイルランド、スペインでも同様のネットワークを構築する計画を立てています。ドイツテレコムは NB-IoT を選択し、そのネットワークがポーランドを含む XNUMX か国で開始されることを発表しました。スペインの Telefonica は Sigfox と NB-IoT を選択しました。フランスの Orange は LoRa ネットワークの構築を開始し、その後、同社が事業を展開している国であるスペインとベルギー、つまりおそらくポーランドから LTE-M ネットワークの立ち上げを開始すると発表しました。

LPWAネットワークの構築は、特別なIoTエコシステムの開発が5Gネットワークよりも早く始まることを意味するかもしれない。どちらのテクノロジーも将来のスマートグリッドには不可欠であるため、一方を拡張してももう一方が排除されるわけではありません。

いずれにせよ、5G ワイヤレス接続はおそらく多く必要になるでしょう エネルギー。上記の範囲に加えて、個々のデバイスレベルでエネルギーを節約する方法が昨年開始されるはずです。 Bluetoothウェブプラットフォーム。スマート電球、錠、センサーなどのネットワークで使用されます。この技術を使用すると、特別なアプリケーションを使用せずに、Web ブラウザーや Web サイトから IoT デバイスに直接接続できます。

Web Bluetooth 技術の可視化

5G以前

一部の企業が何年も 5G テクノロジーに取り組んでいることを知っておく価値があります。たとえば、サムスンは 5 年から 2011G ソリューションに取り組んでいます。この間、時速 1,2 km で走行する車両で 110 Gbit/s の伝送を達成することができました。スタンディング受信機の場合は 7,5 Gbps。

さらに、実験的な 5G ネットワークがすでに存在し、さまざまな企業と協力して構築されています。しかし、現時点では、新しいネットワークの差し迫った真の世界標準化について話すのは時期尚早です。エリクソンはスウェーデンと日本でテストを行っているが、新しい規格で動作する小型消費者向けデバイスが入手可能になるのはまだ遠い先のことだ。 2018年、同社はスウェーデンの通信事業者TeliaSoneraと協力して、ストックホルムとタリンで初の商用5Gネットワークを開始する予定だ。最初はこうなります 都市ネットワークそして「フルサイズ」5Gは2020年まで待たなければなりません。エリクソンも 最初の5G携帯電話。おそらく「電話」という言葉は結局のところ誤った呼び名です。装置の重量は 150 kg あるため、測定装置を備えた大型バスで移動する必要があります。

昨年 5 月、5G ネットワークのデビューのニュースが遠くオーストラリアから届きました。ただし、この種のレポートには距離を置いて対処する必要があります。5G の標準と仕様がなければ、第 2018 世代サービスが開始されたことをどうやって知ることができるでしょうか? 標準が合意されれば、これは変更されるはずです。すべてが計画通りに進めば、XNUMX 年に韓国で開催される冬季オリンピックで、事前に標準化された XNUMXG ネットワークがデビューすることになります。

ミリ波と小さな細胞

5G ネットワークの運用は、いくつかの重要なテクノロジーに依存しています。

サムスン製基地局

最初の ミリ波接続。同じ無線周波数を使用して相互に接続したり、インターネットに接続したりするデバイスがますます増えています。これにより、速度が低下し、接続の安定性に問題が生じます。解決策はミリ波に切り替えることかもしれません。周波数範囲 30 ～ 300 GHz。これらは現在、衛星通信や電波天文学などで使用されていますが、主な制限はその短距離です。新しいタイプのアンテナがこの問題を解決し、この技術の開発は現在も進行中です。

第200世代の第200の柱はテクノロジーと呼ぶべきだろう。科学者たちは、すでにミリ波を使って 250 メートル以上の距離にわたってデータを送信できると自慢しており、大都市では文字通り XNUMX ～ XNUMX メートルごとに、消費電力が非常に低い小型の基地局が存在する可能性があります。ただし、人口の少ない地域では、小さなセルはうまく機能しません。

これは上記の問題の解決に役立つはずです MIMOテクノロジー 新しい世代。 MIMO は、4G 標準でも使用されているソリューションで、ワイヤレスネットワークのスループットを向上させることができます。その秘密は送信側と受信側のマルチアンテナ伝送です。次世代ステーションは、データの送受信を同時に行うために、現在の 22 倍のポートを処理できます。したがって、ネットワークのスループットは XNUMX% 増加します。

5G のもう XNUMX つの重要な方法は、「ビームフォーミング”。データを最適な経路でユーザーに届けるための信号処理方式です。ミリ波は、全方向伝送ではなく、集中したビームでデバイスに到達するのに役立ちます。したがって、信号強度が増加し、干渉が減少します。

第 XNUMX 世代の第 XNUMX 要素は、いわゆる 全二重。デュプレックスは双方向伝送、つまり情報の送信と受信が双方向で可能である伝送です。全二重とは、送信が中断されることなくデータが送信されることを意味します。このソリューションは、最良のパラメータを実現するために常に改良されています。

第XNUMX世代？

ただし、研究機関はすでに 5G よりもさらに高速なものの開発に取り組んでいます。ただし、繰り返しになりますが、第 300 世代が何であるかは正確にはわかりません。日本の科学者たちは、あたかも次の第 105 バージョンであるかのように、将来の無線データ伝送を開発しています。 500 GHz 以上の周波数を使用することで構成され、達成される速度は各チャネルで 34 Gbit/s になります。新しい技術の研究開発は数年にわたって続けられています。昨年 160 月には、300 GHz テラヘルツ帯域を使用して 500 Gbps の速度が達成され、続いて 25 ～ 5 GHz 範囲の送信機 (2017 GHz 間隔で変調された XNUMX チャネル) を使用して XNUMX Gbps の速度が達成されました。 ) - つまり、XNUMXG ネットワークの予想される機能よりも何倍も大きな結果が得られます。最新の成功は、広島大学の科学者チームとパナソニックの従業員の同時研究によるものです。この技術に関する情報は大学の Web サイトに掲載され、テラヘルツネットワークの仮定と動作メカニズムは XNUMX 年 XNUMX 月にサンフランシスコで開催された ISSCC 会議で発表されました。

ご存知のとおり、動作周波数を上げると、データをより速く送信できるようになるだけでなく、信号の到達可能範囲が大幅に減少し、あらゆる種類の干渉に対する影響を受けやすくなります。これは、かなり複雑で高密度に分散されたインフラストラクチャを構築する必要があることを意味します。

また、2020年に計画されている5Gネットワークや、さらに高速なテラヘルツネットワークなどの革命は、数百万台のデバイスを新しい規格に適応したバージョンに置き換える必要があることを意味していることも注目に値する。これにより、変化の速度が大幅に低下し、意図した革命が実際に進化する可能性があります。

つづきます トピック番号 月刊最新号に載ってます。