Während der Einführung von 5g bleiben Fragen offen

Vor ein paar Wochen nahm ich am Brooklyn 5G Summit an der NYU Tandon School of Engineering teil, wo ich von den Fortschritten beim Aufbau von 5G-Netzen und den immer noch bestehenden Unsicherheiten in Bezug auf die Nutzung und die Wirtschaftlichkeit von 5G im Allgemeinen beeindruckt war.

Viele Teilnehmer versicherten mir, dass ich bis zum nächsten Jahr tatsächlich ein 5G-Mobilteil verwenden werde, und die meisten waren überzeugt, dass wir die neuen Netze brauchen werden, um den Anstieg des Datenverkehrs zu bewältigen.

Denken Sie daran, dass 5G keine einzelne Technologie ist, sondern eine Vielzahl von Technologien, die zusammenarbeiten. Es deckt ein breites Spektrum von Low-Band-Frequenzen (wie 600 MHz) ab, die eine lange Strecke zurücklegen können, jedoch mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten. bis zur Bandmitte (z. B. 2, 5 oder 3, 5 GHz); Hochfrequenz (wie 28 oder 39 GHz, manchmal auch als Millimeterwelle oder mmWave bezeichnet), die sehr schnell sein kann - ich habe gehört, dass Ingenieure über theoretische Geschwindigkeiten von 5 oder mehr Gbit / s gesprochen haben -, aber nicht sehr weit gereist sind.

Mobilfunkstandards werden hauptsächlich vom 3GPP-Standardisierungsgremium definiert, einer Gruppe, die praktisch alle wichtigen Akteure des globalen Mobilfunk-Ökosystems umfasst und die grundlegenden Standards für 3G (wie der Name schon sagt) und 4G LTE (ursprünglich langfristig) entwickelt hat Weiterentwicklung des 3G-Standards). Typischerweise werden diese Standards schließlich von der noch umfassenderen ITU-Kommunikationsstandardorganisation übernommen. 3GPP veröffentlicht beinahe jährlich neue Versionen seiner Standards und strebt eine 5G-Spezifikation an, die sich auf drei Hauptbereiche konzentriert: erweitertes mobiles Breitband (eMBB), hochzuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (URLLC) und massive maschinelle Kommunikation (mMTC).

Bei der ersten handelt es sich um eine Consumer-Anwendung, mit der unsere Telefone schneller funktionieren. Darauf basieren die meisten anfänglichen 5G-Bereitstellungen. (Einige frühe Netzwerke werden auch für drahtlose Festnetze bereitgestellt.) Die anderen beiden Bereiche - URLLC und mMTC - sind hauptsächlich für industrielle oder geschäftliche Anwendungen bestimmt, obwohl sie Verbraucheranwendungen haben können, und ich hörte immer wieder von autonomen Fahrzeugen mit mobiler VR klingt für mich eher nach einer Nischenanwendung.

Aber es können diese eher industriellen und kommerziellen Anwendungen sein, die sich zusammen mit den 5G-Standards wirklich weiterentwickeln. Immerhin sehen wir bereits Telefone, die "Gigabit-LTE" in 4G-Netzen versprechen, und es ist schwer vorstellbar, welche Anwendungen für einzelne Verbraucher mehr Geschwindigkeit erfordern. Die von 5G versprochene zusätzliche Geschwindigkeit und das zusätzliche Netzwerkdesign sind möglicherweise erforderlich, um den wachsenden Datenverkehr zu bewältigen. In meinem nächsten Beitrag werde ich mehr über Anwendungsfälle sprechen.

Netzwerke einsatzbereit

Melissa Arnoldi, President Technology & Operations bei AT & T Communications, stellte die Notwendigkeit von Netzwerken fest, die unabhängig von der Anwendung einen effizienteren Datenverkehr ermöglichen. Sie sagte, das Mobilfunknetz des Unternehmens verzeichnete seit 2007 ein Datenverkehrswachstum von 360.000 Prozent und es gebe "keine Anzeichen einer Verlangsamung". Derzeit macht Video mehr als die Hälfte des Datenverkehrs aus, und sie geht davon aus, dass dieser bis 2020 auf 75 Prozent anwachsen wird.

Laut Arnoldi ist 5G erforderlich, um diesen Datenverkehr zu verwalten und Anwendungen wie Augmented Reality und Virtual Reality, autonome Fahrzeuge und Drohnen zu ermöglichen. Selbstfahrende Autos benötigen eine hochzuverlässige Konnektivität und nahezu Echtzeit-Latenz - idealerweise weniger als 5 Millisekunden.

Für die Abwicklung dieses Datenverkehrs sind softwaredefinierte Netzwerke erforderlich, so Arnoldi. AT & T sei der Haupttreiber von ONAP (Open Network Automation Platform). Sie geht davon aus, dass AT & T bis Ende des Jahres 65 Prozent seines Datenverkehrs auf softwaredefinierte Netzwerke verlagert.

AT & T beabsichtigt, bis Ende des Jahres als erster US-amerikanischer Carrier den Mobilfunkstandard 5G in 12 Städten verfügbar zu machen. Sie diskutierte über einen Einzelhandelspilot, den das Unternehmen in Waco, Texas, durchgeführt hatte und an dem Hunderte von Anwendern in einem Einzelhandelsgeschäft teilnahmen, um zu demonstrieren, wie mmWave in einer solchen Umgebung funktionieren könnte, und über Piloten in Kalamazoo und South Bend, wo das Unternehmen ein vollständiges 5G-Endgerät entwickelte -to-End-Netzwerk und sah, dass mmWave-Signale 1 Gbit / s-Geschwindigkeit bei bis zu 900 Fuß liefern können, ohne dass Witterungseinflüsse auftreten und die Signale Materialien besser durchdringen als erwartet.

Die Geschwindigkeit ist aufregend, sagte Arnoldi, aber die Latenz ist die große Veränderung. Als Nächstes beschrieb sie Anwendungen wie den Einzelhandel mit immersiver virtueller und erweiterter Realität und digitaler Beschilderung anstelle von Mannequins. Gesundheitsvorsorge; Herstellung; Finanzen, mit Dingen wie Geldautomaten, die drahtlos Video über 5G anbieten; öffentliche Sicherheit; und Transport.

Bill Stone, Vizepräsident für Technologieentwicklung und -planung bei Verizon, bezeichnete 5G als Mehrzwecklösung, mit der Betreiber "Software nutzen und das Netzwerk für verschiedene Anwendungsfälle aufteilen können". Für Verizon wird Fixed Wireless das erste Netzwerksegment sein, aber es ist nur ein Anwendungsfall, und es wird schnell mobiles Breitband folgen, sagte Stone.

Verizons Unterstützung des Verizon 5G Tech Forums trug zur Beschleunigung des 3GPP-Prozesses bei. Die ersten Produkte von Verizon werden zwar nicht vollständig auf Standards basieren, sie sollten jedoch sehr schnell auf den 3GPP-Standard umgestellt werden. Er hob die Pläne des Unternehmens hervor, nach Möglichkeit größere Frequenzbereiche zu verwenden, die Dichte kleiner Zellen zu erhöhen, auf massive MIMO-Bänder (Mehrfachantennen) in mmWave-Bändern umzusteigen und die Anzahl der Antennen in anderen Bändern zu erhöhen.

Stone sagte, dass Verizon erwartet, zuerst mit 5G Fixed Wireless zu sein, und stellte fest, dass es in Tests bereits einen 80-Gbit / s-Dienst 2.000 Fuß vom Knoten entfernt liefern könnte. Aber er sagte, das Unternehmen zähle darauf, nur ein Netzwerk mit mehreren Slices zu haben, und die Priorität des Unternehmens sei "Mobil, Mobil, Mobil". Mit Blick auf die Zukunft sagte er jedoch, dass eine 5G-fähige Cloud und "Intelligent Edge" sowie industrielle Automatisierungsanwendungen neue Anwendungsfälle vorantreiben werden.

Seizo Onoe, Chief Technology Architect von NTT Docomo, sprach darüber, wie Docomo bei der Einführung von 5G Partnerschaften mit bestimmten Branchen eingeht - Automobil, Eisenbahn, Bauwesen, Gesundheitswesen usw. Die Einführung von 5G kann argumentiert werden, auch wenn neue Anwendungen unsicher seien, nur weil die Betreiber eine höhere Datenkapazität bei verbesserten Kosten pro Bit feststellen können.

Onoe wiederholte seine Argumentation aus dem letzten Jahr, wonach die Vorgängergeneration oft kurz vor dem Start der nächsten Generation boomt, wie es bei verbessertem 3G (HSPA +) vor dem Start von 4G LTE der Fall war, und dass die Branche in der Vergangenheit nur mit Even große Erfolge erzielt hat Generationen. Er schlug jedoch vor, dass die branchenübergreifende Zusammenarbeit dies ändern könnte, da sich neue Anwendungen entwickeln.

Ich war am meisten an seiner Idee interessiert, dass 5G die letzte Generation sein könnte, wenn es um große technologische Durchbrüche geht. Onoe sagte, während eine bestimmte Technologie jede der vorherigen Generationen definiert hat, ist 5G tatsächlich eine Kombination von Technologien, so dass 5 die endgültige Zahl sein könnte, wenn wir nicht in der Lage sind, einen neuen technologischen Durchbruch zu erfinden. Trotzdem bemerkte er, dass "Marketing-Gimmicks" bedeuten könnten, dass wir eine zukünftige Nummer sehen werden, und dass es, obwohl es Gimmicks sein könnten, "Freiheit" ist.

Die Entwicklung von 5G

Viele der Präsentationen befassten sich eingehender mit der Technologie und den Standards sowie deren Entwicklung.

Peiying Zhu, ein Huawei Fellow, erklärte, wie 3GPP derzeit Release 15 seines Standards genehmigt hat, einschließlich einer nicht eigenständigen Version (Non-Standalone, NSA), in der beschrieben wird, wie 5G-Geräte in einem Netzwerk funktionieren können, das größtenteils auf der gleichen Infrastruktur wie 4G LTE basiert Netzwerke. Sie sagte, dass die Arbeit schnell auf eine eigenständige Version (SA) dieses Standards übergeht (eine, bei der sowohl die Funkgeräte als auch der Kern des Netzwerks für 5G ausgelegt sind), ebenso wie die Arbeit an einem Release 16, das weitere Funktionen hinzufügen wird.

Release 15 unterstützt größtenteils eine verbesserte mobile Bandbreite (eMBB), während spätere Versionen eine breitere Palette von IoT-Anforderungen erfüllen sollten, darunter "äußerst zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz, fester drahtloser Zugriff und massive Kommunikation nach Maschinentyp", sagte Zhu.

Release 15 enthält ein "5G New Radio" mit einer Vielzahl neuer Funktionen, und Zhu sprach über die Auswirkungen der verschiedenen Änderungen. Sie diskutierte, wie Tests mit dem 3, 5-GHz-Spektrum eine 10-fache Verbesserung des Benutzererlebnisses mit einem Zehntel der Latenz und einem Zehntel der Kosten pro Bit bestehender Lösungen zeigten, was 5G für erweitertes mobiles Breitband sehr eindrucksvoll macht. Und Zhu diskutierte andere Details, die Teil der Spezifikation von Release 16 oder späteren Versionen sein könnten, die andere Anwendungen ermöglichen würden.

Mikael Höök, Director of Radio Research bei Ericsson Research, erörterte auch die Weiterentwicklung des Standards im Hinblick auf die ITU-2020-Vision. Er sprach darüber, wie das neue Radio "ultra-schlank" ist (was bedeutet, dass es Störungen verringert und bei Nichtgebrauch abgeschaltet wird) und gleichzeitig Vorwärtskompatibilität bietet, sodass neue Funktionen hinzugefügt werden können. Er bemerkte auch, wie es mehrere Antennen verwenden kann, sprach sich für eine niedrige Latenz aus und sagte, dass der breite Spektrumsbereich viele verschiedene Fähigkeiten bieten wird.

Höök betonte, dass dies in vielen verschiedenen Anwendungen funktionieren kann, von der Bereitstellung einer sehr schnellen Abdeckung auf stark befahrenen Straßen und Plätzen bis hin zur Bereitstellung einer festen Funkverbindung in vorstädtischen Umgebungen. Er sprach auch über Fabrikautomation.

In einer anschließenden Podiumsdiskussion wurde viel darüber diskutiert, ob das neue Radio für Anwendungen im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) geeignet ist. Höök erwähnte bestehende 4G-Standards wie NB-IOT und andere, darunter Zhu und Nokia Antti Toskala über neue IoT-Anwendungsfälle, die möglicherweise eine höhere Bandbreite oder eine geringere Latenz erfordern.

Im industriellen Umfeld versuchten einige Diskussionsteilnehmer, eine Frage zu beantworten, wie 5G mit den IEEE 802 (Wi-Fi) -Standards verglichen werden kann, die normalerweise für nicht lizenziertes Spektrum gelten. Laut Höök ist in einigen Fällen ein nicht lizenziertes Spektrum gut genug, aber nicht, wenn Sie "fünf Neunen an Zuverlässigkeit" benötigen. Toskala wies auf Funktionen wie die 3GPP-Authentifizierung und die Dienste hin, die Telekommunikationsunternehmen Anbietern anbieten, aber einige im Publikum drängten darauf zurück. Zhu sprach darüber, wie 5G für die Koexistenz ausgelegt ist, damit sowohl 5G- als auch 802-basierte Standards an denselben Standorten funktionieren können.

Arun Ghosh, Direktor der Advanced Wireless Technology Group von AT & T Labs, sprach über 5G in Smartphones und sagte, es sei immer noch die Frage eines Geschäftsmodells, da LTE recht gut funktioniert. Laut Ghosh befasst sich 5G vor allem mit anderen Geschäftsfällen, beispielsweise bei autonomen Fahrzeugen, bei denen die Verbindung einer großen Anzahl von Autos in Bereichen wie der Kollisionsvermeidung hilfreich sein kann. Fast alle Diskussionsteilnehmer waren sich jedoch einig, dass wir in naher Zukunft erwarten sollten, dass Mobiltelefone sowohl 5G- und 4G-LTE als auch mmWave- und traditionelles (Sub-6GHz) Spektrum unterstützen.

Alle Diskussionsteilnehmer waren sich ziemlich einig mit Ian Wong von National Instruments, der sagte, dass "Millimeterwellen besser funktionieren als erwartet". Viele schienen auch Zhu zuzustimmen, die sagte, es wäre gut, globale Bänder für 5G zu haben, und sie plädierte für 3, 5 GHz als ein solches Band.

5G und mehr

Während sich 5G gerade auf den ersten Start vorbereitet, wird die Forschung weiter vorangetrieben, um die nächste Stufe zu erreichen. Viele Redner sprachen über die nächsten Schritte in den Standards, andere konzentrierten sich jedoch mehr auf die zukünftige Forschung.

Thyaga Nandagopal, stellvertretende Abteilungsleiterin der Abteilung Computing and Communication Foundations (CCF) der National Science Foundation, sprach über die bedeutenden Forschungsarbeiten an Universitäten und nationalen Labors, fügte jedoch hinzu, dass zwischen diesen Institutionen und dem Institut ein "Tal des Todes" bestehe Unternehmen. Um diese Lücke zu schließen, hat die NSF ein Programm namens Platforms for Advanced Wireless Research (PAWR) ins Leben gerufen, in dem ein Industriekonsortium und die NSF jeweils 50 Millionen US-Dollar zur Schaffung von vier Plattformen im städtischen Maßstab für Tests für die nächste Generation bereitstellen drahtlose Systeme. Diese Plattformen bieten Forschern einen offenen Zugang, um Ideen für neue Systeme zu testen.

Die ersten beiden Systeme befinden sich in Salt Lake City und New York. In Salt Lake City entwickeln die University of Utah und die Rice University Projekte wie POWDER (Plattform für offene drahtlose datengesteuerte experimentelle Forschung) und RENEW (ein rekonfigurierbares Ökosystem für End-to-End-Wireless der nächsten Generation).

In New York heißt das Projekt COSMOS (Cloud Enhanced Open Software Defined Mobile Wireless, getestet für den Einsatz in Großstädten) und wird von NYU Wireless, Columbia und Rutgers durchgeführt. COSMOS wurde entwickelt, um eine Vielzahl neuer Technologien in einem komplexen städtischen Umfeld zu testen. Bis Juli 2019 sollen zwei weitere Plattformen ausgewiesen werden.

Auf der Konferenz stellte Ted Rappaport von NYU Tandon und Gründungsdirektor von NYU Wireless fest, dass er von der Geschwindigkeit der Einführung der mmWave-Technologie beeindruckt war. Er schrieb einige der frühen Artikel zu diesem Thema und war maßgeblich an der Gründung von NYU Wireless im Jahr 2012 und der Brooklyn 5G-Konferenz im Jahr 2014 beteiligt. Dann äußerte er sich skeptisch, ob mmWave funktionieren könnte. Es wurde inzwischen akzeptiert und ist auf dem Weg zur Kommerzialisierung.

Auf die Frage, ob die Verbreitung kleiner Zellen mit der mmWave-Technologie ein neues Problem für die Gesundheit sein könnte, sagte Rappaport, während Sie "keinen negativen Nachweis erbringen können", dass die verwendeten Funkfrequenzen sechs Größenordnungen unter der Frequenz liegen, die für ionisierende Strahlung dieser Art erforderlich ist erzeugt durch Röntgenstrahlen (die mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Krebs korrelieren). Außerdem stellte er fest, dass kleine Zellen und Richtantennen sowohl die Kontaktstärke als auch die Häufigkeit von Kontakten verringern, und verwies mich auf eine Studie der National Institutes of Health mit dem Titel "Safe for Generations to Come" (Sicher für kommende Generationen), die dies bestätigt.

Später hat Rappaport mir Untersuchungen gezeigt, die er und andere an der Universität durchführen, um beispielsweise das 140-GHz-Spektrum für eine noch schnellere Kommunikation, möglicherweise für einen zukünftigen Standard, zu nutzen. Andere Teilnehmer der Konferenz sprachen auch über 90 GHz und höhere Frequenzen im D-Band.

Es hängt alles von Ihrer Perspektive ab. Einerseits könnte sich 5G der Ziellinie nähern, um endlich startbereit zu sein. Aber auf der anderen Seite fängt es in vielerlei Hinsicht gerade erst an.