Dezvoltarea generațiilor de tehnologii pentru rețele celulare fără fir este în desfășurare continuă. 3G a fost considerat fundamentul în bandă largă mobilă, dar cea mai recentă generație de comunicații mobile celulare, numită 5G New Radio, va realiza “societatea în rețea”, în care toată lumea și totul sunt conectate perfect oriunde și de fiecare dată.
Ce este 5G New Radio (NR)?
5G New Radio (NR) este standardul global pentru o interfață aeriană wireless 5G unificată și mai capabilă decât 4G. Acesta va oferi aplicații de bandă largă mobilă mult mai rapide și mai receptive și va extinde tehnologia mobilă pentru a conecta și redefini o multitudine de industrii noi.
Ce face 5G atât de special?
5G este a cincea generație dezvoltată pentru a oferi viteză mai mare, latență mai mică și capacitate mai mare de date decât rețelele 4G/LTE. LTE este frecvent comercializat ca 4G LTE, dar nu îndeplinește strict criteriile tehnice ale unui serviciu wireless 4G. Tehnologiile actuale LTE Advanced și WiMAX-Advanced 4G, au fost definite de ITU (International Telecommunication Union) ca fiind „adevăratul 4G”.
5G este una dintre cele mai rapide și mai robuste tehnologii ce se extinde în prezent. Aceasta înseamnă descărcări mai rapide, întârziere mult mai mică și un impact semnificativ asupra modului în care trăim și lucrăm.
5G NR este proiectat pentru a suporta transmisii de lățime de bandă, echivalentă cu transmisii prin fibră optică, necesare pentru aplicații cu transmisii de volum mare de date în flux continuu (streaming), precum și transmisii cu lățime de bandă redusă utilizate în comunicațiile M2M la scară masivă, acolo unde este necesar. 5G NR suportă transmisii cu cerințe de latență extrem de scăzute – un aspect important în comunicațiile vehicul-vehicul și vehicul-infrastructură.
Cum funcționează 5G NR?
5G NR folosește o serie de noi tehnici de inginerie ce stau la baza câștigurilor semnificative ale 5G NR în ceea ce privește capacitatea și debitul de date, dar și acoperirea:
- Diversitatea spectrului care variază de la câteva sute de kHz la unde milimetrice (mmWave) pentru a permite diferite cazuri de utilizare, dimensiuni de celule și rate de date;
- Modularitate – noi metode de multiplexare ortogonală prin diviziune de frecvență în care un singur flux de informații este împărțit între mai multe frecvențe de subcanal de bandă îngustă distanțate, în loc de o singură frecvență de canal de bandă largă;
- Noi tehnici de codare a canalelor;
- Algoritmi de reutilizare a frecvenței, chiar și în medii dense;
- Capacități masive MIMO (intrări multiple, ieșiri multiple) și capabilități evoluate de formare a fasciculului;
- Operațiuni divizate în intervale de timp, dezvoltate pentru a furniza comunicații cu latență ultra scăzută.
Cerințe principale pentru 5G NR
Pentru ca o conexiune să se califice ca 5G NR, trebuie îndeplinite mai multe cerințe de performanță și conectivitate. Unele dintre aceste cerințe sunt următoarele:
- Conexiunea trebuie să accepte conexiuni mobile fără fir.
- Conectivitatea trebuie să accepte internetul lucrurilor (IoT), un concept care include toate dispozitivele și conexiunile cu fir sau fără fir care alcătuiesc aplicația digitală a unui utilizator, precum și dispozitivele client inteligente de tip senzor.
- Trebuie să implementeze un design de semnalizare slab. Aceasta înseamnă că semnalele sunt pornite numai atunci când este necesar, scăzând puterea totală de procesare necesară dispozitivelor client.
- Conexiunea trebuie să utilizeze lățime de bandă adaptivă, care permite dispozitivelor să treacă la o lățime de bandă redusă și o putere mai mică ori de câte ori este posibil, economisind energie atunci când sunt necesare lățimi de bandă mai mari.
- 5G NR ar trebui, de asemenea, să impună cerințe stricte de transmisie a datelor. Forțând toți utilizatorii și conexiunile să respecte reguli specifice, se face întreaga rețea mai rapidă și mai eficientă.
Beneficiile 5G New Radio chiar și asupra celor mai bune rețele 4G/LTE (LTE – Long Term Evolution) includ următoarele:
- Capacitate mai mare a zonei wireless;
- Economii sporite de energie pe dispozitiv;
- Perioadă mai mică de timp între actualizări – adică, ciclu de timp mediu redus pentru îmbunătățirea serviciului;
- Legături îmbunătățite care conectează un număr mai mare de utilizatori;
- Tehnologie îmbunătățită pentru menținerea calității unei conexiuni pe o zonă geografică extinsă;
- Viteză și rate de date îmbunătățite, adică mai mulți biți sunt procesați într-o unitate de timp;
- Eficiență îmbunătățită în partajarea datelor.
Spectrul 5G NR
Standardul 5G NR acceptă o serie de benzi de frecvență joasă, medie și înaltă. Acestea sunt împărțite în: (1) intervalul de frecvență 1, care include benzi de frecvență mai mici de 6 GHz; (2) intervalul de frecvență 2, care include benzi cu un interval scăzut, combinat cu o lățime de bandă mare; (3) mmWave.
Benzile acceptate de 5G NR includ, de asemenea, spectru licențiat și spectru fără licență 5G NR-U, care includ benzi ce pot fi accesate de oricine. Această diversitate largă de secțiuni de spectru este unică pentru 5G NR, dar ajută la îndeplinirea cerințelor tehnologiei cu spectru intensiv.
5G și LTE: diferențe cheie și reducerea decalajului
Întrucât competența LTE cedează la 5G, este important să înțelegem cum se compară cele două tehnologii.
Arhitectura de rețea 5G NR folosește frecvențele mai mari care necesită cantități mari de noduri mai mici montate pe stâlpi și clădiri pentru a duce rețeaua la utilizatori peste tot. Deci 5G va diferi de 4G cu modelul LTE centrat pe turn. Operatorii de rețelele mobile actualizează infrastructurile lor pentru 5G NR, iar clienții sunt informați de extinderea 5G pe o serie de site-uri web și pot urmări acoperirea 5G.
Pentru implementările private 5G NR, Citizens Broadband Radio Service (CBRS) oferă o opțiune convingătoare.
Exemplu: Google Spectrum Access System (SAS) pentru piața CBRS de 3,5 GHz are prețul: 2,25 USD pe lună pe gospodărie, cel puțin într-un set wireless fix.
Notă: LTE și 5G private pentru industrie par să ruleze mai repede decât se aștepta. Operatorul de telefonie mobilă Vodafone din UK a estimat în 2021 – la un eveniment organizat de furnizorul privat de rețea Athonet: „Un milion de rețele private până la sfârșitul deceniului? La Vodafone, credem că este posibil. Numai în Europa, avem aproximativ un milion de companii care ar putea beneficia de rețelele mobile private – majoritatea în producție, împreună cu logistică și depozitare, utilități, petrol și gaze și, din ce în ce mai mult, în domeniul sănătății.”
Trebuie remarcat faptul că rețelele 5G au nevoie de clienți compatibili pentru a profita cu adevărat de capabilitățile noii tehnologii și vedem din ce în ce mai multe dispozitive client 5G. În cele din urmă, 5G NR continuă să se dezvolte în faze, la fel ca 4G/LTE. Deci, nu toate rețelele 5G NR vor fi la fel, din punct de vedere al capacității la un moment dat.
5G NR aduce progrese în tehnologiile celulare care nu se regăsesc în 4G. Aceste progrese oferă beneficii impresionante și împlinesc obiectivul final de a fi ultra fiabil. Unele dintre progrese sunt următoarele:
- Numerologia flexibilă. Un concept complex de inginerie ce permite adaptarea dinamică a intervalelor de timp și a spațiilor subpurtătoarelor pentru a obține o latență scăzută pentru aplicațiile care au nevoie de aceasta, precum și pentru a asigura coexistența între LTE și 5G NR acolo unde este necesar.
- Cererea de repetare automată hibridă (HARQ). HARQ lucrează la cele mai joase straturi de rețea și optimizează în mod adaptiv funcțiile de corectare a erorilor înainte și de retransmitere pentru rate mai mici de eroare de biți.
- Time-division duplexing (TDD). Este o tehnică în care funcțiile uplink și downlink au loc pe aceeași frecvență. În 5G NR, TDD a fost elaborat pentru viteză și flexibilitate.
- Starea inactivă. E o îmbunătățire de economisire a energiei în 5G NR care mărește starea inactivă. Cel mai simplu, noua stare inactivă reduce consumul conform unui plan de control gradual, în care multe dispozitive trebuie să iasă din modul de repaus pentru a transmite date.
De reținut!
Prin ce diferă 5G de 4G?
5G oferă mai multe beneficii în comparație cu 4G: viteze mai mari, latență mai mică, capacitate pentru un număr mai mare de dispozitive conectate, interferențe mai puține și eficiență mai bună. Va fi posibil să existe mult mai multe dispozitive care funcționează fiabil, sigur și neîntrerupt în aceeași zonă. 4G poate suporta circa 4.000 de dispozitive pe kilometru pătrat, în timp ce 5G va suporta aproximativ un milion.
Interfața 5G New Radio, împreună cu alte tehnologii noi, utilizează frecvențe radio de 10 ori mai mari decât 4G.
Poate 5G să treacă prin pereți? Blochează copacii 5G?
5G folosește unde milimetrice care au capacitatea limitată de a pătrunde prin obstacole fizice, cum ar fi clădiri, copaci și chiar prin ploaie sau ninsoare.
Lungimile de undă 4G au o rază de acțiune de aproximativ 16 km, în timp ce 5G are o rază de acțiune de doar 0,3 km. Dificultatea undelor milimetrice de a trece de la exterior la interior poate duce la o acoperire slabă și la viteze mai mici de descărcare. Problema se rezolvă prin creșterea numărului de antene 5G distribuite pe teren (care au dimensiuni mult mai mici decât cele pentru 4G).
Care sunt benzile de frecvență 5G?
Benzile de frecvență pentru rețelele 5G vin în două seturi. Gama de frecvență 1 este de la 450 MHz la 6 GHz. Gama de frecvență 2 este de la 24,25 GHz la 52,6 GHz. Tehnologia 4G utilizează frecvențe radio 700 MHz – 2500 MHz. Pentru a partaja frecvențele utilizate de rețelele LTE și 5G, poate fi utilizată duplexarea cu divizare în frecvență și timp.
Notă importantă. Gama de frecvență a semnalelor 5G introduse se află în banda neionizantă a spectrului electromagnetic și cu mult sub cele considerate dăunătoare de ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection).
Unde se situează 5G în spectrul electromagnetic.
Capacitățile cheie ale 5G (care acceptă EMBB – Enhanced Mobile Broadband, URLLC – Ultra-High Reliability & Low Latency și MMTC – Massive Machine-Type Communications) acționează ca un factor de activare pentru Industria 4.0.
Industria 4.0 este definită ca tendința actuală de automatizare și schimb de date în tehnologii de fabricație. Principalele sale domenii de cercetare includ sistemele ciber-fizice (cyber-physical system – CPS), IoT, cloud computing și cognitive computing. Industria 4.0 realizează ceea ce s-a numit o „fabrică inteligentă”. În cadrul fabricilor inteligente structurate modular, sistemele ciber-fizice monitorizează procese tehnologice fizice, creând o copie virtuală a lumii fizice, pentru a se lua decizii descentralizate.
Limitările actuale 4G/3G se referă la fiabilitatea conexiunilor wireless, la consumul de energie din dispozitive, întârzierea în comunicații de la sursă la destinatar, limitarea la o densitate maximă de dispozitive într-o rețea.
5G elimină aceste limitări, permițând cazuri de utilizare care nu erau posibile înainte. Acestea pot fi grupate în următoarele categorii:
(1) Procese critice ca durată de timp (2) Fiabilitate ultra ridicată (de exemplu, monitorizare în timp real, robot controlat prin viziune), (3) Comunicare critică în timp real (proces logistic care implică bunuri și active, proces de control al calității sau achiziție date) și (4) Controlul fabricii de la distanță (lucrători la distanță, realitate augmentată).
Analizoarele de rețea celulară vă permit să aflați canalele radio cu cel mai mare raport de ocupare, nivelul semnalelor, să identificați interferențele radio și să optimizați alegerea rețelei pentru a profita la maximum de lățimea de bandă disponibilă.
Analizoare de rețea celulară. Soluțiile SNYPER de la Siretta
Familia de analizoare de semnal SNYPER este sofisticată, dar ușor de utilizat, cu un afișaj color mare și luminos.
SNYPER-LTE Spectrum (EU) este un analizor de putere a semnalului de rețea de înaltă performanță, dedicat monitorizării rețelelor europene 4G/LTE (EU), 3G/UMTS și 2G/GSM.
Gama este oferită în tehnologiile celulare utilizate acum în aplicații profesionale pentru a acoperi toate turnurile celulare de rețea utilizate în prezent. Lungimile de undă 4G au o rază de acțiune de aproximativ 16 km, în timp ce 5G are o rază de acțiune de doar 0,3 km.
SNYPER este o unitate portabilă, poate funcționa cu baterie câteva ore, între încărcări. SNYPER afișează un rezumat al tuturor rețelelor găsite în zonă, puterile lor relative ale semnalului și numărul de celule disponibile.
Familia SNYPER îndeplinește o serie de funcții diferite pentru a determina:
- Amplasarea optimă a antenei
- Evaluarea performanței instalațiilor existente
- Cele mai bune performanțe de rețea pentru un site
- Cea mai bună alegere a operatorului de rețea pentru un site
- Evidențierea puterii semnalului rețelei, în ordine
SNYPER are o serie de praguri de putere a semnalului în pagina de rezumat, oferind o vizualizare mai concisă, unde doar semnalele peste un anumit nivel dBm / RSSI / Procent sunt de interes.
SNYPER-LTE Graphyte (EU) V2 este un analizor de semnal de rețea de înaltă performanță și un înregistrator de semnal celular, dedicat supravegherii și înregistrării rețelelor europene 4G/LTE (UE), 3G/UMTS și 2G/GSM. SNYPER-LTE Graphyte (EU) poate salva mai multe sondaje, fiecare cu diferite opțiuni de înregistrare pe durate de timp. Rezultatele sondajului pot fi descărcate pe un computer și afișate clar într-un format grafic HTML cu detaliile înregistrate în timpul sesiunii de sondaj. Astfel, se pot identifica stațiile de bază nesigure și serviciul celular intermitent, ceea ce nu este posibil cu sondajele la fața locului. Defalcarea completă pentru graficele rezumative HTML sunt afișate în fișiere CSV corespunzătoare.
- 6 benzi LTE, 3 benzi UMTS/HSPA+, 2 benzi GSM/GPRS
- Ecran LCD mare, ușor de citit
- Meniuri logice și operare
- Opțiuni de înregistrare selectabile pentru a determina cel mai de încredere operator de telefonie mobilă
- Evaluează performanța MNO în timp
- Determină „hotspot-uri” și asistă la alinierea antenei cu liveSCAN
- Salvează până la 84 de sondaje cu un singur ciclu
- Salvează jurnalele LiveSCAN
- Funcții activate pentru portalul de cartografiere integrate.
Surse WEB:
https://www.techtarget.com/whatis/definition/5G-New-Radio-NR
https://www.youtube.com/watch?v=n5uxsP3k5DM
https://www.greensoft.ro/industria-4-0
https://www.qualcomm.com/products/technology/5g
https://www.youtube.com/watch?v=3pNfoY-uxZc
https://www.teldat.com/blog/5g-emmb-mmtc-urllc-fwa-smart-grid-automotive
https://blog.engineering.vanderbilt.edu/what-is-the-difference-between-cps-and-iot
https://www.lifewire.com/5g-cell-towers-4584192
https://www.hyconsys.com/CAADCPS2022
Constantin Savu
Director General
Ecas Electro
ECAS Electro | www.ecas.ro
ECAS Electro este distribuitor autorizat pentru produsele Siretta (https://www.siretta.com/products/antennas).
Detalii tehnice:
Ing. Emil Floroiu (emil@floroiu.ro)
birou.vanzari@ecas.ro