5G i przyszłość Internetu Rzeczy

Tweede, derde en vierde generatie mobiele netwerken worden op dit moment in verschillende sectoren gebruikt voor IoT-toepassingen. Van productiebewaking in fabrieken, voertuigdiagnose en -bewaking in de transport tot en met digital signage en klanttracering in de handel; Internet of Things vergroot de efficiëntie, vermindert uitvaltijden en verlaagt de kosten. Met de introductie van 5G zal Internet of Things een nog dominantere rol gaan spelen in tal van bedrijfstakken. Voordat we uitgebreid ingaan op 5G, de categorieën, toepassingen en kenmerken, blikken we kort terug.

Od 1G do 3G

Analogowa sieć 1G została uruchomiona w 1981 roku w Skandynawii. Ta tak zwana sieć NMT oferowała międzynarodowy roaming i była głównie wykorzystywana do pierwszych telefonów komórkowych (samochodowych). W latach 90. 1G została zastąpiona przez 2G (GSM, GPRS i EDGE). Te drugiej generacji sieci komórkowe, oprócz połączeń głosowych, umożliwiały również wysyłanie i odbieranie wiadomości SMS oraz dostęp do internetu z niską prędkością. Co więcej, 2G było pierwszą siecią, która umożliwiała komunikację między urządzeniami. Około 2001 roku w Holandii można było korzystać z 3G (UMTS, HSDPA i HSDPA+) do rozmów, SMS-ów i transmisji danych. Ta technologia oferowała nie tylko szerszy zasięg niż 2G, ale także wyższą prędkość.

4G

Od 2010 roku 3G stopniowo ustępuje miejsca technologii 4G LTE (Long Term Evolution). Szczególnie pod względem przepustowości i prędkości, sieć ta oferuje duże możliwości zarówno dla konsumentów, jak i firm. Sieć ta jest idealna do transmisji danych, szybkiego internetu mobilnego oraz aplikacji IoT. Na przykład technologie NB-IOT i LTE-M korzystają z sieci LTE.

Przestarzałe, czy jednak nie?

Wdrożenie 5G może sugerować, że 2G jest już przestarzałe. Jednak nie jest to do końca prawdą. Sieć ta nadal jest szeroko wykorzystywana na całym świecie do zastosowań IoT. Przykładowo, 2G jest używane przez operatorów sieci (inteligentne liczniki) oraz służby ratunkowe (komunikacja).

5G: gigantyczny skok

Szybsze, bardziej niezawodne i mniej opóźnień

Podczas gdy 4G było opracowywane z myślą o smartfonach, 5G (New Radio) stanie się siecią dedykowaną aplikacjom IoT. Oferuje nie tylko wyższe prędkości i większą pojemność, ale także znacznie mniejsze opóźnienia między wysyłaniem a odbieraniem (latencja). Dzięki temu nie tylko telefony, ale także pojazdy, roboty i inne inteligentne urządzenia mogą korzystać z 5G. W tej sieci usługi mobilne są podzielone na trzy kategorie: eMBB, uRLLC i mMTC.

eMBB

Enhanced Mobile Broadband koncentruje się na usługach, które wymagają wysokiej przepustowości. eMBB jest zatem odpowiednie dla:

• Wirtualnej Rzeczywistości (VR)
• Rozszerzonej Rzeczywistości (AR)
• pracy w chmurze
• nadzoru wideo
• strumieniowania filmów HD

uRLLC

Ultra-Reliable & Low-Latency Communications to wariant 5G, który koncentruje się na usługach wrażliwych na opóźnienia. Technologia ta jest dobrze zastosowana w:

• samochodach autonomicznych
• opiece zdrowotnej (eHealth)
• robotyce
• przemyśle 4.0

mMTC

Massive Machine Type Communications koncentruje się na usługach, które wymagają wysokiej gęstości połączeń. Do tej kategorii należą technologie LPWA, takie jak NB-IoT i LTE-M z węzłami / czujnikami. Dobrze nadaje się do zastosowania w:

• inteligentnych miastach
• inteligentnych budynkach
• inteligentnym rolnictwie
• inteligentnych fabrykach

Częstotliwości 5G

Aukcja i wdrożenie pasm częstotliwości

Technicznie rzecz biorąc, 5G może być używane w istniejących pasmach częstotliwości (na przykład w połączeniu z 4G). Niektórzy operatorzy oferują 5G w paśmie 1800 MHz, na którym oferują 4G. Technicznie rzecz biorąc, urządzenie 5G ma wówczas dostęp do 5G, choć prędkość nie jest znacznie wyższa niż w przypadku 4G.

Unia Europejska wyznaczyła pasma 700 megaherców, 3,5 gigaherca i 26 gigaherców do wdrożenia 5G w Europie. Ministerstwo Gospodarki i Klimatu otworzyło 29 czerwca 2020 roku aukcję pasma 700 MHz. W 2022 roku zostanie przeprowadzona aukcja częstotliwości 3,5 GHz, a następnie pasma 26 GHz.

Różnica między tymi częstotliwościami polega głównie na zasięgu i przepustowości. Przy opracowywaniu zastosowań IoT warto więc uwzględnić te częstotliwości.

Pasma częstotliwości

700 MHz

Niskie częstotliwości, takie jak 700 MHz, mają duży zasięg, co oznacza, że potrzebna jest mniejsza liczba anten. Pasmo to jest najbardziej odpowiednie do zapewnienia krajowego zasięgu dla wielu użytkowników przy niewielkiej transmisji danych. Dlatego idealnie nadaje się do zastosowań IoT w inteligentnych licznikach energii i rolnictwie. Pasmo 700 MHz jest mniej odpowiednie dla zastosowań wymagających wysokiej prędkości przesyłu danych.

3,5 GHz

Pasmo 3,5 GHz oferuje większą przepustowość niż 700 MHz. Pasmo to jest najbardziej odpowiednie do zastosowań wymagających wysokiej prędkości transmisji danych i dobrego zasięgu. Częstotliwość 3,5 GHz nadaje się do wielu zastosowań biznesowych i konsumenckich, które wymagają wysokich standardów, takich jak jakość obrazu w Wirtualnej Rzeczywistości, wideo w jakości HR i wideo 360 stopni. Sygnał jest jednak bardziej tłumiony przez ściany i okna, co utrudnia zapewnienie zasięgu wewnątrz budynków. Ponieważ zasięg anten jest mniejszy niż w paśmie 700 MHz, potrzebna jest większa liczba anten.

Pasmo 26 GHz

Pasmo 26 GHz najlepiej działa przy dużej liczbie stacji bazowych. Dlatego pasmo to nie nadaje się do stworzenia ogólnokrajowej sieci. Częstotliwość ta nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej prędkości transmisji danych, takich jak dziesiątki bezprzewodowych kamer wideo w dużych przestrzeniach publicznych (stadiony i stacje).

Nie jest jeszcze pewne, czy to pasmo częstotliwości będzie dostępne w Holandii. Rząd bada, czy warto otworzyć pasmo 26 GHz na potrzeby 5G.

Massive MIMO w 5G

Aby zwiększyć efektywność w pasmach częstotliwości, można wykorzystać massive MIMO (Multiple Input Multiple Output). Dzięki tej technologii sygnały są kierowane do urządzeń i użytkowników w postaci małych wiązek, co może zapewnić nawet sześciokrotnie większą przepustowość na użytkownika. Massive MIMO jest stosowane głównie w obszarach, gdzie wielu użytkowników potrzebuje dużej przepustowości.

Internet Rzeczy i 5G

Low Power Wide Area

LPWA to technologia komunikacji bezprzewodowej opracowana specjalnie dla zastosowań IoT. Charakteryzuje się niskim zużyciem energii (baterii) i dużym zasięgiem. Podczas opracowywania LPWA uwzględniono również tanią infrastrukturę, niewielką przepustowość oraz możliwość połączenia milionów urządzeń. Zarówno NB-IoT, jak i LTE-M korzystają z sieci 4G w zakresie bezpieczeństwa, infrastruktury i zasięgu. 3rd Generation Partnership Project (3GPP), organizacja standaryzacyjna w branży telekomunikacyjnej, już zapowiedziała, że technologie LPWA, NB-IoT i LTE-M będą kontynuowane i rozwijane w ramach 5G.

NB-IOT NarrowBand

Internet Rzeczy to technika LPWA, która jest idealna do przemysłowych (wielkoskalowych) zastosowań w budynkach, fabrykach i rolnictwie. NB-IoT łączy dobrą dostępność z dużym zasięgiem. Sygnał nie jest tłumiony przez grube ściany, co umożliwia zastosowania pod ziemią. Kolejną zaletą jest to, że łączy wiele urządzeń, a baterie czujników działają przez długi czas (ponad 10 lat). Minusem NB-IoT jest jednak niska przepustowość. Z tego powodu nie można przesyłać dużej ilości danych w krótkim czasie.

Zalety

• Brak kolizji
• Dobra przenikalność
• Zasilanie z baterii

Wady

• Brak czasu rzeczywistego
• Potrzebny operator
• Brak globalnego zasięgu

LTE-M

Long Term Evolution for Machines umożliwia przesyłanie danych na duże odległości przy niskim zużyciu energii między urządzeniami a internetem. Technologia ta oferuje większą przepustowość w porównaniu z NB-IoT i ma lepszy zasięg w budynkach. LTE-M jest odpowiednie do przesyłania informacji na częstotliwości z niższą prędkością. Największą zaletą LTE-M jest możliwość przesyłania informacji w czasie rzeczywistym, co czyni tę technologię idealną do zastosowania w obiektach ruchomych.

Zalety

• Czas rzeczywisty
• Duży zasięg, obsługa mowy i SMS

Wady

• Potrzebny operator

Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt pod numerem telefonu +31(0)85-0443500 lub mailowo na adres info@thingsdata.com.