Khi triển khai 5g, câu hỏi vẫn còn

Cách đây vài tuần, tôi đã tham dự Hội nghị thượng đỉnh Brooklyn 5G tại Trường Kỹ thuật Tandon NYU, nơi tôi bị choáng váng bởi tiến trình xây dựng mạng 5G và không chắc chắn vẫn còn tồn tại về việc sử dụng và kinh tế của 5G nói chung.

Nhiều người tham dự đảm bảo với tôi rằng tôi thực sự sẽ sử dụng điện thoại 5G vào hội nghị thượng đỉnh vào năm tới và hầu hết đều tin rằng chúng tôi sẽ cần các mạng mới để xử lý lưu lượng tăng.

Hãy nhớ lại rằng 5G không phải là một công nghệ đơn lẻ, mà là một loạt các công nghệ làm việc cùng nhau. Nó bao phủ một dải phổ rộng từ dải tần thấp (như 600 MHz), có thể truyền đi một quãng đường dài nhưng với tốc độ tương đối chậm hơn; đến băng tần giữa (như 2, 5 hoặc 3, 5 GHz); đến băng tần cao (chẳng hạn như 28 hoặc 39GHz, đôi khi được gọi là sóng milimet hoặc mmWave), có thể rất nhanh. Tôi đã nghe các kỹ sư nói về tốc độ lý thuyết từ 5 Gbps trở lên nhưng không đi được rất xa.

Các tiêu chuẩn di động hầu hết được xác định bởi cơ quan tiêu chuẩn 3GPP, một nhóm bao gồm hầu như tất cả những người chơi chính trong hệ sinh thái di động toàn cầu và đã phát triển các tiêu chuẩn cơ bản cho 3G (như tên gọi) và 4G LTE (ban đầu là dài hạn sự phát triển của chuẩn 3G). Thông thường, các tiêu chuẩn này cuối cùng được thông qua bởi cơ quan tiêu chuẩn truyền thông ITU thậm chí còn rộng hơn. 3GPP đã phát hành các bản phát hành mới về tiêu chuẩn trên cơ sở gần như hàng năm và đang hướng tới một đặc điểm kỹ thuật 5G tập trung vào ba lĩnh vực chính: Băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), Truyền thông độ trễ thấp đáng tin cậy (URLLC) và Truyền thông loại máy khổng lồ (mMTC).

Trong số này, đầu tiên là những gì chúng ta thường nghĩ về một ứng dụng tiêu dùng, giúp điện thoại của chúng ta hoạt động nhanh hơn và đó là những gì hầu hết các triển khai 5G ban đầu sẽ dựa trên. (Một số mạng đầu tiên cũng sẽ được triển khai cho mạng không dây cố định.) Hai khu vực còn lại, UR URC và mMTC, chủ yếu dành cho các ứng dụng công nghiệp hoặc kinh doanh, mặc dù chúng có thể có các ứng dụng tiêu dùng và tôi vẫn nghe về các phương tiện tự trị với VR di động, mặc dù điều đó Nghe có vẻ giống như một ứng dụng thích hợp với tôi.

Nhưng nó có thể là những ứng dụng công nghiệp và thương mại hơn thực sự phát triển cùng với các tiêu chuẩn 5G; Rốt cuộc, chúng ta đã thấy những chiếc điện thoại hứa hẹn "gigabit LTE" trên mạng 4G và thật khó để hình dung những ứng dụng nào sẽ đòi hỏi nhiều tốc độ hơn cho người tiêu dùng cá nhân. Tuy nhiên, tốc độ bổ sung và thiết kế mạng được hứa hẹn bởi 5G có thể chỉ cần thiết để xử lý lưu lượng ngày càng tăng. Tôi sẽ nói nhiều hơn về các trường hợp sử dụng trong bài viết tiếp theo của tôi.

Mạng sẵn sàng hoạt động

Melissa Arnoldi, Chủ tịch Công nghệ & Vận hành của AT & T Communications, lưu ý rằng cần có các mạng xử lý lưu lượng truy cập hiệu quả hơn, bất kể ứng dụng là gì. Cô cho biết mạng di động của công ty đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng lưu lượng dữ liệu 360.000 phần trăm kể từ năm 2007 và "không có dấu hiệu chậm lại". Video hiện chiếm hơn một nửa lưu lượng truy cập và cô hy vọng rằng nó sẽ tăng lên 75 phần trăm vào năm 2020.

Arnold cần thiết để quản lý lưu lượng này, cũng như cho phép các ứng dụng như tăng cường và thực tế ảo, xe tự hành và máy bay không người lái, Arnoldi nói, lưu ý rằng ô tô tự lái cần kết nối có độ tin cậy cao và độ trễ thời gian thực thấp hơn lý tưởng 5 mili giây.

Xử lý lưu lượng này sẽ yêu cầu các mạng được xác định bằng phần mềm, Arnoldi nói, lưu ý rằng AT & T là trình điều khiển chính đằng sau ONAP (Nền tảng tự động hóa mạng mở). Cô hy vọng AT & T sẽ chuyển 65% lưu lượng truy cập của mình trên các mạng được xác định bằng phần mềm vào cuối năm nay.

AT & T dự định là nhà mạng đầu tiên của Hoa Kỳ có sẵn 5G tiêu chuẩn di động vào cuối năm nay, tại 12 thành phố. Cô đã thảo luận về một phi công bán lẻ mà công ty đã điều hành ở Waco, Texas, nơi có hàng trăm người dùng trong một cửa hàng bán lẻ để chứng minh làm thế nào mmWave có thể hoạt động trong một môi trường như vậy, và các phi công ở Kalamazoo và South Bend, nơi công ty đã tạo ra một kết thúc 5G đầy đủ mạng kết thúc và thấy rằng tín hiệu mmWave có thể cung cấp tốc độ 1Gbps ở tốc độ tối đa 900 feet mà không bị ảnh hưởng do thời tiết và các tín hiệu xuyên qua vật liệu tốt hơn mong đợi.

Tốc độ rất thú vị, Arnoldi nói, nhưng độ trễ là sự thay đổi lớn. Tiếp theo, cô mô tả các ứng dụng, chẳng hạn như bán lẻ, với các biển hiệu kỹ thuật số và thực tế ảo và tăng cường thay vì người giả; chăm sóc sức khỏe; chế tạo; tài chính, với những thứ như ATM cung cấp video trên 5G không dây cố định; an toàn công cộng; và giao thông vận tải.

Bill Stone, Phó Chủ tịch Kế hoạch & Phát triển Công nghệ tại Verizon, đã mô tả 5G là một giải pháp đa năng cho phép các nhà khai thác "tận dụng phần mềm và cắt mạng cho các trường hợp sử dụng khác nhau". Đối với Verizon, mạng không dây cố định sẽ là lát cắt mạng đầu tiên, nhưng đây chỉ là một trường hợp sử dụng và sẽ nhanh chóng được theo sau bởi băng thông rộng di động, Stone nói.

Sự hỗ trợ của Verizon cho Diễn đàn công nghệ 5G của Verizon đã giúp thúc đẩy quá trình 3GPP và trong khi các sản phẩm đầu tiên của Verizon sẽ không hoàn toàn dựa trên tiêu chuẩn, thì nó đã nhanh chóng chuyển sang tiêu chuẩn 3GPP. Ông nhấn mạnh các kế hoạch của công ty về việc sử dụng các dải phổ lớn hơn nếu có thể, tăng mật độ tế bào nhỏ và chuyển sang MIMO (nhiều ăng ten) trong các dải mmWave, cũng như tăng số lượng ăng ten trong các dải khác.

Stone cho biết Verizon dự kiến ​​sẽ là người đầu tiên có mạng không dây cố định 5G và lưu ý rằng trong các thử nghiệm, nó có thể cung cấp dịch vụ 80Gbps cách nút 2.000 feet. Nhưng ông cho biết công ty đang tính đến việc chỉ có một mạng, với nhiều lát cắt và ưu tiên của công ty là "Di động, Di động, Di động". Tuy nhiên, nhìn xa hơn, ông cho biết một đám mây hỗ trợ 5G và "cạnh thông minh", cũng như các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, sẽ thúc đẩy các trường hợp sử dụng mới.

Seizo Onoe, Kiến trúc sư trưởng công nghệ của NTT Docomo, đã nói về cách Docomo hợp tác với các ngành công nghiệp cụ thể của Ô tô, đường sắt, xây dựng, chăm sóc sức khỏe, v.v., trên triển khai 5G. Một cuộc tranh luận có thể được đưa ra để giới thiệu 5G ngay cả khi các ứng dụng mới không chắc chắn, ông nói, chỉ vì các nhà khai thác có thể thấy dung lượng dữ liệu tăng lên với chi phí mỗi bit được cải thiện.

Onoe lặp lại lập luận của mình từ năm ngoái, đó là thế hệ trước thường bùng nổ ngay trước khi ra mắt phiên bản tiếp theo, như đã xảy ra với 3G (HSPA +) được cải tiến trước khi ra mắt 4G LTE và ngành công nghiệp này trong lịch sử chỉ nhìn thấy thành công lớn thế hệ đông đảo. Nhưng, ông cho rằng sự hợp tác xuyên ngành có thể thay đổi điều đó, khi chúng ta thấy các ứng dụng mới phát triển.

Tôi quan tâm nhất đến ý tưởng của anh ấy rằng 5G có thể là thế hệ cuối cùng khi nói đến những đột phá công nghệ lớn. Onoe nói rằng trong khi một công nghệ cụ thể đã xác định từng thế hệ trước, thì 5G thực sự là sự kết hợp của các công nghệ, vì vậy 5 có thể là con số cuối cùng trừ khi chúng ta có thể phát minh ra một bước đột phá công nghệ mới. Tuy nhiên, ông lưu ý rằng "mánh lới quảng cáo tiếp thị" có thể có nghĩa là chúng ta sẽ thấy một con số trong tương lai, và trong khi nó có thể là mánh lới quảng cáo, "đó là sự tự do."

Sự phát triển của 5G

Nhiều bài thuyết trình đã đi sâu vào chi tiết cụ thể hơn về công nghệ và các tiêu chuẩn, và cách thức chúng đang phát triển.

Peiying Zhu, một thành viên của Huawei, đã giải thích cách 3GPP hiện đã phê duyệt Bản phát hành 15 của tiêu chuẩn, bao gồm cả phiên bản Không độc lập (NSA), mô tả cách các thiết bị 5G có thể hoạt động trên mạng chủ yếu dựa trên cơ sở hạ tầng như 4G LTE Mạng. Cô nói rằng công việc đang tiến nhanh tới một phiên bản độc lập (SA) của tiêu chuẩn đó (một trong đó cả radio và lõi của mạng được thiết kế cho 5G), như đang hoạt động trên Phiên bản 16, sẽ bổ sung thêm nhiều tính năng.

Bản phát hành 15 chủ yếu hỗ trợ băng thông di động được cải thiện (eMBB), trong khi các phiên bản sau sẽ phù hợp với phạm vi yêu cầu IoT rộng hơn, bao gồm "truyền thông cực kỳ đáng tin cậy và độ trễ thấp, truy cập không dây cố định và truyền thông loại máy lớn", Zhu nói.

Phiên bản 15 bao gồm "Đài phát thanh mới 5G", với nhiều tính năng mới và Zhu đã nói về tác động của những thay đổi khác nhau sẽ có. Cô đã thảo luận về cách các thử nghiệm sử dụng phổ tần 3, 5 GHz cho thấy sự cải thiện gấp 10 lần về trải nghiệm người dùng, với độ trễ bằng một phần mười và một phần mười chi phí cho mỗi bit của các giải pháp hiện có, làm cho 5G trở nên rất ấn tượng đối với băng thông rộng di động được tăng cường. Và Zhu đã thảo luận về các chi tiết khác có thể là một phần của Phiên bản 16 hoặc phiên bản mới hơn của đặc tả sẽ cho phép các ứng dụng khác.

Mikael Höök, Giám đốc Nghiên cứu Vô tuyến cho Nghiên cứu của Ericsson, cũng đã thảo luận về sự phát triển của tiêu chuẩn khi nó hướng tới tầm nhìn của ITU-2020. Ông đã nói về cách radio mới "siêu nạc" (có nghĩa là nó làm giảm nhiễu và giảm sức mạnh khi không sử dụng), đồng thời cung cấp khả năng tương thích về phía trước, để có thể thêm các khả năng mới. Ông cũng lưu ý làm thế nào nó có thể sử dụng nhiều ăng ten, nói về độ trễ thấp và cho biết phạm vi phổ rộng sẽ cung cấp rất nhiều khả năng khác nhau.

Höök nhấn mạnh rằng điều này có thể hoạt động trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ việc cung cấp vùng phủ sóng rất nhanh trong các đường phố và quảng trường bận rộn, đến việc cung cấp không dây cố định trong môi trường ngoại ô. Ông cũng nói về tự động hóa nhà máy.

Trong một cuộc thảo luận sau đó, đã có rất nhiều tranh luận về việc liệu đài phát thanh mới có phù hợp với các ứng dụng Internet of Things (IoT) hay không, với Höök đã đề cập đến các tiêu chuẩn 4G hiện có như NB-IOT, và các hãng khác, bao gồm cả Antti của Zhu và Nokia Toskala, nói về các trường hợp sử dụng IoT mới có thể yêu cầu băng thông cao hơn hoặc độ trễ thấp hơn.

Trong môi trường công nghiệp, một số thành viên tham gia hội thảo đã cố gắng trả lời một câu hỏi về cách 5G so sánh với các tiêu chuẩn IEEE 802 (Wi-Fi), thường hoạt động trên phổ không được cấp phép. Höök nói rằng trong một số trường hợp, phổ không có giấy phép là đủ tốt, nhưng không phải khi bạn cần "năm mức độ tin cậy". Toskala đã chỉ ra các tính năng như xác thực 3GPP và các dịch vụ mà các công ty viễn thông cung cấp cho các nhà cung cấp, nhưng một số khán giả đã đẩy lùi điều này. Zhu đã nói về cách 5G được thiết kế để cùng tồn tại, để cả hai tiêu chuẩn dựa trên 5G và 802 có thể hoạt động ở cùng một vị trí.

Nói về 5G trong điện thoại thông minh, Arun Ghosh của AT & T, Giám đốc Tập đoàn Công nghệ Không dây Tiên tiến cho Phòng thí nghiệm AT & T, cho biết vẫn còn câu hỏi về một mô hình kinh doanh, vì LTE hoạt động khá tốt. Ghosh cho biết 5G thực sự quan tâm nhiều hơn đến các trường hợp kinh doanh khác, chẳng hạn như trong các phương tiện tự trị, nơi có một số lượng lớn xe hơi được kết nối có thể giúp đỡ trong các lĩnh vực như tránh va chạm. Nhưng gần như tất cả các thành viên tham gia hội thảo đều đồng ý rằng chúng ta nên mong đợi các thiết bị cầm tay trong tương lai gần sẽ hỗ trợ cả 5G và 4G LTE, cũng như cả phổ tần mmWave và truyền thống (dưới 6 GHz).

Tất cả các thành viên tham gia hội thảo đều đồng ý khá nhiều với Ian Wong của National Cụ, người nói rằng "sóng milimet hoạt động tốt hơn mong đợi". Nhiều người dường như cũng đồng ý với Zhu, người nói rằng sẽ rất tốt nếu có các ban nhạc toàn cầu cho 5G, và cô ủng hộ 3, 5 GHz là một ban nhạc như vậy.

5G và hơn thế nữa

Trong khi 5G chỉ sẵn sàng cho lần ra mắt đầu tiên, nghiên cứu vẫn đang tiếp tục đưa nó lên một tầm cao mới. Nhiều diễn giả đã nói về một vài bước tiếp theo trong các tiêu chuẩn, nhưng những người khác đã tập trung hơn vào nghiên cứu trong tương lai.

Thyaga Nandagopal, Phó Giám đốc Bộ phận Cơ sở Điện toán và Truyền thông (CCF) tại Quỹ Khoa học Quốc gia, đã nói về nghiên cứu quan trọng đang được thực hiện tại các trường đại học và phòng thí nghiệm quốc gia, nhưng nói thêm rằng có một "thung lũng tử thần" giữa các tổ chức này và các tập đoàn. Để cố gắng thu hẹp khoảng cách này, NSF đã tạo ra một chương trình có tên là Nền tảng cho nghiên cứu không dây tiên tiến (PAWR), trong đó một tập đoàn công nghiệp và NSF mỗi người đóng góp 50 triệu đô la để tạo ra bốn nền tảng quy mô thành phố để thử nghiệm cho thế hệ tiếp theo hệ thống không dây. Những nền tảng này được thiết kế để cung cấp quyền truy cập mở cho các nhà nghiên cứu để thử nghiệm ý tưởng cho các hệ thống mới.

Hai hệ thống đầu tiên là ở Salt Lake City và New York. Tại Salt Lake City, Đại học Utah và Đại học Rice đang tạo ra các dự án được gọi là POWDER (Nền tảng cho nghiên cứu thử nghiệm dựa trên dữ liệu không dây mở) và RENEW (hệ thống sinh thái có thể cấu hình lại cho mạng không dây đầu cuối thế hệ tiếp theo).

Tại New York, dự án có tên COSMOS (Phần mềm mở không dây được xác định bằng phần mềm mở được kiểm tra cho triển khai quy mô thành phố), sẽ được điều hành bởi NYU Wireless, Columbia và Rutgers. COSMOS được thiết kế để thử nghiệm nhiều công nghệ mới trong môi trường đô thị phức tạp. Hai nền tảng nữa dự kiến ​​sẽ được chỉ định vào tháng 7 năm 2019.

Thật vậy, tại hội nghị, Ted Rappaport, của NYU Tandon và một giám đốc sáng lập của NYU Wireless, đã lưu ý rằng ông rất ấn tượng về tốc độ áp dụng công nghệ mmWave. Ông đã viết một số bài báo sớm về chủ đề này, và là công cụ sáng lập NYU Wireless vào năm 2012 và hội nghị Brooklyn 5G năm 2014. Sau đó, ông nói, có sự hoài nghi về việc liệu mmWave có thể hoạt động hay không; nó đã được chấp nhận và đang trên đường thương mại hóa.

Khi được hỏi về việc sự tăng sinh của các tế bào nhỏ với công nghệ mmWave có thể là mối quan tâm sức khỏe mới hay không, Rappaport nói trong khi bạn "không thể chứng minh âm tính", tần số vô tuyến được sử dụng là sáu bậc cường độ dưới tần số cần thiết cho bức xạ ion hóa được tạo ra bởi tia X (tương quan với khả năng tăng ung thư). Ngoài ra, ông lưu ý rằng các tế bào nhỏ và ăng ten định hướng làm giảm cả sức mạnh và tỷ lệ tiếp xúc, và chỉ cho tôi một nghiên cứu của Viện Y tế Quốc gia mà ông đồng sáng tác có tựa đề "An toàn cho các thế hệ sắp tới".

Sau đó, Rappaport cho tôi thấy nghiên cứu rằng anh ấy và những người khác tại trường đại học đang làm những việc như sử dụng phổ tần 140GHz để liên lạc nhanh hơn, có lẽ là cho một số tiêu chuẩn trong tương lai. Những người khác tại hội nghị cũng đã nói về 90 GHz và tần số cao hơn trong D-Band.

Tất cả phụ thuộc vào quan điểm của bạn; một mặt, 5G có thể sắp về đích, về mặt cuối cùng đã sẵn sàng để ra mắt. Nhưng mặt khác, theo nhiều cách, nó chỉ mới bắt đầu.