스마트한 세상을 위한 5G

진정한 사물인터넷 혁명은 XNUMX세대 모바일 인터넷 네트워크의 대중화에 의해서만 일어날 것이라는 것은 꽤 일반적인 믿음입니다. 이 네트워크는 계속 생성되지만 기업에서는 현재 IoT 인프라 구현을 고려하고 있지 않습니다.

전문가들은 5G가 진화가 아닌 모바일 기술의 완전한 변혁이 될 것으로 기대하고 있다. 이는 이러한 유형의 커뮤니케이션과 관련된 전체 산업을 변화시켜야 합니다. 2017년 XNUMX월 바르셀로나에서 열린 모바일 월드 콩그레스(Mobile World Congress) 프레젠테이션에서 도이치 텔레콤(Deutsche Telekom) 대표는 심지어 다음과 같이 말했습니다. 스마트폰은 이제 사라질 것이다. 이것이 인기를 얻게 되면 우리 주변의 거의 모든 것이 항상 온라인 상태가 될 것입니다. 그리고 이 기술이 어떤 시장 부문(원격 의료, 음성 통화, 게임 플랫폼, 웹 브라우징)에 사용될 것인지에 따라 네트워크는 다르게 작동합니다.

기존 솔루션 대비 5G 네트워크 속도

동일한 MWC에서 5G 네트워크의 첫 번째 상용 애플리케이션이 공개되었습니다. 하지만 이 공식은 실제로 어떤 모습일지 아직 알 수 없기 때문에 약간의 의구심을 불러일으킵니다. 가정은 완전히 일치하지 않습니다. 일부 소식통은 5G가 수천 명의 사용자에게 동시에 초당 수만 메가비트의 전송 속도를 제공할 것으로 예상한다고 주장합니다. 국제전기통신연합(ITU)이 몇 달 전 발표한 5G 예비 사양에 따르면 지연 시간은 4ms를 초과하지 않을 것이라고 합니다. 데이터는 20Gbps로 다운로드되고 10Gbps로 업로드되어야 합니다. 우리는 ITU가 올 가을에 새로운 네트워크의 최종 버전을 발표하기를 원한다는 것을 알고 있습니다. 모두가 한 가지에 동의합니다. 5G 네트워크는 사물 인터넷과 유비쿼터스 서비스의 핵심인 수십만 개의 센서에 대한 동시 무선 연결을 제공해야 합니다.

AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel 등 많은 선두 기업들이 5G 표준화 일정 가속화에 대한 지지를 분명히 밝혔습니다. 모든 이해관계자는 이르면 2019년부터 이 개념의 상업적 구현을 ​​시작하기를 원합니다. 한편, 유럽연합(EU)은 차세대 네트워크 발전 방향을 결정하기 위해 5G PPP 계획()을 발표했다. 2020년까지 EU 국가는 이 표준을 위해 예약된 700MHz 주파수를 출시해야 합니다.

5G 네트워크는 신기술의 선물이다

단 하나의 것에는 5G가 필요하지 않습니다

Ericsson에 따르면 지난해 말 IoT에 사용된 장치는 5,6억 대에 달했습니다. 이 중 약 400억 개만이 모바일 네트워크에 있었고 나머지는 Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee와 같은 단거리 네트워크에 있었습니다.

사물 인터넷의 실제 발전은 5G 네트워크와 관련이 있는 경우가 많습니다. 신기술의 최초 적용은 처음에는 비즈니스 부문에서 2025~5년 후에 나타날 수 있습니다. 그러나 개인 고객은 XNUMX년 이전에 차세대 네트워크에 액세스할 수 있을 것으로 예상됩니다. XNUMXG 기술의 장점은 무엇보다도 XNUMX제곱킬로미터 면적에 걸쳐 수집된 백만 개의 장치를 처리할 수 있는 능력입니다. 이는 엄청난 숫자처럼 보일 수 있지만 IoT 비전이 말하는 내용을 고려하면 스마트 도시도시 인프라 외에도 차량(자율 자동차 포함), 가정(스마트 홈) 및 사무 기기가 연결될 뿐만 아니라 예를 들어 상점과 그 안에 저장된 물품이 연결되어 평방 킬로미터당 백만 달러가 중단됩니다. 너무 큰 것 같아요. 특히 도심이나 사무실 밀집도가 높은 지역에서는 더욱 그렇습니다.

그러나 네트워크에 연결된 많은 장치와 여기에 장착된 센서는 작은 데이터 덩어리를 전송하기 때문에 매우 빠른 속도가 필요하지 않다는 점을 기억하십시오. ATM이나 결제 단말기에는 초고속 인터넷이 필요하지 않습니다. 예를 들어 아이스크림 제조업체에 매장 냉장고 상태를 알리는 연기 및 온도 센서를 보호 시스템에 설치할 필요는 없습니다. 가로등 모니터링 및 제어, 전기 및 수도 계량기의 데이터 전송, 스마트폰을 사용한 IoT 연결 홈 장치 원격 제어 또는 물류에는 고속 및 짧은 대기 시간이 필요하지 않습니다.

오늘날 우리는 모바일 네트워크를 통해 초당 수십 또는 수백 메가비트의 데이터를 전송할 수 있는 LTE 기술을 보유하고 있지만 사물 인터넷을 실행하는 장치의 상당 부분은 여전히 2G 네트워크, 즉. 1991년부터 판매 가능. GSM 표준.

많은 기업이 현재 운영에서 IoT를 사용하는 것을 방해하고 그에 따라 개발을 방해하는 비용 장벽을 극복하기 위해 작은 데이터 패킷을 전송하는 장치를 지원하도록 설계된 네트워크를 구축하는 기술이 개발되었습니다. 이러한 네트워크는 이동통신 사업자가 사용하는 주파수와 비면허 스펙트럼을 모두 사용합니다. LTE-M 및 NB-IoT(NB-LTE라고도 함)와 같은 기술은 LTE 네트워크에서 사용되는 스펙트럼에서 작동하는 반면, EC-GSM-IoT 기술(EC-EGPRS라고도 함)은 2G 네트워크에서 사용되는 스펙트럼을 사용합니다. 비면허 범위에서는 LoRa, Sigfox, RPMA와 같은 솔루션 중에서 선택할 수 있습니다.

위의 모든 옵션은 광범위한 범위를 제공하며 최종 장치가 가능한 한 저렴하고 가능한 한 적은 에너지를 소비하도록 설계되어 몇 년 동안 배터리를 교체하지 않고도 작동합니다. 따라서 총칭 - (낮은 전력 소비, 장거리). 모바일 운영자가 사용할 수 있는 범위에서 작동하는 LPWA 네트워크는 소프트웨어 업데이트만 필요합니다. 상업용 LPWA 네트워크의 개발은 조사 회사인 Gartner와 Ovum에 의해 IoT 개발에서 가장 중요한 이벤트 중 하나로 간주됩니다.

운영자는 다양한 기술을 사용합니다. 지난해 전국망을 론칭한 네덜란드 KPN도 LoRa를 선택하며 LTE-M에 관심을 보이고 있다. Vodafone 그룹은 NB-IoT를 선택했습니다. 올해 스페인에서 네트워크 구축을 시작했으며 독일, 아일랜드, 스페인에서도 이러한 네트워크를 구축할 계획입니다. Deutsche Telekom은 NB-IoT를 선택했으며 폴란드를 포함한 XNUMX개국에서 네트워크를 출시할 것이라고 발표했습니다. Spanish Telefonica는 Sigfox와 NB-IoT를 선택했습니다. 프랑스의 Orange는 LoRa 네트워크 구축을 시작한 후 스페인과 벨기에에서 LTE-M 네트워크를 출시할 것이라고 발표했습니다. 이 국가는 운영 국가이므로 폴란드일 가능성이 높습니다.

LPWA 네트워크 구축은 5G 네트워크보다 더 빠르게 특별한 IoT 생태계 개발이 시작된다는 의미일 수 있다. 하나를 확장한다고 해서 다른 하나가 배제되는 것은 아닙니다. 두 기술 모두 미래의 스마트 그리드에 필수적이기 때문입니다.

어쨌든 5G 무선 연결이 많이 필요할 것입니다. 에너지. 앞서 언급한 범위 외에 개별 기기 차원의 에너지 절약 방안도 지난해 출시됐어야 했다. 블루투스 웹 플랫폼. 스마트 전구, 자물쇠, 센서 등의 네트워크에 사용됩니다. 이 기술을 사용하면 특별한 애플리케이션을 사용하지 않고도 웹 브라우저나 웹 사이트에서 IoT 장치에 직접 연결할 수 있습니다.

웹 블루투스 기술의 시각화

5G 이전

일부 회사가 수년 동안 5G 기술을 연구해 왔다는 사실을 아는 것은 가치가 있습니다. 예를 들어, 삼성은 5년부터 2011G 솔루션을 개발해 왔습니다. 이 기간 동안 1,2km/h의 속도로 이동하는 차량에서 110Gbit/s의 전송을 달성하는 것이 가능했습니다. 스탠딩 수신기의 경우 7,5Gbps입니다.

더욱이 실험적인 5G 네트워크는 이미 존재하며 다양한 기업과 협력하여 만들어졌습니다. 그러나 현재로서는 새로운 네트워크의 임박하고 진정한 글로벌 표준화에 대해 이야기하기에는 너무 이릅니다. Ericsson은 스웨덴과 일본에서 이를 테스트하고 있지만 새로운 표준과 호환되는 소형 소비자 장치의 출시는 아직 멀었습니다. 2018년에는 스웨덴 통신사 TeliaSonera와 협력하여 스톡홀름과 탈린에서 최초의 상용 5G 네트워크를 출시할 예정입니다. 처음에는 그럴 것이다. 도시 네트워크, 그리고 "풀 사이즈" 5G를 위해서는 2020년까지 기다려야 합니다. 에릭슨은 심지어 최초의 5G 휴대폰. 아마도 "전화"라는 단어는 결국 잘못된 이름일 것입니다. 장치의 무게는 150kg이므로 측정 장비를 갖춘 대형 버스에 장치를 가지고 이동해야 합니다.

지난 5월, 머나먼 호주에서 5G 네트워크 데뷔 소식이 전해졌습니다. 하지만 이러한 유형의 보고서는 거리를 두고 접근해야 합니다. 5G 표준 및 사양 없이 2018세대 서비스가 출시되었는지 어떻게 알 수 있습니까? 이는 표준이 합의되면 변경되어야 합니다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 사전 표준화된 XNUMXG 네트워크는 XNUMX년 한국 동계 올림픽에서 첫 선을 보일 것입니다.

밀리미터파와 작은 세포

5G 네트워크의 작동은 몇 가지 중요한 기술에 달려 있습니다.

삼성에서 제조한 베이스 스테이션

처음으로 밀리미터파 연결. 점점 더 많은 장치가 동일한 무선 주파수를 사용하여 서로 연결되거나 인터넷에 연결되고 있습니다. 이로 인해 속도가 저하되고 연결 안정성에 문제가 발생합니다. 해결책은 밀리미터파로 전환하는 것입니다. 주파수 범위 30-300GHz에서. 그들은 현재 위성 통신과 전파 천문학 등에 사용되지만 주요 한계는 단거리였습니다. 새로운 유형의 안테나가 이 문제를 해결했으며, 이 기술의 개발은 여전히 ​​진행 중입니다.

200세대의 두 번째 기둥은 기술이라고 불러야 한다. 과학자들은 이미 200m 이상의 거리에서 밀리미터파를 사용하여 데이터를 전송할 수 있다고 자랑하며 대도시에서는 말 그대로 250-XNUMXm마다 전력 소비가 매우 낮은 소형 기지국이 있을 수 있습니다. 그러나 인구가 적은 지역에서는 작은 셀이 제대로 작동하지 않습니다.

위의 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. MIMO 기술 새로운 세대. MIMO는 무선 네트워크 처리량을 늘릴 수 있는 4G 표준에도 사용되는 솔루션입니다. 그 비밀은 송신측과 수신측에서의 다중 안테나 전송에 있습니다. 차세대 스테이션은 현재보다 22배 더 많은 포트를 처리하여 데이터를 동시에 보내고 받을 수 있습니다. 따라서 네트워크 처리량이 XNUMX% 증가합니다.

5G의 또 다른 중요한 방법은 “빔포밍". 데이터가 최적의 경로를 따라 사용자에게 전달되도록 하는 신호 처리 방법입니다. 밀리미터파가 전방향 전송을 통하지 않고 집중된 빔으로 장치에 도달하도록 도와줍니다. 따라서 신호 강도는 증가하고 간섭은 감소합니다.

XNUMX세대의 다섯 번째 요소는 소위 말하는 것이어야 한다. 전이중. Duplex는 양방향 전송, 즉 양방향으로 정보의 전송 및 수신이 가능한 전송입니다. 전이중이란 전송 중단 없이 데이터가 전송되는 것을 의미합니다. 이 솔루션은 최상의 매개변수를 달성하기 위해 지속적으로 개선되고 있습니다.

 

XNUMX세대?

그러나 연구소에서는 이미 5G보다 훨씬 빠른 기술을 연구하고 있습니다. 하지만 300세대가 정확히 무엇인지는 아직 알 수 없습니다. 일본 과학자들은 마치 차세대 여섯 번째 버전인 것처럼 미래의 무선 데이터 전송을 만들고 있습니다. 이는 105GHz 이상의 주파수를 사용하여 구성되며, 달성되는 속도는 각 채널에서 500Gbit/s입니다. 새로운 기술에 대한 연구와 개발이 수년 동안 진행되어 왔습니다. 지난 34월에는 160GHz 테라헤르츠 대역을 사용하여 300Gbps의 속도를 달성한 데 이어 500~25GHz 범위의 송신기를 사용하여 5Gbps의 속도를 달성했습니다(2017개 채널은 XNUMXGHz 간격으로 변조됨). ) - 즉, XNUMXG 네트워크의 예상 성능보다 몇 배 더 큰 결과를 가져옵니다. 최근의 성공은 히로시마 대학의 과학자 팀과 파나소닉 직원들이 동시에 이루어낸 성과입니다. 기술에 대한 정보는 대학 웹사이트에 게시되었으며, 테라헤르츠 네트워크의 작동 메커니즘과 가정은 XNUMX년 XNUMX월 샌프란시스코에서 열린 ISSCC 컨퍼런스에서 발표되었습니다.

아시다시피 작동 주파수를 높이면 데이터 전송 속도가 빨라질 뿐만 아니라 신호의 가능한 범위가 크게 줄어들고 모든 종류의 간섭에 대한 민감도도 높아집니다. 이는 상당히 복잡하고 조밀하게 분산된 인프라를 구축해야 함을 의미합니다.

2020년에 계획된 5G 네트워크와 훨씬 더 빠른 테라헤르츠 네트워크와 같은 혁명으로 인해 수백만 대의 장치가 새로운 표준에 적합한 버전으로 교체되어야 한다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 이는 변화의 속도를 상당히 감소시키고 의도된 혁명이 실제로 진화가 되도록 할 것입니다.

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