När 5g-lanseringen närmar sig kvarstår frågor

För ett par veckor sedan deltog jag på Brooklyn 5G-toppmötet vid NYU Tandon School of Engineering, där jag blev slagen av de framsteg som gjorts mot att bygga 5G-nätverk och det osäkerhet som fortfarande finns om användningsområden och ekonomi för 5G i allmänhet.

Många deltagare försäkrade mig om att jag faktiskt skulle använda en 5G-handenhet vid nästa års toppmöte, och de flesta var övertygade om att vi kommer att behöva de nya nätverken för att hantera ökningar i trafiken.

Kom ihåg att 5G inte är en enda teknik, utan en mängd olika tekniker som arbetar tillsammans. Det täcker ett brett spektrum från lågband (t.ex. 600 MHz), som kan färdas på lång avstånd men med relativt långsammare hastigheter; till mittband (t.ex. 2, 5 eller 3, 5 GHz); till högband (som 28 eller 39 GHz, ibland kallad millimetervåg eller mmWave), vilket kan vara väldigt snabbt - jag har hört ingenjörer prata om teoretiska hastigheter på 5 eller mer Gbps - men reser inte så långt.

Mobilstandarder definieras mestadels av 3GPP-standardorganet, en grupp som inkluderar praktiskt taget alla större aktörer i det globala mobila ekosystemet, och som utvecklat de grundläggande standarderna för 3G (som namnet antyder) och 4G LTE (ursprungligen på lång sikt utveckling av 3G-standarden). Normalt antas dessa standarder så småningom av det ännu bredare organet för ITU: s kommunikationsnormer. 3GPP har utfärdat nya utgåvor av sina standarder på nästan årlig basis och är på väg mot en 5G-specifikation som fokuserar på tre huvudområden: förbättrad mobil bredband (eMBB), Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) och massiv maskintypkommunikation (MMTC).

Av det första är det vi vanligtvis tänker på som en konsumentapplikation - vilket gör att våra telefoner fungerar snabbare - och det är vad de flesta av de första 5G-distributionerna kommer att baseras på. (Vissa tidiga nätverk kommer också att distribueras för fast trådlöst.) De andra två områdena - URLLC och mMTC - är mestadels för industriella eller affärsapplikationer, även om de kan ha konsumentapplikationer, och jag hörde fortfarande om autonoma fordon med mobil VR, även om låter som en mer nischapplikation för mig.

Men det kan vara dessa mer industriella och kommersiella applikationer som verkligen utvecklas tillsammans med 5G-standarderna; trots allt ser vi redan telefoner som lovar "gigabit LTE" i 4G-nätverk, och det är svårt att föreställa sig vilka applikationer som kräver mer hastighet för enskilda konsumenter. Fortfarande kan den extra hastighet och nätverksdesign som 5G lovat vara nödvändig bara för att hantera växande trafik. Jag kommer att prata mer om användningsfall i mitt nästa inlägg.

Nätverk redo att gå

Melissa Arnoldi, VD för teknik & drift för AT&T-kommunikation, konstaterade behovet av nätverk som hanterar mer trafik mer effektivt, oavsett vilken applikation som helst. Hon sa att företagets mobilnät har sett 360 000 procent datatrafikstillväxt sedan 2007, och det finns "inga tecken på att bromsa." Video står för närvarande för mer än hälften av trafiken, och hon räknar med att den kommer att växa till 75 procent fram till 2020.

5G är nödvändigt för att hantera denna trafik, såväl som för att möjliggöra applikationer som förstärkt och virtuell verklighet, autonoma fordon och drönare, sade Arnoldi och noterade att självkörande bilar behöver hög tillförlitlighet och nära realtidsfördröjning - helst mindre än 5 millisekunder.

För att hantera denna trafik krävs mjukvarudefinierade nätverk, sade Arnoldi och noterade att AT&T har varit den viktigaste drivkraften bakom ONAP (Open Network Automation Platform). Hon räknar med att AT&T kommer att flytta 65 procent av sin trafik i mjukvarudefinierade nätverk i slutet av året.

AT&T avser att vara den första amerikanska transportören som har mobil standard 5G tillgänglig i slutet av året, i 12 städer. Hon diskuterade en detaljistpilot som företaget har drivit i Waco, Texas, som innehöll hundratals användare i en butik för att demonstrera hur mmWave kunde fungera i en sådan miljö, och piloter i Kalamazoo och South Bend, där företaget skapade en full 5G-slut -till slutet nätverk och såg att mmWave-signaler kunde leverera 1 Gbps hastigheter på upp till 900 fot utan påverkan på grund av väder och signalerna som penetrerar material bättre än väntat.

Hastigheten är spännande, sa Arnoldi, men latens är den stora förändringen. Hon beskrev nästa applikationer, som detaljhandel, med uppslukande virtuell och förstärkt verklighet och digital skyltning istället för skyltdockor; sjukvård; tillverkning; finansiering, med saker som bankomater som erbjuder video över 5G fast trådlöst; allmän säkerhet; och transport.

Bill Stone, vice ordförande för teknikutveckling och planering på Verizon, karakteriserade 5G som en mångsidig lösning som låter operatörerna "utnyttja mjukvara och skiva nätverket för olika användningsfall." För Verizon kommer fast trådlöst vara den första nätverksskivan, men det är bara ett användningsfall och kommer snabbt att följas av mobilt bredband, säger Stone.

Verizons stöd för Verizon 5G Tech Forum hjälpte till att påskynda 3GPP-processen, och även om Verizons första produkter inte kommer att vara helt standardbaserade, avsåg den att flytta till 3GPP-standarden mycket snabbt. Han betonade företagets planer för att använda större spektrumbitar där det är möjligt, öka små celltäthet och flytta till massiv MIMO (flera antenner) i mmWave-band, samt öka antalet antenner i andra band.

Stone sa att Verizon förväntar sig att vara först med 5G fast trådlöst, och konstaterade att i test kan det redan leverera en 80 Gbps-tjänst 2000 fot från noden. Men han sa att företaget räknar med att bara ha ett nätverk, med flera skivor, och att företagets prioritering är "Mobile, Mobile, Mobile." Men när han tittade längre ut sade han att ett 5G-aktiverat moln och "intelligent kant", liksom industriella automationsapplikationer, kommer att driva fall i nya användningsområden.

Seizo Onoe, Chief Technology Arkitekt för NTT Docomo, talade om hur Docomo samarbetar med specifika branscher - bil, järnväg, byggande, sjukvård, etc. - om lanseringen av 5G. Ett argument kan göras för att införa 5G även om nya applikationer är osäkra, sade han, bara för att operatörerna kan se ökad datakapacitet med förbättrade kostnader per bit.

Onoe upprepade sitt argument från förra året, vilket är att den föregående generationen ofta blomstrar precis före lanseringen av nästa, som hände med förbättrad 3G (HSPA +) innan 4G LTE-lanseringen, och att branschen historiskt sett har sett stor framgång endast med ens -numrerade generationer. Men han föreslog att samarbete mellan olika branscher skulle kunna förändra det, eftersom vi ser att nya applikationer utvecklas.

Jag var mest intresserad av hans idé om att 5G kan vara den sista generationen när det gäller stora teknikgenombrott. Onoe sade att även om en viss teknik har definierat var och en av de tidigare generationerna, är 5G faktiskt en kombination av tekniker, så 5 kan vara det sista antalet om vi inte kan uppfinna ett nytt teknikgenombrott. Ändå konstaterade han att "marknadsföringsgimmicks" kan innebära att vi får se ett framtida nummer, och att även om det kan vara gimmicky, "är det frihet."

Utvecklingen av 5G

Många av presentationerna fick mer detaljer om tekniken och standarderna och hur dessa utvecklas.

Peiying Zhu, en Huawei Fellow, förklarade hur 3GPP för närvarande har godkänt version 15 av sin standard, inklusive en icke-fristående version (NSA), som beskriver hur 5G-enheter kan fungera i ett nätverk som mest baseras på samma infrastruktur som 4G LTE nätverk. Hon sa att arbetet rör sig snabbt mot en fristående version (SA) av den standarden (en där både radio och kärnan i nätverket är designad för 5G), liksom arbetet med en release 16, som kommer att lägga till fler funktioner.

Release 15 stöder främst förbättrad mobil bandbredd (eMBB), medan senare versioner borde passa in i ett bredare spektrum av IoT-krav, inklusive "extremt tillförlitlig och låg latenskommunikation, fast trådlös åtkomst och massiv kommunikation av maskintyp", sade Zhu.

Release 15 inkluderar en "5G New Radio", med en mängd nya funktioner, och Zhu talade om effekterna de olika förändringarna kommer att få. Hon diskuterade hur tester med 3, 5 GHz-spektrum visade en 10x förbättring av användarupplevelsen, med en tiondel av latensen och en tiondel av kostnaden per bit av befintliga lösningar, vilket gjorde 5G mycket imponerande för förbättrad mobilt bredband. Och Zhu diskuterade andra detaljer som kan vara en del av version 16 eller senare versioner av specifikationen som skulle möjliggöra andra applikationer.

Mikael Höök, chef för radioforskning för Ericsson Research, diskuterade också utvecklingen av standarden när den går mot ITU-2020-visionen. Han talade om hur den nya radion är "ultra-lean" (vilket innebär att den sänker störningar och stänger ned när den inte används), samtidigt som han erbjuder framåtkompatibilitet, så att nya funktioner kan läggas till. Han noterade också hur den kan använda flera antenner, talade om låg latens och sa att det breda spektrumområdet kommer att erbjuda många olika funktioner.

Höök betonade att detta kan fungera i många olika applikationer, från att ge mycket snabb täckning i livliga gator och torg, till att erbjuda fast trådlöst i förortsmiljöer. Han pratade också om fabriksautomation.

I en paneldiskussion som följde var det mycket debatt om huruvida den nya radioen var lämplig för Internet of Things (IoT) -applikationer, där Höök nämnde befintliga 4G-standarder - som NB-IOT - och andra, inklusive Zhu och Nokias Antti Toskala, talar om nya IoT-användningsfall som kan kräva högre bandbredd eller lägre latens.

I den industriella miljön försökte några av paneldeltagarna att svara på en fråga om hur 5G jämför med IEEE 802 (Wi-Fi) standarder, som vanligtvis fungerar på olicensierat spektrum. Höök sa att i vissa fall är olicensierade spektrum bra nog, men inte när du behöver "fem nio tillförlitlighet." Toskala påpekade funktioner som 3GPP-autentisering och de tjänster som telekomföretag erbjuder leverantörer, men vissa i publiken drev tillbaka på detta. Zhu talade om hur 5G är utformat för samexistens, så att både 5G och 802-baserade standarder kan fungera på samma platser.

AT & T: s Arun Ghosh, chef för Advanced Wireless Technology Group för AT&T Labs, sa att det fortfarande är frågan om en affärsmodell, eftersom LTE fungerar ganska bra. Ghosh sade att 5G egentligen handlar mer om andra affärsfall, till exempel i autonoma fordon, där att ha ett stort antal bilar anslutna kan hjälpa till i områden som kollisionsundvikelse. Men nästan alla paneldeltagare var överens om att vi skulle förvänta oss att telefoner inom en snar framtid ska stödja både 5G och 4G LTE, såväl som både mmWave och traditionellt (sub-6GHz) spektrum.

Alla paneldeltagare var ganska överens med Ian Wong från National Instruments, som sa att "millimetervågen fungerar bättre än väntat." Många tycktes också hålla med Zhu, som sa att det skulle vara bra att ha globala band för 5G, och hon förespråkade för 3, 5 GHz som ett sådant band.

5G och bortom

Medan 5G just gör sig redo för sin första lansering fortsätter forskningen att ta den till nästa nivå. Många talare talade om de följande stegen i standarderna, men andra var mer fokuserade på framtida forskning.

Thyaga Nandagopal, biträdande avdelningschef för Computing and Communication Foundations (CCF) Division vid National Science Foundation, talade om den betydande forskningen som görs i universitet och nationella laboratorier, men tilllade att det finns en "dödsdal" mellan dessa institutioner och företag. För att försöka överbrygga detta gap har NSF skapat ett program som kallas Platforms for Advanced Wireless Research (PAWR), där ett industrikonsortium och NSF vardera bidrar med 50 miljoner dollar för att skapa fyra plattformar i staden för att testa för nästa generation trådlösa system. Dessa plattformar är utformade för att ge forskare öppen åtkomst för att testa idéer för nya system.

De två första systemen finns i Salt Lake City och New York. I Salt Lake City skapar universitetet i Utah och Rice University projekt som kallas POWDER (plattform för öppen trådlös datadriven experimentell forskning) och RENEW (ett omkonfigurerbart ekosystem för nästa generations trådlösa slut-till-ände).

I New York heter projektet COSMOS (Cloud Enhanced Open Software Defined Mobile Wireless Tested for City-Scale Deployment), som kommer att drivas av NYU Wireless, Columbia och Rutgers. COSMOS designades för att testa en mängd nya tekniker i en komplex stadsmiljö. Ytterligare två plattformar planeras att utses i juli 2019.

På konferensen konstaterade Ted Rappaport, NYU Tandon och en grundande direktör för NYU Wireless, att han var imponerad av snabba antagande av mmWave-teknik. Han skrev några av de tidiga artiklarna om ämnet och hjälpte till att grunda NYU Wireless 2012 och Brooklyn 5G-konferensen 2014. Sedan, sade han, fanns det skepsis till huruvida mmWave kan fungera; Det har sedan accepterats och är på väg till kommersialisering.

På frågan om spridningen av små celler med mmWave-teknik kan vara ett nytt hälsoproblem, sa Rappaport medan du "inte kan bevisa ett negativt", radiofrekvenserna som används är sex storleksordningar under den frekvens som krävs för joniserande strålning av den typen skapat av röntgenstrålar (som korrelerar med ökad risk för cancer). Dessutom noterade han att små celler och riktningsantenner minskar både kraften och förekomsten av kontakt, och pekade på mig till en National Institutes of Health-studie som han tillsammans skrev med titeln "Safe for Generations to Come" som visar detta.

Senare visade Rappaport mig forskning som han och andra på universitetet gör på saker som att använda 140 GHz-spektrum för ännu snabbare kommunikation, kanske för någon framtida standard. Andra på konferensen talade också om 90 GHz och högre frekvenser i D-Band.

Allt beror på ditt perspektiv; å ena sidan kanske 5G närmar sig mållinjen när det gäller att äntligen vara redo att lanseras. Men å andra sidan, på många sätt är det bara att komma igång.