5G sítě si prošly několika vylepšením, aby postupně dokázaly připojit a vyhovět zařízením v různých oblastech lidské činnosti. V případě služeb internetu věcí se upřednostňuje úzkopásmová síť NB-IoT a eMTC (eMachine Type Communication), které vynikají velmi nízkou spotřebou a jsou vhodné pro nasazení v rozlehlých oblastech. Pro použití v průmyslu se využívá komunikace s nízkou latencí eURLLC. 5G sítě lze rozdělit do tři základních pilířů. Vylepšené mobilní širokopásmové připojení eMBB, masivním IoT – mIoT a tzv. mission critical IoT, které se liší ve výkonu a složitosti.
Aby mezera mezi 5G massive IoT a Mission critical IoT nebyla tak velká, vznikl tzv. mezistupeň 5G NR-Light nazývaný též RedCap (Reduced Capability).
Obrázek 1. Překlenutí mezer ve schopnostech 5G IoT a složitosti pomocí NR-Light (Zdroj: https://www.qualcomm.com)
Zavedení nové třídy zařízení — 5G NR-Light ve standardech 5G
O zavedení nové třídy do standardů 5G jsme psali již dříve v článku „Nová specifikace 5G podpoří IoT i průmysl“. Ve verzi 5G NR Release 17 představil 3GPP novou úroveň zařízení s omezenou schopností (RedCap – Reduced Capability) známou také jako NR-Light. Jedná se o novou platformu zařízení, která překlenuje mezeru ve schopnostech a složitosti mezi dvěma extrémy v 5G síti.
Zařízení s podporou 5G eMBB umožňují komunikaci v řádech gigabitů za sekundu (downlink i uplink). Kdežto zařízení v kategorii NR-Light jsou schopny komunikovat rychlostí 150 Mbps a 50 Mbps díky následujícím optimalizacím nebo také omezením:
- Užší šířka pásma, tj. 20 MHz v sub-7 GHz nebo 100 MHz ve frekvenčních pásmech mmWave,
- Jedna vysílací anténa,
- Jedna přijímací anténa, přičemž 2 antény jsou povoleny
- Možnost podpory pro poloduplexní FDD
- Modulace nižšího řádu, přičemž 256-QAM je umožněna
- Nižší vysílací výkon
Zařízení NR-Light jsou cenově přijatelnější díky jednoduchosti. Tyto zařízení mají nižší spotřebu energie a díky tomu se dosáhne vyšší výdrže baterie. Navíc jsou zařízení NR-Light malých rozměrů a tak najdou uplatnění v široké škále aplikací včetně nositelných zařízení.
Obrázek 2. NR-Light si najde uplatnění v široké škále aplikací včetně nositelných zařízeních (Zdroj: https://www.qualcomm.com)
NR-Light je nedílnou součástí vývoje 5G
První verze standardu 5G NR ve 3GPP Release 15 podporovala dvě úrovně zařízení pro masivní IoT, tj. eMTC nebo Cat-M1 pro kanály 1,4 MHz a NB-IoT pro kanály 200 kHz. Díky vylepšením zavedeným v 3GPP Release 16 mohou obě tyto úrovně zařízení koexistovat se zařízeními 5G ve stejném kanálu 5G NR. 3GPP Release 16 také představil další vrstvu zařízení 5G pro eURLLC, aby splnila přísné požadavky critical IoT s podporou milisekundových latencí a s 99,9999% spolehlivostí.
Obrázek 3. NR-Light je nedílnou součástí vývoje 5G a bude se nadále vyvíjet v 3GPP Release 18 a dále (Zdroj: https://www.qualcomm.com)
NR-Light v 3GPP Release 17 může koexistovat s ostatními vrstvami zařízení IoT a zařízeními eMBB ve stejném kanálu 5G NR. Stejně jako se bude i nadále vyvíjet standard 5G NR, bude se NR-Light vyvíjet ve verzi 18 se zaměřením na výkon. Komunikace mezi zařízeními přes rozhraní 5G sidelink by mohla být dalším vývojovým směrem pro NR-Light ve verzi 18 a dále.
Další vlny rozšiřování 5G
5G NR-Light přináší kompromis v oblasti propustnosti, výdrže baterie a složitosti. Například NR-Light může být použito v chytrém městě, k připojení senzorů a měřičích spotřeby k inteligentní síti a zajistit tak prediktivní údržbu a dohled nad infrastrukturou. U průmyslových aplikací může NR-Light zlepšit provozní efektivitu pomocí optimalizovaných nákladových struktur pro robustní průmyslový IoT a urychlit transformaci průmyslu 4.0 pomocí privátních sítí 5G.
NR-Light přináší spolehlivé bezdrátové připojení a bezproblémovou mobilitu do zařízení používaných v průmyslu a podnicích. Dokáže spolehlivě připojit senzory pro monitorování procesů pro hlubší provozní přehled, chytré sledovací kamery pro bezpečnost personálu a ruční a nositelná zařízení pro bohatší interakci mezi člověkem a strojem. Malá velikost zařízení, dlouhá životnost baterie a rychlost komunikace NR-Light z něj činí ideálním řešení pro mnoho mobilních spotřebitelských aplikací, jako jsou chytré hodinky, monitory zdraví, tablety, smartphony a brýle pro rozšířenou realitu (AR).
IoT střední třídy to bude 5G NR-Light
Zařízení IoT střední třídy dnes spoléhají na LTE Cat-1bis a LTE Cat-4. Očekává se, že sítě LTE budou v dohledné době koexistovat se sítěmi 5G. NR-Light ale nabízí vyšší rychlost, nižší latenci, delší životnost baterie a lepší zabezpečení sítě. Vývoj 5G stále pokračuje a v budoucnu nastane doba, kdy poskytovatelé komunikačních služeb začnou migrovat od 4G k 5G. S ohledem na tuto skutečnost se 5G NR-Light stává platformou pro nové designy IoT střední úrovně.
Obrázek 3. NR-Light přináší nákladově efektivní platformu pro nové designy IoT střední úrovně (Zdroj: https://www.qualcomm.com)
První 5G NR-Light modem jak jinak než od Qualcommu
Snapdragon X35 5G Modem spojuje výhody energetické účinnosti, jednoduchosti designu a rychlosti komunikace. Snapdragon X35 rozšíří platformu 5G pro zařízení IoT a poskytne migrační cestu k nahrazení LTE CAT4+. Své uplatnění nalezne v průmyslových zařízeních, kde zajistí spolehlivé hromadné bezdrátové připojení. Ve spotřebitelském sektoru zajistí hromadné připojení počítačů a zařízení IoT včetně nositelných jako jsou brýle pro virtuální a rozšířenou realitu nebo zdravotnické monitorovací pomůcky.
Snapdragon X35 5G Modem-RF přináší řadu pokročilých technologií zaměřených na výrazné snížení spotřeby energie, zvýšení pokrytí 5G, nižší latenci a zlepšení rychlostí. Mezi pokročilé funkce patří:
- Qualcomm QET5100 Envelope Tracking
- Technologie Qualcomm Smart Transmit
- Sada Qualcomm 5G s ultra nízkou latencí
- Qualcomm 5G PowerSave Gen 4
Nízká spotřeba energie, větší pokrytí 5G sítí a neuvěřitelná přesnost polohy umožňuje Snapdragon X35 kompaktním 5G zařízením pracovat déle a z více míst po celém světě. Vysoká komunikační rychlost downlink i uplink s nízkou latencí nabízí zážitky v reálném čase v rychle se měnícím světě. Snapdragon X35 rozšiřuje ekosystém 5G a zároveň bezproblémově spolupracuje se stávajícími zařízeními a sítěmi. Tento optimalizovaný design a rychlé škálování služeb 5G umožňuje rychlejší migraci ze zařízení LTE CAT 4+ do jednotné sítě 5G.
Vlastnosti Snapdragon x35:
- Multi-Mode NR Sub-6 SA, LTE Cat4
- Podpora šířky pásma 20 MHz, 1RX/2RX, 1TX a Half-Duplex FDD (HD-FDD)
- Globální podpora VoNR a VoLTE
- Podpora dvoufrekvenčního GNSS (L1+L5)
- Podpora mobility v nečinném a připojeném režimu
- Kompatibilní se staršími sítěmi 5G a 4G
- Podpora pro uplinkovou agregaci slotů
- 5G NR-Light, FDD, SA (samostatný), TDD, sub-6 GHz, HD-FDD, LTE
- Počet antén: 1 , 2
- Šířka pásma 20 MHz (sub-6 GHz)
- Volací služby VoLTE a VoNR
- Rychlost upload až 100 Mbps (64 QAM)
- Rychlost download až 220 Mbps (256 QAM)
- Frekvenční podpora GNSS: Duální (L1/L5)
Doplňující informace:
- Webinar o 5G NR-Light: https://players.brightcove.net/1414329538001/BJv5wEFt_default/index.html?videoId=6309996134112
- Více o 5G NR-Light neboli RedCap: https://www.qualcomm.com/news/onq/2022/07/what-is-5g-nr-light--a-k-a--redcap--and-how-will-it-accelerate-t
- Více o Snapdragon x35: https://www.qualcomm.com/news/onq/2023/02/snapdragon-x35-worlds-first-nr-light-modem-rf
