Komunikacja mobilna piątej generacji

Przepustowość transmisji danych liczona w gigabitach na sekundę, błyskawiczny dostęp do danych, ogromna pojemność sieci – to tylko niektóre zalety standardu 5G. Ile jest w tym jednak życzeń, a ile rzeczywistości? Kiedy można spodziewać się tej zapowiadanej przez wszystkich komunikacyjnej rewolucji?

5G to skrót odnoszący się do pojęcia mobilnych sieci piątej generacji albo bezprzewodowych systemów komunikacji piątej generacji. W uproszczeniu to propozycja standardu telekomunikacyjnego, który w przyszłości ma zastąpić 4G/LTE łącznie z LTE-Advanced. Ma być szybszy, wydajniejszy, mniej energochłonny i pojemniejszy. Przewiduje się jego zastosowanie w motoryzacji, transporcie, sektorze zdrowotnym, energetycznym, przemyśle, mediach i rozrywce. Ma integrować różne technologie telekomunikacyjne, włączając w to rozwiązania kablowe, mobilne, optyczne i satelitarne. Przynajmniej tak zakłada Komisja Europejska. Czego możemy się spodziewać po standardzie 5G?

Plany

Przede wszystkim zanim 5G stanie się powszechne, minie sporo czasu. Być może pod koniec przyszłego roku pojawi się zarys wymagań, a zatwierdzenie wersji ostatecznej standardu planowane jest na 2020 r. Do tego czasu może pojawić się jedynie kilka niekomercyjnych, przedstandardowych wdrożeń testowych.

Zobacz również:

Kolejna generacja globalnego systemu telekomunikacyjnego będzie na pewno pojemniejsza od obecnie wykorzystywanego 4G i jego różnych wersji. Już dziś wielokrotnie zdarzają się sytuacje, w których użytkownicy nie mogą połączyć się z siecią, zwłaszcza w miejscach o dużym zagęszczeniu abonentów. Szersze pasma, odpowiednie kodowanie i kierunkowanie wiązek antenowych mają zagwarantować bezproblemową obsługę większej – o rzędy wielkości – liczby urządzeń. System powinien bezproblemowo obsłużyć 106 urządzeń na 1 km2.

Komunikacja ma się również odbywać bez zauważalnych opóźnień. To ukłon przede wszystkim w stronę przemysłu i usług. Systemy logistyczne, kierowania ruchem, medyczne, przesyłające dane pomiędzy poruszającymi się pojazdami nie pozwalają na zwłokę w odebraniu wysłanych danych.

Najbardziej chwytliwym marketingowo parametrem sieci 5G jest oczywiście szybkość przesyłania danych. To ona działa na wyobraźnię przyszłych użytkowników. Założenia mówią o szczytowych wartościach na poziomie 10 Gb/s (20 Gb/s w szczególnych warunkach). Zakładane są także średnie efektywne szybkości, jakich powinien doświadczyć użytkownik. To 100 Mb/s w przypadku poruszającego się odbiornika i nawet 1 Gb/s w konfiguracji hotspotu.

Każdy standard planowany jest nie na rok czy dwa lata, ale na kilkanaście, kilkadziesiąt lat do przodu. Między innymi z tego powodu wstępna specyfikacja 5G określa, że założenia szybkości przesyłania danych, małych opóźnień bądź pojemności muszą być spełnione nie tylko w statycznym układzie – w końcu to standard mobilny. Dlatego parametry komunikacji nie powinny się pogorszyć dla obiektów poruszających się nawet z prędkością 500 km/h (i gdy się nad tym zastanowić, to wcale nie jest dużo, wystarczy wziąć pod uwagę szybką kolej czy lecący samolot).

Istotne są również oszczędności energii, a tak naprawdę efektywność energetyczna. Zakładając, że zużycie energii będzie porównywalne z obecnym, to w przypadku znacząco większych możliwości sieci efektywność powinna poprawić się nawet stukrotnie. Aby uzyskać tak wyśrubowane parametry, potrzebna jest także większa efektywność spektralna stosowanych rozwiązań i zdolność do obsługi wysokich transferów na jednostce powierzchni, czyli wydajne, jednoczesne i równomierne przesyłanie danych do wielu odbiorników umieszczonych blisko siebie, np. w restauracji czy biurze.

Pasma i częstotliwości

Aby osiągnąć zakładane parametry transmisji sieci 5G, zwłaszcza te związane z szybkością, niezbędne są bardzo szerokie pasma częstotliwości. Dostępne są one jedynie w wysokich zakresach. Pierwsze licencje zostały wydane dla pasma 28 GHz. Kolejne to nielicencjonowany przedział od 64 do 71 GHz. Inne, o których się mówi, to 3,4–3,9 GHZ czy pasma nawet w okolicach 100 GHz.

Głównym pasmem w Europie ma być zakres od 3,4 do 3,8 GHz, z kanałem o szerokości 400 MHz. To rozwiązanie pośrednie między dużym zasięgiem a szybkością i pojemnością sieci. Na razie pozostaje to jednak w sferze rozważań. O ile na świecie instytucje zarządzające częstotliwościami zarezerwowały już dla 5G zakresy 28 GHz, o tyle w Europie w grudniu 2016 r. przewidziano na razie w tym celu jedynie pasmo… 700 MHz. To niższy zakres niż obecnie używany w Polsce przez LTE (1,8 / 2,6 GHz). W efekcie bez dodatkowych procesów obliczeniowych, zaawansowanego kodowania, modulacji i efektywniejszego wykorzystania spektrum nie ma szans na uzyskanie większych przepustowości czy pojemności sieci, a zalety 5G pozostają tylko na papierze. Jedyna korzyść to duży zasięg.

Europejskie negocjacje dotyczące 28 GHz nie przyniosły na razie żadnego efektu. Jest to bowiem najpopularniejszy zakres zajmowany obecnie w Europie przez nadawców telewizji satelitarnych. Dlatego wspomina się o podziale tego pasma na zakresy 24,5–27,5 GHz i 31,8–33,4 GHz.

Terminarz prac nad 5G w Europie

Terminarz prac nad 5G w Europie

Zastosowania

Podczas analizy możliwych zastosowań sieci 5G wydzielono różne obszary wynikające ze stawianych jej wymagań. Dla mobilnej transmisji szerokopasmowej najważniejsza jest szybkość pobierania danych, mobilność, a także wydolność transmisyjna sieci przy dużym zagęszczeniu abonentów. Te parametry są za to praktycznie nieistotne, gdy weźmie się pod uwagę potrzeby przesyłania informacji pomiędzy różnymi urządzeniami w połączeniach machine-to-machine. Tu liczy się przede wszystkim zdolność do obsługi wielu odbiorników na danej powierzchni. Najważniejszy jest niewielki koszt urządzeń i długa bezobsługowa praca, a więc niskie zużycie energii, pomijalna jest jednak mobilność czy zdolność do osiągania wysokich transferów. Dane w tym scenariuszu przekazywane są okazjonalnie i w niedużych paczkach.

Trzeci obszar zastosowań sieci 5G to wysoko niezawodne systemy komunikacyjne o niskich opóźnieniach, takie jak: sieci medyczne, logistyczne czy transportowe, w których od pewności połączenia i prawie natychmiastowego przekazania danych może zależeć życie człowieka. W tych przypadkach wysokie transfery również nie są ważne, z reguły pakiety danych też nie są duże. Liczy się przede wszystkim brak opóźnień i wysoka mobilność.

Wizje, plany i oczekiwania w stosunku do sieci 5G są różne. W efekcie planowane parametry jej pracy także nie są jednolite. Może się okazać, że za pomocą dostępnych rozwiązań technologicznych nie da się uzyskać wszystkich w jednym wariancie standardu i w praktyce konieczne będzie stworzenie kilku różnych sieci, dla których 5G będzie tylko wspólnym szyldem zewnętrznym.

Problemy na horyzoncie

Stopień skomplikowania nowej technologii i stawiane przed nią wymagania powodują, że na wiele pytań związanych z wprowadzeniem w życie 5G trudno odpowiedzieć. Poprzednie generacje komunikacji mobilnej były bardziej rozpoznane przed wprowadzeniem ich na rynek, a związane z nimi modele biznesowe prostsze. Mimo że przyszły rynek 5G szacuje się na setki miliardów euro, to oceny te nie są oparte na stabilnych, znanych podstawach. Bywało już w historii tak, że planowane z entuzjazmem i wysoko oceniane projekty okazywały się kompletną i często kosztowną klapą. Przykładem może być system telefonii satelitarnej Iridium.

Polska jest jednym z liderów wprowadzania technologii 4G i to może przyczynić się do opóźnień w realizacji sieci 5G. Z uwagi na konieczność weryfikacji przyszłych rozwiązań na innych rynkach nie należy się spodziewać krajowej rewolucji telekomunikacyjnej od razu po wprowadzeniu nowego standardu w 2020 r.

5G swoimi parametrami może konkurować z łączami stałymi czy sieciami Wi-Fi. Biorąc pod uwagę, że za telefonię mobilną trzeba wnosić opłaty abonamentowe i ryzykować kłopoty z połączeniem w razie wyczerpania pojemności sieci, może się okazać, że wiele grup użytkowników będzie wolało zostać przy Wi-Fi. To automatycznie odejmuje sporą część przychodów.

Sieć piątej generacji jest uważana za idealne medium dla internetu rzeczy. Tymczasem w tym obszarze zastosowań wystarczą niewielkie szybkości przesyłania danych, bo paczki informacji są z reguły bardzo małe. Istotne są jak najmniejsze koszty tworzenia infrastruktury i minimalne koszty obsługi. Jedynym obszarem internetu rzeczy, w którym duża szybkość przesyłania danych 5G mogłaby się przydać, jest dystrybucja sygnału wideo w instalacjach inteligentnego budynku.

Inna wątpliwość dotyczy źródeł finansowania nowej infrastruktury. 5G to jedna z najbardziej zaawansowanych i skomplikowanych technologii, jakie pojawiły się w ostatnich latach. Potrzebne są ogromne inwestycje, by system zaczął funkcjonować. Tymczasem operatorzy sieci komórkowych czekają na zwrot kosztów poniesionych na uruchomienie sieci 4G i raczej nie zdecydują się na kosztowną zmianę, jeżeli wcześniejsza generacja będzie przynosić zyski.

Kiedy 5G w Polsce?

Nie wiadomo. Trudno przecież nawet określić, kiedy standard przyjmie się na świecie. A przed nami jeszcze kłopoty z przydziałem częstotliwości, określeniem wymagań, planowaniem modeli biznesowych.

Polska jest jednym z liderów wprowadzania technologii 4G i to paradoksalnie może przyczynić się do opóźnień w realizacji sieci 5G. Nie oszukujmy się, nasi operatorzy nie są potentatami na rynku światowym, a koszty, które trzeba będzie ponieść, będą na pewno wyższe niż obecnie. Biorąc również pod uwagę konieczność weryfikacji przyszłych rozwiązań na innych rynkach, nie należy się raczej spodziewać krajowej rewolucji telekomunikacyjnej od razu po wprowadzeniu nowego standardu w 2020 r. Analizując czas upowszechniania się usług 3. i 4. generacji oraz przewidując zapotrzebowanie na możliwości oferowane przez 5. generację, można ocenić, że 5G, poza ewentualnie niewielkimi instalacjami pilotażowymi o bardzo ograniczonym zasięgu, nie pojawi się w naszym kraju przed rokiem 2027, a może nawet później. Tym bardziej że szczyt rozwoju technologii 5G na świecie prognozowany jest dopiero na rok 2040.