Internet nowej dekady

Choć formalna specyfikacja nie została w pełni uzgodniona, giganci telekomunikacyjni zrzeszeni w organizacji Next Generation Mobile Networks określili kluczowe parametry, jakie muszą spełniać sieci, by móc określać je mianem 5G.

Kluczowym parametrem jest przepustowość. Pierwsze sieci komórkowe piątej generacji, które zostaną zbudowane po 2020 roku, mają charakteryzować się minimalnym transferem danych na poziomie 100 Mbit/s w środowisku wielkomiejskim. W budynkach biurowych transfer bezprzewodowy ma osiągać minimum 1 Gbit/s. Dla porównania obecnie najbardziej wydajne sieci 4G LTE pozwalają na pobieranie z szybkością 15–25 Mbit/s (teoretyczna wydajność to 150 Mbit/s).

Kolejną cechą nowej generacji sieci ma być niewielkie opóźnienie sygnału pomiędzy siecią a urządzeniem klienta. Sieci LTE mają opóźnienia na poziomie 30–50 ms – w przypadku obecnych zastosowań sieci mobilnych, czyli komunikacji, korzystania z mediów społecznościowych, wideo czy gier wieloosobowych jest to wystarczające. Do zastosowań przyszłości, takich jak pobieranie danych przeznaczonych do przetwarzania w czasie rzeczywistym, np. przez autonomiczny samochód czy roboty, już nie. Sieć mobilna, aby spełnić kryteria 5G, będzie musiała mieć opóźnienie rzędu pojedynczych milisekund.

Obecnie sieci 3G i 4G są przystosowane do obsługi urządzeń, z których korzystają ludzie, a ci zazwyczaj nie mogą używać kilku połączeń jednocześnie. Według raportu Newzoo na temat globalnego rynku mobilnego w 2016 roku na świecie jest ok. 3 mld urządzeń korzystających z sieci komórkowych. Szwedzki koncern telekomunikacyjny Ericsson przewiduje, że już w 2021 będzie aż 7,7 miliarda subskrypcji na usługi mobilne i dodatkowo 1,5 miliarda podłączonych do sieci urządzeń IoT. Sieci 4G pozwalają zaledwie na kilka tysięcy połączeń w pojedynczej komórce. Sieci 5G będą obsługiwały milion połączeń.

Do stworzenia zunifikowanego środowiska dostępu, tzw. Multi-RAT (Radio Access Technology), producenci zamierzają wykorzystać szereg istniejących standardów korzystających z pasm licencjonowanych (3G, 4G) oraz otwartych (Wi-Fi, Bluetooth). Kluczową technologią jest tzw. New Radio, interfejs bezprzewodowy w paśmie fal centymetrowych (3–30 Ghz) oraz milimetrowych (30–300 Ghz). Obecne technologie 2G (GSM), 3G (UMTS) i 4G (LTE) bazują na spektrum 500 Mhz–2,6 Ghz, sieci Wi-Fi pracują w pasmach 2,4 Ghz oraz 5 Ghz, interfejs Bluetooth wykorzystuje pasmo 2,4 Ghz. Wykorzystanie fal o większej częstotliwości ma wiele zalet, takich jak szybszy transfer (do 20 Gbit/s) i opóźnienie rzędu kilku ms. New Radio ma pozwolić także na szybki transfer danych do obiektów poruszających się z prędkością nawet 500 km/h.

Budowa sieci 5G zacznie się ok. 2020 roku, ale niektóre rozwiązania pojawią się wcześniej. Jednym z nich jest Gigabit LTE, oferujący transfer na poziomie 100–300 Mbit/s. Nowa technologia zaimplementowana została m.in. w mobilnym chipsecie Snapdragon 835.

W niedalekiej przyszłości standardem będzie transmisja wideo Ultra HD. Użytkownik będzie mógł przełączać się między wieloma strumieniami (np. z różnych kamer) i obserwować transmisję w trybie wirtualnej rzeczywistości. Podczas eventów takich jak koncerty czy wydarzenia sportowe za pomocą urządzeń mobilnych będzie można wpinać się do transmisji wideo z zainstalowanych w obiekcie kamer, oglądać powtórki, otrzymywać tłumaczenie na bieżąco czy korzystać z aplikacji rozszerzonej rzeczywistości, np. nanoszonych na cyfrowe okulary informacji o wyniku meczu czy strzelcach bramek. Zastosowanie sieci 5G pozwoli na nadawanie z urządzeń mobilnych wysokiej jakości transmisji wideo do sieci, także w trybie 3D. Może to zrewolucjonizować media społecznościowe, np. przez tworzenie „miejsc wirtualnej obecności”, np. w połączeniu ze sprzętem VR.

Duża pojemność sieci pozwoli na rozmieszczenie czujników IoT, które będą monitorowały czynności życiowe pacjenta i w czasie rzeczywistym przesyłały dane do centrum diagnostycznego. Aplikacje działające w chmurze przetworzą dane i zaproponują lekarzowi diagnozę. Olbrzymia przepustowość sieci oraz minimalne opóźnienia pozwolą na szersze wykorzystanie robotów w chirurgii, które będą mogły być kontrolowane z wykorzystaniem wirtualnej rzeczywistości przez specjalistę pracującego nawet na innym kontynencie.

Inteligentne urządzenia pomiarowe pozwolą na dostosowanie produkcji energii do potrzeb danej chwili. Poza tym z siecią elektryczną zostaną zintegrowane domowe urządzenia do magazynowania prądu, prywatne elektrownie wiatrowe czy słoneczne, które poprzez sieć 5G będą informowały centralny system o ilości wytworzonej energii oraz o nadwyżce oddawanej do sieci. Nowa sieć bezprzewodowa jest też niezbędna do upowszechnienia się autonomicznych samochodów. Aby takie pojazdy mogły się bezpiecznie poruszać po mieście, będą musiały wymieniać dużą ilość danych z innymi pojazdami znajdującymi się w pobliżu. Biorąc pod uwagę, że wszystko będzie odbywać się na ulicach, cechy sieci 5G takie jak minimalne opóźnienie są niezbędne, by autonomiczne samochody reagowały na dynamicznie zmieniającą się sytuację.

Router
Samsung zaprezentował chipset do smartfonów, router oraz stację bazową. Router może odbierać sygnały bezprzewodowe ze stacji bazowej i udostępniać sygnał LTE w biurze lub mieszkaniu. System ma przepustowość 1 Gbit/s.

Modem
Firma Qualcomm, potentat w dziedzinie chipsetów mobilnych, zaprezentowała modem 5G Snapdragon X50, który oprócz obsługi sieci 4G umożliwi łączenie się ze stacjami bazowymi 5G pracującymi w paśmie 28 Ghz. Dzięki możliwości zestawienia ośmiu kanałów połączenia wydajność urządzenia ma sięgać 5 Gbit/s.

Radio dla stacji bazowej
Ericsson oferuje już nadajniki radiowe 5G dla stacji bazowych takie jak Ericsson AIR 6468. Wyróżniają się one 64 nadajnikami i 64 odbiornikami (MIMO), dzięki czemu pozwalają na nawiązywanie wielokanałowych połączeń LTE z prędkością 1 Gbit/s.

1G
Sieć analogowa, przeznaczona do transmisji głosu. Rozwinął ją w Europie operator Nordic Mobile Telephone. Nie umożliwiała transmisji danych.

2G – GSM
Pierwsza sieć cyfrowa – uruchomiona w Finlandii w 1991 roku, a następnie upowszechniona na całym świecie. Poza transmisją cyfrową głosu pozwala na transmisję danych w standardzie GPRS (64 Kbit/s) oraz EDGE (236 Kbit/s).

3G – UMTS
Pierwsza sieć rozwijana z myślą o transmisji danych, uruchomiona po raz pierwszy w 1998 roku. Pierwotnie umożliwiała przesyłanie danych w standardzie WCDMA (384 Kbit/s), w kolejnych latach udostępniono transmisję HSPA (7,2 Mbit/s), a następnie HSPA+ (21,6 Mbit/s).

4G – LTE
Sieć zoptymalizowana pod kątem transmisji danych (bazuje na protokole IP). Została uruchomiona po raz pierwszy w 2009 roku przez szwedzkiego operatora Telia. W pierwszej wersji LTE umożliwia transfer 100 Mbit/s, w zmodernizowanej Advanced – do 1 Gbit/s. LTE Advanced jest uznawane za prekursora sieci 5G.

5G
Pierwsze sieci 5G, które powstaną po 2020 roku, pozwolą osiągnąć transfer rzędu 10 Gbit/s.