Naturalnym krokiem w ewolucji dzisiejszych sieci szerokopasmowych jest zwiększenie przepustowości danych. Aby sprostać bardzo dużemu wzrostowi zapotrzebowania na transmisję danych oraz liczbie połączeń wykorzystywanych w dzisiejszym nowoczesnym społeczeństwie, w tym zapewnieniu działania Internetu Rzeczy z milionami połączonych ze sobą urządzeń, specjaliści z dziedziny komunikacji bezprzewodowej opracowali nowy system o bardzo dużych prędkościach przesyłu danych. Znacznie odstaje on parametrami od LTE, dlatego okrzyknięto go mianem kolejnej, piątej generacji. Zakłada się, że system 5G będzie działał w połączeniu z istniejącymi sieciami LTE, a docelowo po poszerzaniu zasięgu pozwoli przejść ewolucje w kierunku samodzielnych sieci.
Niezależnie od zapewnienia szybszych połączeń i większej pojemności, bardzo ważną korzyścią z sieci 5G jest ich szybki czas reakcji, zwany też opóźnieniem. Opóźnienie to czas, jakiego potrzebują urządzenia, aby odpowiadać sobie wzajemnie w ramach sieci bezprzewodowej. Typowy czas odpowiedzi dla sieci dotychczas użytkowanych wynosi około pół sekundy, a w sieci 5G osiągnie wartość rzędu pojedynczych milisekund. Dzięki temu otwiera się całkowicie nowy świat zastosowań. 5G z racji krótkich czasów opóźnienia umożliwi natychmiastową łączność pomiędzy milionami urządzeń.
Istnieją trzy główne kategorie zastosowań 5G. Jedną z nich jest właśnie wspomniana masowa łączność pomiędzy urządzeniami, nazywana Internetem Rzeczy, obejmująca łączenie się maszyn bez ingerencji człowieka. Dzięki temu nastąpi zrewolucjonizowanie nowoczesnych procesów i zastosowań przemysłowych. Drugim przeznaczeniem jest bezprzewodowa transmisja zapewniająca bardzo szybki przesył danych oraz większą pojemność sieci radiowej. Wśród nowych zastosowań znajdzie się bezprzewodowy stacjonarny dostęp do internetu dla gospodarstw domowych, transmisje telewizyjne w terenie bez konieczności używania wozów transmisyjnych oraz lepsza komunikacja głosowa. Ważnym zastosowaniem jest również niezawodna łączność do celów krytycznych umożliwiająca kontrolę urządzeń w czasie rzeczywistym, obejmująca łączność pomiędzy pojazdami oraz systemami bezpieczeństwa, bezpieczniejsze sieci transportowe czy bezpieczne zastosowania w przemyśle i medycynie.
Technologia 5G zmieni oblicza miast, pozwoli w pełni wprowadzić w życie ideę smart city, w rezultacie zapewniając nam bezpieczeństwo i wydajność przestrzeni życiowej. Szybka transmisja danych i możliwość podłączenia do sieci większej liczby urządzeń znacznie ułatwią życie mieszkańcom. 5G sprzyja również zrównoważonemu rozwojowi i ochronie środowiska.
Jeżeli chodzi o zastosowania przemysłowe, to należy się spodziewać, że urządzenia pracujące w tej technologii przyczynią się do innowacji w przemyśle oraz rolnictwie, rozwijając inteligentne gospodarstwa rolne i fabryki. Najważniejszą korzyścią z urządzeń 5G będzie zauważalnie większa prędkość dostępu do danych oraz ściągania i udostępniania treści w czasie rzeczywistym. Ponadto urządzenia 5G będą miały silniejszą moc obliczeniową oraz szybsze czasy reakcji (opóźnienia), co w praktyce odczuje się jako ciągłe połączenie z siecią, również w trakcie przemieszczania.
Przenośne urządzenia zapewniające łączność w technologii 5G są już dostępne od zeszłego roku. Natomiast wprowadzenie na rynek urządzeń z niskim czasem reakcji oraz upowszechnienie zastosowań łączności automatycznej (machine to machine) z wykorzystaniem sieci 5G przewiduje się w kolejnych latach. 5G jest obecnie rozwijane i testowane, a ogólną dostępność usług 5G planuje się na 2025 rok.
W tym miejscu nie sposób nie wspomnieć o budowie i zasadzie działania nowoczesnych sieci łączności. Sieć ruchoma 5G składa się z dwóch warstw: radiowej sieci dostępowej RAN oraz sieci rdzeniowej CORE. Radiowa sieć dostępowa zbudowana jest z różnych rodzajów urządzeń, takich jak infrastruktura wysokościowa (maszty, wieże), nadajniki komórkowe oraz systemy wewnątrzbudynkowe, które łączą użytkowników, a także urządzenia bezprzewodowe z główną siecią rdzeniową. Kluczową cechą przyszłych sieci 5G będą małe nadajniki komórkowe (mikroi femtocele), działające z wykorzystaniem częstotliwości właściwych dla radiowych fal milimetrowych (mikrofal), których zasięg jest bardzo krótki. Aby zapewnić stałe połączenie, nadajniki komórkowe będą ustawiane w grupach, zapewniając pokrycie obszaru sygnałem radiowym. Nadajniki 5G będą wykorzystywały anteny wieloelementowe zapewniające równoczesne wysyłanie i odbierania dużej liczby danych. Korzyść dla użytkowników polega na tym, że wiele urządzeń może równocześnie połączyć się z siecią przy zachowaniu dużej przepustowości. Sieć rdzeniowa odpowiada za wymianę ruchu w systemie łączności, zarządza usługami głosowymi, transmisją danych i połączeniami internetowymi. Dla technologii 5G sieć CORE zaprojektowano w taki sposób, aby lepiej integrowała usługi z internetem i opartymi na chmurze danych. Dodatkowo sieć rdzeniowa dla 5G zawiera w sobie rozproszone w systemie serwery, których zadaniem jest poprawienie obniżania czasu opóźnień w prowadzonej transmisji.
W pierwszej fazie funkcjonowania systemów opartych na technologii 5G podczas ustanawiania połączenia terminal użytkownika połączy się zarówno z siecią 4G, w celu zapewnienia sygnalizacji kontrolnej, jak też z siecią 5G, aby umożliwić szybsze połączenie, zwiększając istniejącą pojemność 4G. W przypadku ograniczenia pokrycia 5G, dane będą transmitowane tak samo jak w dzisiejszej sieci 4G, zapewniając nieprzerwane połączenie. Takie zaprojektowanie sieci 5G powoduje, że uzupełnia ona istniejącą sieć 4G. Sieci 5G zaprojektowano do współpracy z sieciami 4G wykorzystującymi gamę makrokomórek, małych nadajników komórkowych (microcells) i dedykowanych systemów wewnątrzbudynkowych. Małe nadajniki komórkowe to ministacje bazowe zaprojektowane do budowania bardzo lokalnego pokrycia, tj. najczęściej od kilkudziesięciu do kilkuset metrów, zapewniające doświetlenie radiowe sieci makrokomórek o większym zasięgu. Małe nadajniki są fundamentalne dla sieci 5G również dlatego, że częstotliwości mikrofalowe mają bardzo krótki zasięg.
Mimo że końcowe standardy sieci i urządzeń 5G są jeszcze opracowywane, w Polsce już trwają pierwsze wdrożenia sieci 5G. Pierwotnie zaproponowano dla tego systemu częstotliwości z zakresu 600-700 MHz, 3-4 GHz oraz 26-28 GHz. W kolejnych etapach wdrożenia przewiduje się wykorzystanie pasma z zakresu 38-42 GHz. Pozwoli to istotnie zwiększyć pojemność w porównaniu do istniejących technologii łączności mobilnej. Dodatkowe częstotliwości pozwolą obsłużyć większą liczbę urządzeń użytkowników, przesłać więcej danych i zapewnić szybsze połączenia. Zwiększona ilość widma częstotliwości w falach milimetrowych powyżej 30 GHz zapewni lokalne pokrycie, ponieważ działają one tylko na krótkich dystansach przy widoczności wzrokowej. Przyszłe wdrożenia 5G będą mogły wykorzystywać fale milimetrowe w pasmach do 86 GHz.
Działający w naszym kraju operatorzy mają bardzo duże doświadczenie we wdrażaniu innowacyjnych rozwiązań mobilnych. W Polsce w szybkim tempie i na dużą skalę wdrożono sieci 3G, które umożliwiły powszechny i szybki dostęp do internetu mobilnego. Wdrożono również czwartą na świecie sieć LTE. Była to jednocześnie pierwsza na świecie sieć LTE1800. Polska być może stanie się prekursorem także we wdrożeniu technologii 5G.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
