Čo je nového v 5G, 100x rýchlejšej sieti oproti 4G?

Ešte sme si poriadne nezvykli na hypnotizujúcu rýchlosť LTE a komfort, ktorý prináša, a za dverami už sú siete novej generácie. Hoci k ich praktickému nasadeniu ešte pár drobností chýba, 5G už zďaleka nie je len víziou. Technológia dozrieva, namiesto vízií je k dispozícii čoraz viac hardvéru aj terminálov a významní operátori spúšťajú testy pred-štandardov.

Pozrite siEricsson buduje 5G sieť pre Zimné olympijské hry 2018

Lenže 5G nebude len ďalšou evolúciou s rýchlejším mobilným internetom, ako tomu bolo v podstate pri prechode od 3G k 4G.

Hoci takéto tvrdenie je v tomto prípade veľmi zjednodušujúce, 5G bude znamenať skutočný technický prevrat. Štandard pre siete 5G zatiaľ síce neexistuje – jeho definitívna podoba ešte nebola schválená, ale svetoví technologickí lídri už roky tvrdo pracujú na tézach a východiskách, ktoré sú preň odrazovým mostíkom.

Vieme, čo máme od sietí 5G očakávať a existujú aj prognózy vývoja zákazníckych potrieb a preferencií na ďalšiu dekádu.

Pozrite siDo roku 2022 bude pol miliardy 5G pripojení

Podľa Satja Atreyama z analytickej spoločnosti IDC siete 5G už prešli zo štádia technologickej teórie a vízie do skutočného sieťového a obchodného plánovania mobilných operátorov.

A to napriek tomu, že štandard ešte nie je definovaný. Bude technológia 5G skutočne prevratom v komunikácii, alebo je to skôr mediálna bublina živená telekomunikačným sektorom? Čo môžeme od sietí 5G očakávať? A potrebujeme ich vôbec?

ZDROJ | 3GPP

Posun o niekoľko rádov

Technológii 5G z hľadiska očakávaných vlastností sme sa na našich stránkach už venovali, ale stručne si ich zhrňme. Skok oproti 4G bude skutočne impozantný, keďže pôjde doslova o revolučnú zmenu, ktorá niektoré parametre zlepší o dva až tri rády.

Pretavené do čísel to znamená 100x vyššiu typickú rýchlosť prenosu dát, 100x vyšší počet pripojených zariadení a 1 000x vyššiu systémovú kapacitu na kilometer štvorcový.

Už dnes operátori, ktorí testujú pred-štandardné 5G technológie, dosahujú v experimentálnych sieťach rýchlosti dátových prenosov rádovo od jednotiek do desiatok Gbit/s. Špička sa dnes pohybuje okolo 35 Gbit/s.

Pri takýchto rýchlostiach budú siete 5G v internetovom pripojení pohodlne konkurovať vláknovej optike. Na tejto skutočnosti nič nemení ani fakt, že reálna užívateľská skúsenosť bude nižšia.

ZDROJ | Lenovo

Nožnice medzi technologickým maximom, ktoré operátori radi uvádzajú v marketingovej komunikácii ako rýchlosť služby, však budú pri 5G otvorené podstatne menej, ako sme na to boli zvyknutí v sieťach 3G aj 4G.

Konkurencia aj voči káblom

Pri definícii štandardu sa uvažovalo s maximálnou rýchlosťou 10 Gbit/s pre statické zariadenia a 1 Gbit/s pre terminály v autách a vo vlakoch za jazdy, pričom v dobrom pokrytí by táto rýchlosť mala byť skutočne dosiahnuteľná.

S takýmito parametrami 5G dokáže konkurovať optike, pokiaľ operátori ponúknu flatrate programy. A dnes vieme, že k tomu smerujú. Neuveriteľným spôsobom sa má tiež znížiť latencia.

Pôvodné odhady hovorili o päťnásobnom znížení z 20-30 ms na cca 5 ms. Skutočnosť však bude dramaticky lepšia, pretože siete 5G budú pracovať s latenciou pod 1 ms.

Dnes sa nachádzame v „trochu“ iných dimenziách. Podľa reálnych meraní spoločnosti OpenSignal dosahuje LTE v živých pripojeniach priemernú latenciu 98 ms, HSPA+ má latenciu 172 ms a Wi-Fi 151 ms.

To sú podstatne vyššie hodnoty, ako údaje z testovacích serverov, ako napríklad Speedtest.net. Na tohtoročnom podujatí MWC v Barcelone prezentoval Deutsche Telekom spolu so Samsungom technológiu garantovanej nízkej latencie GLA pre siete 5G. Pri riadení robotických ramien sa podarilo pracovať s oneskorením pod 1 ms.

Pozrite siSamsung a Deutsche Telekom demonštrovali garantovanú latenciu v sieťach 5G

Dosiahnuť hodnoty pod 1 ms však bude v živej sieti extrémne náročné. Dôvodom je fyzika a rýchlosť šírenia elektrických, aj optických signálov po kábloch. Každý segment siete a komunikujúce zariadenie pridáva svoj diel oneskorenia.

Aj preto (ale tiež z iných dôvodov) bude architektúra siete 5G podstatne odlišná oproti sieťam 3G aj 4G. Sieť bude viacvrstvová a bude využívať rôzne frekvenčné pásma od milimetrových vĺn po jednotky GHz.

Ak porovnávame siete 5G s LTE, či hoci aj s ich vylepšenou nadstavbou LTE-Advanced (LTE-A), budúcnosť mobilných komunikácií sa javí v úplne inom svetle. Pôjde o väčší skok, než znamenal prechod z analógových mobilných sietí 1G na digitálne 2G. Pritom si dobre pamätáme, o akú šokovú terapiu vtedy išlo.

Ekonomické dopady 5G a optických sietí vo Veľkej Británii.ZDROJ | Telecom TV

Čosi podobného, nielen kvôli rýchlosti, latencii a ďalším technickým parametrom, ale aj kvôli rozvoju internetu vecí (IoT), ktorý s novou technológiou bude akcelerovať, príde aj s nástupom sietí 5G. Ericsson, Nokia, Huawei, ZTE, Intel, Qualcomm, Samsung a ďalší výrobcovia infraštruktúry a hardvéru pre mobilné komunikácie súťažia v dostihoch s názvom 5G.

Platí to aj o významných operátoroch, ktorí s nimi spolupracujú, pretože v tejto hre sa nehrá o fazuľky. 5G je totiž „The Next Big Thing“ – ďalšia veľká vec – a s ním prichádza aj obrovský nový koláč ekonomických príležitostí.

Pozrite siNokia predviedla 5G FIRST

Kedy bude na svete štandard?

Členovia organizácie 3GPP sa v poslednej dobe snažia urýchliť štandardizačný proces pre nové rádio 5G (5G New Radio, 5G NR). V súlade s tým, čo sme naznačili vyššie, je pochopiteľný istý nesúlad a boj záujmových skupín výrobcov o presadenie vlastných predstáv a modifikácií.

Pri etablovaní sa kľúčových technológií to nikdy nebýva inak – stačí si spomenúť na „pôrodné bolesti“, s akými vznikajú nové štandardy pre Wi-Fi. A tie sú oproti 5G trochu nižšou ligou.

Časová os vývoja štandardov pre 5G.ZDROJ | Telecom TV

 

Nedávno bol dosiahnutý dôležitý konsenzus v oblasti prístupových sietí (Radio Access Network, RAN) pre pracovný plán 5G New Radio, uviedol pre Telecom TV odchádzajúci predseda 3GPP RAN Dino Flore.

Finálny návrh podporilo 47 spoločností, ale zďaleka nie všetky. Proces schvaľovania bude ešte náročný a zrejme aj hektický a je jasné, že pred plnohodnotným „Full 5G“ štandardom bude schválená akási prechodová verzia.

Popri štandarde 5G sa budú ďalej vyvíjať aj špecifikácie LTE.ZDROJ | University of Surrey

 

Tá sa označuje ako Non-Standalone 5G-NR eMBB (NSA 5G-NR eMBB), pričom eMBB znamená „enhanced Mobile BroadBand“, teda rozšírený mobilný širokopásmový dátový prístup. V praxi tento pred-štandard umožní spustiť nové siete na jadre z LTE a 5G NR prístup využiť na zvýšenie dátových rýchlostí a zníženie latencie.

Verzia štandardu NSA 5G-NR by mala byť skompletizovaná do konca roku 2017 a efektívny štandard definitívne prijatý v marci 2018. To je dôležitý signál pre výrobcov čipov, terminálov, aj infraštruktúry, ktorí môžu pripravovať hardvér pre plynulý prechod na novú generáciu sietí.

Samostatná (Standalone) verzia štandardu pre rádiové rozhranie SA 5G-NR by mala byť dokončená v júni 2018 a štandard schválený v septembri 2018. Normy týkajúce sa chrbticovej siete 5G majú byť hotové tiež v júni 2018.

Pozrite siEricsson, Orange a PSA spolupracujú na vývoji 5G pripojených vozidiel

Hoci to vyzerá, že onedlho bude všetko okolo sietí 5G vyriešené, veci sú podstatne komplikovanejšie a ich dotiahnutie si vyžiada ďalšie mesiace, či skôr roky. 3GPP je totiž len jednou, aj keď podstatnou autoritou stojacou pri zrode nových mobilných technológií.

LTE na vrchole a umieráčik pre GSM

Všetko musí ešte úspešne prejsť mašinériou Medzinárodnej telekomunikačnej únie (ITU) a vyústiť v procese  IMT-2020. Jeho názov signalizuje aj horizont, kedy môžeme plnohodnotné siete 5G očakávať naživo a v komerčnej forme, teda v roku 2020. Ešte predtým musia účastníci konferencie WRC-18/19 schváliť alokáciu rádiového spektra pre siete 5G.

To však neznamená, že 4G sa po roku 2020 stane históriou. Jeho podiel a kvalita sa budú naopak ďalej zvyšovať, ako budú operátori prechádzať na jeho nadstavbu LTE-Advanced a ďalšie vylepšené špecifikácie LTE-B a LTE-C. Hviezda tejto zrelej technológie bude naďalej stúpať a LTE by malo globálne kulminovať až okolo roku 2025.

Masívne prenosy si vyžiadajú omnoho širšie rádiové spektrum, než využívame dnes.ZDROJ | University of Surrey

Vtedy bude 5G stále prekonávať pôrodné bolesti a dosahovať v populácii nízku penetráciu. Nové siete sa presadia až v roku 2030. V tom čase bude 5G zrejme v technologicky vyspelých krajinách aj dominovať.

Hovoríme o ére, keď na staré dobré GSM budú spomínať len pamätníci a tínedžerom zväčša veľa nepovedia ani siete 3G. Väčšina operátorov ich jednoducho dávno predtým vypne a infraštruktúru upgradne na efektívnejšie štandardy.

5G, do toho!

5G bude veľmi rýchla, neobyčajne univerzálna komunikačná sieť zastrešujúca rôzne technológie. Pritom bude transparentná a užívateľsky priateľská. Ak sme spomínali, že dokáže úspešne konkurovať optickému pripojeniu, bude to aj z týchto dôvodov.

Podľa britského O2 bude v polovici dvadsiatych rokov hlavne mladšia generácia uprednostňovať mobilné 5G pripojenie do internetu pred fixnými technológiami.

Aby požiadavky na kapacitu a rýchlosť dát pre 5G mohli byť naplnené, musia sa prideliť nové frekvenčné pásma (ďalší veľký biznis pre štátnych regulátorov), a taktiež sa musí vybudovať extrémne hustá sieť malých sieťových buniek.

Preto musí byť konfigurácia sietí 5G natoľko flexibilná, aby mohli základňové stanice fungovať v pásmach od 2 GHz do 86 GHz. V pásme centimetrových aj milimetrových vĺn budú podporovať súbor spoločných funkcií, ako je dynamický TDD (časovo delený duplex), masívny MIMO/beam forming, komunikácia M2M (stroj-stroj) a rámcová štruktúra s nízkou réžiou a kratšou veľkosťou rámcov.

Rozšírenie LTE bude kulminovať okolo roku 2020, v čase spúšťania prvých sietí 5G.

Flexibilita sietí 5G bude okrem toho znamenať širokú škálu služieb a požiadaviek. Napríklad extrémnu spoľahlivosť pre kritickú komunikáciu týkajúcu sa autonómnych áut. Ale aj „mäkké“  požiadavky na spoľahlivosť za nízku cenu pre internet vecí, ako sú napríklad správy z čidiel  na meranie vlhkosti, teploty a podobne.

Mnohovrstvová sieť

Vysoká rýchlosť prenosu dát aplikácií M2M môže byť podporovaná pomocou systémov cmWave, alebo mmWave, avšak lacné aplikácie IoT vyžadujú rozsiahle siete s nízkou spotrebou.

Technologické komponenty pre 5G je potrebné starostlivo navrhovať z hľadiska energetickej efektivity, ako aj z hľadiska nákladov na infraštruktúru a nákladov koncových užívateľov na zariadenia.

V konečnom dôsledku bude potrebné skombinovať celú škálu riešení pre mnoho verzií nasadenia 5G so sieťovými vrstvami niekoľkých predchádzajúcich generácií mobilných technológií (najmä s LTE) do infraštruktúry s jednotným ovládaním sieťovej prevádzky.

ZDROJ | Sony

Rôzne vrstvy 5G budú integrované do jedného systému spolu s ďalšími existujúcimi rádiovými technológiami a ich nadstavbami. Všetky tieto vrstvy musia navzájom tesne spolupracovať s cieľom zabezpečiť čo najlepší efekt pre užívateľa a minimálne v rovnakej miere aj pre mobilného operátora.

Pozrite siNokia spolupracuje s operátorom Orange na vývoji 5G sietí

Na úvodnú otázku, či siete 5G potrebujeme, existuje jednoznačná odpoveď. Dnes by sme sa bez nich pokojne zaobišli, pretože multimediálne služby a dátovú komunikáciu, ktorú využívame, s prehľadom zvládnu aj siete 3G/HSPA. Tým skôr LTE. Lenže digitálna revolúcia, ktorá je v plnom prúde, prinesie o päť až desať rokov technológie, ktoré náš život môžu podstatne zmeniť. Autonómne autá, inteligentné roboty a široké nasadenie umelej inteligencie budú potrebovať komunikačné siete omnoho vyššej úrovne. A na to budú siete 5G ako stvorené.

Komentáre k článku