Czego możemy się spodziewać po 5G - największe wady i zalety standardu łączności z niedalekiej przyszłości
Film 4K oglądany na smartfonie w pędzącym autobusie? Wirtualna rzeczywistość strumieniowana w HD? Bezprzewodowa gra przez sieć z minimalnym, nieodczuwalnym opóźnieniem? Może zamiast tego zakorkowane pasma i nieustanny spadek wydajności połączeń? Warto bliżej przyjrzeć się wadom i zaletom standardu 5G, który już od 2020 roku zacznie pukać do drzwi polskich firm, placówek publicznych oraz gospodarstw domowych.
Czym jest 5G? Z formalnego punktu widzenia - nieokreśloną pieśnią przyszłości. Oficjalna dokumentacja techniczna dla nadchodzącego standardu łączności wciąż jeszcze nie została sfinalizowana. Pracuje nad nią kilkadziesiąt podmiotów - prywatnych oraz publicznych - rozsianych po całym globie. Naukowcy oraz inżynierowie są w trakcie wyznaczania uniwersalnych wymagań, jakie będzie musiał spełnić nowy standard łączności. Co ważne, owe wymagania odnoszą się nie tylko do prędkości transferu danych, ale również wielu innych czynników, takich na przykład jak maksymalne opóźnienie czy maksymalna liczba jednocześnie podłączonych urządzeń. To jakościowa różnica na tle obowiązującego standardu 4G.
Aktualnie istnieje jedynie biała księga wstępnych oczekiwań wobec standardu 5G, przygotowana przez NGMN Alliance.
Opracowana w styczniu 2015 roku biała księga jest dokumentem powszechnie dostępnym w Internecie. Odpowiada za niego Next Generation Mobile Networks Alliance, czyli zrzeszenie operatorów oraz producentów sprzętu i oprogramowania z obszaru szeroko rozumianej telekomunikacji. NGMN Alliance stale współpracuje z europejskim ETSI, światowym GSMA oraz TM Forum. W jej struktury wchodzą tacy operatorzy jak T-Mobile, Orange, Vodafone czy amerykańskie AT&tT.
Zgodnie z białą księgą NGMN, standard łączność 5G musi spełniać następujące warunki:
- Średnio 1 Gb/sek dla placówek i przedsiębiorstw - taki transfer ma być osiągany w skoncentrowanych na sieci 5G biurach prywatnych firm oraz publicznych placówek. Pozwala to pobierać pliki z zawrotną prędkością 125 MB na sekundę. Daje to jakieś 15 GB danych w zaledwie dwie minuty. Piękna wizja.
- Minimum 100 Mb/sek w miastach - takim transferem powinien cieszyć się każdy użytkownik sprzętu wspierającego łączność 5G na terenie miejskim. Pozwala to pobierać dane z prędkością 12,5 MB na sekundę. 4K podczas oglądania wideo na żywo? Nie powinno być z tym najmniejszego problemu.
- Minimum 50 Mb/sek w najtrudniejszych regionach – to wszystko niezależnie od miejsca, w jakim znajduje się użytkownik, liczby urządzeń działających w sieci oraz ruchu na paśmie. Dostęp do takiej sieci będzie miał miejsce z wykorzystaniem tanich urządzeń pokrywających spore fragmenty obszaru. Transfer pozwoli to na pobieranie danych z prędkością ponad 6 MB na sekundę, co wciąż jest zadowalającym wynikiem.
- Nowa mobilność - sieć 5G ma zapewniać użytkownikowi łączność ze światem nie tylko w biurach, w komunikacji miejskiej czy na pokładzie pędzących pociągów, ale nawet wewnątrz samolotów pasażerskich. Na nich podróżujący mają się cieszyć transferem 15 Mb/sek. Co kapitalne, sygnał 5G ma docierać do celu nawet przy pokonywaniu odległości z prędkością do 1000 km/h.
- Opóźnienie na poziomie 1 ms - czyli takie, które będzie zadowalające nawet dla najbardziej wymagających graczy. Pozwoli to wyeliminować konieczność kablowego połączenia komputera/konsoli za pomocą gniazda Ethernet podczas sieciowych rozgrywek. W przypadku korzystania z ogólnodostępnego, „miejskiego” 5G lub podczas jazdy samochodem opóźnienie ma być nie większe niż 10 ms. To wciąż bardzo dobry wynik.
- Pół miliona na kilometr kwadratowy - tyle sensorów ma być połączonych do sieci 5G, nie powodując jej obciążenia. Pozwoli to obsługiwać wielkie imprezy masowe, lotniska oraz stadiony bez problemów charakterystycznych dla aktualnych standardów. Do tego tak wielkie zagęszczenie sensorów optymalnie pracujących w sieci ma stanowić podłoże pod prawdziwy Internet Rzeczy oraz prawdziwe Inteligentne Miasta.
- Wysoka częstotliwość - standard 5G ma się opierać na falach wysokiej częstotliwości, które współcześnie są wykorzystywane między innymi podczas korzystania z telewizji satelitarnej.
5G to nie tylko oczywiste zalety, ale również masa wyzwań.
Do niezaprzeczalnych zalet nadchodzącego standardu będą należeć transfery danych oraz mniejsze niż kiedykolwiek opóźnienie. Dzięki 5G nasze urządzenia będą przygotowane na format 4K, a w wielu przypadkach również 8K. Wymagający gracze poradzą sobie bez kabli, pobierając gry składające się z dziesiątek gigabajtów danych w zaledwie kilka minut. To wszystko oczywiste dobrodziejstwa standardu przyszłości, ale warto zwrócić uwagę na inne zalety 5G.
Z mobilnością na poziomie 1000 km/h (!), nadchodząca technologia może być idealnym rozwiązaniem dla kolei wielkich prędkości oraz samolotów pasażerskich. Dzięki odporności na ogromne zagęszczenie użytkowników, po raz pierwszy w historii łączność będzie działać jak w zegarku podczas wielotysięcznych koncertów, hucznego Nowego Roku czy Wigilii Bożego Narodzenia. Warto dodać, że nowy standard może być niezawodny w czasie kataklizmów oraz wielkich tragedii w skupiskach miejskich. Zawsze sięgamy wtedy po smartfony, wzywając pomoc lub informując najbliższych o zagrożeniu. Niestety, współczesna sieć nie zawsze staje na wysokości zadania.
Niestety, sieć 5G to również wyzwania oraz problemy. Największym z nich wydaje się częstotliwość. Nowy standard ma korzystać z fal o częstotliwości między 1 GHz oraz 100 GHz. Niestety, im wyższa wartość, tym fala jest krótsza oraz gorzej radzi sobie z przeszkodami terenowymi. Przykładowo, korzystając z domowego routera, sieć 2,4 GHz obejmuje zasięgiem większą przestrzeń niż mniej zapchana, ale również mniej odporna na przeszkody terenowe sieć 5 GHz. Moja domowa sieć 2,4 GHz obejmuje zasięgiem cały blok mieszkalny. Domowa sieć 5 GHz wypełnia co najwyżej jedno mieszkanie. W takim przypadku sieć, dajmy na to 60 GHz, może pokrywać co najwyżej… jeden pokój.
Na ten moment maksymalny zasięg fal 60 GHz to około 250 metrów. Oznacza to, że w Nowym Jorku, Brukseli czy Katowicach co 250 metrów musiałyby być rozstawione urządzenia zasięgowe. Chociaż tego typu maszyny mają być relatywnie tanie, wiąże się to z gigantycznymi problemami natury własnościowej. Operator chcący montować swoje instalacje co 250 metrów w mieście napotka na takie bariery, że proces pełnego i równomiernego rozłożenia przekaźników potrwa kilka, jak nie kilkanaście lat.
Dochodzi do tego odporność na przeszkody terenowe. Moja sieć 2,4 GHz bez problemu radzi sobie z kilkoma ścianami. Domowe 5 GHz pokona już zaledwie jeden rząd cegieł. Chociaż nie przeprowadzałem żadnych testów, wątpię, aby domowa sieć 60 GHz poradziła sobie nawet z czerwonymi pustakami. To kolejny problem, który będzie trzeba rozwiązać kompletem dodatkowych urządzeń, bądź jednoczesnym wykorzystaniem obowiązujących standardów 2,4 oraz 5 GHz. Podsumowując - 5G może działać kapitalnie, ale dopiero gdy wyjdziesz z domu.
Nad tymi problemami pracuje kilkadziesiąt podmiotów z całego świata. W tym Polacy, którzy działają razem z Japończykami.
Regionalne mocarstwa, nowoczesne kraje zorientowane na rynki usług oraz technologii, prywatni liderzy z sektora tech, czołowe placówki badawcze oraz prestiżowe ośrodki uniwersyteckie pracują nad kształtem 5G. Każdy chce mieć wkład w przyszły standard łączności bezprzewodowej, który zgodnie z przewidywaniami już w 2020 roku powinien rozpocząć komercyjną ekspansję. Cieszy, że na tej liście liderów łączności są również Polacy. Ci wchodzą w skład europejsko-japońskiego porozumienia RAPID 5G, reprezentując warszawską firmę Exatel.
Polski Exatel to firma należąca do Skarbu Państwa, która współpracuje razem z japońskimi Osaka University oraz Doshisha University, brytyjskim University of Kent, niemieckim University of Duisburg-Essen, instytutem Electronic Navigation Research, instytutem CRIEPI oraz firmami Hitachi, Siklu i Corning. Razem tworzą konsorcjum opracowujące prototyp sieci 5G, który w niedalekiej przyszłości może okazać się wiodącym standardem. Japońsko-europejski RAPID 5G jest już po dwóch udanych testach swojego 5G. Drugi miał miejsce na stadionie w Osace. Pierwszy w… warszawskim centrum handlowym BlueCity.
Państwowy Exatel przeprowadził testy prototypu 5G, osiągając prędkość ponad 850 Mb/sek. W czasie eksperymentu firma korzystała z pasma 60 GHz. Sygnał radiowy był konwertowany, a następnie przysyłany do światłowodowej sieci szkieletowej. Potem pokonywał ten sam proces w odwrotnej kolejności. To właśnie konwersja radiowego sygnału była kluczowym elementem testów. Polacy znajdujący się w konsorcjum Rapid 5G odpowiadają za rozwiązanie Radio-over-Fiber, biorąc na swoje barki odpowiedzialność za transformację radiowych danych na dane światłowodowe. Patrząc na wyniki eksperymentu, Exatel zdał egzamin w terenie.
Standard 5G a sprawa polska
Na jesień 2017 roku europejsko-japońskie konsorcjum przewidziało wielkie podsumowanie możliwości swojego prototypu 5G. Niezależnie od otrzymanych rezultatów, pracownicy Exatela już teraz nie ukrywają zadowolenia ze swojej pracy. Ich konwersja sygnału Radio-over-Fiber to tylko cegiełka w murze potrzeb i wyzwań związanych ze standardem 5G. Polacy cieszą się jednak, że ich firma została laboratorium R&D z prawdziwego zdarzenia. Miejscem, w którym coś naprawdę opracowano. Coś stworzono. Z czymś eksperymentowano.
Polacy stanęli w pierwszym szeregu razem z Japończykami, Niemcami, Brytyjczykami oraz takimi firmami jak Hitachi i Corning. Exatel przyznaje, że to niesamowita przygoda. Według polskich inżynierów badania nad autentycznymi innowacjami znacząco różnią się od pracy w charakterze taniego zaplecza IT, do którego często sprowadza się rodzime firmy technologiczne. Z tej perspektywy nawet cegiełka w wielkim, globalnym murze 5G jest dla Exatela nieocenionym i wyjątkowym doświadczeniem.
