Na prawdziwe 5G jeszcze poczekamy, czyli o co tak naprawdę chodzi z aukcją i częstotliwościami

Bo czy odwołanie aukcji częstotliwości, z którym mamy teraz do czynienia, spowoduje odsunięcie wprowadzenia sieci nowej generacji w Polsce? Czy tylko zwycięzcy tej aukcji będą mogli uruchomić 5G? To co w takim razie reklamują teraz telekomy?

5G to dziś bardzo medialny temat. Kolejni operatorzy „odpalają” sieci nowej generacji i szeroko się tym chwalą. Jest to przede wszystkim wyścig marketingowy, o zaistnienie w świadomości klientów jako ten najnowocześniejszy i pierwszy.

Choć wszyscy mają (albo za moment będą mieli) pełne prawo mówić „mam sieć 5G” z punktu widzenia stosowania standardu IMT-2020, to jednak z różnych względów nie są to sieci tożsame. A na pewno nie są to jeszcze sieci, które mają stworzyć nową rzeczywistość szumnie zapowiadaną w ostatnich latach przez producentów infrastruktury sieciowej czy kreślone przez Unię Europejską w „Agendzie 2020”. Te zaczną się dopiero pojawiać po mitycznej już „aukcji 5G”. Wszystko kręci się wokół częstotliwości, warto więc wyjaśnić kilka rzeczy z nimi związanych.

Telefonia mobilna nie jest już od dawna branżą koncesjonowaną. Nie potrzeba specjalnej zgody na działalność w tym sektorze (koncesja jest potrzebna np. przy sprzedaży alkoholu), wystarczy zgłoszenie i wpisanie do rejestru przedsiębiorców telekomunikacyjnych prowadzonego przez Urząd Komunikacji Elektronicznej.

Operatorzy w „aukcji 5G” nie walczą o „koncesję 5G”, tylko o rezerwację kawałka częstotliwości w paśmie licencjonowanym (z zakresu 3400-3800 MHz), czyli takim, z którego będą mogli korzystać na wyłączność. Są też pasma nielicencjonowane (np. fragment 2400 MHz), z których korzystać może każdy, bez zgłoszenia, pod warunkiem nadawania z odpowiednimi parametrami (niską mocą). Tak, prawie każdy z nas jest takim małym operatorem swojego domowego routera WiFi czy urządzeń łączących się przez Bluetooth.

Co można zrobić z posiadaną rezerwacją, co na niej uruchomić? Rezerwacje są neutralne technologicznie, czyli upraszczając – można wszystko, byle nie przeszkadzać sąsiadom w eterze. Na planowanych do rozdania częstotliwościach w „aukcji 5G” działa teraz całkiem sporo małych, lokalnych sieci opartych o LTE i WiMax (zapomniany już trochę system trzeciej generacji). Sieci te najczęściej budowały gminy, zwykle przy wsparciu unijnych środków, aby świadczyć usługi dostępu do Internetu swoim mieszkańcom.

Wszystkie rezerwacje operatorów komórkowych, obejmujące użytkowane przez nich pasma 800, 900, 1800, 2100 oraz 2600 MHz są neutralne technologicznie. Operatorzy mogą tam stosować dowolne technologie. Na przykład na 900 MHz działają w Polsce sieci 2G (GSM/EDGE) oraz 3G (UMTS/HSPA+), a Plus używa tam 4G (LTE). Prędzej czy później zaczną tam pracować także sieci 5G, bo zakres ten jest zestandaryzowany w ramach tej technologii. Zmiany będą następowały wraz z upowszechnianiem się telefonów z 5G oraz spadkiem ruchu generowanego przez urządzenia działające na starszych systemach.

W różnych mediach można przeczytać, że „im wyższa częstotliwość, tym wyższa prędkość”. Nie jest to prawda. Częstotliwość determinuje jedynie zdolność przenikania przez przeszkody oraz podatność na uginanie się fali wraz z krzywizną Ziemi. Im niższa częstotliwość, tym lepiej, propagacja sygnału jest dalsza. Czysta fizyka.

800 MHz świetnie nadaje się do stacji dających zasięg na dużym obszarze i wewnątrz budynków nawet mocno oddalonych od stacji, z kolei 2600 MHz to przede wszystkim punktowe budowanie zasięgu w miejscach, gdzie przebywa dużo użytkowników. Ale ewentualna przepływność uzyskiwana przez terminal jest już zależna wprost od zasobów pasma (wielkości bloków) używanych przez daną sieć. Oczywiście, ważna jest też zastosowana modulacja (czyli ile danych uda się upchnąć w każdym Hertzu) czy używanie systemów wieloantenowych (MIMO).

Przy założeniu modulacji QAM256 (taką mają nowoczesne sieci 4G i uruchamiane właśnie 5G) oraz systemów MIMO 4x4 (w Polsce nikt nie stosuje jeszcze bardzo drogich rozwiązań 32x32 czy 64x64) można założyć, że z bloku o szerokości 10 MHz (sparowanego, FDD) można osiągnąć w warunkach laboratoryjnych około 200 Mb/s. Operatorzy posiadają w paśmie 800 od 5 do 10 MHz, w 900 od 7 do 15 MHz, w 1800 od 15 do 40 MHz, w 2100 po 15 MHz, w 2600 od 15 do 20 MHz. W ramach tych bloków na poszczególnych pasmach mogą działać po 2 różne systemy, współdzieląc dostępne zasoby. A nowoczesne terminale i nowoczesne sieci pozwalają łączyć dostępne bloki w całość, uzyskując więcej pasma do obsługi pojedynczego urządzenia, a co za tym idzie wyższe przepływności.

Posłużmy się konkretnym przykładem: jeżeli dany operator pozwala na zagregowanie w ramach sieci LTE 5 MHz z pasma 800, 10 MHz z 1800, 10 MHz z 2100 i 20 MHz z 2600, co sumarycznie daje 45 MHz, to przy QAM256 i MIMO 4x4 możliwe jest do uzyskania 900 Mb/s. Oczywiście pod warunkiem, że terminal użytkownika potrafi to wszystko obsłużyć, bo niektóre pozwalają tylko na zagregowanie 2 bloków, niekoniecznie muszą obsługiwać MIMO 4x4 albo wspierają tylko QAM64.

Co uruchomił Play, zapowiada T-Mobile, a zaraz dołączy Orange? Otóż w ramach pasma 2100 MHz, na którym każdy ma po 15 MHz dostępnego bloku, postanowili uruchomić sieć 5G. Efektywność spektralna (radiowa) 5G jest o kilka procent większa niż 4G przy zastosowaniu QAM256 i MIMO 4x4, więc do obliczeń można spokojnie założyć te same 200 Mb/s z każdych 10 MHz co dla 4G. Przy wykorzystaniu pełnych 15 MHz dawałoby sieć 5G o maksymalnej przepływności 300 Mb/s.

Częstotliwości są jednak bardzo cennym aktywem, którego zawsze jest za mało, więc w ramach dobrze rozumianych oszczędności, wewnątrz tego bloku 15 MHz sieć 5G koegzystuje z 4G. Z racji tego, że urządzeń LTE na 2100 działa niemało, a tych z 5G jest jeszcze jak na lekarstwo, to i fragment 2100 przydzielony na sieć 4G zawsze będzie niemały. Nie ma więc co liczyć na pełne 15 MHz dla 5G. Jednak zaletą standardu 5G i urządzeń go wspierających jest to, że możliwa jest agregacja sieci 4G i 5G z różnych pasm w ramach jednej sesji, czyli uzyskiwane na speedtestach przepływności i tak będą wysokie.

Plus do tematu podszedł inaczej. Jako jedyny operator posiada od wielu lat niewykorzystany blok 50 MHz w paśmie 2600. Przy niesparowanym paśmie (TDD), bo taki fragment posiada ten operator, można zakładać, że przy QAM256 i MIMO 4x4 uda się uzyskać 150 Mb/s z każdych 10 MHz. Plus na sieć 5G przeznaczył na stałe blok 40 MHz, co daje 600 Mb/s przepływności. Wyższe prędkości uzyskiwane ewentualnie przez testerów będą wynikały z agregacji z sieciami 4G podczas wykonywania pomiarów.

Głównym problemem obu typów sieci 5G jest jednak to, że na palcach ręki drwala można policzyć urządzenia, które je w tym momencie obsługują. Są to praktycznie tylko najnowsze terminale Huawei, na dodatek te bez usług Google. W przypadku Play, Orange i T-Mobile niech nie zwiedzie Was, że któreś urządzenie ma na pudełku wymienione pasmo 2100 MHz jako obsługiwane, bo dodatkowo musi potrafić obsłużyć dynamiczny przydział pasma. Z tego, co wiem, na przykład Samsungi Galaxy S z serii 20 tego nie potrafią. Jest to jednak tylko kwestia czasu, bo jeszcze w tym roku pojawią się na rynku urządzenia, które z tymi obydwoma rodzajami sieci bez problemu sobie poradzą.

Drugim problemem jest skala. Te „wolniejsze” sieci trzech operatorów mają już teraz po ponad tysiąc pozwoleń. Plus zaczął zaledwie z setką stacji. W tej chwili użytkownik stoi przed wyborem: albo niższa prędkość 5G w większej liczbie miejsc, albo większa w mniejszej. Jeżeli jednak Plus zrealizuje obiecane 600 stacji do końca roku, czyli w okresie, do którego raczej pasmo 3400-3800 MHz nie zostanie rozdane w nowej aukcji, to obiektywnie stanie się „liderem technologii 5G w Polsce”, którego to określenia już sam teraz używa, moim zdaniem jeszcze trochę na wyrost.

Podczas standaryzacji sieci 5G założono, że jednym z pierwszych zakresów, który zostanie wykorzystany pod budowę sieci nowej generacji, będzie 3400-3800 MHz. Do tego przygotowywali się producenci sprzętu, infrastruktury i urządzeń konsumenckich. To stąd zapewne pochodzi zbitka „aukcja 5G”.

A co będą potrafiły sieci 5G, które powstaną na tej częstotliwości? W odwoływanej właśnie aukcji dostępne były bloki niesparowanego pasma (TDD) o wielkości 80 MHz. Przy zastosowaniu QAM256 i MIMO 4x4 każdy będzie pozwalał uzyskiwać przepływności na poziomie 1,2 Gb/s w warunkach laboratoryjnych. Przy agregacji z sieciami 4G i pomyślnych wiatrach powinno się dawać osiągać ten mityczny 1 Gb/s w speedtestach w realnych warunkach. Przy MIMO 32x32 prędkość uzyskiwana na urządzeniu powinna być o około 20% wyższa. Bo, co warte wspomnienia, ciężko jest skonstruować system antenowy w telefonie, który obsłuży coś więcej niż MIMO 4x4. „Wyższe” MIMO na stacji bazowej pozwala przede wszystkim zwiększyć pojemność samej stacji i zapewnić możliwości uzyskiwania bardzo wysokich przepływności większej liczbie użytkowników.

5G będzie rewolucją wprowadzaną w ewolucyjny sposób. To pomost do przyszłości, płynne przejście z 4G. Nie poczujemy „wiatru we włosach”, bo oferowanych przez „prawdziwe 5G” prędkości nie jesteśmy dziś w stanie w pełni wykorzystać. Tak samo było jednak kiedyś z LTE, bez którego dzisiaj nie wyobrażamy sobie w wielu przypadkach życia. Dzięki nowym technologiom pojawiają się nowe modele biznesowe i firmy. Ale to już temat na kolejny felieton.

Witold Tomaszewski. Założyciel i wieloletni redaktor naczelny TELEPOLIS.PL, później odpowiadający za wsparcie procesu inwestycyjnego budowy sieci Play na polu relacji publicznych. Teraz niezależny doradca działający na rynku telekomunikacyjnym, specjalizujący się w zakresie strategii komunikacji i procesie legislacyjnym. Specjalizacja: 5G.