Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości?

Sieć 5G daje nam wiele możliwości wykorzystania technologii w codziennym życiu. Jej powstanie było niejako nieuniknione, bowiem dotychczasowa sieć 4G powoli staje się niewydolna. Co nam daje piąta generacja sieci komórkowych?

Na czym polega działanie sieci 5G?

Zasada funkcjonowania tego systemu jest podobna do dotychczasowej 3G czy 4G LTE. Obszar został podzielony na komórki, z których każda jest obsługiwana przez pokazany wyżej BTS, czyli radiową stację przekaźnikową. Abonent, który znajdzie się w zasięgu danej komórki, jest obsługiwany przez jej BTS, zwany niekiedy stacją bazową.

Dotychczas transmisja była prowadzona tylko w jednym paśmie częstotliwości radiowej. Okazuje się to mało efektywne, jeżeli chcemy uzyskać wysokie przepustowości łączy oraz móc obsługiwać znaczną liczbę abonentów w obrębie pojedynczej komórki. Taka sytuacja ma miejsce w centrach miast i, niestety, są to warunki wzajemnie sprzeczne.

Nowe częstotliwości

Fenomenem 5G jest praca na trzech pasmach częstotliwości:

  • 3,6GHz zapewnia szybszy transfer danych niż dotychczasowy system LTE,
  • 26GHz daje jeszcze wyższą przepustowość niż 3,6GHz, porównywalną z łączami światłowodowymi,
  • 700MHz pozwoli uzyskać dostęp do sieci 5G na terenach o mniejszej gęstości zaludnienia.

Im niższa częstotliwość fali elektromagnetycznej, tym łatwiej i dalej może się ona propagować - w uproszczeniu. Dlatego w środku miasta będziemy mogli korzystać z pasma 26GHz, ponieważ odległość między telefonem a BTS nie będzie znaczna. Poza centrum będziemy mieli dostęp do pasma 3,6GHz, które jest szybsze niż obecny LTE. Zaś tam, gdzie BTSy są ustawione stosunkowo daleko od siebie, a rozmiary komórek znaczące, będziemy mieli do dyspozycji pasmo 700MHz.

Odejście od kompromisu

To znaczący skok w porównaniu do dotychczasowych sieci, które pracowały stale na jednej częstotliwości. Trzeba było uzyskać równowagę między przepustowością (gdzie potrzebna jest wysoka częstotliwość nośna) a zasięgiem, któremu sprzyja praca na niższych pasmach częstotliwości.

Musiano to wypośrodkować w ten sposób, abyśmy mieli szybki dostęp do internetu, a równocześnie BTSy nie musiały stać za każdym rogiem, również w lasach i na łąkach. Praca na trzech różnych częstotliwościach jednocześnie pozwala na spełnienie wszystkich tych wymagań, chociaż nie jednocześnie.

Nowe możliwości

5G to nie tylko szybszy transfer danych, czyli szybsze pobieranie filmów i plików. To znacznie więcej!

Mniejsze opóźnienia

Według deklaracji operatorów, opóźnienie w sieci 5G mają być mniejsze niż 1ms. Można to uznać za transmisję w czasie rzeczywistym, ponieważ ludzki refleks jest już znacznie dłuższy. Zazwyczaj ze zwiększeniem przepustowości łącza idzie zmniejszenie czasu jego odpowiedzi, lecz nie jest to reguła. Z kolei w niektórych zastosowaniach istotniejsze jest opóźnienie niż sama przepustowość.

Takie opóźnienie przyda się nie tylko graczom, choć oni będą z pewnością najbardziej zadowoloną grupą. W ten sposób da się sterować różnymi procesami przemysłowymi oraz prowadzić ciągły monitoring bieżących parametrów linii produkcyjnej. Niskie opóźnienie w przesyle danych da możliwość zarządzania fabryką lub innym zakładem poprzez internet, bez fizycznej obecności całej serwerowni na miejscu.

Oglądanie filmów

Filmy, seriale i czego tylko dusza zapragnie - to ma być dostępne po zaledwie kilku kliknięciach, bez uciążliwego czekania na zapełnienie bufora. Wysoka przepustowość łącza sprawi, że jakość 4K czy nawet 8K będzie na wyciągnięcie ręki!

To otworzy nowy rozdział w domowym oglądaniu filmów. Dotychczas obejrzenie czegokolwiek w godzinach największego szczytu (na przykład w weekend wieczorem) w wielu miejscach graniczy z cudem, jeżeli jest się użytkownikiem internetu mobilnego. 5G ma to zmienić.

Rozwój chmur

Cloud gaming czy cloud working - te pojęcia, które dzisiaj są lekką abstrakcją, już niebawem będą mogły być zrealizowane w pełni. Możliwość grania w gry czy pracy z aplikacjami bez konieczności instalowania czegokolwiek na swoim urządzeniu będzie prawdziwą rewolucją. Dotychczas takie możliwości były blokowane właśnie przez powolne oraz niestabilne łącza, które wywoływały więcej irytacji niż radości.

Dzięki 5G to będzie miało szansę ulec poprawie - wystarczy ustanowić odpowiednio szybkie połączenie z serwerem, na którym zainstalowany jest potrzebny program czy gra, aby z minimalnym opóźnieniem korzystać z jego możliwości.

Wideokonferencje

Stają się coraz popularniejsze, lecz obecne możliwości techniczne często weryfikują możliwość uczestnictwa w nich. Każdy uczestnik takiego wydarzenia chciałby być dobrze widoczny oraz zrozumiany przez innych. Niektórzy celowo kupują sprzęt, jak kamera czy mikrofon, które rejestrują obraz i dźwięk w znacznie wyższej jakości niż te znajdujące się domyślnie w komputerze.

Niestety, liczne opóźnienia, utraty pakietów czy spowolnienia w transmisji powodują przycinanie się dźwięku oraz obrazu lub nagłe pogorszenie ich jakości. Najczęściej zdarza się to w najmniej odpowiednim momencie. Wtedy żadna kamerka nie zda się na nic.

Poprawa przepustowości ma temu zapobiec. Wideorozmowa wymaga szybkiej transmisji danych z małymi opóźnieniami, co jest w zasięgu możliwości nowej sieci 5G.

Wzrost liczby użytkowników internetu

Według planów, sieć 5G ma umożliwić podłączenie nawet miliona urządzeń na kilometr kwadratowy! Oznacza to średnio jedno urządzenie przypadające na 1m2, z których każde ma zapewniony dostęp do szybkiego łącza internetowego.

To tak, jakby na co drugiej płycie chodnikowej typowego deptaka (o boku długości 50cm) leżał smartfon lub inny układ na stałe sprzęgnięty z internetem. Ale takiego zapotrzebowania wcale nie wygenerują smartfony. Jest ich bowiem tyle, ilu ludzi na danym obszarze - nawet, gdyby każdy miał w kieszeni po dwa telefony, to i tak ów limit nie zostałby wyczerpany. Tu chodzi o bardziej złożoną infrastrukturę.

Inteligentne miasta

Pierwszym powodem zapewnienia dostępu do ogólnoświatowej sieci jest rozwój miast zarządzanych przez internet. Chodzi o możliwość uruchamiania poszczególnych lamp ulicznych (jak i zgłaszania przez nie awarii), sterowania sygnalizacją świetlną czy transmitowanie obrazu z kamer monitoringu. Tego typu rozwiązania noszą nazwę smart city i są powoli wdrażane na przykład w Japonii.

Przeszkodą dla rozwoju dotychczasowych miast była konieczność prowadzenia przewodów do każdego punktu. To wiązało się z przekopywaniem jedni i chodników. Rozwiązania smart city zapewnią komunikację z każdym z punktów, zaś na etapie budowy latarni czy sygnalizatora świetlnego trzeba będzie doprowadzić do tych urządzeń jedynie zasilanie sieciowe.

To bardzo duże udogodnienie dla wykonawców: nie będą musieli troszczyć się o zapewnienie dostępu przewodowego do jednostki sterującej, ich zmartwieniem pozostanie jedynie zasilanie. A i to coraz częściej jest pobierane z odnawialnych źródeł energii - na przykład z miniaturowej elektrowni wiatrowej lub z modułów fotowoltaicznych. Wtedy jakikolwiek przewód nie jest potrzebny.

Rozwój internetu rzeczy

Drugim powodem, dla którego trzeba przewidzieć dostęp do internetu znacznej liczbie urządzeń jest IoT - Internet of Things, czyli internet rzeczy. Z internetem coraz częściej sprzęgnięte są domowe sprzęty codziennego użytku, takie jak pralka, chłodziarko-zamrażarka czy zmywarka. Telewizor już od dawna jest podłączony do internetu i nikogo to dzisiaj nie dziwi.

Jednak coraz mniejsze rzeczy mają dostęp sieciowy, na przykład pojedyncze żarówki albo czujniki alarmowe. Ponieważ liczba nowych użytkowników internetu rośnie - i nie mam tutaj na myśli ludzi, lecz właśnie rzeczy - trzeba umożliwić im bezproblemowy transfer danych. W przeciwnym wypadku naszym łączom grozi paraliż.

Niepotrzebne obawy

Wiele osób obawia się wdrażania i rozwoju technologii 5G. Uważają, że oddziaływanie tej sieci na organizm jest szczególnie niebezpieczne, że może przyczynić się do rozwoju wielu chorób. Niektórzy miłośnicy teorii spiskowych głoszą wręcz, że 5G może przejąć kontrolę bezpośrednio nad mózgiem człowieka, aby sterować nim z zewnątrz lub wykradać nasze myśli

To wszystko jest pokłosiem niezrozumienia idei sieci 5G. Ona niewiele różni się w działaniu od dotychczasowej infrastruktury 3G i 4G, w której otoczeniu żyjemy już od wielu lat. Owszem, istnieją różnice jeżeli chodzi o sposoby kodowania, adresowania i tak dalej, ale same podwaliny funkcjonowania są identyczne: stacje bazowe BTS emitują sygnał w przestrzeń, a pojedyncze urządzenia (telefony, modemy itd.) odbierają go. One też wysyłają swój sygnał zwrotny, który odbiera stacja bazowa.

Sygnał sieci 5G o największej częstotliwości (26GHz) ma nawet problem z wniknięciem włąb naszych tkanek, poniewaz fale o tak wysokiej częstotliwości odbijają się od powierzchni skóry. Nawet zwykłe opady deszczu mogą zakłócić jego propagację.

Nadajniki sieci 5G nie mają innych standardów dotyczących emitowanej mocy radiowej niż pozostałe tego typu urządzenia. Zawsze dąży się do jej minimalizacji, a to z dwóch powodów:

  • obniżenia kosztów energii elektrycznej oraz
  • redukcji interferencji między poszczególnymi stacjami bazowymi

Im mniejszą moc emituje dana stacja bazowa, tym mniejsze ryzyko, że zakłóci inną, sąsiednią stację. Ale za to pogarsza się zasięg dla innych urządzeń, dlatego trzeba tutaj ustalić kompromis. Emitowana moc dostosowuje się samoczynnie do aktualnych warunków.

Normy prawne w Polsce, które dotyczą poziomu emisji promieniowania elektromagnetycznego, są jednymi z najsurowszych na świecie. Operatorzy muszą przestrzegać tych norm, gdyż są pod tym względem bezustannie kontrolowani. Dlatego mieszkańcy Polski nie mają szczególnych podstaw do tego, by obawiać się o swoje zdrowie i życie.

Podsumowanie

Sieć 5G daje ogromne możliwości rozwoju i prawdziwego zrewolucjonizowania naszego życia. Wystarczy spojrzeć chociażby na deklarowane przepustowości oraz opóźnienia aby przekonać się, że powszechne wprowadzenie tego standardu telekomunikacji może wiele zmienić.

Ponadto 5G stanowi odejście od dotychczasowego standardu pracy na jednej częstotliwości na rzecz trzech różnych - każde z pasm ma inne właściwości. Ustalenie parametrów transmisji będzie mogło odbywać się znacznie optymalniej niż ma to miejsce dziś.