5G: Sen, ktorý sa splní o 10 rokov

Nová generácia mobilných sietí prichádza približne každých 10 rokov. A keď sme sa teraz konečne dočkali komerčného spustenia 4G sietí (4G/LTE-A), tá nasledujúca generácia (5G) by na nás mala čakať medzi rokmi 2022 ÷ 2024. Každopádne už teraz sa formujú prvotné myšlienky a technologickí lídri majú za sebou dokonca prvé testy. Treba podotknúť, že špecifikácie 5G zatiaľ nie sú zahrnuté v žiadnych oficiálnych štandardoch, ba ešte neexistuje ani ucelená predstava, čo všetko by mali tieto siete podporovať. No napriek všetkému už teraz vieme nahliadnuť pod pokrievku hrnca, v ktorom sa varí 100× rýchlejšia a 1000× kapacitne silnejšia sieť ako dnešná najmodernejšia 4G sieť na Slovensku.

Stále náročnejší používatelia

V prvom štvrťroku 2014 sme celosvetovo v mobiloch „presurfovali" viac dát ako v celom roku 2011, uvádza správa Ericsson Mobility Report. Dnes sú štyri z piatich mobilov v ponukách našich operátorov smartfóny. Dátová prevádzka generovaná smartfónmi už prekonala objem dát spotrebovaných mobilnými počítačmi, tabletmi a smerovačmi. Ako odhaduje spomínaná štúdia, do roku 2019 počet smartfónov vo svete narastie trojnásobne, čo povedie k dramatickému nárastu dátovej spotreby. V roku 2020 sa odhaduje priemerný videostream kapacitne na úrovni 18 Mbit/s s tým, že 5G siete by mohli poskytnúť na to pohodlnú odpoveď s latenciou siete na úrovni 1 ms.

10 Gbit/s ako realita?

Už v decembri 2005 dosiahol Ericsson s použitím antén 6x6 MIMO, modulácie 64-QAM a pri šírke kanála 100 MHz rýchlosť prenosu 2,5 Gbit/s. V Japonsku sa pritom chystá testovacia prevádzka 5G siete. Ešte tento rok ju spustí japonský operátor NTT Docomo a juhokórejský SK Telecom. Skúšobná prevádzka sa uskutoční v 15 GHz pásme, podľa predpokladov by mala rýchlosť prenosu dát dosiahnuť 10 Gbit/s. NTT Docomo je „klasik" na poli uvádzania nových technológií do života (platilo to aj pri UMTS, HSPA či iných technológiách). Ani Európska únia nechce zostať bokom, pripravila preto 50-miliónový investičný fond na rozvoj technológie pre siete 5G. Čo je to však v porovnaní s 1,5-miliardovým prísľubom na Ďalekom východe... Južná Kórea je ideálne „laboratórium" na vývoj tejto siete, pretože až 80 % populácie používa mobilný telefón a takmer neuveriteľných 97,7 % ľudí vo veku 18 ÷ 24 rokov tu používa smartfón. V Južnej Kórei v súčasnosti používa už 50 % používateľov siete LTE, v Japonsku je to 30 %. 5G Fórum či špecializované 5G Innovation Centre zahŕňa stovky odborníkov a desiatky renomovaných firiem: Aeroflex, AIRCOM International, BBC, BT, EE, Fujitsu Laboratories of Europe, Huawei, Ofcom, Rohde & Schwarz, Samsung, Telefonica či Vodafone.

Nová sieť = nová topológia

Na dosiahnutie až tisícnásobne vyššej kapacity siete, ktorá obslúži 100-krát väčší počet terminálov v porovnaní so sieťami 4G, však bude potrebná aj úplne nová architektúra. Viacvrstvová sieť podporujúca flexibilné bunky (Elastic Cell technology) bude možno základom úspechu 5G sietí. Dnes komunikuje jedno zariadenie s jednou základňovou stanicou (bunkou), ktorá má najlepší signál (spravidla je najbližšie). V novej generácii sietí bude koncová jednotka (smartfón, tablet atď.) komunikovať s niekoľkými bunkami súčasne, čím sa zlepší kvalita pokrytia najmä v okrajových oblastiach. Ich počet stúpa, pretože so stúpajúcou frekvenciou klesá aj reálne pokrytie a najmä husto osídlené oblasti (veľkomestá) je potrebné husto vykrývať. Elastické bunky by mali zlepšiť dátovú priepustnosť na okrajoch v porovnaní s klasickou bunkovou topológiou v sieťach 4G/LTE až o 50 %. Na implementovanie tejto technológie však bude potrebný kompletný redizajn sieťovej architektúry a zmena čipov v smartfónoch, takže sa môžeme „tešiť" na zložitý štandardizačný proces. Preto nie je 5G sieť otázka blízkej budúcnosti, ale práve riešenie, ktoré nepríde skôr ako o 10 rokov. Prvé odhady s úvodnými komerčnými sieťami v rokoch 2021 sa zdajú priveľmi optimistické. Veď ako dlho trvalo, kým sme sa dočkali 4G sietí, kým operátori z 3G sietí nevydolovali návratnosť, ktorú si stanovili. A keď už investujú ďalšie miliardy do 4G sietí, vrhnúť sa na takmer úplnú zmenu bude chcieť nielen odvahu, ale aj poriadne prepracovaný plán.

Na čo bude teda dobré 5G?

Cieľom 5G bude dosiahnuť ešte lepší výkon s nižšími nákladmi (cenovými aj energetickými). Ďalej dosiahnuť extrémne rýchlosti v porovnaní s tými dnešnými (až 100-násobne vyššie) a najmä pripraviť sa na masívny rozvoj internetu vecí a aplikácií M2M (machine-to-machine). Nové 5G siete by mali celosvetovo byť schopné pripojiť do internetu 50 ÷ 100 miliárd zariadení. Nebude nič nezvyčajné, že 5G bude v autách, chladničkách či vchodových dverách. Dôležité bude, aby boli 5G siete kompatibilné s inými, existujúcim sieťovými prvkami (LTE, HSPA, GSM, Wi-Fi). 5G bude nový zážitok pre používateľa, pretože „definitívne" zlomí rozdiel medzi mobilným a pevným pripojením - pri rýchlosti 10 Gbit/s a latencii na úrovni 1 ms tak už nepocítite rozdiel, či ste pripojení cez mobilné zariadenia alebo optickou linkou. Najdôležitejšie však bude splniť dátové nároky používateľov - dnes sa celosvetovo prenesie za mesiac v mobilných sieťach okolo 4 exabajtov (10 ¹⁸) dát. Už v roku 2019 táto hodnota geometrickým tempom narastie na 19 exabajtov. Neuveriteľné? Štatistiky sú neúprosné.

Nároky používateľov mobilných sietí rastú doslova geometrickým radom