Wprowadzenie do 5G

Przegl膮d technologii bezprzewodowej pi膮tej generacji i mo偶liwo艣ci.

1. Wi臋cej Ni偶 Szybszy Smartfon: Wizja 5G

Historia ka偶dej generacji technologii mobilnej by艂a histori膮 ewolucji. 1G da艂o nam g艂os analogowy. 2G zdigitalizowa艂o go i da艂o nam wiadomo艣ci tekstowe. 3G przynios艂o nam wczesny mobilny internet. 4G LTE uczyni艂o ten internet szybkim i niezawodnym, prawdziwie wprowadzaj膮c er臋 smartfon贸w, aplikacji, medi贸w spo艂eczno艣ciowych i streamingu wideo. Czym wi臋c jest 5G? Dla wielu odpowied藕 brzmi po prostu "szybsze 4G". Chocia偶 jest to prawda, to pomija si臋 w ten spos贸b znacznie szerszy obraz.

5G, czyli pi膮ta generacja technologii bezprzewodowej, nie zosta艂o zaprojektowane jedynie w celu przyspieszenia naszych telefon贸w. Jego wizja jest znacznie bardziej ekspansywna i rewolucyjna. Podczas gdy poprzednie generacje by艂y budowane g艂贸wnie z my艣l膮 o 艂膮czeniu ludzi z lud藕mi, 5G zosta艂o od podstaw pomy艣lane, aby po艂膮czy膰 wszystko. Jest to zunifikowana platforma zaprojektowana, by by膰 bardziej skalowalna, bardziej niezawodna i znacznie bardziej elastyczna ni偶 jakakolwiek sie膰 przed ni膮.

, globalny organ normalizacyjny, nakre艣li艂 t臋 wizj臋 w swoich wymaganiach IMT-2020. Celem nie by艂o tylko zwi臋kszenie pr臋dko艣ci, ale stworzenie sieci zdolnej do obs艂ugi trzech fundamentalnie r贸偶nych i cz臋sto sprzecznych rodzaj贸w komunikacji. Ta zmiana paradygmatu wykracza poza sie膰 jednofunkcyjn膮 i wprowadza platform臋 zdoln膮 do nap臋dzania nast臋pnej fali innowacji technologicznych, od masowego Internetu Rzeczy i inteligentnych miast po prawdziwie autonomiczne pojazdy i fundamenty metawersum.

2. Trzy Filary 5G: Tr贸jk膮t Zastosowa艅

Ca艂a koncepcja 5G mo偶e by膰 zrozumiana poprzez jej trzy g艂贸wne przypadki u偶ycia, cz臋sto wizualizowane jako wierzcho艂ki tr贸jk膮ta. Jedna sie膰 nie mo偶e jednocze艣nie maksymalizowa膰 wszystkich trzech; zamiast tego 5G zosta艂o zaprojektowane tak, aby by艂o na tyle elastyczne, by dostarcza膰 us艂ugi zoptymalizowane dla ka偶dego z tych odr臋bnych scenariuszy.

eMBB (Enhanced Mobile Broadband)

To najprostszy do zrozumienia filar, kt贸ry u偶ytkownicy zauwa偶aj膮 jako pierwszy. eMBB to ewolucja do艣wiadcze艅 mobilnego internetu szerokopasmowego z 4G, przeniesiona na wy偶szy poziom. Chodzi tu o dostarczanie niewiarygodnie szybkich transfer贸w danych, du偶ej pojemno艣ci i lepszego zasi臋gu.

Kluczowe Cechy i Zastosowania:

  • Pr臋dko艣ci Multi-Gigabitowe: eMBB ma na celu osi膮gni臋cie szczytowych pr臋dko艣ci pobierania mierzonych w Gigabitach na sekund臋 (Gbps), co umo偶liwia pobranie pe艂nometra偶owego filmu 4K w kilka sekund, a nie minut.
  • Ogromna Pojemno艣膰: Technologia ta zosta艂a zaprojektowana do obs艂ugi ogromnej ilo艣ci ruchu danych w g臋sto zaludnionych obszarach, takich jak stadiony, lotniska i centra miast, zapewniaj膮c dobre wra偶enia u偶ytkownika nawet wtedy, gdy tysi膮ce os贸b s膮 po艂膮czone jednocze艣nie.
  • Wci膮gaj膮ce Do艣wiadczenia: Wysoka przepustowo艣膰 i niskie op贸藕nienia eMBB s膮 niezb臋dne dla nowych, wci膮gaj膮cych aplikacji, takich jak wysokiej jako艣ci Rzeczywisto艣膰 Wirtualna (VR), Rzeczywisto艣膰 Rozszerzona (AR) i gry w chmurze, gdzie p艂ynne, pozbawione op贸藕nie艅 do艣wiadczenie jest kluczowe.
  • Stacjonarny Dost臋p Bezprzewodowy (FWA): 5G eMBB jest r贸wnie偶 pot臋偶n膮 technologi膮 do dostarczania szybkiego internetu domowego i biznesowego bezprzewodowo, stanowi膮c realn膮 alternatyw臋 dla 艣wiat艂owodu i kabla w wielu obszarach.

mMTC (Massive Machine-Type Communications)

Ten filar odpowiada na zupe艂nie inne potrzeby: pod艂膮czenie ogromnej liczby niskomocowych, tanich urz膮dze艅. Jest to podstawa prawdziwego . Urz膮dzenia te to nie smartfony; to czujniki, liczniki i si艂owniki, kt贸re mog膮 potrzebowa膰 wysy艂a膰 tylko niewielk膮 ilo艣膰 danych okresowo.

Kluczowe Cechy i Zastosowania:

  • G臋sto艣膰 Po艂膮cze艅: mMTC jest zaprojektowane do obs艂ugi niespotykanej dot膮d g臋sto艣ci urz膮dze艅, do miliona po艂膮cze艅 na kilometr kwadratowy. Umo偶liwia to wdra偶anie rozleg艂ych sieci czujnik贸w w inteligentnych miastach lub na polach uprawnych.
  • Bardzo Niskie Zu偶ycie Energii: G艂贸wnym celem projektowym dla mMTC jest 偶ywotno艣膰 baterii. Oczekuje si臋, 偶e urz膮dzenia b臋d膮 dzia艂a膰 przez dekad臋 lub d艂u偶ej na jednej baterii, dzi臋ki g艂臋bokim trybom u艣pienia i wysoce wydajnym, rzadkim transmisjom danych.
  • Niski Koszt Urz膮dze艅: Aby mMTC by艂o op艂acalne, modu艂y komunikacyjne w urz膮dzeniach musz膮 by膰 niezwykle tanie, umo偶liwiaj膮c wdro偶enie miliard贸w czujnik贸w.
  • G艂臋boki Zasi臋g: Technologia jest zoptymalizowana do docierania do urz膮dze艅 w trudnych lokalizacjach, takich jak g艂臋bokie wn臋trza budynk贸w, podziemne liczniki medi贸w czy odleg艂e obszary wiejskie.
  • Zastosowania: Inteligentne liczniki medi贸w, czujniki 艣rodowiskowe, 艣ledzenie aktyw贸w, inteligentne rolnictwo, infrastruktura inteligentnych miast, taka jak czujniki parkowania i inteligentne o艣wietlenie.

URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications)

URLLC jest by膰 mo偶e najbardziej rewolucyjnym aspektem 5G. Ten filar nie dotyczy pr臋dko艣ci ani liczby po艂膮cze艅; chodzi o zapewnienie po艂膮czenia, kt贸re jest niewiarygodnie responsywne i praktycznie niezniszczalne. Jest przeznaczony do zastosowa艅 krytycznych, gdzie nawet chwilowe op贸藕nienie lub zerwane po艂膮czenie mog艂oby mie膰 powa偶ne konsekwencje.

Kluczowe Cechy i Zastosowania:

  • Bardzo Niskie Op贸藕nienie: Op贸藕nienie to zw艂oka mi臋dzy wys艂aniem polecenia a wykonaniem dzia艂ania. URLLC celuje w op贸藕nienie wynosz膮ce zaledwie 11 milisekund臋 (msms). Taka niemal natychmiastowa reakcja jest kluczowa dla aplikacji sterowania w czasie rzeczywistym.
  • Bardzo Wysoka Niezawodno艣膰: Standard d膮偶y do niezawodno艣ci na poziomie "pi臋ciu dziewi膮tek" lub lepszej (99.99999.999%), co oznacza wska藕nik utraty pakiet贸w mniejszy ni偶 1 na 100 000. Taki poziom niezawodno艣ci jest niezb臋dny dla system贸w krytycznych.
  • Zastosowania:
    • Autonomiczne Pojazdy: Samochody komunikuj膮ce si臋 ze sob膮 i z infrastruktur膮 drogow膮 (V2X) w celu unikania kolizji wymagaj膮 ultra niezawodnego, natychmiastowego po艂膮czenia.
    • Automatyka Przemys艂owa: Bezprzewodowe sterowanie precyzyjnymi robotami na hali produkcyjnej lub koordynacja zautomatyzowanych pojazd贸w w magazynie.
    • Zdalna Chirurgia i Telemedycyna: Chirurg steruj膮cy ramieniem robota z setek kilometr贸w potrzebuje bezb艂臋dnego, pozbawionego op贸藕nie艅 po艂膮czenia.
    • Inteligentne Sieci Energetyczne: Sterowanie i monitorowanie sieci elektrycznej w czasie rzeczywistym w celu zapobiegania awariom i poprawy wydajno艣ci.

3. Technologie Umo偶liwiaj膮ce 5G

Osi膮gni臋cie ambitnych cel贸w tr贸jk膮ta zastosowa艅 5G wymaga艂o opracowania i zintegrowania portfolio prze艂omowych, nowych technologii.

  • 5G New Radio (NR): 5G wprowadza ca艂kowicie nowy standard interfejsu radiowego o nazwie NR. Jest on zaprojektowany, by by膰 znacznie bardziej elastycznym i skalowalnym ni偶 LTE. Wykorzystuje elastyczn膮 numerologi臋, kt贸ra pozwala na r贸偶ne odst臋py mi臋dzy podno艣nymi i r贸偶ne czasy trwania symboli, co umo偶liwia optymalizacj臋 pod k膮tem r贸偶nych potrzeb eMBB (kt贸re preferuje szerokie podno艣ne) i URLLC (kt贸re mo偶e wymaga膰 kr贸tszych czas贸w trwania symboli dla ni偶szych op贸藕nie艅).
  • Nowe Pasma Widma (Fale Milimetrowe): Kluczowym czynnikiem umo偶liwiaj膮cym ogromny wzrost pr臋dko艣ci w eMBB jest wykorzystanie nowego, bardzo wysokocz臋stotliwo艣ciowego widma, w szczeg贸lno艣ci w zakresie (np. 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz). To widmo by艂o wcze艣niej nieu偶ywane w komunikacji mobilnej i oferuje ogromne, szerokie kana艂y, ale jego sygna艂y maj膮 bardzo kr贸tki zasi臋g i s艂abo przenikaj膮 przez sta艂e obiekty.
  • Massive MIMO i Kszta艂towanie Wi膮zki: Aby przezwyci臋偶y膰 ograniczenia zasi臋gu fal milimetrowych i radykalnie zwi臋kszy膰 pojemno艣膰 we wszystkich pasmach, 5G wykorzystuje Massive MIMO. Polega to na wyposa偶eniu stacji bazowych w bardzo du偶膮 liczb臋 anten (np. 64, 128, a nawet wi臋cej). Te macierze antenowe wsp贸艂pracuj膮 z technologi膮 , aby skupia膰 energi臋 radiow膮 w w膮skich, sterowalnych wi膮zkach skierowanych bezpo艣rednio na ka偶de urz膮dzenie u偶ytkownika. Poprawia to jako艣膰 sygna艂u, zmniejsza zak艂贸cenia i zwi臋ksza efektywno艣膰 widmow膮.
  • Nowa Sie膰 Rdzeniowa (5G Core): Podobnie jak radio, sie膰 rdzeniowa zosta艂a przebudowana od podstaw. Nowy Rdze艅 5G jest zaprojektowany w oparciu o Architektur臋 Opart膮 na Us艂ugach (SBA), gdzie funkcje sieciowe s膮 zwirtualizowane i komunikuj膮 si臋 ze sob膮 za po艣rednictwem standardowych interfejs贸w API. To podej艣cie natywne dla chmury czyni sie膰 znacznie bardziej elastyczn膮, programowaln膮 i skalowaln膮.
  • Plastrowanie Sieci (Network Slicing): Jest to pot臋偶na funkcja umo偶liwiona przez nowy Rdze艅 5G. Plastrowanie sieci pozwala operatorowi na partycjonowanie jednej fizycznej sieci na wiele izolowanych, wirtualnych sieci od ko艅ca do ko艅ca. Ka偶dy "plaster" mo偶na dostosowa膰 pod k膮tem w艂asnych, specyficznych cech, aby obs艂u偶y膰 jeden z trzech filar贸w. Na przyk艂ad operator m贸g艂by stworzy膰 jeden plaster dla mobilnego internetu szerokopasmowego o wysokich pr臋dko艣ciach, drugi plaster dla masowego IoT o niskiej mocy i du偶ej g臋sto艣ci, a trzeci plaster dla firmy motoryzacyjnej wymagaj膮cej bardzo niskich op贸藕nie艅 i wysokiej niezawodno艣ci, wszystko to dzia艂aj膮ce na tej samej fizycznej infrastrukturze.

4. Fazy Wdro偶enia: 5G Niesamodzielne (NSA) vs. Samodzielne (SA)

Przej艣cie z 4G na pe艂n膮 sie膰 5G to skomplikowane i kosztowne przedsi臋wzi臋cie. Aby u艂atwi膰 p艂ynniejsze wdro偶enie, standardy zdefiniowa艂y dwa g艂贸wne tryby wdro偶enia.

5G Niesamodzielne (NSA)

To by艂a pocz膮tkowa strategia wdro偶eniowa dla wi臋kszo艣ci operator贸w na 艣wiecie. W trybie NSA nowe radio 5G NR jest dodawane do istniej膮cej infrastruktury 4G.

  • Kotwica w 4G: Urz膮dzenie ustanawia swoje po艂膮czenie i obs艂uguje ca艂膮 sygnalizacj臋 p艂aszczyzny sterowania przez istniej膮ce radio 4G LTE i .
  • 5G jako dopalacz danych: No艣na radiowa 5G jest u偶ywana jako dodatkowa, szybka 艣cie偶ka danych, agregowana z no艣n膮 4G.
  • Zaleta: NSA pozwala operatorom szybko zaoferowa膰 pr臋dko艣ci 5G (eMBB), wykorzystuj膮c istniej膮c膮 sie膰 rdzeniow膮 4G, co zmniejsza pocz膮tkowe koszty inwestycyjne.
  • Ograniczenie: Poniewa偶 "m贸zgiem" sieci jest wci膮偶 rdze艅 4G EPC, tryb NSA nie mo偶e wspiera膰 bardziej zaawansowanych funkcji 5G, takich jak URLLC czy pe艂ne plastrowanie sieci.

5G Samodzielne (SA)

To jest ostateczny cel wdro偶enia 5G, reprezentuj膮cy prawdziwy, kompleksowy system 5G.

  • Kompleksowe 5G: Urz膮dzenie 艂膮czy si臋 bezpo艣rednio z radiem 5G NR, a ca艂a sygnalizacja i dane s膮 zarz膮dzane przez now膮 sie膰 rdzeniow膮 5G (5GC). Nie ma zale偶no艣ci od starszej sieci 4G.
  • Uwalnia Pe艂ny Potencja艂: Tylko tryb SA mo偶e w pe艂ni zrealizowa膰 obietnic臋 5G. Architektura oparta na us艂ugach rdzenia 5GC jest tym, co umo偶liwia elastyczno艣膰 zaawansowanego plastrowania sieci, bardzo niskie op贸藕nienia dla URLLC i masow膮 skalowalno艣膰 dla mMTC.
  • Przysz艂o艣膰: W miar臋 jak operatorzy kontynuuj膮 rozbudow臋 swojej infrastruktury, stopniowo migruj膮 z wdro偶e艅 NSA do SA, aby oferowa膰 te zaawansowane us艂ugi nowej generacji.
    Wprowadzenie do 5G | Teleinf Edu