5G w Polsce już za momencik – mamy dla Was specjalny słownik najważniejszych pojęć piątej generacji

Na początku marca Urząd Komunikacji Elektronicznej ogłosił aukcję częstotliwości 5G. Jednak nie wszyscy w Polsce, którzy chcą sprawdzić, co oferuje najnowsza technologia komórkowa muszą czekać na jej rozstrzygnięcie. Sieć Plus zaoferuje 5G w najbliższych dniach. Co warto wiedzieć o tej technologii?

Już niebawem pierwsi klienci sieci komórkowych w Polsce będą mogli na co dzień korzystać z usług mobilnych zapewniających szybkie transfery i większą pojemność, które przynosi technologia 5G. Jest to najnowszy standard mobilnej komunikacji, który pozwala na szybsze przesyłanie danych (transmisja danych dalszej przyszłości nawet na poziomie 10 Gb/s) i jednoczesną obsługę większej liczby urządzeń. Charakteryzować się będzie się minimalnymi opóźnieniami i możliwością realizacji usług o dużo wyższej niezawodności niż obecnie.

Dlaczego to takie istotne? W przyszłości pozwoli to bowiem na wprowadzenie w perspektywie kllku lub kilkunastu lat na rynek nowych usług, np. wykorzystywanie możliwości autonomicznych samochodów. Dzięki połączeniu sztucznej inteligencji i technologii 5G autonomiczne samochody będą wybierać najefektywniejsze trasy, płynnie przyspieszać, mniej hamować i jeździć w ścisłych formacjach, by uzyskać kilkudziesięcioprocentowe oszczędności energii. Technologia 5G przyspieszy też rozwój Internetu Rzeczy czy Przemysłu 4.0. Możliwe stanie się wykorzystanie do komunikacji w czasie rzeczywistym sieci czujników, które będą zbierać, przetwarzać i analizowanie dane o każdej pracującej maszyny, co pozwoli lepiej planować procesy produkcyjne.

Sieci 5G ruszyły już wielu krajach, m.in. Korei Płd, Chinach, USA czy Szwajcarii. Teraz przychodzi czas na Polskę. Na początku marca Urząd Komunikacji Elektronicznej ogłosił aukcję na częstotliwości do 5G. Operatorzy mogą licytować cztery bloki pasma 3,4-3,8 GHz po 80 MHz każdy. Jeden operator, a konkretnie grupa kapitałowa, może starać się o jeden blok. Cena minimalna każdego z bloku to 450 mln zł. Zwycięzcy aukcji będą musieli uruchomić co najmniej po 700 stacji bazowych 5G wykorzystujących przydzielone częstotliwości do końca 2025 r. Rząd przewiduje, że wówczas na wszystkich najważniejszych szlakach komunikacyjnych i w głównych ośrodkach miejskich będzie w pełni działać sieć 5G.

Nie wszyscy w Polsce jednak na 5G będą musieli czekać tak długo. Plus planuje bowiem uruchomienie komercyjnego 5G w nadchodzących dniach i to w co najmniej siedmiu dużych miastach, a dokładnie w: Warszawie, Poznaniu, Szczecinie, Wrocławiu, Gdańsku, Katowicach i Łodzi. W ramach tego etapu wdrożenia dostępnych będzie 100 komercyjnych stacji 5G. Jak to możliwe? Operator zdecydował, że ze startem 5G nie będzie czekał aż rozdzielone zostaną bloki pasma 3,4-3,8 GHz, a wykorzysta do tego posiadane już częstotliwości 2600 MHz TDD.

Plus uznał, że jest w stanie swym klientom udostępnić 5G znacznie wcześniej oceniając, że budowana w paśmie 2600 MHz TDD sieć zapewni dostęp do w pełni funkcjonalnej technologii 5G w standardzie non-stand alone (wykorzystywane są stacje bazowe LTE, ale transfer danych przebiega po sieci 5G). Jedyną różnicą w porównaniu do sieci 5G na częstotliwości 3400-3800 MHz jest węższy zakres pasma. Z kolei zaletą są lepsze właściwości propagacyjne fal radiowych (lepsze rozprzestrzenianie).

Zdaniem operatora podobnie jak w przypadku LTE Advanced, kolejnym etapem rozwoju sieci 5G, będzie możliwość agregacji pasm radiowych. Inaczej mówiąc, dzięki wykorzystaniu pasma 2600 MHz, budowana przez Plusa sieć 5G zapewni lepsze pokrycie zasięgowe niż w przypadku wykorzystania jedynie pasma 3,4-3,8 GHz, a możliwość łączenia pasm pozwoli zachować mu przewagę na kolejnych etapach budowy 5G realizowanych w oparciu o nowe lub refarmowane częstotliwości.

W związku z tym, że o technologii 5G będzie coraz głośniej, to warto przyswoić sobie kilka pojęć, które mogą pojawiać się w jej kontekście.

Nasz słowniczek najważniejszych pojęć 5G:

Dzielenie sieci (ang. Network slicing) – to podział jednej sieci fizycznej, bazującej na wspólnej infrastrukturze, na wiele sieci wirtualnych zgodnie z konkretnymi potrzebami. W rezultacie operatorzy mogą wdrożyć w danym segmencie tylko niezbędne funkcje, np. inny segment zostanie przypisany dla samochodów autonomicznych (małe opóźnienie), a inny dla rozszerzonej rzeczywistości (duża przepustowość).

Inteligentny Dom ( ang. Smart Home) – termin  dotyczy wysoce zaawansowanych technicznie budynków, wyposażonych w system czujników oraz jeden zintegrowany system do zarządzania nimi, np. instalacjami i urządzeniami elektrycznymi, wodnymi czy cieplnymi.

Inteligentne Miasto (ang. Smart City) – termin odnosi się do miast, które opierają swoją strategię na zastosowaniu najnowocześniejszych technologii informacyjnych i komunikacyjnych (ICT) w obszarach takich jak: gospodarka, środowisko, mobilność i zarządzanie. Wszystko to z myślą o poprawie standardu życia mieszkańców i zwiększeniu ich udziału w podejmowaniu istotnych decyzji.

Inteligentne sieci (ang. Smart grid) – systemy wspomagające zarządzanie produkcją i dostawami energii elektrycznej. Pod tą nazwą kryje się idea stworzenia inteligentnych systemów dostarczania energii elektrycznej, mających głównie ograniczyć straty powstające podczas przesyłu i dystrybucji energii.

Small Cells – miniaturowe stacje bazowe, które wymagają minimalnej mocy do działania i mogą być gęsto rozmieszczone w miastach. Będą ulokowane co kilkaset metrów, np. w ulicznych latarniach, pozwalając na osiągnięcie założonej wydajności sieci 5G.

3GPP (3rd Generation Partnership Project) –  organizacja zrzeszająca siedem organizacji promujących i zatwierdzających standardy telekomunikacyjne (ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TSDSI, TTA, TTC). 3GPP publikuje regularnie raporty opisujące szczegółowo technologie stosowane w sieciach radiowych oraz świadczone przez nie usługi.

Beamforming ( kształtowanie wiązki) – technika przetwarzania sygnału, polegająca na jego kierunkowej transmisji. Uzyskanie odpowiedniego kierunku transmisji sygnału jest możliwe do osiągnięcia dzięki odpowiedniemu, cyfrowemu przygotowaniu parametrów strumieni sygnałów nadawanych równocześnie z poszczególnych anten. Równocześnie nadawane strumienie sygnałów w niektórych miejscach w przestrzeni się wzmacniają a w niektórych wytłumiają.. Określenie odpowiednich matematycznych parametrów sygnałupozwala na „skierowanie” wiązki sygnału we wskazane miejsce.

Pasma 5G – do świadczenia usług 5G docelowo wykorzystywane będą nie tylko nowe częstotliwości, które Urząd Komunikacji rozdysponuje w przyszłych aukcjach (700 MHz 3,4-3-8 GHz, 26 GHz), ale i te, które operatorzy wykorzystują  w chwili obecnej. I tak np. w USA sieć Sprint wykorzystuje do świadczenia usług 5G pasmo 2,5 Hz, a AT&T pasmo 850 MHz .W Polsce oprócz 2600 MHz czy 2100 MHz w przyszłości będą to częstotliwości to 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz.

Pasmo 700 MHz charakteryzuje się dobrą przenikalnością przez ściany budynków i dobrym zasięgiem przy zachowaniu przepustowości porównywalnej z prędkością sieci 4G korzystającej z pasma 800MHz/900MHz. Potencjalnie ma ona zapewnić dostęp do usług w oparciu o 5G potencjalnie każdemu mieszkańcowi kraju i pozwolić na masowe uruchamianie czujników i mierników (Internet Rzeczy).

2600  MHz -  jedna z obecnie posiadanych przez operatorów częstotliwość, która jest już dziś chętnie wykorzystywane do świadczenia usług 5G. W Polsce taką strategię wdrażania 5G przyjęła sieć Plus, która zamierza wykorzystać częstotliwość 2600 MHz (TDD) . Pasmo 2600 MHz TDD o szerokości 50 MHz pozwala przy użyciu technologii MIMO 4x4 i QAM256 przekroczyć prędkość 500 Mb/s (bez agregacji z innymi technologiami takimi jak LTE). Takie częstotliwości do uruchomienia usług 5G wykorzystały m.in. China Mobile w Chinach czy Zain w Arabii Saudyjskiej.

Pasmo 3,6 GHz (3,4-3,8 GHz) dzięki wykorzystaniu inteligentnych anten lub anten MIMO w połączeniu z dostępnym szerokim pasmem umożliwi znaczne zwiększenie prędkości przesyłu danych, pomimo większego tłumienia przez budynki i mniejszego zasięgu niż w przypadku pasma 700 MHz.

Pasmo 26 GHz będzie wykorzystywane dopiero w drugiej fazie wdrożenia technologii 5G. Dzięki wykorzystaniu anten inteligentnych (massive MIMO) oraz bardzo szerokich bloków częstotliwości zapewni bardzo wysoką przepustowość. Jednak zdolność przenikania przez ściany budynków i inne przeszkody jest bardzo niska, a zasięg jest ograniczony do kilkuset metrów.

Należy zwrócić uwagę, że operatorzy będą stopniowo przeznaczać na potrzeby sieci 5G również i inne częstotliwości wykorzystywane obecnie przez LTE w ramach technologii Spectrum Sharging: m.in. 1800 MHz, 900 MHz czy 800 MHz.

TDD (Time Division Duplex) – sposób organizowania dostępu do sieci radiowej, gdzie w ramach jednego pasma wydzielone są szczeliny czasowe, w trakcie których transmisja danych odbywa się na zmianę albo wyłącznie w kierunku stacji bazowej, albo wyłącznie w kierunku terminali. W związku z tym, że przedział czasu oddzielający oba kanały jest bardzo mały, nadawanie i odbiór danych są widziane przez użytkownika jakby odbywały się jednocześnie. W systemie TDD łączność odbywa się na jednej częstotliwości zatem przełącznik antenowy nie jest potrzebny, co upraszcza konstrukcję urządzeń.

FDD (Frequency Division Duplex) – sposób organizowania dostępu do sieci radiowej, gdzie wydzielone są pracujące równolegle pasma, z których jedno służy do transmisji danych w kierunku stacji bazowej, a drugie w kierunku terminali. W celu umożliwienia jednoczesnego nadawania i odbioru w kanałach dupleksowych zarówno stacja bazowa, jak i stacja ruchoma muszą posiadać przełącznik antenowy,

Spectrum Sharing – umożliwia tworzenie zasięgu 5G na istniejących częstotliwościach wykorzystywanych w LTE. Pozwala to na wdrożenie zarówno 4G, jak i 5G w tym samym paśmie, poprzez aktualizację oprogramowania. Jednocześnie system dynamicznie przydziela widmo na podstawie zapotrzebowania użytkownika. Przełączanie między nośnikami 4G i 5G odbywa się w ciągu milisekund, minimalizując marnotrawstwo widma i zapewniając najlepszą wydajność dla użytkownika.

Rozszerzony mobilny szerokopasmowy dostęp do internetu eMBB (enhanced Mobile Broadband) – bardzo szybka transmisja danych i masowe przetwarzanie informacji w czasie niemal rzeczywistym. Wysokie szybkości transmisji (rzędu 1 Gb/s) będą osiągalne nawet przy większej liczbie użytkowników.

Masowa komunikacja pomiędzy maszynami mMTC (massive Machine Type Communications) – umożliwi podłączenie blisko 100-krotnie większej liczby urządzeń niż dzisiaj przy większej przepływności, sięgającej 1 Gb/s, i minimalnych opóźnieniach. Usługa ważna m.in. z punktu widzenia implementacji i rozwoju miast inteligentnych, czy Internetu Rzeczy.

Ultra-niezawodna transmisja o niskich opóźnieniach URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications) – technologia, która dzięki minimalnym opóźnieniom na poziomie 1 milisekundy umożliwi połączenia w czasie rzeczywistym i wykorzystanie ich w zastosowaniach krytycznych. Potencjalne aplikacje: autonomiczne pojazdy, automatyzacja produkcji, medycyna, itp

Architektura NSA (ang. non-standalone) – w tej architekturze 5G nie jest samodzielną technologią, a zamiast tego jest zintegrowana z infrastrukturą 4G. Użytkownik, będący w zasięgu 5G, zawsze jest połączony jednocześnie z 4G i z 5G. Jest to jedyny w pełni ustandaryzowany wariant 5G dostępny na ten moment.

Architektura SA (ang. standalone) – nowa architektura sieci 5G, która umożliwi korzystanie z usług 5G bez sieci LTE. Oczekuje się, że takie rozwiązanie oznacza niższe koszty, lepszą wydajność i będzie stymulować nowe zastosowania 5G.

FWA (fixed wireless access) – wielu rynkowych ekspertów twierdzi, że jednym z pierwszych obszarów, gdzie 5G znajdzie zastosowanie na rynku konsumenckim będą wdrożenia 5G FWA. Przede wszystkim dlatego, że jest to szybszy i tańszy sposób na zapewnienie szerokopasmowego łącza internetowego. Światłowód wystarczy doprowadzić do jednego masztu na osiedlu domków jednorodzinnych, a do poszczególnych budynków sygnał dosyła się drogą radiową. FWA charakteryzuje się niewielkimi nakładami inwestycyjnymi, szybkim wdrożeniem, szerokim zasięgiem i szybkościami transferów podobnymi do tych, które zapewniają światłowody

Internet rzeczy (ang. Internet of Things – IoT) – zespół urządzeń wyposażonych w oprogramowanie i sensory, podłączonych do sieci telekomunikacyjnej, z wykorzystaniem której przesyłane są dane, polecenia oraz aktualizacje do i z urządzeń.

M2M (ang. Machine to Machine) – komunikacja między maszynami. Wykorzystanie urządzeń korzystających z tej technologii, takich jak inteligentne liczniki, systemy nadzoru pojazdów i maszyn w perspektywie biznesowej pozwala na zredukowanie kosztów czy uzyskiwanie przychodów z nowych źródeł.

Jakość obrazu 4K, 8K – wysokiej jakości standardy rozdzielczości filmów cyfrowych oraz grafiki komputerowej. Wymagają większej przepływności łączy.

Limity PEM – limity pola elektromagnetycznego. Od 1 stycznia 2020 roku zaczęły obowiązywać w Polsce nowe limity określające dopuszczalny poziom pól elektromagnetycznych (PEM) w środowisku. Dzięki temu operatorzy będą mogli rozbudować obecne stacje bazowe o nowe systemy, w tym 5G. Nowe rozporządzenie Ministerstwa Zdrowia zwiększyło bowiem dopuszczalny poziom pól elektromagnetycznych z 7 V/m do 61 V/m. Taki poziom promieniowania pola elektromagnetycznego to bezpieczny standard przyjęty już niemal w całej w Europie. Jest zgodny z zaleceniem Komisji Europejskiej.

Multiple Input Multiple Output (MIMO) – rozwiązanie zwiększające przepustowość sieci bezprzewodowej polegające na transmisji wieloantenowej zarówno po stronie nadawczej, jak i po stronie odbiorczej.

Przemysł 4.0 (ang. Industry 4.0) – termin, którego używa się odnośnie zmian w produkcji, zachodzących pod wpływem technologii, takich jak wzajemne połączenie maszyn oraz systemów czy cyfryzacja procesów.

Sieć 5G – Sieci telefonii komórkowej piątej generacji. Oferować ma znacznie wyższą wydajność, ale też niezawodność. Zgodnie ze specyfikacją (IMT-2020) opublikowaną przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU), jej parametry są następujące:

●      prędkość transferu – do 20Gb/s pobieranie i do 10Gb/s wysyłanie

●      opóźnienie – maksymalnie 4ms, ale możliwe nawet 1ms

●      obciążenie – nawet 1 milion urządzeń na 1 kilometr kwadratowy

●      niezawodność – utrzymywanie połączenia w trakcie przemieszczania się z prędkością do 500km/h

Sieć 4G/LTE – Long Term Evolution – standard szybkiej transmisji danych w sieciach bezprzewodowych określany również jako 4G. Na bazie kanału częstotliwości o szerokości ograniczonej do maksymalnie 20 MHz pozwala na osiągnięcie prędkości transmisji danych do 150 Mb/s (downlink, przy zastosowaniu anten MIMO 2x2).

5G NR (New Radio) – opracowany przez 3GPP standard radiowy piątej generacji. 5G oznacza nowy standard sieci komórkowych. NR - New Radio  to nowy, bezprzewodowy interfejs pomiędzy stacjami bazowymi (w 5G nazywanymi gNodeB), a urządzeniami mobilnymi, opracowany dla potrzeb 5G. Uwzględnia on wykorzystanie fal, których długość liczona jest milimetrach, oraz takie rozwiązania, jak Massive-Input Massive-Output, licencjonowane i nielicencjonowane pasma częstotliwości, technologię małych komórek (z ang. "small cells technology") czy sieci bezprzewodowe pracujące w trybie pełnego dupleksu (czyli takie, które potrafią jednocześnie transmitować i odbierać dane).

mmWave (fala milimetrowa) – fale o bardzo wysokiej częstotliwości, charakteryzujące się tym, że ich długość podawana jest w milimetrach. Są emitowane na częstotliwościach od 30 do 300 GHz – znacznie wyższych w porównaniu do pasm poniżej 6 GHz, obecnie używanych w urządzeniach mobilnych. Fale milimetrowe mają długość od 1 do 10 mm.

Programowalna sieć telekomunikacyjna (ang. Software Defined Network – SDN) – SDN pozwala na odseparowanie programowalnej warstwy kontrolnej sieci od mechanizmów związanych z transmisją danych. W SDN bazową infrastrukturę można wyodrębnić dla usług sieciowych i aplikacji. W tej architekturze sieć jest traktowana jako jednostka wirtualna lub logiczna. Ruch odbywa się w sposób fizyczny, lecz to oprogramowanie steruje warstwą danych. Dzięki temu zwiększa się elastyczność infrastruktury sieciowej

Smart Workplace –  wykorzystanie nowych rozwiązań technologicznych tak, aby zwiększyć wydajność oraz komfort pracowników w miejscu pracy, niekoniecznie oznaczającym tylko fizyczne biuro.

Sztuczna Inteligencja (Artificial Inteligence) – dziedzina obejmująca tworzenie rozwiązań naśladujących ludzkie myślenie i zachowanie, przykładowo mogących wnioskować, decydować, przewidywać i uczyć się, a także działać w sposób autonomiczny i adaptacyjny.

Wirtualna rzeczywistość (Virtual Reality – VR) – wytwarza sztuczną rzeczywistość i jest rodzajem techniki immersyjnej, tj. przenosi użytkownika w wykreowany technologicznie świat, dając mu wrażenie bycia wewnątrz wydarzeń. W niektórych przypadkach rozwój sytuacji zależy od tego, co zrobi użytkownik (np. w komputerowych grach VR).

Rozszerzona  rzeczywistość (ang. Augmented Reality - AR) – to technologia łącząca świat rzeczywisty z informacją, grafiką generowaną komputerowo. Umożliwia ona nakładanie na obraz realnego świata dodatkowych wirtualnych elementów (mapy wykresy, filmy wideo) – 3D czy 2D. Technologia ta poza możliwością łączenia świata rzeczywistego z wirtualnym oferuje także pewną swobodę ruchu w trzech wymiarach oraz możliwości interakcji. Może być wykorzystana np. do tworzenia wirtualnych przymierzalni w sklepach.

Cloud gaming – to nowy trend w branży gier, który polega na strumieniowym przesyłaniu wysokiej jakości gier na urządzenia, takie jak laptopy, tablety i telefony komórkowe za pośrednictwem szybkiego łącza internetowego. Cloud gaming umożliwia granie online (oprogramowanie udostępniane jest z serwera dostawcy) bez konieczności pobierania lub zakupu oprogramowania.

Edge computing – trend polegający na przeniesieniu na brzeg (krawędź) sieci, tj. blisko użytkownika końcowego, zasobów (np. serwerów) realizujących usługi i aplikacje.. Przygotowywanie i przetwarzanie danych w pobliżu blisko użytkownika, zamiast przesyłania wszystkich informacji do chmury lub firmowych centrów danych obsługujących system, umożliwia zasadnicze zmniejszenie zapotrzebowania na przepustowość, zapewnia niższe opóźnienia i pozwala na analizę ważnych danych niemal w czasie rzeczywistym.