Czym jest 5G i jak zmieni świat?

Sieć komórkowa piątej generacji jest określana jako 5G. Jest to zupełnie nowa, wszechstronna technologia bezprzewodowa, która jest kompatybilna z 1G, 2G, 3G i 5G. Sieci 4G. Sieć 5G jest na dobrej drodze, aby reprezentować następną generację bezprzewodowych sieci komórkowych, wykraczającą poza obecną 4G Long Term Evolution (LTE). Oczekuje się, że będzie ona oferować wyższe szybkości transmisji danych 1-10 Gb/s, większą szerokość pasma 4000 Mb/s, opóźnienia mniejsze o 1 ms, efektywność energetyczną 90%, niezawodność 99,9%, pojemność danych mobilnych 10 Tb i dłuższą żywotność baterii niż sieci 4G. Dzięki unikalnym usługom szerokopasmowego przesyłu danych i aplikacjom czasu rzeczywistego, 5G obiecuje sprostać stale rosnącym wymaganiom użytkowników, zapewniając miliardy niezawodnych połączeń i masową komunikację Internet-of-Things (IoT) comm. Będzie w stanie zintegrować wiele nowoczesnych technologii i technik, których poprzednie generacje nie mogły obsługiwać ze względu na ich ograniczoną pojemność i kompatybilność.

Kto wynalazł i posiada 5G

5G jest częścią ewolucji komórkowych sieci bezprzewodowych. Nie został wynaleziony ani nie jest własnością żadnej konkretnej firmy lub kraju, a raczej jest wynikiem wysiłku włożonego przez różnych badaczy, producentów i dostawców usług. 3^rd Generation Partnership Project (3GPP) jest organizacją odpowiedzialną za definiowanie specyfikacji każdej technologii komórkowej, w tym 5G. Odgrywa ona znaczącą rolę w projektowaniu sieci 5G, biorąc pod uwagę technologię interfejsu radiowego, standardy komunikacji, widmo, warstwy usług itp. Jednak branża telekomunikacyjna w każdym kraju stara się być pierwszą, która ogłosi pełne komercyjne wdrożenie sieci 5G zgodnie ze standardami zdefiniowanymi przez 3GPP.

Jak działa 5G?

Początkowo sieć 5G jest wdrażana w istniejących sieciach 4G dla podstawowych uruchomień komercyjnych. Ta część standardu sieci 5G nosi nazwę Non-Standalone (NSA). Jest to jak dodatkowy szybki kanał danych dołączony do istniejącej infrastruktury 4G LTE w celu zarządzania płaszczyzną sterowania i dużym ruchem. Wraz z ewolucją technologii 5G, pojawi się nowa architektura rdzenia 5G i będzie obsługiwać całą sieć samodzielnie, określaną jako sieć 5G Standalone (SA).

Technologia i zasady działania 5G są takie same jak 4G LTE, ale bardziej ulepszone. Podobnie jak 4G, 5G wykorzystuje technikę Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) do szybkiej i zasobooszczędnej transmisji i odbioru danych. Innowacyjne i ulepszone usługi sieciowe 5G wynikają z nowego radia (NR), które jest bardziej elastycznym, wydajnym, skalowalnym i rozszerzalnym interfejsem radiowym. Zapewnia on szybkie mobilne usługi szerokopasmowe, które znacznie poprawiają wrażenia użytkownika i jakość usług (QoS).

Architektura sieci 5G

Architektura sieci 5G składa się z dwóch głównych części:

1. Sieć dostępu radiowego (RAN): 

RAN obejmuje część dostępową sieci, która obejmuje małe komórki, makrokomórki, stacje bazowe (eNB), sprzęt komórkowy oraz sprzęt budowlany i domowy, które są wykorzystywane do przesyłania danych użytkownika do sieci rdzeniowej. 5G poprawi łączność z użytkownikami brzegowymi, wdrażając różne małe komórki, femto-komórki, pikokomórki i mikrokomórki nad warstwą makrokomórek, zapewniając silny zasięg sieci i wypełniając dziury, zwłaszcza na brzegu komórki. Te małe komórki będą działać w paśmie częstotliwości fal milimetrowych (mmWave), nowej funkcji 5G, która będzie przydatna w lokalizacjach wymagających krótszego zasięgu sygnału, takich jak stacje robocze.

Makrokomórki będą działać w taki sam sposób, jak w 4G LTE, jednak ich poziom wydajności wież zostanie poprawiony dzięki funkcji wielokrotnego wejścia i wielokrotnego wyjścia (MIMO). Jak sama nazwa wskazuje, MIMO składa się z dużej liczby anten umożliwiających jednoczesną transmisję i odbiór wielu danych. Masywna konstrukcja anteny zapewnia liczne korzyści użytkownikom i dostawcom usług, takie jak łączność większej liczby użytkowników, lepsze wykorzystanie zasobów sieci, szybszy dostęp, lepsze zarządzanie ruchem danych i mniejsze opóźnienia.

2. Sieć podstawowa:

Sieć rdzeniowa 5G to jest projektowana w taki sposób, że będzie w stanie zintegrować wiele innowacyjnych technologii opartych na chmurze, dzięki którym użytkownicy pozostaną wirtualnie połączeni ze sobą i będą zarządzać wszystkimi swoimi danymi i operacjami przez Internet z szybszą reakcją i mniejszym wskaźnikiem utraty danych. Sieć rdzeniowa 5G obejmuje również rozproszone serwery, świadczące usługi natychmiastowo z mniejszymi opóźnieniami. Sieć rdzeniowa jest również odpowiedzialna za zarządzanie podstawowymi funkcjami 5G, w tym wirtualizacją funkcji sieciowych (NFV), siecią definiowaną programowo (SDN) i cięciem sieci.

Jakie są pasma częstotliwości 5G na świecie?

Wprowadziliśmy Czym są pasma częstotliwości 5G W szczegółach wcześniej, obecnie działające pasma częstotliwości 4G LTE wynoszą do 6 GHz. Jednak technologia 5G będzie mogła działać w paśmie częstotliwości od 30 GHz do 300 GHz. Jest to powód superszybkiej prędkości sieci i stałej łączności. Jednak początkowe pasmo częstotliwości dla 5G wynosi poniżej 6 GHz, w szczególności od 3,3 GHz do 3,8 GHz. Technologia mmWave 5G będzie działać powyżej 6 GHz, w zakresie od 26 GHz do 28 GHz. mmWave zapewni krótszy zasięg i większą pojemność, aby zapewnić maksymalną liczbę użytkowników z niezaprzeczalnie lepszą wydajnością niż poprzednie sieci komórkowe. Co więcej, według niektórych badań, 5G będzie również ponownie wykorzystywać istniejące pasma niskich częstotliwości w przyszłości, ponieważ wykorzystanie konwencjonalnych sieci zmniejsza się z powodu ich niezdolności do obsługi aplikacji i usług nowej generacji.

Kluczowe cechy 5G

5G będzie erą łączności, w której wszyscy i wszystko będzie ze sobą połączone, w tym ludzie, urządzenia, przedmioty i maszyny. Ta nadchodząca technologia składa się z wielu funkcji, które są kluczowymi czynnikami wpływającymi na jej wysoką wydajność i efektywność. Omówmy szczegółowo, czym są te funkcje:

1. Massive MIMO

Jest to jedna z istotnych cech sieci 5G, która umożliwia jednoczesną obsługę wielu transmisji i odbiorów danych za pośrednictwem dużej liczby anten. Rozmiar masywnego Antena MIMO jest podobny do konwencjonalnego 3G lub Anteny 4G ale jego możliwości będą znacznie wyższa w porównaniu do nich. Obejmuje wyższy zakres częstotliwości Sub-6 GHz (taki jak 3,5 GHz) i zapewnia duże wzmocnienie multipleksowania w celu uzyskania większej przepustowości i niezawodnej łączności.

2. Sub-6 GHz

Częstotliwość poniżej 6 GHz obejmuje częstotliwości średniego pasma, takie jak Wi-Fi, w zakresie od 3 do 6 GHz. Anteny sieci 5G będzie głównie wykorzystywać widmo średniego zasięgu, ponieważ umożliwia małym komórkom świadczenie usług wewnątrz budynków, a także potężnym ewolucyjnym NodeB (eNB), aby spełnić wymagania dotyczące zasięgu zewnętrznego. Technologia 5G, obejmująca większe odległości, będzie działać w paśmie niskich częstotliwości, takich jak poniżej 800 MHz.

3. Kształtowanie wiązki

Wśród wielu innych skutecznych technologii 5G, Kształtowanie wiązki odgrywa kluczową rolę w umożliwieniu sieci maksymalnego wykorzystania jej potencjału. Pozwala ono na kierunkowe anteny 5G do przesyłania wąskich wiązek kierunkowych w kierunku konkretnego urządzenia użytkownika po wybraniu najbardziej wydajnego kanału transmisji danych. Beamforming zmniejsza również zakłócenia z pobliskimi użytkownikami ze względu na skupione wiązki, zapewniając w ten sposób wysokiej jakości usługi i ogólny zasięg sieci. Wykorzystuje on szereg anten fazowych, które skupiają wiązkę w wymaganym kierunku.

4. mmWave

Jak wspomniano wcześniej, mmWave zapewnia bardzo wysoką przepustowość i częstotliwość w zakresie od 17 GHz do 110 GHz. Będąc technologią krótkiego zasięgu, będzie ona wdrażana głównie w gęsto zaludnionych obszarach, aby obsługiwać maksymalną liczbę użytkowników z dużą prędkością i pojemnością oraz łagodzić zakłócenia.

5. Dzielenie sieci

Zdolność sieci 5G do obsługi dużej liczby użytkowników korzystających jednocześnie z różnych usług wynika z podziału sieci na części. Dzielenie sieci tworzy wiele sieci wirtualnych na wspólnej architekturze fizycznej. Te wirtualne sieci są następnie dedykowane określonym użytkownikom, usługom, aplikacjom lub operatorom w zależności od ich wymagań.

6. Wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV)

Pozwala to zwirtualizowanemu oprogramowaniu na gotowym sprzęcie commercial zastąpić funkcje sieciowe na dedykowanych urządzeniach, takich jak load balancery, routery i zapory ogniowe. NFV upraszcza funkcje sieciowe i usprawnia projektowanie sieci oraz dostarczanie usług. Umożliwia to dostawcom usług tworzenie takich usług, które generują wyższe przychody i zwiększają produktywność.

7. Sieć definiowana programowo (SDN)

Umożliwia 5G efektywne projektowanie, zarządzanie i kontrolowanie sieci. SDN oddziela płaszczyznę sterowania i płaszczyznę przekazywania sieci, umożliwiając w ten sposób bezpośrednie sterowanie siecią. Mówiąc prościej, płaszczyzna sterowania nie jest już powiązana ze sprzętem sieciowym, a przepływ danych może być kontrolowany zewnętrznie za pośrednictwem jednostki oprogramowania zwanej kontrolerem, zlokalizowanej między urządzeniami sieciowymi a aplikacjami.

Gdzie wykorzystywana jest sieć 5G?

Trzy główne obszary usług 5G obejmują: ulepszony masowy IoT, mobilne łącza szerokopasmowe i komunikacja o znaczeniu krytycznym. 5G jest testowane i wdrażane w wielu dziedzinach w celu zapewnienia różnych aplikacji i zwiększenia wydajności ich pracy. Poniżej przedstawiono niektóre z funkcji 5G:

1. Szybka sieć komórkowa

5G zapewni wyjątkową szybkość transmisji audio i wideo w czasie rzeczywistym. Znacząco zminimalizuje opóźnienia do 1 ms, co jest bardzo ważne dla autonomicznej jazdy i aplikacji o znaczeniu krytycznym. Od produkcji po branżę transportową, każdy obszar będzie działał wydajnie w sieci komórkowej 5G.

2. Internet rzeczy (IoT)

IoT będzie ewoluować z pomocą 5G, ponieważ zapewnia superszybką prędkość i pojemność setkom i tysiącom urządzeń, aby mogły się ze sobą komunikować i pozostawać w kontakcie przez cały czas. 5G IoT poprawi sposób, w jaki ludzie zarządzają swoimi zadaniami osobistymi i zawodowymi. Umożliwi szybkie sieci przemysłowe, strumieniowanie wideo i mobilne przetwarzanie danych. Branże korzystające z 5G IoT obejmują motoryzację, transport, inteligentne miasta, inteligentne fabryki, inteligentne rolnictwo, inteligentne narzędzia, inteligentne sieci, rolnictwo, handel detaliczny, bezpieczeństwo, nadzór i opiekę zdrowotną.

3. Rozrywka i multimedia

5G zapewni wrażenia wideo w ultrawysokiej rozdzielczości z dowolnego miejsca na świecie na urządzeniu mobilnym. Pobieranie filmów 4K nie zajmie dużo czasu, a wydarzenia na żywo będą transmitowane w czasie rzeczywistym, ponieważ 5G jest w stanie zapewnić jakość wideo 120 klatek na sekundę i wyższy zakres dynamiki (HDR) bez buforowania.

Różnice między poprzednimi generacjami sieci komórkowych a 5G?

Sieć komórkowa 1G została wprowadzona w 1984 roku z szybkością transmisji danych 2,4 Kbps. Była to technologia analogowa z podstawową usługą głosową. 2G pojawiła się w 1990 roku z szybkością transmisji danych 64 Kbps. Wprowadziła standardy cyfrowe i została zaprojektowana do obsługi głosu. Następnie w 1998 roku pojawiła się sieć 3G z szybkością transmisji danych 2 Mb/s. Zapewniała użytkownikom usługi głosowe, a także mobilne usługi szerokopasmowe, ale z obniżoną jakością usług. 5G zapewnia znacznie wyższą szybkość transmisji danych i pojemność w porównaniu do poprzednich generacji. Sieć 4G pojawiła się w 2011 roku z szybkością transmisji danych 100 Mbps. Wprowadziła ona protokoły oparte na protokole IP i wysokiej jakości usługi szerokopasmowe. Oczekuje się, że nadchodząca era 5G przewyższy wszystkie poprzednie generacje dzięki superszybkiej szybkości transmisji danych od 10 do 100 Gb/s, wyjątkowo niskim opóźnieniom i wysokiej przepustowości.

Jak szybkie jest 5G?

Prędkość 5G odbierana po stronie użytkownika będzie zależeć od różnych czynników, takich jak lokalizacja użytkownika, urządzenie użytkownika i liczba użytkowników podłączonych do sieci w danym momencie. Jedno jest jednak pewne, szybkość transmisji danych 5G będzie znacznie wyższa niż 4G/4G LTE. 4G obsługuje szczytową szybkość transmisji danych wynoszącą 150 Mb/s i średnią szybkość transmisji danych wynoszącą 10 Mb/s. 4G LTE obsługuje szczytową szybkość transmisji danych od 300 Mb/s do 1 Gb/s i średnią szybkość transmisji danych od 15 Mb/s do 50 Mb/s. Oczekuje się, że 5G będzie obsługiwać do 20 Gb/s szczytowej szybkości transmisji danych i ponad 100 Mb/s średniej szybkości transmisji danych. Oznacza to, że 5G będzie co najmniej 100 razy szybsze niż technologia 4G LTE. Są to jednak teoretyczne szybkości transmisji danych w sieci 5G. Rzeczywiste szybkości transmisji danych będą się różnić w zależności od rozwoju i typu sieci 5G. Według raportu analitycznego Ookla zebranego w drugim kwartale 2022 r., prędkość pobierania 5G w USA wyniosła 187,33 Mb / s osiągnięta przez T-Mobile, będąc na szczycie. Verizon Wireless jest drugi z prędkością pobierania 113,52 Mbps, a AT&T jest trzeci z 71,54 Mbps. W związku z tym oczekuje się, że 5G zajmie trochę czasu i osiągnie tak wysokie wartości szczytowe, ponieważ obecnie znajduje się w początkowej fazie wdrażania.

Czy 5G jest już dostępne?

Chociaż początkowe wdrażanie 5G rozpoczęło się już w wielu krajach rozwiniętych, w tym w Korei Południowej, Chinach, Japonii, Europie i Stanach Zjednoczonych, to jego całkowite wdrożenie komercyjne ma nastąpić do 2025 roku, przy 3,6 miliarda połączeń 5G. Chiny i USA rozwijają wdrażanie 5G w znacznie szybszym tempie niż inne kraje.

Wnioski

5G obiecuje zrewolucjonizować świat communication dzięki szybkiej łączności i innowacyjnym technologiom, których wcześniej nie było. Przybliży ludzi do siebie i zmieni metodologię pracy w każdej dziedzinie, czyniąc ją bardziej wydajną i produktywną.