WYJAŚNIAMY CZYM JEST 5G – JAK DZIAŁA 5G?
Co to jest 5G?
Co umożliwi nam 5G?
Kiedy 5G będzie gotowe?
Jakie będą pierwsze zastosowania 5G?
Co zaoferują urządzenia 5G?
Kiedy będą dostępne urządzenia 5G?
Jak działa 5G?
Współpraca 5G z 4G
W jaki sposób 5G zapewnia ciągłe połączenie, większą pojemność oraz szybsze prędkości i krótsze czasy reakcji?
Częstotliwości dla 5G
Systemy Massive MIMO oraz anteny sterujące wiązką
Mniejsze opóźnie - szybszy czas reakcji
5G 5G A ZDROWIE - szczegóły i linki
CO TO JEST 5G?
5G to piąta generacja ruchomych sieci telekomunikacyjnych, stanowiąca istotny krok w ewolucji dzisiejszych sieci LTE czwartej generacji. 5G jest projektowane do tego, aby sprostać bardzo dużemu wzrostowi transmisji danych oraz liczby połączeń wykorzystywanych w dzisiejszym nowoczesnym społeczeństwie, w tym zapewnić działanie Internetu Rzeczy z miliardami połączonych ze sobą urządzeń, a także umożliwić przyszłe innowacje.
Początkowo 5G będzie działać w połączeniu z istniejącymi sieciami 4G, aby w kolejnych odsłonach i poszerzaniu ich zasięgu przejść ewolucje w kierunku samodzielnych sieci.
Obrazek: Łączność w miejscach zamieszkania
Inteligentne domy/duże przedsiębiorstwa szpital, centra handlowe, zdalne zarządzanie, reklamy
Małe przedsiębiorstwa, stadiony, szkoły, bezpieczne samochody, inteligentne gospodarstwa rolne
Inteligentne usługi publiczne, multi-hop
5G korzysta z energii częstotliwości radiowych (RF) do nadawania i odbierania głosu oraz danych, zapewniając łączność w miejscach zamieszkania i przebywania ludzi.
Niezależnie od zapewnienia szybszych połączeń i większej pojemności, bardzo ważną korzyścią z sieci 5G jest ich szybki czas reakcji, zwany też opóźnieniem (latency).
Opóźnienie to czas jakiego potrzebują urządzenia, aby odpowiadać sobie wzajemnie w ramach sieci bezprzewodowej. Typowy czas odpowiedzi dla sieci 3G wynosił 100 milisekund, dla sieci 4G wynosi około 30 milisekund, a w sieci 5G osiągnie wartość 1 milisekundy. Dzięki temu otwiera się całkowicie nowy świat zastosowań.
CO UMOŻLIWI NAM 5G?
5G umożliwi natychmiastową łączność miliardów urządzeń, czyli Internet Rzeczy (ang. Internet of Things – IoT), a w wyniku tego rzeczywiście połączony świat.
Obrazek: 5G jako łączność w miejscach zamieszkania i przebywania ludzi
Inteligentne domy, inteligentne zasilanie, opieka zdrowotna
Rzeczywistość wirtualna, smartfony, edukacja, samochody
5G zapewni prędkość, niskie opóźnienia i łączność, które umożliwią powstanie nowej generacji nieznanych wcześniej rozwiązań, usług i możliwości rozwoju przedsiębiorczości.
Istnieją trzy główne kategorie zastosowań 5G:
- Masowa łączność pomiędzy urządzeniami (maszyna do maszyny, eng. machine to machine) – zwana także Internetem Rzeczy (IoT), obejmująca łączenie się miliardów urządzeń bez ingerencji człowieka, na skalę dotychczas nieznaną. Dzięki temu istnieje potencjał zrewolucjonizowania nowoczesnych procesów i zastosowań przemysłowych, włączając w to rolnictwo, produkcję oraz łączność biznesową.
- Ultra-niezawodna łączność o niskich opóźnieniach – stosowana jest w zadaniach krytycznych, włączając w to kontrolę urządzeń w czasie rzeczywistym, robotykę przemysłową, łączność pomiędzy pojazdami oraz systemami bezpieczeństwa, autonomiczne pojazdy i bezpieczniejsze sieci transportowe. Łączność przy niskich opóźnieniach otwiera także całkowicie nowy świat, w którym możliwa jest zdalna opieka medyczna, przeprowadzanie zabiegów czy operacji na odległość.
- Ulepszona bezprzewodowa transmisja szerokopasmowa – zapewniająca istotnie szybszą transmisję danych oraz większą pojemność, pozwalając na podtrzymanie połączonego świata. Wśród nowych zastosowań znajdzie się bezprzewodowy stacjonarny dostęp do internetu dla domów, transmisje telewizyjne w terenie bez konieczności używania wozów transmisyjnych, oraz lepszą łączność przemieszczających się ludzi.
Wspólnotom mieszkańców 5G umożliwi połączenie miliardów urządzeń dla potrzeb naszych inteligentnych miast, inteligentnych szkół i domów oraz inteligentnych i bezpiecznych pojazdów, usprawnionej opieki zdrowotnej i edukacji, w efekcie zapewniając bezpieczniejszą i bardziej wydajną przestrzeń do życia.
Dla biznesu i przemysłu, 5G oraz Internet Rzeczy zapewnią dużą ilość danych, pozwalając na zrozumienie wykorzystywanych procesów w stopniu dotychczas niemożliwym. Przedsiębiorstwa będą działały i na podstawie tych danych podejmowały kluczowe decyzje, dokonując innowacji w rolnictwie, rozwijając inteligentne gospodarstwa rolne i fabryki, równocześnie otwierając drogę do obniżania kosztów, poprawy satysfakcji klientów i długoterminowego wzrostu.
Istniejące oraz wyłaniające się nowe technologie, takie jak wirtualna czy rozszerzona rzeczywistość staną się dostępne dla każdego. Wirtualna rzeczywistość (VR) zapewnia doświadczenia, które nie były wcześniej możliwe. Z wykorzystaniem 5G i VR, bez rezygnowania z komfortu siedzenia na własnej kanapie, możliwa będzie podróż do ulubionego miasta, obejrzenie na żywo meczu piłki nożnej tak, jakby stało się na murawie, czy też zbadanie stanu nieruchomości albo spacer po nowym domu.
5G zapewni nam łączność w inteligentnych miastach, domach i szkołach przyszłości, dając szanse, o których jeszcze nawet nie śniliśmy.
Obrazek: Łączność w gospodarstwach rolnych
Monitorowanie pojazdów, reklamy, monitorowanie zwierząt gospodarskich, kontrola dostępu
Inteligentne pojazdy, monitorowanie stanu urządzeń sprzętu i maszyn
Ulepszona bezprzewodowa transmisja szerokopasmowa - 5G i Internet Rzeczy zrewolucjonizują rolnictwo i uprawy.
KIEDY 5G BĘDZIE GOTOWE?
5G jest obecnie rozwijane i testowane, a komercyjne uruchomienie tej technologii ma nastąpić w 2020 r. Ogólna dostępność usług 5G planowana jest od roku 2025.
do góry
JAKIE BĘDĄ PIERWSZE ZASTOSOWANIA 5G?
Stały dostęp bezprzewodowy dla gospodarstw domowych oraz ulepszone usługi bezprzewodowej transmisji szerokopasmowej mogą być pierwszymi zastosowaniami dla bezprzewodowych modemów dostępowych 5G oraz hot spotów.
do góry
CO ZAOFERUJĄ URZĄDZENIA 5G?
Najważniejszą korzyścią z urządzeń 5G będzie zauważalnie większa prędkość dostępu do danych oraz ściągania i udostępniania treści w czasie rzeczywistym. Ponadto, urządzenia 5G będą miały silniejszą moc obliczeniową oraz szybsze czasy reakcji (opóźnienia), co w praktyce będzie odczuwane jako ciągłe połączenie z siecią, również w trakcie przemieszczania się – dzięki antenom korzystającym z zaawansowanego sterowania wiązkami pola elektromagnetycznego
KIEDY BĘDĄ DOSTĘPNE URZĄDZENIA 5G?
Przenośne urządzenia zapewniające łączność w technologii 3G, 4G i 5G będą dostępne już w 2020 – 2021 roku, podczas gdy urządzenia z niskim czasem reakcji oraz upowszechnienie zastosowań łączności automatycznej (machine to machine) z wykorzystaniem sieci 5G pojawią się w kolejnych latach.
JAK DZIAŁA 5G?
Na początku większość operatorów zintegruje sieci 5G z istniejącymi sieciami 4G w celu zapewniania ciągłości transmisji danych.
Obrazek: Architektura sieci 5G
Local Server - Serwer lokalny
Central Server – serwer centralny
Macro - makrokomórka
Small cel – mikrokomórka
Obrazek ilustruje współpracę sieci 4G i 5G, z centralnymi i lokalnymi serwerami zapewniającymi użytkownikom szybszy dostęp do treści oraz niższe opóźnienia.
Sieć ruchoma składa się z dwóch komponentów: Radiowej Sieci Dostępowej (RAN) oraz Sieci Core.
Radiowa Sieć Dostępowa – składa się z różnych rodzajów urządzeń, takich jak małe nadajniki komórkowe (mikro i femtocele), wieże, maszty oraz dedykowane systemy wewnątrzbudynkowe i mieszkaniowe, które łączą mobilnych użytkowników oraz urządzenia bezprzewodowe z główną siecią CORE.
Małe nadajniki komórkowe (mikro i femtocele) będą główną cechą przyszłych sieci 5G, szczególnie działające z wykorzystaniem częstotliwości właściwych dla milimetrowych fal radiowych (mmWave), których zasięg jest bardzo krótki. Aby zapewnić stałe połączenie, małe nadajniki komórkowe będą ustawiane w grupach, w miejscach, gdzie użytkownicy będą potrzebować łączności uzupełniającej sieć makrokomórek zapewniających pokrycie.
Makrokomórki 5G będą wykorzystywały anteny MIMO (wiele wejść i wiele wyjść), które posiadają wiele elementów / połączeń do równoczesnego wysyłania i odbierania dużych ilości danych. Korzyść dla użytkowników polega na tym, że wiele ludzi może równocześnie połączyć się z siecią przy równoczesnym zachowaniu dużej przepustowości. Anteny MIMO często nazywa się ‘Massive MIMO’ z uwagi na ich ogromną liczbę elementów antenowych, jednak rozmiar fizyczny tych anten jest porównywalny do anten stacji bazowych w istniejących sieciach 3G i 4G.
Sieć rdzeniowa (core) – oznacza centralny fragment sieci wymiany ruchu, zarządzający usługami głosowymi, transmisją danych i połączeniami internetowymi. Dla technologii 5G sieć rdzeniowa (core) została zaprojektowana w taki sposób, aby lepiej integrowała usługi z internetem i usługami opartymi na chmurze danych. Dodatkowo sieć rdzeniowa dla 5G zawiera w sobie rozproszone po całej sieci serwery, których zadaniem jest poprawienie czasów reakcji (obniżenie opóźnień, eng. latency).
W sieci rdzeniowej zarządzanych będzie wiele zaawansowanych cech 5G, w tym wirtualizacja funkcji sieciowych oraz warstwowanie (slicing) sieci na potrzeby różnych zastosowań i usług.
Ilustracja poniżej przedstawia przykłady lokalnej chmury serwerów zapewniającej szybszy dostęp użytkowników do treści (transmisja filmów) oraz zastosowania wymagające niskich opóźnień dla systemów unikania kolizji pojazdów mechanicznych.
Architektura sieci 5G ilustrująca współpracę 5G i 4G, z serwerami centralnymi i lokalnymi zapewniającymi szybszy dostęp do treści oraz niższe opóźnienia.
Obrazek: Architektura sieci 5G – Server Lokalny – Serwer Centralny – Makrokomórka 5G – Mikrokomórka 5G
Przykład lokalnego serwera w sieci 5G zapewniającego szybszy dostęp do treści oraz niższe opóźnienia.
Warstwowanie (slicing) sieci – pozwala na inteligentne wydzielanie poszczególnych segmentów sieci dla potrzeb konkretnego rozwiązania, przemysłu czy biznesu. Przykładowo, usługi pogotowia ratunkowego mogą działać na wydzielonej warstwie sieci niezależnie od innych użytkowników.
Wirtualizacja funkcji sieciowych (NVF) – umożliwia tworzenie funkcji sieciowych w czasie rzeczywistym w dowolnej potrzebnej lokalizacji w ramach operatorskiej platformy w chmurze obliczeniowej (cloud). Funkcje sieciowe, które dotychczas do swojego działania wymagały postawienia u klienta biznesowego dedykowanej infrastruktury, jak firewall czy szyfrowanie, będą mogły być realizowane za pośrednictwem oprogramowania na maszynie wirtualnej. NVF jest niezbędne do tego, aby osiągnąć wydajność w obszarze prędkości oraz sprawności we wspieraniu nowych aplikacji biznesowych. Z tego powodu NFV jest ważną technologią w każdym rdzeniu sieci gotowym na 5G.
WSPÓŁPRACA 5G Z 4G
Obrazek: Integracja 5G z 4G
Poziom kontrolny 4G – dane kontrolne (i dane użytkownika) – makrokomórka 4G (x2)
Poziom użytkownika 5G – makrokomórka 5G (x3), mikrokomórka 5G (x2)
Podczas ustanawiania połączenia 5G sprzęt użytkownika (lub urządzenie) połączy się zarówno z siecią 4G, w celu zapewnienia sygnalizacji kontrolnej, jak też z siecią 5G, aby umożliwić szybsze połączenie, zwiększając istniejącą pojemność 4G.
W przypadku ograniczenia pokrycia 5G, dane będą transmitowane tak samo jak w dzisiejszej sieci 4G, zapewniając nieprzerwane połączenie. Takie zaprojektowanie sieci 5G powoduje, że uzupełnia ona istniejącą sieć 4G.
W JAKI SPOSÓB 5G ZAPEWNIA CIĄGŁE POŁĄCZENIE, WIĘKSZĄ POJEMNOŚĆ ORAZ SZYBSZE PRĘDKOŚCI I KRÓTSZE CZASY REAKCJI?
LEPSZA ŁĄCZNOŚĆ - POŁĄCZENIE BEZ PRZERW
Sieci 5G zostały zaprojektowane do współpracy z sieciami 4G, wykorzystującymi gamę makrokomórek, małych nadajników komórkowych (microcells) i dedykowanych systemów wewnątrzbudynkowych. Małe nadajniki komórkowe to mini stacje bazowe zaprojektowane do budowania bardzo lokalnego pokrycia, tj. najczęściej od kilkudziesięciu do kilkuset metrów, zapewniające doświetlenie radiowe sieci makrokomórek o większym zasięgu. Małe nadajniki komórkowe są kluczowe dla sieci 5G również dlatego, że częstotliwości milimetrowe (o milimetrowych długościach fali), mają bardzo krótki zasięg.
Obrazek: Makrokomórki do budowania pokrycia dużych obszarów.
Mikrokomórki wewnątrzbudynkowe i uliczne – Mikrokomórki domowe
WIĘCEJ CZĘSTOTLIWOŚCI – WIĘKSZA POJEMNOŚĆ, WIĘCEJ UŻYTKOWNIKÓW, WIĘKSZA PRĘDKOŚĆ
Jako pierwsze częstotliwości dla sieci 5G proponowane są zakresy 600-700 MHz, 3-4 GHz, 26-28 GHz i 38-42 GHz. Pozwoli to istotnie zwiększyć pojemność w porównaniu do istniejących technologii łączności mobilnej. Dodatkowe częstotliwości i większa pojemność pozwolą obsłużyć więcej użytkowników, przesłać więcej danych i zapewnić szybsze połączenia. Oczekuje się również, że w przyszłości przeznaczy się dla sieci 5G obecnie wykorzystywane częstotliwości z niższych zakresów, w miarę spadku ich wykorzystania w istniejących sieciach.
Zwiększona ilość widma częstotliwości w falach milimetrowych powyżej 30 GHz zapewni lokalne pokrycie, ponieważ działają one tylko na krótkich dystansach przy widoczności wzrokowej. Przyszłe wdrożenia 5G będą mogły wykorzystywać fale milimetrowe w pasmach do 86 GHz.
Obrazek: Częstotliwości dla 5G
Wykorzystywane częstotliwości radiowe – nowe częstotliwości radiowe
Pokrycie i pojemność – Pojemność
Poniżej 1GHz – od 1 GHz do 6 GHz – 30 GHz – zakres fal milimetrowych – 100 GHz
TV – WiFi – WiFi – linie stałe (radiolinie) i satelity
Makrokomórki – Makrokomórki i Małe komórki – Małe komórki
Widmo częstotliwości w służbie ruchomej pokazujące zakres częstotliwości radiowych od 3 GHz do 100 GHz z uwzględnieniem nowego widma dla 5G w zakresach powyżej 6GHz.
Inne usługi bezprzewodowe (TV, Wi-Fi, łącza stałe i satelitarne) pokazano dla porównania. Dodatkowe informacje na temat widma częstotliwości radiowych dostępne są tutaj.
SYSTEMY MASSIVE MIMO
Wieloelementowe stacje bazowe – większa pojemność, więcej użytkowników, szybsza transmisja danych
5G wykorzysta anteny ‘Massive’ MIMO (wiele wejść / wiele wyjść) posiadające wiele elementów / połączeń w celu równoczesnego wysyłania i odbierania większej ilości danych. Użytkownicy skorzystają na tym, że równocześnie więcej ludzi będzie mogło połączyć się z siecią i uzyskać wysokie przepływności.
Fizyczny rozmiar anteny massive MIMO dla 5G będzie podobny do anten dla 4G, aczkolwiek z uwagi na wykorzystanie wyższych częstotliwości, rozmiar pojedynczego elementu antenowego będzie mniejszy, co pozwala na umieszczenie większej liczby elementów w tej samej obudowie.
Urządzenia abonenckie 5G, w tym telefony komórkowe i inne urządzenia, będą również posiadały wbudowane anteny w technologii MIMO dla fal milimetrowych.
Obrazek: Stacje bazowe - Sektorowa stacja bazowa 4G – stacja bazowa 5G z Massive MIMO (>100 elementów)
Sektorowa stacja bazowa 4G i stacja bazowa 5G z nowym wieloelementowym panelem antenowym Massive MIMO. Ogólny rozmiar fizyczny anteny stacji bazowej 5G będzie podobny do anteny stacji bazowej 4G.
MIMO - Sterowanie wiązką
Sterowanie wiązką to technologia umożliwiająca antenom Massive MIMO stacji bazowych na kierowanie transmisji radiowej do konkretnych użytkowników i urządzeń, zamiast rozpraszania jej we wszystkich kierunkach. Technologia sterowania wiązką korzysta z zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnału do określenia najlepszej ścieżki sygnału radiowego do użytkownika. Zwiększa to wydajność, równocześnie zmniejszając zakłócenia (niepożądane sygnały radiowe).
Obrazek: Formowanie wiązki MIMO-Makrokomórka 4G – Makrokoomórka 5G (wiele wiązek) – Pionowe (wertykalne) formowanie wiązki – Poziome (horyzontalne) formowanie wiązki
Antena Massive MIMO oraz zaawansowane sterowanie wiązką optymalizuje PEM i zwiększa efektywność wykorzystania częstotliwości.
MNIEJSZE OPÓŹNIENIA – SZYBSZY CZAS REAKCJI
Mniejsze opóźnienia w 5G osiągane są dzięki istotnym osiągnieciom technologia urządzeń mobilnych oraz architektury sieci ruchomych.
| Technologia | Czas reakcji (milisekundy) |
| 4G - Systemy LTE | 20-30 ms |
| 5G - Ulepszona bezprzewodowa transmisja szerokopasmowa | 4-5 ms |
| 5G – systemy URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications – łączność o wysokiej niezawodności i niskich opóźnieniach) | 1 ms |
Sieć 5G - Mobilna archiktetura sieciowa. W celu zapewnienia niskich opóźnień niezbędne są istotne zmiany zarówno w sieci rdzeniowej (core) jak i w radiowej sieci dostępowej (RAN).
Zmiany w sieci rdzeniowej (core). Korzystanie z przeprojektowanej sieci rdzeniowej (core), sygnalizacji oraz rozproszonych serwerów, ma przede wszystkim przybliżyć treści do użytkownika końcowego i skrócić ścieżki łączności między urządzeniami do zastosowań newralgicznych. Dobrym przykładem są usługi transmisji wideo na żądanie (streaming), w których możliwe jest przechowywanie kopii (zwanej też „cache”) popularnych treści na lokalnych serwerach, aby szybciej uzyskiwać do niej dostęp.
Zmiany w radiowej sieci dostępowej. Aby osiągnąć niskie opóźnienia, radiowa sieć dostępowa (RAN) będzie musiała zostać skonfigurowana w sposób, który zapewni jej wysoką elastyczność i konfigurowalność programową, po to, aby móc wspierać bardzo różnorodne charakterystyki różnych rodzajów usług zakładanych w systemie 5G.
Niskie opóźnienia i wysoka niezawodność interfejsu radiowego wymaga stosowania nowych technik radiowych w celu zmniejszenia opóźnień radiowych w ramach kilku TTI (time transmit intervals – czasowe interwały transmisyjne) równocześnie z odpornością i poprawieniem kodowania, aby uzyskać wysoki stopień niezawodności (np. jedna wiadomość na miliard może ulec opóźnieniu lub utraceniu).
Wdrożenie zwirtualizowanej, dynamicznej i konfigurowalnej RAN pozwoli na działanie całej sieci przy bardzo niskich opóźnieniach i wysokich przepływnościach, ale umożliwi także na dostosowywanie sieci mobilnej do zmian w ruchu sieciowym, awarii sieci czy nowych wymagań w zakresie topologii sieci.
Co będzie podlegało rekonfiguracji? Nowa architektura będzie istniała w postaci podzielonej sieci RAN 4G/5G, w której poziom użytkownika (5G) i poziom kontroli sieci (4G) pozostają wydzielone. Wymaga to rozdzielenia zarówno sprzętu ogólnego (wspólnego dla sieci) jak i wyspecjalizowanego (dla poszczególnych usług sieciowych). Funkcje sprzętu ogólnego (węzły) muszą pozwalać na wirtualizację funkcji sieciowych (NFV), podczas gdy sprzęt wyspecjalizowany w sieci RAN będzie mógł być dynamicznie rekonfigurowany.
5G A ZDROWIE - szczegóły i linki