Peta generacija mobilnih mreža

Rast potrebe za bežičnom komunikacijom između 2020. i 2030. godine biti će toliko značajan da će biti potrebno osmisliti načine za drastično povećanje kapaciteta prijenosa signala. S obzirom na to da se do 2020. godine očekuje oko 30 milijardi senzora i mobilnih uređaja bežično priključenih na Internet, potražnja će daleko premašiti postojeće kapacitete trenutno najnaprednijih komercijalnih mobilnih mreža (4G). Zato se javlja velika potreba za razvojem i prelaskom na novu generaciju mobilnih mreža, koje će se moći nositi s budućom potražnjom sustava. Dakle potrebna je nova, peta generacija mobilnih mreža (5G). Nova mreža koja će otvoriti mnogo veće kapacitete od postojećih, odnosno dodatni frekvencijski spektar, koji će otvoriti dovoljno širok pojas za transport izuzetno velikih količina podataka u vrlo malim jedinicama vremena.

5G je naziv za petu generaciju mobilnih telekomunikacijskih mreža. Ono što nam danas omogućava gledanje multimedijskih sadržaja preko mobilnih uređaja, svrstava se pod nazive 4G odnosno 3G. Navedene mobilne mreže su postale gotovo sinonim za jedinicu brzine i količine prijenosa podataka. Tako su se i mobiteli prilikom uspostave 3G i 4G mreža na tržištu, i oslovljavali kao takvi uređaji, odnosno uređaji koji podržavaju rad na 4G mrežama, odnosno rad s više podatka u kraće vrijeme. No bez obzira na performanse ili nazivlje raznih pametnih telefona, sve dosadašnje mreže dobile su ime po kraticama generacijskog stupnja razvoja same telekomunikacijske mreže. Tako i 5G, odnosno peta generacija mobilnih mreža.

Gledajući povijesni razvoj i put od prvih komercijalnih mreža iz 80-ih godina, pa sve do onih današnjih, treba naglasiti da je postojao čitav niz tehnoloških i tehničkih rješenja, razvijenih platformi, metoda i protokola (FDMA, OFDM, GSM, GPRS, UMTS, ISDN, EDGE,…) koji su postupno približavali razinu telekomunikacijskih mogućnosti kakve su nam na raspolaganju danas. No radi praktičnosti, možemo kategorizirati i naznačiti glavne generacije mobilnih mreža od one prve, pa sve do današnje četvrte, kao i nadolazeće 5. generacije odnosno 5G-a.

Generacijski razvoj mobilnih mreža

Prva generacija je tako krenula u uporabu još 1980-tih, odnosno još 1979. je prvotno lansirana u Japanu, zatim u skandinavskim zemljama, a potom je raširena i u ostatku svijeta. Podržavala je samo glasovne pozive, a uređaji koji su operirali na tim prvim još uvijek analognim sustavima za današnje pojmove bili su iznimno teški i nezgrapni.

Drugom generacijom prešlo se na digitalne sustave, te se po prvi puta uspostavio prijenos podataka, u masovnoj uporabi poznatiji kao Short Message Service odnosno SMS. To je generacija početka masovne uporabe mobilnih uređaja. Jedan od onih najpopularnijih, Nokia 3310 upravo je uređaj 2G ere.

Treća generacija uvodi revoluciju spajanjem uređaja na internet i to velikim prijenosnim brzinama tako da su se na mobitelima mogli po prvi puta gledati i multimedijski sadržaji. Ono što je 3G pružala, mogli su među prvima isprobati korisnici iPhone3G uređaja koji je po prvi puta omogućio velikom broju ljudi Internet usluge na mobilnom telefonu.

Četvrta generacija je možda najmanje inovativna iz perspektive korisnika, no 4G je znatno podigao performanse prijenosa podataka u odnosu na 3G mrežu, što je ujedno i zadnji doseg telekomunikacijske tehnologije. Dakle danas, gotovo sav podatkovni promet koji svojim mobilnim uređajima generiramo, a da nismo spojeni na Wi-Fi, preuzimamo preko 4G mreža.

Razlozi razvoja nove generacije mreža (5G)

Rast potrebe za bežičnom komunikacijom između 2020. i 2030. će biti toliko značajan da će biti potrebno osmisliti načine kako bi se postojeći kapaciteti prijenosa signala drastično povećali. Postojećim metodama kodiranja signala 4G mreže, dosegnut je gotovo vrhunac performansi koje ta tehnologija može pružiti u postojećem frekvencijskom spektru. S obzirom na to da se do 2020. godine očekuje oko 30 milijardi senzora i mobilnih uređaja bežično priključenih na Internet, potražnja će daleko premašiti postojeće kapacitete trenutnih mobilnih mreža (4G). To znači da postoji veika potreba za razvojem i prelaskom na novu generaciju mobilnih mreža koji će se moći nositi s budućom potražnjom sustava. Dakle potrebna je nova, peta generacija mobilnih mreža. I to mreža koja će otvoriti mnogo veće kapacitete od postojećih, odnosno nove frekvencijske raspone, koji će otvoriti dovoljno širok pojas za transport izuzetno velikih količina podataka u vrlo malim jedinicama vremena.

Taj novi dio spektra koji bi se trebao početi koristiti u telekomunikaciji, prostirao bi se između 6 GHz pa sve do 100 GHz. Na tome trenutno rade gotovo sva regulatorna tijela Sjeverne Amerike, Europe te istočne Azije kako bi se upravo taj frekvencijski spektar otvorio za korištenje u komercijalne svrhe telekomunikacijskog tržišta.

Dio tog novog spektra koji se planira početi koristiti u 5G mrežama , koji se nalazi između 30GHz i 100GHz, spada u EHF (eng. Extremely high frequency ) spektar, poznat još i pod nazivom milimetarski valovi. Vrlo važno, spektar milimetarskih valova zbog svojih fizikalnih karakteristika, odnosno većih energija zračenja, podložan je visokoj apsorbciji u interakciji s okolišem, poput vegetacije, raznim metereološkim uvjetima ili čvrstim fizičkim preprekama.

Kako bi se ti fizikalni nedostaci zaobišli, razvoj 5G mreža morat će biti najinovativniji do sada. Razvojem 5G mreže paralelno se razvija više tehnologija. 5G će predstavljati standardiziranu i integriranu kombinaciju više tehnologija uključujući i postojeći sustav 4G mreže. A najznačajnije tehnologije 5G mreže su već spomenuto širenje operativnog frekvencijskog spektra na milimetarske valove, a posljedično zatim i uspostava velikog broja manjih baznih stanica, masivnih MIMO sustava, tehnologija formiranja individualnih signalnih snopova “beamforming”, te full duplex tehnologije. (više u tehničkom).

Navedene tehnologije zahtijevat će izmjenu ili nadogradnju značajnog dijela postojeće infrastrukture mreže. No još uvijek se ne može u potpunosti determinirati kompletna fizička i logička arhitektura sustava, posebno zbog toga što je 5G mreža zamišljena u budućnosti kao robustan i što fleksibilniji sustav prilagodljiv različitim novim tehnološkim zahtjevima i okolnostima.

Očekivane performanse sustava

Ipak, bez obzira na to što 5G još uvijek nije finalizirana i globalno standardizirana tehnologija, većina vodećih dionika slaže se da će 5G kada se stavi u funkciju, morati zadovoljiti sljedećih osam osnovnih zahtjeva:

  1. Brzina prijenosa podataka 1-10 Gbit/s do ruba ćelije
  2. Kašnjenje između 1 ms i 5 ms
  3. 1000x bolja propusnost po jedinici površine = 1 Tbit/s/km2
  4. Sposobnost spajanja minimalno 1 milijun uređaja po kilometru kvadratnom
  5. Iskustvo 99,999%-tne dostupnosti
  6. Iskustvo 100%-tne pokrivenosti
  7. 90% smanjenje potrošnje energije u mreži u odnosu na 4G
  8. Trajanje baterije do 10 godina za niskonaponske uređaje

To su glavni razlozi nastojanja novih 5G mreža. 5G po performansama daleko će nadmašiti postojeće kapacitete 4G mreže, što je i primarni zadatak 5. generacije, razviti mrežu koja će pouzdano, sigurno i brzo biti sposobna povezati na internet sve što se povezati može.

U konačnici to će značiti da će 5G omogućiti gotovo neograničenu komunikaciju kojom će se u potpunosti moći realizirati već poznati koncepti poput Internet stvari, „remote controlling-a“, e-održavanja, umreženih vozila, ali i mnogih nadolazećih tehnologija budućnosti.