Popratne tehnologije 5G sustava

5G sustav kao odgovor na drastično povećanje potreba za bežičnim komunikacijama. Iz povećanja potrebe proizlazi i potreba za povećanjem kapaciteta mreže. No što to zapravo znači, odnosno na čemu će se to temeljiti 5G mreža kao medij koji će biti sposoban umrežiti sumu velikog broja elektroničkih uređaja?

5G se bazira na pet sljedećih tehnologija:

  • milimetarskim valovima
  • malim baznim stanicama
  • masivnim MIMO sustavima
  • „beamforming“ odnosno usmjeravanjem signalnih snopova, te
  • full duplex tehnologijom.

Navedene popratne tehnologije 5G sustava opisane su u nastavku.

Milimetarski valovi

Milimetarski valovi se emitiraju na frekvencijama između 30 i 300 GHz, za usporedbu – današnji uređaji u 4G koriste pojaseve ispod 6 GHz-a.

Do danas su samo operateri satelitskih komunikacija i radarskih sustava koristili milimetarske valove u stvarnoj primjeni. No u zadnje vrijeme telekom operateri su ih počeli primjenjivati za komunikaciju između statičnih baznih stanica. No njihova upotreba za komunikaciju između mobilnih korisnika i bazne stanice zahtjeva potpuno drugačiji pristup. Glavna mana takvih valova je loša propusnost između, odnosno kroz fizičke prepreke te vegetaciju i guste padaline.

Da bi se zaobišao taj fizikalni nedostatak, za dio 5G spektra koji prelazi u više frekvencije (poput milimetarskih valova), signali će biti emitirani većim brojem manjih baznih stanica, koje će biti puno gušće raspoređene u prostoru tvoreći mrežu koja koristi manje energije.

Male bazne stanice

Male bazne stanice su prijenosne kompaktne bazne stanice koje rade na malim energijama, te se mogu raspoređivati svakih 250 metara u nekom urbanom prostoru. Tako će infrastruktura za 5G mreže biti znatno drugačija od postojeće. Urbana područja gdje će postojati velika potražnja za bežičnim prijenosom podataka, bit će pokrivena gusto raspoređenim baznim stanicama. Kako se one dizajniraju za emitiranje signala u milimetarskom spektru, takvi valovi omogućuju dizajn vrlo malih antena. Takve antene s malim baznim stanicama moći će se instalirati čak i na rasvjetne stupove, zidove zgrada i slično. Glavni nedostatak tehnologije bazirane na malim baznim stanicama je nepraktičnost implementacije u ruralnim krajevima.

Masivni MIMO sustavi

Što je MIMO? MIMO je kratica za Multiple-input multiple-output. Pojednostavljeno MIMO omogućuje simultano slanje i zaprimanje više od jednog signala kroz isti kanal. MIMO sustavi najčešće podrazumijevaju između dvije i četiri antene, dok se masivni MIMO sustavi trebali bi označavati velik broj antena u funkciji, u desecima ili čak stotinama njih.

Kako je konfiguracija MIMO sustava takva da se u mali prostor treba ugurati što veći broj antena, tendencija je da se antene baziraju na emitiranju viših frekvencija kako bi bile lakše za konstrukciju u malim dimenzijama.

MIMO sustavi s velikim brojem antena pružit će mogućnost preraspodjele, odnosno usmjeravanja signalnih snopova u odnosu na pozicije najvećih potražnji, za razliku od današnje postojeće mreže koje šalju signal ravnomjerno u prostor, bez obzira na to što raspored uređaja kojima je potreban signal nije ravnomjerno raspoređen u prostoru. Masivni MIMO sustavi će podržavati.

Standardni MIMO sustavi već su u upotrebi u nekim Wi-Fi i 4G standardima, no masivni MIMO će donijeti sposobnost pokrivanja više korisnika i više uređaja simultano u vrlo napučenim prostorima, a da pritom održavaju konzistentno visoke prijenosne brzine i pouzdanost.

Formiranje signalnih snopova “beamforming”

Beamforming (metoda kreiranja signalnih snopova) je metoda kojom se identificiraju najefikasnije rute isporuke signala prema pojedinom korisniku, te tako smanjuje interferenciju signala u okruženju odnosno interferenciju signala prema ostalim korisnicima. „Ciljanje“ korisnika sa signalnim snopovima posebno će biti raspoloživo s velikim brojem antena kod spomenutih masivnih MIMO sustava. Gdje će se algoritmima za obradu signala i koordiniranim obrascima postići daleko veća efikasnost u prijenosu velikih paketa podatka istovremeno većem broju korisnika.

Također, formiranjem signalnih snopova u višim frekvencijama, očuvat će jačina signala koja pogotovo u milimetarskom spektru nije velika na većim udaljenostima.

Duplex tehnologija

Današnje bazne stanice se baziraju na transferima koji se moraju prekidati prilikom izmjene između faze slanja i faze primanja signala u istoj frekvenciji. Full duplex tehnologija će omogućiti i primanje i slanje podataka u isto vrijeme na istoj frekvenciji.. Full duplex tehnologija već se primjenjuje u vojne svrhe, no pomoću povećih i robusnih uređaja. Ispostaviti navedenu tehnologiju u malim pametnim telefonima zahtjeva upotrebu silicijskih tranzistora koji djeluju kao preklopnici vrlo velikih brzina kako bi spriječili reciprocitet odaslanih valova. Prema tome, navedena tehnologija će udvostručiti kapacitet bežične mreže u njenoj najosnovnijoj fizičkoj razini. Te će tako uz ostale navedene tehnologije dovesti složen sustav bežične komunikacije nove generacije – 5G do performansi koje će dovesti društvo u stupanj potpune umreženosti.