Svaka mobilna tehnologija treba ključnu primjenu koja će ju pogurati - u očekivanju 5G

I dok čekamo zbog krize odgođene dodjele koncesija za uvođenje 5G mreža i to prije svega na području uskoro oslobođene druge digitalne dividende i postojećih 4G frekvencijskih spekatra, treba pogledati malo u prošlost što je i kako guralo uvođenje prijašnjih generacija mobilnih mreža.

O razvoju mobilnih mreža razgovaramo sa Zoranom Arambašićem direktor planiranja i razvoja radijske pristupne mreže A1 Hrvatska koji ističe kako su mreže kroz godine mijenjale, ali i da ja svaka od njih imala nešto što ju je potaknulo na brzi rast, neki primjenu koja je pokazala važnost mreže nove generacije. Razvoj mobilnih mreža posljednjih tridesetak godina bio ja zaista izniman i odvijao se uvijek u ciklusima od desetak godina, a 5G je tek stigao i od slijedeće godine tek kreće njegova primjena.

Povijest razvoja 2G do 5G?  Kako je tekao razvoj ... put prema 6G

Dugačak put su prošle mobilne tehnologije u svega 20-tak godina. I dok je GSM imao jasnu viziju donijeti slobodu govora u mobilnosti i s bilo kojeg mjesta, sve ostale tehnologije su nailazile na različite izazove. GSM je u potpunosti ispunio sva očekivanja i donio nešto što je vrlo brzo prihvaćeno kao osnovna potreba. Komunikacije su se potpuno promijenile, a mobiteli su postali nezamjenjivi dio naše svakodnevice. Već je 3G, a pogotovo njegova prva faza UMTS, muku mučio s tzv. killer aplikacijom. Najavljeni video poziv koji je trebao biti glavni novi servis i nastavak uspješne GSM priče pokazao se kao potpuni promašaj – mobiteli za to nisu bili spremni, ekrani su imali slabu rezoluciju, baterija se prebrzo trošila, a uređaj se prebrzo zagrijavao.

Daljnji razvoj 3G-a i dolazak HSPA je riješio glavne probleme UMTS i GSM-a koji su u biti konceptualno zamišljeni za govornu komunikaciju i dedicirane resurse pojedinim korisnicima. HSPA je uveo dijeljeni (shared) kanal kojim se optimalno utilizira raspoloživi kapacitet i time otvorio mobilne mreže za korištenje podatkovnim servisima. Od 3 istovremena korisnika sa zauzetim kanalom od 384 kbit/s  tako se skočilo na desetke istovremenih korisnika koji su dijelili prvo 1,4 pa 7,2 i na kraju 42 Mbit/s. U to vrijeme je cijeli koncept korištenja podataka u pokretu je promijenjen pojavom pametnih telefona. Napokon su brzine koje je nudila mreža mogle biti u potpunosti iskorištene od  mobilnih uređaja na jednostavan i korisnicima privlačan način. 4G je bio prirodan nastavak razvoja koji je daljnjim smanjenjem latencije (na svega 15 milisekundi) i povećanjem kapaciteta na današnjih 1,35 Gbit/s po baznoj stanici postavio temelje za daljnji korak i 5G.

Trenutno je sa strane performansa i korištenja naprednih radio funkcionalnosti došlo do velikog preklapanja onog što već sad nudi 4G Advanced Pro i nadolazeći 5G. U prvom redu to je napredna agregacija frekvencijski nosioca jer sada je moguće kombinirati kapacitet i brzine koje se ostvaruju preko čak 4 različite frekvencije (800, 1800, 2100 i 2600 MHz). Druga bitna funkcionalnost je MIMO (višestruko odašiljanje – višestruko primanje) koji je sada na 4G-u moguć u 4x4 konfiguraciji i omogućuje beamforming (usmjeravanje zrake) na pametan način prema korisniku gdje se on nalazi i u količini koja je korisniku potrebna da bi ostvario zadovoljavajuću brzinu.

Dolaskom 5G-a otvorit će se daljnja mogućnost MIMO-a do čak 64x64 što će biti pogodno za ostvarivanje visokih kapaciteta u gusto naseljenim poslovnim centrima s visokim neboderima budući da je za takav red MIMO konfiguracije specifična mogućnost adaptacije zrake ne samo u horizontalnoj, već i u vertikalnoj domeni. Time se osigurava korištenje energije tamo gdje je ona potrebna čime se ostvaruje bolje pokrivanje zatvorenih prostora, veće brzine i dulje trajanje baterije korisničkog uređaja. U prvoj fazi 5G će biti realiziran kroz 400 MHz koji su na raspolaganju na 3,5 GHz bandu. Nakon toga ili u paraleli slijedi implementacija 2x30 MHz koji su dostupni na 700 MHz bandu kao prvenstveno sloj za pokrivanje.

Ekstremno velike brzine do 100 Gbit/s po baznoj stanici, moći će se dostići korištenjem mmW banda (milimeter wave) na 26 i 28 GHz. U tom području su za mobilne tehnologije oslobođene velike količine spektra (preko 3GHz!). No, propagacija signala u tom bandu puno je slabija pa će se moći koristiti na maksimalno 100-200 metara udaljenosti od bazne stanice u zatvorenom prostoru ili na oko 500 metara udaljenosti u slučaju da postoji optička vidljivost. U svakom slučaju, kod 5G-a se, za razliku od dosadašnjih tehnologija, puno više razmišljao o budućim potrebama pa je sada teško zamisliti koji su realno slučajevi koji bi zahtijevali 6G i neku novu tehnologiju.

Dosadašnjom progresijom, 6G bi trebao doći oko 2030, ali čak i predikcije za 5G su takve da će tek oko 2035  biti u punoj upotrebi svega onog što omogućuje. Brzine koje se predviđaju za 6G od 1 TBit/s značile bi da u 1 sekundi možete downloadati 142 filma na Netflixu! Mogućnost da tehnologija podrži razmjenu ljudskih misli i osjećaja u realnom vremenu zaista izgleda kao u SF filmovima.

Što nas čeka s 5G infrastrukturom i mrežom?

Za razliku od prijašnjih mobilnih tehnologija, 5G je puno kompleksniji i usmjeren je na puno veće brzine i kapacitete. Stoga je i priprema sveobuhvatnija i traje duže, ali se veliki dio tih priprema već sada može koristiti i za postojeće tehnologije.

Kao prvo, transportni kapaciteti između najvećih gradova, kao osnovne magistrale, bit će baza za daljnje razvijanje lokalnih čvorišta i rješenja 5G mreže. Optika i razvijena napredna MW mreža će od tih središta dalje isporučivati kapacitete koji su potrebni baznim stanicama. Sve uloženo u pripremu za 5G, već se sada odražava na kvalitetnoj 4G mreži. Za buduće 5G servise, koji će zahtijevati ultra nisku latenciju potrebno je pravilno razviti i koncept Network slicinga.

Do sada su svi korisnici dobivali jednaku mogućnost korištenja latencije i kapaciteta/brzina za sve usluge, iako im realno one nisu bile jednako potrebne. Npr. za download nekog Netflix filma koji ćemo gledati sutradan u offline mode-u, manje je bitno da li smo imali latenciju od 10 ms ili 50 ms. U paraleli, dok smo downloadali taj film, mogli smo imati bitnu video konferenciju koja nam je zbog toga imala smetnje. 5G network slicing rješava upravo taj problem i usmjerava promet kroz temeljnu paketnu mrežu tako da paketi koji su osjetljivi na latenciju zatvaraju svoj put ili kraćom putanjom ili uz veću prioritizaciju.

Takvi servisi često nisu zahtjevni resursno u smislu velikih brzina što će biti onda na adekvatan način propagirano kroz network slice. Kraća putanja takvih paketa može se dodatno optimizirati distribucijom data centara koji će lokalno spremati veliku količinu podataka, puno brže dohvatljivu za krajnjeg korisnika. U finalnom tehničkom rješenju, za veličinu zemlje kao što je RH, data centri i paketna temeljna mreža operatera trebali bi biti otprilike u svakoj županiji.

Uz razvoj optike koji bi sigurno bio preferirano tehničko rješenje za backhauling, A1 jako puno razvoja ulaže u inovativna mikrovalna (MW) rješenja. Svjesni smo da je polaganje optike dugotrajan proces i da bi dosta područja čekajući samo optiku, predugo čekala i na optiku i na 5G. Na sreću, tehnička rješenja koja smo testirali i implementirali poput carrier bondinga (zbrajanje kapaciteta više frekvencijskih bandova), XPIC-a (korištenje istovremeno i vertikalne i horizontalne polarizacije) i MIMO-a (2x2, višestruko odašiljanje i višestruko primanje signala iste frekvencije) već sada omogućuju visoke kapacitete na MW vezama. Očekujemo da bi MW ovisno o konfiguraciji terena mogao za neka područja isporučivati od 5 do 10 Gbit/s kapaciteta što je za prvu fazu 5G-a sasvim dovoljno.

Za podršku novim uslugama i servisima, potrebna je potpuno nova temeljna paketna mreža s podrškom za koncept network slicinga i to je nešto na čemu je A1 dosta radio i zbog čega smo već sada postigli latenciju od svega 6 milisekundi na 5G-u i 15 milisekundi na 4G-u.

Na kraju tek dolaze bazne stanice i njihova nadogradnja pojačalima i antenama za podršku novim frekvencijama.

Korisničke primjene i rješenja…

Velika su očekivanja stavljena pred 5G – od ruralnog razvoja pa do pokretanja nove industrijske revolucije. Sam razvoj 5G standarda fokusirao se u početku na prvu fazu i eMBB (enhanced mobile broadband). To je praktički povećanje kapaciteta na postojeće 4G mreže i to je danas dostupno na infrastrukturi operatora.

Druga bitna grupa usluga je bazirana na daljnjem razvoju Massive IoT-a. A1 ima komercijalnu Nb-IoT (Narrow band Internet of Things) mrežu koja radi na 4G 800 MHz frekvenciji i dostupna je korisnicima u svakom kutu RH više od godinu dana. 5G će nadograditi IoT mrežu daljnjom podrškom za još veći broj istovremeno spojenih uređaja i sim kartica, ali i daljnjim poboljšanjima u dubokom pokrivanju i životu baterije.

Na kraju dolaze URLLC (Ultra reliable low latency) korisnički slučajevi ili Mission Critical grupa servisa. Oni se baziraju na latencijama 3-5 milisekundi uz maksimalnu pouzdanost. To su servisi koje trenutačno ni ne pomišljamo obavljati remotely odnosno s udaljenim upravljanjem, primjerice upravljanje na daljinu kritičnim strojevima (rudnici, agrikultura, ribarstvo),  autonomna ili polu-autonomna vožnja te u medicini operacije i pregledi pacijenata. 5G nudi mogućnost korištenja u svim sferama života gdje je 4G bio nedostatan ili nije pružao zadovoljavajuću kvalitetu.

Tako bi 5G trebao dovesti do prave revolucije u edukaciji omogućujući virtualne učionice bez fizičkog boravka u fakultetima ili školama. Na taj način otvara se mogućnost da svi imaju jednaku priliku za vrhunskim  školovanjem bez obzira u kojem dijelu svijeta se nalazili. Za to je potrebno dalje razvijati i aplikacije i tehnička pomagala kao što su taktilne rukavice za prenošenje osjećaja opipa pa u kombinaciji s 360 VR naočalama otvaraju niz mogućih implementacija.

Industrijska primjena 5G i privatne 5G mreže?

Ono što bi trebalo izdvojiti 5G od dosadašnjih G-ova je utjecaj na industrijsku proizvodnju. 5G će onima koji su usmjereni na digitalizaciju i robotizaciju te automatizaciju proizvodnje donijeti veliku fleksibilnost i ogromno povećanje efikasnosti proizvodnih procesa. Industrijska postrojenja su do sada bila ili naslonjena na žicu i optičku konekciju ili na interno Wi-Fi rješenje. Najčešće je to dvoje limitiralo razvoj daljnjih ideja pa oni koji se ne ograničavaju u razmišljanju s postojećim tehničkim mogućnostima čekaju u redu da postanu prvi testeri 5G tehnologije.

Ono što 5G omogućava su velike brzine i niske latencije na razini onog što nudi optika, ali uz veliku prednost da nisu potrebni dodatni ruteri za Wi-Fi koji unose kompleksnost i kašnjenje te što je još važnije rizik od interferencije kojem je izložen Wi-Fi budući da koristi nelicencirani dio spektara na raspolaganju svima da ga aktiviraju kroz mobilni hotspot ili aktiviraju na ruteru od fiksne mreže. Stoga osim kvalitetne veze, mogućnosti spajanja ogromnog broja IoT senzora, 5G nudi i profesionalno rješenje za interferenciju, ali i sigurnost komunikacije koja je jako osjetljiva u poslovno-proizvodnom industrijskom okruženju.

Time 5G adresira veliki broj zahtjeva korisnika, a zanimljiva je rasprava o budućnosti privatnih 5G mreža. Korisnici u svijetu, kao glavni razlog za interes za privatnu 5G mrežu iznose fleksibilnost adaptacije takve mreže unutar industrijskog postrojenja. Ultimativna želja svih je da sami mogu postavljati bazne stanice po svojoj tvornici bez da za to trebaju operatera. Naravno, uz to dolazi jako puno obaveza koji mnogi nisu svjesni – od potrebnih dozvola za korištenje tih frekvencija kojih nema dovoljno da bi se mogle dodjeljivati nekoordinirano do operiranja i održavanja takve mreže koje je značajno kompleksnije od neke Wi-Fi mreže koju koriste sve kompanije.

Zatim je tu planiranje sukladno svim potrebnim propisima o utjecaju na ljudsko zdravlje, ali i vizualni utjecaj na okolinu. Npr. iako je unutar privatnog skladišta, bazna stanica mora biti postavljena prema pravilima struke da bi se osigurala sigurnost svih koji mogu biti ugroženi. Pitanje je i isplativosti takvog modela jer operateri imaju i obučene ljude za planiranje i održavanje takvih tehnologija, a ovdje bi kompanije preuzimale taj posao i dodatne kompetencije. Ono što je sigurno, to je da će 5G donijeti dodatne mogućnosti i operaterima i industriji da pronađu optimalno specifično rješenje za pojedinačni slučaj, a kao rezultat će donijeti povećanu sigurnost i veću efikasnost u industrijskim rješenjima.

Makro i mikro bazne stanice - kako pokriti što više korisnika i što veću površinu?

Već se desetak godina najavljuje početak masovnog postavljanja micro baznih stanica, ali do toga još nije došlo, pogotovo ne u Europi. Razlog tome je djelomično što se napredak tehnologije, što kroz LTE, što kroz LTE Advanced Pro, dogodio u paraleli i omogućio značajno veće kapacitete kroz već postavljenu macro mrežu. Micro sloj je namijenjen rješavanju kapacitivno opterećenih i gusto naseljenih područja kao što su centri gradova, sveučilišni kampusi i poslovne četvrti.

I dok je na UMTS-u postojao veliki problem s kapacitetom signalizacije koju su generirali pametni telefoni, LTE ne samo da nema problema s glasovnim i signalizacijskim kapacitetima već je većinu potreba za visokim brzinama i kvalitetnim indoor pokrivanjem uspio riješiti kroz macro mrežu. Glavni čimbenik u tome je mogućnost agregacije low band (800 MHz) spektra kao osnove za kvalitetno pokrivanje i high bandova (1800, 2100, 2600 MHz) kao kapacitivnih slojeva. Na high bandovima je uz to dostupan i 4x4 MIMO koji daljnje omogućava efikasnije korištenje spektra povećanjem kapaciteta, ali i omogućuje bolje pokrivanje kroz beamforming (oblikovanje i usmjeravanje propagacije signala tamo gdje se korisnik nalazi i u iznosu koliko mu je potrebno za zatraženi servis/uslugu).

Upravo su to i glavne osnove 5G mreža uz unaprjeđenja MIMO-a do 64x64, ali i uz veće mogućnosti agregacije frekvencijskih nosioca. Postavlja se pitanje što je onda s micro mrežama. Istina je da bez kvalitetne macro mreže nema kontinuiranog pokrivanja. Micro mreža će ponovno biti rješenje za pojedine hot spotove, a u zemljama s velikom gustoćom stanovništva vjerojatno će i dalje biti najbolje rješenje od potencijalnog zagušenja.

Najave su da će macro pokrivanje 5G-a, unatoč problematičnim frekvencijama koje se koriste kao glavni kapacitivni sloj (govorimo o 3,5 GHz što je značajno lošijih propagacijskih svojstava u odnosu na sve dosadašnje korištene frekvencije za mobilne tehnologije) moći zadovoljiti kapacitet do 10 Gbit/s u radijusu od cca 300-500 metara od bazne stanice u gradovima. Veći kapaciteti od toga će biti rješavani kroz veću gustoću mreže baznih stanica bilo macro ili micro slojem.

Što se tiče nacionalnog pokrivanja, 5G osim 3,5 GHz, imat će na raspolaganju i jedan odličan low band spektar, a to je DD2 ili 700 MHz. Nakon gašenja dijela TV kanala koji se do sada koristio u tom bandu, otvorilo se 2x30 MHz za 5G. Kapacitivno, doprinos tog banda je limitiran jer ga nema puno, ali će biti jako bitan za 5G usluge koje zahtijevaju mobilnost, visoku pouzdanost i kontinuitet usluge, npr. IoT ili autonomna vožnja. Bitno je razumjeti da su lošije propagacijske karakteristike 3,5 GHz spektra djelomično riješene višim redom MIMO-a koji prilagođava laticu energije prema lokaciji i potrebama korisnika, što je pogotovo primjenjivo za silaznu vezu.

I dalje ostaje problem uplinka (uzlazne veze) jer mobilna strana odnosno uređaj vrlo često podržava manji red MIMO-a jer je teže izvesti puno manje antenskih elemenata u mobitelu, nego u anteni bazne stanice. Zbog toga će 700 MHz band pomagati mobitelu da ostvari zadovoljavajuću uzlaznu vezu.



URL članka Svaka mobilna tehnologija treba ključnu primjenu koja će ju pogurati - u očekivanju 5G