5G
Rewolucja w gospodarce i rozrywce coraz bliżej
Od 1992 r., kiedy powstała telefonia komórkowa w Polsce, telekomunikacja przechodzi dynamiczny rozwój. Postęp i rozwój gospodarki są zależne od rozwoju sieci telekomunikacyjnych. Dzięki technice 5G pojawią się nowe zastosowania, w tym coraz większe wykorzystanie Internetu rzeczy (IoT).
W pierwszej sieci komórkowej do prowadzenia rozmów wykorzystywano sygnał analogowy. Nie był on kodowany, więc łatwo można było podsłuchać rozmowę. Korzystano z telefonów nazywanych cegłami ze względu na ich duże rozmiary. Termin 2G pojawiał przy pierwszej cyfrowej sieci telefonii komórkowej i od tej pory kolejne generacje nazywane były 2G („2nd Generation”, czyli druga generacja) itd. W Polsce cyfrowa telefonia komórkowa została wprowadzona w 1996 r. przez firmę Polkomtel (operator sieci Plus, obecnie należącej do grupy Cyfrowy Polsat). Dzięki cyfrowemu przetwarzaniu sygnału telefonicznego pojawiły się SMS- -y i możliwość przesyłania danych. Lepsza była jakość rozmów. Ale prędkość transmisji była na tyle mała, że nie można było sprawdzić poczty elektronicznej.
Internet mobilny
Od momentu pojawiania się 2,5G, czyli (standardu GPRS/ EDGE – General Pocket Radio Service/ Enhanced Data rates for Global Evolution) stało się także możliwe wysyłanie e-maili oraz przeglądanie stron internetowych. W 2001 r. parametry sieci 5G – rewolucja w gospodarce i rozrywce coraz bliżej Fot. Samsung 3G (UMTS – Universal Mobile Telecommunications System) umożliwiły nie tylko prowadzenie rozmów, ale także przesyłanie danych internetu mobilnego i rozmowy wideo. Pojawiły się pierwsze smartfony z możliwością korzystania z zasobów Internetu na małym ekranie i modemy do komputerów. W Polsce 3G uruchomił operator sieci Plus w 2004 r. Kolejna sieć – 4G (standard LTE – Long Term Evolution przesyłania danych) zadebiutowała pod koniec pierwszej dekady XXI w. Kilkunastokrotny wzrost prędkości oferowanej w sieci 4G w porównaniu z siecią 3G był porównywalny z szybkościami internetu stacjonarnego. Dziś dostęp do sieci 4G/LTE ma zdecydowana większość obywateli naszego kraju. Tam, gdzie brak jest dostępności nadajników w standardzie LTE, telefony przełączają się na obsługę sieci 3G. Szybki wzrost liczby użytkowników internetu mobilnego powoduje, że w ciągu najbliższych kilku lat obecne sieci telekomunikacyjne nie będą w stanie obsłużyć prognozowanego ruchu. Jedynym sposobem osiągnięcia wymaganej pojemności sieci jest zwiększenie (podwojenie) liczby stacji bazowych i dodanie nowych zasobów częstotliwości (pasma 700 MHz, 3,6 GHz, 26 GHz). Tak wynika z raportu Instytutu Łączności dla PIIT (Polskiej Izby Informatyki i Telekomunikacji). Według innych prognoz do 2030 r. zapotrzebowanie na transfer danych wzrośnie w Polsce ponad 24-krotnie.
5G umożliwi zdalne operacje na duże odległości w przyszłości
Dlaczego 5G?
Szacuje się, że w 2020 r. z Internetu na świecie korzystać będzie 5,5 mld ludzi i ponad 50 mld urządzeń (dane sprzed pandemii). Dzisiejsze sieci nie poradzą sobie z taką ilością danych, ponieważ według szacunków każdy użytkownik internetu mobilnego będzie zużywać średnio 20 GB danych miesięcznie. Dzisiaj jest to około 3,5 GB. Według prognoz Cisco internet mobilny w Polsce będzie stanowić 22 proc. całkowitego ruchu. Początkowo sieć 5G będzie stanowić rozwinięcie istniejącej sieci 4G/LTE/LTE-Advanced. W sieci Plus szybkość transmisji wynosi już 600 Mbit/s przy prawie niezauważalnym opóźnieniu i bardzo stabilnym połączeniu. Z czasem szybkości będą jeszcze większe. Sieć 5G umożliwi podłączenie do mobilnej sieci nawet milion urządzeń na kilometr kwadratowy. To otwiera drogę do dalszego rozwoju Internetu rzeczy i zupełnie nowych jego zastosowań, np. upowszechnienia „inteligentnych” opasek czy urządzeń monitorujących stan zdrowia. Internet 5G to podstawa rozwoju autonomicznych pojazdów, „inteligentnych” miast czy „inteligentnego” rolnictwa.
Zastosowania sieci 5G
Pojazdy autonomiczne 5G
Szacuje się, że pojedynczy autonomiczny samochód, wyposażony w kamery, radary, sonary czy czujniki laserowe, przetwarza około 400 GB danych dziennie. Dzięki sieci 5G dane będą przesyłane bez opóźnień i przetwarzane zdalnie przez algorytmy sztucznej inteligencji, które będą sterować samochodem zamiast kierowcy. Opóźnienie w sieci 5G to maksymalnie 10 milisekund, a czas reakcji człowieka prowadzącego samochód to ok. pół sekundy, a więc autonomiczny pojazd powinien być bezpieczniejszy, jeśli sztuczna inteligencja jest w stanie przewidzieć wszystkie sytuacje na drodze. Korzystające z sieci 5G pojazdy będą mogły „porozumiewać się” między sobą oraz z infrastrukturą drogową czy innymi urządzeniami, takimi jak smartfony przechodniów. Płynny ruch miejski to także oszczędności na paliwie i poprawa bezpieczeństwa.
Komfort korzystania z rozrywki odczują użytkownicy urządzeń 5G.
Zdalna medycyna
Brak opóźnień pozwoli również na rozwój takich dziedzin jak zdalna medycyna. Już dziś przeprowadza się na odległość niektóre operacje. Robot operacyjny jest obsługiwany zdalnie przez chirurga, który widzi dzięki kamerom pole operacyjne, siedząc kilkaset kilometrów poza salą operacyjną. W takich przypadkach sieć musi być bezwzględnie, stuprocentowo niezawodna. To bez wątpienia przyszłość, w szczególności w kontekście starzejącego się społeczeństwa i zagrożenia wynikającego z pandemii.
5G a rozrywka
Zwiększy się komfort korzystania z rozrywki w dowolnym miejscu dzięki wzrostowi szybkości przesyłania danych. Oglądanie filmów 4K czy 8K, a nawet transmisje sportowe, koncerty pozbawione będą buforowania i zacięć obrazu przy oglądaniu na urządzeniach mobilnych. Pobieranie filmów jest już znacznie krótsze, np. czas pobieranie filmu do pamięci telefonu 5G jest ok. 5-krotnie krótszy niż w sieci LTE Advanced. W widowiskach będzie możliwy wybór obrazu z kilku kamer. Wideokonferencje z większą liczbą osób zapewnią także lepszej jakości wizję bez zatrzymywania obrazu i z większą rozdzielczością. Na rozwoju 5G skorzystają gracze i przemysł gier mobilnych online z techniką cloud gaming, umożliwiającą użytkownikom dostęp do gier komputerowych bez pobierania ich na urządzenie. Obecnie smartfon 5G jest najszybszym urządzeniem mobilnym do grania, które umożliwi graczowi szybkie pobranie i uruchomienie gry. Technika 5G umożliwi także rozwój wirtualnej (VR) i rozszerzonej rzeczywistości (AR) oraz e-sportu. Pojawią się widowiska, koncerty wzbogacone o efekty specjalne, np. wirtualnie generowane postacie na scenie.
Zasięg a częstotliwość nadawania 5G
Sieć 5G przyciągnie inwestorów
Współczesne zautomatyzowane linie montażowe fabryk wykorzystują wiele bezprzewodowych czujników przesyłających dane łączami internetowymi, a komputery przetwarzają z nich dane. Ich jednoczesna obsługa z wykorzystaniem obecnego standardu sieci 4G/LTE przy wielu procesach produkcyjnych jest wolna. Inwestor pragnący zbudować nowoczesną fabrykę wybierze kraj, który zapewni mu ultraszybką i niezawodną sieć teleinformatyczną.
Autonomiczne pojazdy zrewolucjonizują komunikację miejską
5G w Polsce
W tym roku między majem a lipcem operatorzy komunikacyjni: Plus, Play, T-Mobile i Orange uruchomili sieci 5G, oferując usługi na najwyższym poziomie. Jako pierwszy w Polsce w maju operator sieci Plus z grupy Cyfrowy Polsat uruchomił komercyjną sieć 5G na częstotliwości 2,6 GHz TDD (Time Division Duplex). Pasmo jest wykorzystywane przez użytkowników tylko urządzeń 5G, co nie ogranicza pojemności sieci. Jest to obecnie rozwiązanie nowocześniejsze w porównaniu z wykorzystaniem częstotliwości 2,1 GHz SS (Spectrum Sharing) i współdzieleniem pasma z użytkownikami 4G/LTE. Do budowy sieci najnowszej generacji wykorzystano posiadane maszty, na których zostały zainstalowane nadajniki 5G. Infrastruktura 5G w Plusie zapewnia nową, dodatkową pojemność sieci przeznaczoną do obsłużenia wzrastającej ilości przesyłanych danych. Sieć 5G Plusa zapewnia szybkość do 600 Mb/s, lepszą stabilność połączenia, mniejsze opóźnienia w transmisji danych. Będzie można przesyłać znacznie więcej danych, dużo szybciej i bez zakłóceń. Sieć nadajników marki Ericsson zainstalowano na 100 stacjach bazowych w 7 polskich miastach – Warszawie, Gdańsku, Katowicach, Łodzi, Poznaniu, Szczecinie i Wrocławiu. Blisko 900 tys. osób w 7 miastach jest obecnie w zasięgu 5G Plusa. Drugim etapem rozwoju 5G Plusa w Polsce będzie objęcie zasięgiem 5G całej Warszawy oraz okolicznych miejscowości (ok. 2 mln użytkowników), gdzie powstanie ponad 600 dodatkowych stacji 5G. Znaczna część stacji nadawczych powstanie do końca tego roku, a koniec drugiej fazy wdrażania sieci najnowszej generacji planowany jest na pierwsze miesiące 2021 r. Tym samym już w przyszłym roku z 5G będą mogły korzystać ponad 3 miliony osób. Operator Play do końca czerwca 2020 r. uruchomi sieć 5G (2100 MHz) w 53 miastach i mniejszych miejscowościach, a już teraz w zasięgu 5G znajdują się m.in. Warszawa, Poznań, Wrocław, Katowice, Kraków, Trójmiasto oraz Toruń. Aktualnie Play posiada 500 stacji bazowych 5G. Sieć 5G T-Mobile jest dostępna w Warszawie i okolicach, Łodzi, Krakowie, Poznaniu, Wrocławiu, Płocku, Opolu, Częstochowie, Rzeszowie, Bielsku-Białej, Kielcach oraz na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. W sieci działa 1460 stacji bazowych T-Mobile mogących obsługiwać technikę piątej generacji, 800 z nich znajduje się na terenie samej tylko Warszawy. Sieć wykorzystuje pasmo 2100 MHz. Operator Orange wystartował z siecią 5G w lipcu 2020 r. W pierwszej kolejności sieć jest dostępna w największych miastach Polski. W usłudze #hello5G zostanie wykorzystanych 1600 stacji bazowych rozmieszczonych w Warszawie Łodzi, Płocku, Poznaniu, Wrocławiu, Górnośląskim Okręgu Przemysłowym, Krakowie, Kielcach, Opolu, Częstochowie, Rzeszowie, Bielsku-Białej. Zasięgiem zostanie objętych blisko 6 milionów osób. Sieć #hello5G uruchomiono na częstotliwości 2100 MHz, która obecnie jest wykorzystywana na potrzeby 4G LTE. Sieć #hello5G jest pierwszym etapem wdrażania 5G w Orange.
Na jakich częstotliwościach może być nadawana sieć 5G?
W docelowej formie sieć 5G będzie działać na różnych częstotliwościach: 700 MHz, 3,4–3,8 GHz, a w przyszłości także 26 GHz. Są to częstotliwości, które już teraz wykorzystujemy w telekomunikacji do przesyłania sygnału telewizyjnego czy w radioliniach. Będą one uwalniane na potrzeby 5G. 700 MHz – częstotliwość, która dziś jest wykorzystywana przez cyfrową telewizję naziemną (trwa proces przekazywania tego pasma telekomunikacji), zapewnia dobrą wydajność sieci wewnątrz budynków i dobry zasięg. Ponieważ fale na tych częstotliwościach rozchodzą się równomiernie i z powodzeniem pokonują przeszkody architektoniczne, są w stanie pokryć terytorium całego kraju. Na znaczne zwiększenie prędkości i skok jakościowy w korzystaniu z internetu mobilnego musimy jednak poczekać do czasu uruchomienia sieci 5G w paśmie 3,6 GHz, a następnie 26 GHz. Częstotliwość 3,6 GHz (pasmo 3,4–3,8 GHz) zapewni znaczne zwiększenie prędkości przesyłania danych niż obecnie, np. w testach przeprowadzonych w 2018 r. przez Orange średnie prędkości pobierania danych po połączeniu z siecią 5G Orange wynosiły ponad 300 Mb/s. Dla porównania – zgodnie z rankingiem speedtest.pl – w Polsce w grudniu 2019 r. średnie prędkości pobierania przy połączeniu z 4G LTE wynosiły od 21,89 do 25,66 Mb/s. To oznacza, że korzystając z 5G, będziemy mogli pobierać dane nawet ok. 10 razy szybciej niż za pomocą 4G. Częstotliwość 5G w paśmie 3,6 GHz poszerzy też obecny zasięg. Obecnie zasięg 4G LTE obejmuje już 99,87 proc. kraju. Jednak ma ona swoje ograniczenia. Wydajność częstotliwości 3,6 GHz wewnątrz budynków może być nieco mniejsza niż w przypadku poprzedniej generacji sieci. Częstotliwość 26 GHz (24,25–27,5 GHz) jest największą częstotliwością, jaką do tej pory zastosowano w sieciach komórkowych. Zapewni jeszcze większą przepustowość niż częstotliwość 3,6 GHz – będzie ona porównywalna z szybkościami osiąganymi przez światłowód – do 1 Gb/s. Jej zasięg i zdolność przenikania przez ściany będą jednak dosyć małe, za to będzie się charakteryzować największą przepustowością. Dopiero dzięki połączeniu tych trzech częstotliwości za kilka lat będziemy mogli korzystać ze wszystkich możliwości sieci 5G. Zapewnią nam one duże prędkości przesyłania danych pomiędzy wieloma urządzeniami w tym samym czasie. Wpłyną na rozwój „inteligentnych” i bardziej ekologicznych miast czy upowszechnienie się autonomicznych pojazdów.
Czy 5G jest zagrożeniem dla zdrowia?
Sieć 5G wymaga rozbudowania istniejącej sieci anten, które będą mniejszym zagrożeniem dla zdrowia. Gęstsza sieć małych nadajników o mniejszej mocy to szansa na zmniejszenie oddziaływania telefonii komórkowej na człowieka. Dziś stacje bazowe, które wysyłają sygnał do naszych telefonów, są instalowane na wieżach i dachach wysokich budynków. Można porównać je do reflektorów stadionowych – jest ich niewiele, więc żeby oświetlić całe boisko, używają relatywnie dużo mocy. W sieci 5G jedną potężną antenę zastępuje się kilkoma niewielkimi nadajnikami, które znajdą się np. na latarniach czy przystankach. Dzięki temu, że będzie ich więcej, będą mogły działać z dużo mniejszą mocą. To tak, jakby jedną potężną lampę zastąpić kilkoma małymi lampkami nocnymi, które zamiast oświetlać cały pokój, rzucą światło dokładnie w punkt, w którym jest ono potrzebne. Stosowane w tym celu anteny 5G typu MIMO to nieduże płaskie urządzenia.
Co jest potrzebne do odbioru telefonii 5G?
Na rynku są już pierwsze routery i smartfony 5G. Oferta jest zależna od operatora. Przykładowo w Plusie znajdziemy smartfony marek Motorola, Huawei, Samsung i ZTE. Jednym z najważniejszych urządzeń w domu jest router 5G, przykładem może być Huawei CPE Pro 2. Wyposażony jest w procesor Balong 5000, umożliwiający odbieranie danych z szybkością do 3,6 Gb/s! (dane producenta). Duże pliki mogą być pobrane natychmiast, a relacje na żywo emitowane w jakości 4K czy nawet 8K są odbierane bez żadnych zakłóceń. Huawei 5G CPE Pro 2 w pełni pozwala wykorzystać potencjał, jaki oferują technika AR/VR i gry. Smartfony przede wszystkim muszą mieć wbudowany modem 5G. Są to urządzania z najwyżej półki z wysokiej klasy wyświetlaczami, procesorami i dużymi pojemnościami pamięci oraz bardzo dobrymi aparatami fotograficznymi.
Artykuł opracowano na podstawie materiałów firmy Polkomtel i „Przewodnika po 5G” (2019 r.) Ministerstwa Cyfryzacji.
