Označení „5G“ reprezentuje pátou generaci bezdrátových systémů, které postupně nahradí, případně rozšíří dnes velmi oblíbené LTE sítě. Český telekomunikační úřad (ČTÚ) nedávno zveřejnil orientační harmonogram pro aukci kmitočtů technologie 5G. Tato pásma budou vydražena operátory a dalšími investory, kteří následně vybudují novou infrastrukturu, která poskytne základní stavební kámen pro nové vzrušující technologie ze světa telekomunikační techniky.
Narozdíl od dosavadních technologií bude spektrum pro 5G sítě rozděleno do tří radikálně rozdílných kmitočtových oblastí. Toto rozdělení je základním prvkem této atraktivní moderní technologie. Na základě zvoleného frekvenčního pásma se 5G sítě dokáží přizpůsobit určitému nasazení z hlediska rychlosti připojení, či dosahu signálu.
Nižší část kmitočtového spektra, které reprezentuje oblast frekvencí do 1 GHz poskytuje vynikající pokrytí a penetraci signálu, ale na druhou stranu je limitována přenosová rychlost (100 Mbps).
Střední část kmitočtového spektra s rozsahem 1–6 GHz představuje kompromis mezi přenosovou rychlostí (až do 1 Gbps) a dosahem, který úměrně klesá s rostoucí frekvencí.
Poslední nejrozsáhlejší část kmitočtového spektra zahrnuje oblast vyšší než 6 GHz (označováno jako „mmWave“) počítá se zde s velmi vysokými přenosovými rychlostmi řádově až do 10 Gbps (10 000 Mbit/s) s extrémně nízkou latencí (odezvou připojení). Naopak dosah signálu a jeho penetrace je velmi omezena. Bavíme se zde o přímé viditelnosti a nasazení v rámci méně rozsáhlých prostor jako jsou výrobní areály, továrny, kampusy, kancelářské prostory aj., kde si můžeme dovolit hustší nasazení BTS (vysílacích stanic).
Rozdělení 5G technologie do tří zcela rozdílných frekvenčních oblastí umožní poskytovat sítě nové generace s velmi kvalitním pokrytím, ale také s vysokou rychlostí a nízkým zpožděním a maximalizovat tak kvalitu připojení (QoS) podle potřeby daného nasazení.
Co tedy 5G přináší?
Standardy, které nastavila asociace 3GPP pro 5G sítě, jsou velmi komplexní a představíme si pouze ty, které mají globální dopad na běžné uživatele a firmy. Rychlosti, kterých mohou 5G sítě teoreticky dosáhnout, sahají až na astronomických 20 Gbps pro stahování dat. Lze však reálně očekávat, že uživatelská 5G zařízení budou dosahovat stabilních rychlostí okolo 100 Mbps. Odezva připojení je hlavním benefitem 5G sítí. V ideálních podmínkách se odezva bude pohybovat okolo 4 ms a v případě vysoce bezpečných dedikovaných systémů, které v 5G nazýváme URLLC (ultra-reliable low latency communications) neuvěřitelných 1 ms. Energetická úspora je dalším benefitem sítí nové generace. Očekává se, že 5G zařízení mohou přecházet do velmi úsporných režimů bez přerušení připojení v případě, že není linka využívána nebo není dostupná – z nové generace tak budou čerpat i bateriově napájené IoT zařízení, kde je úspora energie klíčovým aspektem při návrhu zařízení. Tyto energeticky úsporné systémy, zaměřené na M2M komunikaci v 5G nazýváme mMTC (machine-type-comms) a jedná se tak o „nástupce“ dosavadního NB-IoT. Hustota sítě se zvyšuje každým dnem. Ať už se jedná o komplexní komunikační zařízení, mobilní telefony, nebo chytré klíčenky, tak počet chytrých zařízení nezastavitelně roste. 5G sítě si kladou za cíl obsloužit až 1 milión zařízení na 1 km.
5G Antény a význam „5G-Ready“
Pro zajištění kvalitního 5G signálu bude potřeba precizně vyrobeného anténního systému, který představuje klíčový element celého 5G řešení. Aktuální 4G zařízení spoléhají na MIMO konfigurace antén (Několik antén v jednom zařízení, které se používají pro současný příjem a odesílání informací.). Společně s příchodem 5G dojde také k rozšíření MIMO od jednodušších 8x2 až k masivním 64x64 konfiguracím (5G Massive MIMO). Fyzická velikost celé certifikované 5G antény i BTS stanice je velmi podobná stávajícím LTE řešením, avšak samotný element 5G antény je podstatně menší, což povoluje mnohonásobně komplexnější MIMO konfigurace i v kompaktních zařízeních. Vzhledem k citlivosti u 5G sítí ve vyšších kmitočtech (sítě mmWave), se očekává také časté využití aktivních antén, které budou obsahovat elektricky napájené komponenty pro lepší zisk a filtraci signálu.
Na trhu lze momentálně nalézt takzvané „5G-Ready“ antény, které vás dokáží připravit na připojení do 5G sítí ve specifickém pásmu, ale je však třeba dbát na to, že se jedná o produkty, které jsou pouze naladěné na kompatibilní frekvenční pásmo, ale prozatím nepodlehly fyzickému testování v 5G sítích.
Kde najde 5G reálné využití?
Opětovné navýšení rychlosti je důležitou a klíčovou vlastností bezdrátových sítí nové generace. Samotná přenosová rychlost řadu potencionálních uživatelů osloví, ale výčet reálných benefitů je mnohem rozsáhlejší. Sítě nové generace se nezaměřují zdaleka pouze na zvýšení rychlosti, ale na možnosti obsluhy vyššího počtu zařízení a na zvýšení kvality připojení, které je u velmi sofistikovaných zařízení budoucnosti nutností. Není žádným překvapením, že v lokalitách, kde nalezneme velké množství uživatelů už dosavadní kapacity LTE sítě nestačí a lze pozorovat výrazné zhoršení připojení. 5G sítě by tyto problémy měly vyřešit a v místech kde se pohybuje velké množství zařízení poskytnou vynikající stabilitu připojení.
V posledních letech zažívá elektromobilita obrovský rozmach. 5G sítě s minimálním zpožděním budou bezpochyby hrát klíčovou roli v rozmachu autonomních řídicích systémů, kde komunikace mezi zařízeními v reálném čase otevřou zcela nové možnosti pro umělou inteligenci. Například jednotlivé automobily si tak budou předávat informace o pozici, stavu dopravy a mnoho dalších podstatných informací, které strojové učení v praxi posunou na novou úroveň. V Lékařství bude 5G zachraňovat to nejcennější – životy pacientů. Díky systémům s extrémně nízkým zpožděním v budoucnu uvidíme vzdálené operace v reálném čase, kdy lékařský odborník na druhé straně zeměkoule dokáže rychle zasáhnout a operovat pacienta pomocí robota, stejně jako by byl přítomen na operačním sále. Lékařské střediska si pomocí 5G vytvoří vysokorychlostní síť senzorů pro monitoring vitality pacientů jak hospitalizovaných, tak mimo nemocnici a dokážou tak zasáhnout a poskytnout lékařskou péči rychleji než kdy předtím.
A samozřejmě v neposlední řadě – IoT (Internet věcí). Senzorické a řídící systémy nové generace na mMTC 5G sítích budou hlídat bezpečnost po celém světě, informovat a reagovat v rámci milisekund a dokáží tak zabránit potencionální katastrofě. Řízení a ovládání výrobních procesů v továrnách bude možné bez jakéhokoliv zpoždění a každá firma tak zefektivní kontrolu nad svými výrobními procesy. Nasazení se určitě dočkají i bezdrátově ovládané stroje a stanice, které budou pracovat na velmi nebezpečných místech, bez nutnosti přítomnosti operátora.
5G se blíží, jste na něj připraveni?
I když se na první pohled může zdát, že 5G je náročné na implementaci do dnešní již tak komplikované infrastruktury, výhody jsou zřejmé a jedná se o základní stavební kámen pro budoucnost, kde nalezneme miliardy připojených zařízení. Je tedy jen otázkou času, kdy budeme schopni využít potencionál 5G i my sami.
