Peta generacija mobilnih mreža pred nama

Širom sveta već se uveliko ispituje izuzetno brza mobilna 5G tehnologija, ali ćemo na punu implementaciju morati da sačekamo. Čemu da se nadamo?

Superbrza mobilna 5G tehnologija gotovo da je stigla. Mobilni operatori širom sveta već se spremaju za njeno testiranje, pa se očekuje da će se prvi pametni mobilni telefoni sa 5G mrežom pojaviti početkom sledeće godine. Ako sve bude išlo po planu, 5G će doneti brzinu mnogo veću od aktuelnih mobilnih tehnologija, ekvivalentnu brzini širokopojasnih mreža. Mreža 5G moći će da upravlja s mnogo više podataka i da istovremeno poveže mnogo više uređaja (u skladu sa Internet of Things tendencijom umrežavanja), a striming videa vrlo visoke rezolucije (4K) do mobilnog telefona moći će da se ostvari bez ikakvog usporenja.

Od prve do pete

Mreža prve mobilne generacije (1G) bila je analogna celularna mreža, koju su karakterisali analogni telefonski pozivi, slaba spektralna efikasnost i brojni sigurnosni problemi.

Nju nasleđuje druga generacija (2G), zasnovana na CDMA, GSM i TDMA tehnologijama. To je prva celularna mreža s digitalnom tehnologijom, koja je omogućila digitalne telefonske pozive i slanje SMS-ova, uz povećanu bezbednost i primenu, ali uz ograničenu brzinu slanja (do 200 Kbps).

Usledila je treća generacija (3G) s tehnologijama EVDO, HSPA i UMTS. Ona dostiže brzinu nekoliko megabita u sekundi, dakle znatno kvalitetniji pristup Internetu. Još bolji kvalitet – širokopojasni Internet ponudila je 3,5 generacija, dok je još brži širokopojasni Internet s manjim kašnjenjem donela četvrta generacija (4G). Ona se bazira na WiMax i LTE tehnologijama, koje omogućavaju brzine i do 1 Gbps.

Iako četvrta generacija (4G) tek ulazi u široku primenu, već se intenzivno razvija peta (5G). Počev od 2012, formulisan je niz inicijativa za pokretanje i definisanje 5G mobilnih mreža. U tome su prednjačile Istočna Azija i Severna Amerika, dok je u Evropi sve teklo znatno sporije. Godine 2012. ITU-R (Internacionalna telekomunikaciona unija odgovorna za radio-komunikacije, koja upravlja frekvencijama i satelitskim orbitama) pokrenula je projekt IMT-2020. Može se reći da je time zvanično otpočeo razvoj mobilnih sistema pete generacije.

5G arhitektura i tehnologija

Kao i drugi mobilni sistemi, 5G mreža koristi ćelijsku strukturu koja omogućava veliki broj pokretnih korisnika, efikasnu upotrebu radio-frekventnog spektra, visoku pokrivenost i prilagodljivost uslovima. Ona će biti skup malih ćelija (femto ćelije), poput kućnih rutera, a ne velikih baznih stanica. U toj strukturi rubnim, manjim ćelijama daje se veća autonomija (Edge Intelligence). Razlozi leže u visokim frekvencijama koje se koriste, daleko efikasnijem korišćenju propusnog opsega, ali i u povećanju kapaciteta mreže (broja priključenih uređaja). Kapacitet je četiri puta veći u poređenju s mrežom 4G.

U 5G tehnologiji koristiće se novi formati modulacije: GFDM  (Generalised Frequency Division Multiplexing), FBMC (Filter Bank Multi-Carrier),  UFMC  (Universal Filtered Multi-Carrier), kao i upravljanje s više šema pristupanja. To su sistemi s više nosilaca (multicarrier systems), što će doneti veću fleksibilnost. Upotreba mikrotalasnih frekvencija otvara mogućnost korišćenja više desetina antena na istoj opremi. To su takozvane pametne antene, kod kojih može da se menja smer talasa i omogući više direktnih komunikacija, ograniči interferencija i poveća kapacitet ćelije.

Povećanje brzine zapravo nije najznačajnija karakteristika 5G-a. Prava vrednost nalazi se u tehnologijama koje će proizaći iz principa rada virtuelizacije mrežnih funkcija (Network Function Virtualisation, NFV) i softverski definisanih mreža (Software Defined Networks, SDN). NFV je koncept mrežne arhitekture koji omogućava odvajanje softvera od hardvera, što je postalo moguće zbog povećanja performansi komercijalno dostupnih platformi. Omogućava stvaranje mrežnih funkcija softverski i u oblaku, bez potrebe za ugradnjom novog hardvera.

Zahvaljujući tome, 5G infrastruktura biće efikasnija. Ujediniće mrežne, računarske i memorijske resurse u programabilnu strukturu. To ujedinjenje omogućiće softverske rekonfiguracije kojima će moći dinamički da se menjaju funkcionalnosti uređaja, a time će se sniziti i troškovi opreme. Poboljšana spektralna efikasnost omogućiće 5G sistemima potrošnju samo malog dela energije koju 4G sistemi potroše za prenos iste količine podataka.

Stanje 5G stvari

Uvođenje 5G tehnologije ne ide brzo jer prelazak na nov mrežni standard zahteva usklađenje čitavog niza faktora (i ljudi), počev od proizvođača čipova i mobilnih telefona, preko mrežnih provajdera, pa do načina kako će tehnologija biti isporučena korisnicima. Nedavno su stvari počele da dobijaju na brzini. U decembru 2017. asocijacija 3G PP, koja reguliše mobilne standarde, potpisala je univerzalni standard 5G NR. To znači da je, nakon višegodišnje rasprave kako će 5G izgledati u stvarnosti, industrija konačno došla do konsenzusa kako ova tehnologija treba da se isporuči. Za početak, sve će biti povezano na cloud.

Trenutno na tržištu nema ni mobilnih telefona spremnih za 5G mrežu, ali Samsung, LG, Sony, HTC i još 14 drugih proizvođača već su objavili da rade sa Qualcomm-om, koji će omogućiti 5G spremne uređaje u 2019. godini. Naravno, 5G-spremni mobilni telefoni ne predstavljaju ništa bez 5G mreže. Dok se neki operatori, kao AT&T, nadaju da će razviti punu 5G mrežu do kraja 2018, drugi su malo skromniji u svojim očekivanjima. Tako Vodafone planira da započne s testiranjem kombinacije 4G i 5G tehnologije pre nego što pređe na punu 5G mrežu. Kombinovana, dualna mreža koristiće sve prednosti pouzdanog opsega i pokrivenosti 4G mreže, uz dodatak ogromnog povećanja brzine koji donosi 5G tehnologija.

Zahvaljujući mnogim mobilnim proizvođačima, uključujući Vodafone, Verizon i AT&T, već se ispituje 5G mreža koju pokreće Qualcomm Snapdragon x50 5G. Verovatno ćemo 2019. dobiti 5G spremne uređaje, pre nego što mrežni provajderi budu spremni da ostvare široku pokrivenost 5G mrežom. Za sada se aktivno radi na predstavljanju 5G tehnologije na mnogim javnim manifestacijama, a MTS je prvi operator u Srbiji koji je predstavio 5G u aprilu ove godine na Beogradskom sajmu.

Prvi 5G modem

5G mreža će omogućiti i 100 puta veće brzine prenosa podataka od 4G generacije. To znači da neće više biti potrebno da se čeka na učitavanje video-zapisa ili Web stranica. Uplink će se ostvariti sa 10 Gbps, 100 puta brže od današnjih, downlink minimalno sa 20 Gbps. Pritom će 5G podržavati spajanje i do milion uređaja na kvadratnom kilometru (IoT), a za svaki biće obezbeđeno najmanje 100 Mbps.

Da bi se ostvarila ta očekivanja, potrebno je obaviti brojne testove i pripreme. Kompanija Qualcomm Technologies objavila je 8. februara 2018. da je njihov modem Snapdragon x50 5G odobren za korišćenje u mobilnim 5G NR testovima za mnoge mobilne operatore u oba spektralna opsega, sub – 6 GHz i mmWave. Uključeni su AT&T, British Telecom, China Telecom, China Mobile, China Unicom, Deutsche Telekom, KDDI, KT Corporation, LGUplus, NTT Docomo, Orange, Singtel, Telstra, TIM, Verizon i Vodafone. Oni će učestvovati u testiranju zasnovanom na 3G PP mobilnom standardu.

Testiranje ima za cilj optimizaciju 5G tehnologije u okviru ograničenja snage i formata na pametnom mobilnom telefonu, uz istovremenu interoperabilnost i koegzistenciju sa 4G LTE mrežama i tehnologijom. Cilj je da se u narednoj godini komercijalizuju 5G NR proizvodi i usluge. Qualcomm 5G modem podržava brzinu do 5 Gbps i otvara mogućnost potpuno novih aplikacija i usluga. Kombinovanjem Snapdragon modema sa antenskim modulom QTM052 mmWave i RF modulom QPM56xx sub – 6 GHz omogućava se pokrivanje nekoliko spektralnih opsega, pa je vrlo pogodan za integraciju u mobilne uređaje.

U kombinaciji s najviše četiri QTM052 mmWave antene, Snapdragon modem podržava napredne funkcije mobilnosti. Kada je uparen sa Snapdragon procesorom sa integrisanim LTE modemom gigabit klase, kompletna Snapdragon X50 5G platforma može omogućiti multimodalni 4G/5G način rada (dualna povezanost). Takođe, u fiksnim bežičnim aplikacijama može zameniti FTTH širokopojasne instalacije.

Prednosti i primena 5G tehnologije

Osnovna prednost 5G mreža jeste brzina, čiji je značaj više nego očigledan. Sledeća prednost je u tome što će 5G tehnologija pomoći razvoju samostalnih autonomnih vozila. Proizvođači automobila napravili su značajne korake u razvoju GIS mapiranja i drugih resursa za kretanje vozila bez vozača, ali je njihov najveći problem bežična komunikacija s vozilima.

Kašnjenje 4G tehnologije znatno utiče na bezbednost. Kada se automobili na putu susretnu s preprekom, oni moraju da komuniciraju sa centrom za podatke kako bi dobili uputstvo za reagovanje. Kašnjenje onemogućava reagovanje na vreme. 5G tehnologija rešava ovaj problem smanjenjem kašnjenja na 4 ms (kod LTE-a je 20 ms). Pritom vozila mogu da se kreću brzinom od 500 km/h bez gubitka signala (u gradu ili van njega).

Kretanje autonomnih vozila nije jedini primer gde kašnjenje može da bude presudno. U medicini, gde se već uveliko koristi robotska oprema za operacije i druge funkcije, roboti funkcionišu na osnovu daljinskih komandi lekara. Kašnjenje može da predstavlja problem u slučaju iznenadnih komplikacija i hitnih slučajeva. 5G tehnologija znatno bi umanjila taj rizik.

Korišćenje robota u proizvodnji takođe bi ostvarilo značajan napredak 5G tehnologijom. Najčešće se oni koriste za rad u ekstremnim temperaturnim uslovima, sa štetnim hemikalijama… Problemi s kašnjenjem, kao i u medicini, mogu prouzrokovati greške. One su manje opasne jer ne ugrožavaju život čoveka, ali mogu doneti ogromne finansijske štete.

U potencijalne primene 5G tehnologije spada i M2M komunikacija pri upravljanju uređajima u pametnim kućama (s različitim pametnim senzorima – termometar, detektor dima…), u pametnim fabrikama, gradovima, zatim za uređaje koji nadziru zdravstveno stanje korisnika… Takođe, zbog brzine, u oblasti zabave 5G tehnologija će doneti značajne prednosti. Na primer, moći će da poveća efekat virtuelne realnosti u kompjuterskim igrama s više učesnika – komuniciraće kao da se fizički nalaze na istom mestu.

Autor: Nadežda Veljković