Technologia 5G – co to jest?

Co to jest technologia 5G?

Osławiona technologia 5G – co to dokładnie jest? Przede wszystkim to pierwszy powszechnie dostępny standard transferu danych, który wykorzystuje pasma radiowe z aż trzech dość odległych zakresów. Oprócz używanych dotychczas fal centymetrowych (niskich), także decymetrowe (średnie) oraz – co najważniejsze – milimetrowe (wysokie), o bardzo dużej pojemności. Generują je nowe, energooszczędne anteny 5G, potrafiące stworzyć niezwykle skupioną i kierunkową wiązkę. Anteny dla niższych zakresów, zasięgowe, mogą być mocowane na dotychczasowych stacjach bazowych. Anteny milimetrowe, które generują zasięg 5G, podobnie jak domowy router mogą się znaleźć w kącie pokoju lub na ulicznej latarni. Technologia 5G wymaga gęstej sieci nadajników. Firmy we współpracy z operatorami będą tworzyć własne zamknięte sieci 5G dla precyzyjnej, niczym niezakłóconej komunikacji między urządzeniami. Internet 5G można precyzyjnie dzielić, udostępniać i blokować – to także kwestia odpowiedniego oprogramowania.

Wyróżnione częstotliwości (700 MHz, 3,6 GHz i 26 GHz) nieco się różnią w poszczególnych krajach, a procedury ich ustalania, uwalniania i przyznawania są długie i skomplikowane. Europa, a zwłaszcza Polska, jest w tej dziedzinie na razie na szarym końcu. Prowadzą Korea Południowa, Japonia, USA i Australia, a także bogate kraje Bliskiego Wschodu. W czołówce 5G są także Chiny, które zdecydowały się na postawienie sieci 5G od nowa, niezależne od infrastruktury 4G (tzw. stand alone 5G). Jak jeszcze inaczej można zdefiniować sieć 5G? To technologia operująca na wszystkich trzech pasmach, niepowiązana nadajnikami z 4G. Dopiero technologia 5G pozwala uzyskać prędkości liczone w gigabitach. W Polsce i większości państw mamy na razie 200, 300 Mbit/s, i to tylko w przypadku dużych aglomeracji.

Powstają niezliczone analizy i raporty, plany i podsumowania autorstwa różnych instytucji. W Polsce mamy Urząd Komunikacji Elektronicznej (UKE), w Unii podmioty różnego szczebla, a na świecie Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ang. International Telecommunication Union, ITU). Istnieje także ważna organizacja normalizacyjna o nazwie 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Logo technologii 5G jest zastrzeżone: aby nazywać coś 5G, trzeba spełnić określone standardy.

W zasięgu 5G – tego ewoluującego, nierewolucyjnego – jest dziś miliard użytkowników, co ósmy człowiek. W Polsce to 7 mln osób procentowo wychodzi więc dwukrotnie więcej –. Po przyznaniu i uwolnieniu częstotliwości proces rozwoju będzie przebiegać szybciej niż w przypadku LTE. Szacuje się, że do końca ćwierćwiecza anteny 5G będą w stanie przesłać sygnał do 65% światowej populacji. Co jeszcze ważniejsze, przyspieszać będzie także sama sieć, operująca na częstotliwościach tak wysokich, że 4G ich nie sięga!

Genealogia technologii 5G

Technologiczne przełomy w komunikacji mobilnej następują co dekadę, wprowadzając ludzkość na nowy etap rozwoju cywilizacyjnego. Nim jeszcze bardziej szczegółowo zapoznamy się z technologią 5G, wyjaśnijmy jednak, co charakteryzuje poszczególne generacje. Litera G, obecna w nazwie każdej z generacji, jest skrótem właśnie od tego słowa.

1G to technologia analogowych połączeń głosowych, wykonywanych za pomocą dwukilogramowych komórek, z których w latach 80. ubiegłego wieku korzystali biznesmeni zza zachodniej granicy i zza oceanu. Ten trend trafił do Polski w latach 90., już po przemianie ustrojowej. Technologia 2G (GSM) zamieniła sygnał na cyfrowy, wprowadziła SMS-y i MMS-y, a na korzystanie z komórek Nokii, Ericssona czy Motoroli pod koniec ubiegłego wieku stać było już nie tylko biznesmenów. Wysokie opłaty za połączenie skracały jednak czas rozmów do sekund, a wiadomości mogły pomieścić jedynie 160 znaków. Popularnością cieszyły się darmowe bramki internetowe, za pomocą których wysyłało się SMS-y z komputera.

W nowym tysiącleciu następowało stopniowe przejście do technologii 2,5 G – GPRS i EDGE – która dawała możliwość korzystania również z internetu. Wtedy nawet transfer 100 kb/s wydawał się bardzo szybki, co miało odzwierciedlenie w nazwach technologii. EDGE to przecież skrót od Enhanced Data Rates for GSM Evolution. Za początek ery 3G i „prawdziwego” internetu w komórce – a więc możliwości korzystania z aplikacji, komunikatorów, portali społecznościowych i szybkich przeglądarek – możemy uznać debiut iPhone’a 3G w 2008 r. Internet wciąż był jeszcze dość drogi (1 GB danych kosztował 100 zł),  i dostarczany w tempie kilkuset kilobitów na sekundę. Kilkaset bitów to z kolei transmisja szybka – HSPA, czyli „High Speed”.

Ostatnie dziesięciolecie to oczywiście dynamiczny rozwój sieci 4G (szerzej znanej pod nazwą LTE) do średniej prędkości kilkudziesięciu megabitów (czyli kilku tysięcy kilobitów) na sekundę. Technologia 4G sprawiła, że internet jest obecnie praktycznie nielimitowany, niemal darmowy – obecnie to kwestia kilkudziesięciu złotych miesięcznie. Na tej samej infrastrukturze – wieżach, słupach, dachach – mocowane są też obecnie anteny 5G zapewniające zasięg 5G. Technicznie rzecz biorąc, to jednak tylko punkt wyjścia do zbudowania docelowego – szybkiego i pewnego – internetu 5G, wymagającego gęsto rozsianych nadajników działających na falach milimetrowych oraz niezależnej sieci anten 5G na falach średnich i niskich.

Po co nam sieć 5G i co to jest 5G?

Bo da się szybciej i więcej. A przede wszystkim bo… trzeba. Przy wciąż wzrastającej liczbie przesyłanych danych sieć 4G po prostu się zapycha. Dysponuje bowiem zbyt małą liczbą zbyt wąskich pasm. Dlatego na ratunek przychodzi technologia 5G. Nie spowoduje jednak odsunięcia swojej starszej siostry na dalszy plan, tylko ją odciąży – prawdopodobnie będą współistniały przez długie lata. Więcej o tym przeczytasz w dalszej części artykułu.

Spójrzmy na szerszą definicję sieci 5G. Co to jest w tym kontekście? To technologia radiowej transmisji danych – i wszystko, co jest do tego potrzebne. Cała skomplikowana infrastruktura nadawczo-odbiorcza i informatyczno-programistyczna, rozwijana przy współpracy z rządami i przeróżnymi organizacjami, a także wydającymi pozwolenia na budowę masztów gminami i administratorami budynków przez gigantyczne korporacje – Ericssona i Nokię (Skandynawia), Huawei i ZTE (Chiny) czy Samsunga (Korea Południowa). Przez zawierających z nimi wieloletnie umowy operatorów komórkowych, lokalnych i globalnych. A także przez producentów urządzeń końcowych, czyli modemów, routerów i telefonów 5G – to pierwsze skojarzenie.

Drugie skojarzenie jest już ściśle związane z powszechnym rozumieniem technologii 5G jako MtM (machine to machine) i IoT (internet of things), tj. komunikacji maszyny z maszyną i internetu rzeczy. Czym jest 5G w tym ujęciu? To wszystkie futurystyczne autonomiczne auta. Inteligentne miasta z inteligentną sygnalizacją świetlną. Inteligentne domy z inteligentnymi pralkami rozmawiającymi z inteligentnymi lodówkami i serwerami zwanymi dziś chmurami. (W erze 5G na najwyższych częstotliwościach dane będą jednak wstępnie analizowane bliżej urządzeń – taki system minimalizuje opóźnienia do zera i nazywa się przetwarzaniem brzegowym, czyli edge computingiem). To w końcu przeróżne implementacje w aplikacjach AR i VR, rozrywkowych i poważnych: zarówno e-gaming na najwyższym poziomie, jak i wszechstronne wsparcie dla medycyny, służb mundurowych i obronności państwa.

Co ważne, technologia 5G to także sieci kampusowe, czyli prywatne, niedostępne dla osób z zewnątrz. Zwykle wdrażają je duże firmy, np. na terenach kompleksów fabrycznych, portowych czy kopalnianych, do usprawnienia procesów produkcji i logistycznych, nadzoru kamer przemysłowych i obsługi dronów. Mamy już w Polsce taką przestrzeń – zakład Miele w Ksawerowie. Dla jasności: do uzyskania zasięgu 5G na wydzielonym terenie przemysłowym nie wystarczy postawienie routerów i zatrudnienie kilku informatyków. Potrzeba kooperacji operatora danego pasma z dostawcą anten oraz oprogramowania.

Odnieśmy się teraz do praw fizyki i… własnej wyobraźni, aby jej oczami zobaczyć świat niewidocznych fal radiowych. To nam pomoże jeszcze lepiej zrozumieć, czym jest 5G.

Jakie mamy fale elektromagnetyczne?

Dlaczego telefon komórkowy nazywamy komórkowym? Nawet telefon 5G to tak naprawdę nadajnik-odbiornik radiowy połączony z komputerem i masą czujników. Komórką nazwano w czasach ery 1G teren objęty zasięgiem fal przez jedną stację bazową anteny 1G. Heksagonalny kształt obszaru przypominał bowiem komórkę żywego organizmu. Z czasem „komórkowy” zaczął w tym kontekście oznaczać to samo co „mobilny”, a bardziej po naszemu: „przenośny”. Takie telefony komórkowe mogą płynnie zmieniać stacje bazowe, wybierając najbliższe i najmocniejsze. Dziś gdy pytasz o zasięg 5G, pytasz o sygnał z anteny 5G.

Patrząc okiem fizyka, sieć komórkowa, czyli także sieć 5G, to sieć radiowa. Zbiór (wybór) konkretnych zakresów częstotliwości (długości) fal elektromagnetycznych wykorzystywanych do transmisji danych i głosu (głos też jest przesyłany cyfrowo; to też bity). Fale w naturze istnieją, istniały i będą istnieć, niezależnie od działalności człowieka. Ale możemy też je wytwarzać – z użyciem anten czy lamp. Właściwości fal zmieniają się zależnie od częstotliwości – wraz z jej wzrostem wzrasta również ich energia.

Do transmisji wykorzystujemy niejonizujące fale radiowe, w tym mikrofale. To najniższy zakres częstotliwości fal elektromagnetycznych, od 3 Hz do 300 GHz. O nich więcej za chwilę. Powyżej mamy fale podczerwone do 400 THz (tera-), czyli promieniowanie cieplne, które wykorzystują np. piloty do telewizorów czy kamery noktowizyjne. Następnie jest częstotliwość do 700 THz: to fale widzialne, które pozwalają na rozróżnianie kolorów. Kolejny jest ultrafiolet, do 30 PHz (peta-), już jonizujący, czyli potencjalnie szkodliwy, modyfikujący DNA. Większość tego rodzaju promieniowania zatrzymuje się w górnych warstwach atmosfery, my wytwarzamy je za pomocą lamp UV. Częstotliwości wyższe, do 30 EHz (eksa-), to promieniowanie rentgenowskie. Wytwarzające je lampy są wykorzystywane do celów medycznych w ściśle kontrolowanym środowisku. Wreszcie jest promieniowanie gamma, pojawiające się podczas reakcji jądrowych, wykorzystywane np. w megawoltowych terapiach onkologicznych. Ale już chyba za daleko uciekliśmy od technologii 5G…

Charakterystyka fal radiowych a zasięg 5G

Fale radiowe – także te generowane przez anteny 5G – przenoszą energię bez udziału materii, a zjawisko ich rozprzestrzeniania się nazywamy propagacją. Im niższa częstotliwość, tym większy zasięg fali, ale mniejsza pojemność pasma i większe opóźnienia. Do transmisji danych czy głosu kluczowa jest więc gęstość fal (szerokość pasma). Do transmisji głosu wystarczą 3 kHZ, telewizja analogowa potrzebowała 6 MHz, a w 4G dane podróżują po pasmach 10- i więcej megahercowych. Internet 5G to nawet 100 MHz.

Fale długie i średnie (LF i MF – ang. low i medium frequency) były wykorzystywane przez stare trzeszczące radioobiorniki i nadajniki. Docierają na odległość tysięcy (fale LF do 300 kHz) lub setek kilometrów (MF do 3 MHz). Nas w telefonii komórkowej i w technologii 5G interesują fale krótkie, a raczej ultra- (UHF), super- (SHF) i ekstremalnie krótkie (EHF).

Telefonia komórkowa działa na razie na falach UHF, czyli do 3 GHz. Sieć 2G to 900 i 1800 MHz (1,8 GHz). Sieć 3G to 900 i 2100 MHz. Sieć 4G to 800, 900, 1800, 2100, 2600 MHz. Technologia 5G korzysta z niektórych z tych częstotliwości, ale może się wspiąć jeszcze wyżej!

Pasma „niskie” – 700–900 MHz – są traktowane jako zasięgowe. Przenoszą mało danych (połączenia głosowe, wolny internet), pojawiają się opóźnienia (kilka milisekund jest niedopuszczalnych w wielu precyzyjnych procesach!), za to transmitują informacje na kilkadziesiąt kilometrów i niestraszne im przeszkody. Te średnie (1800–2600 MHz, w przypadku sieci 5G jeszcze gigaherc więcej) to już „pojemnościówki”, przeznaczone do transmisji danych na 8–15 km. O najwyższych, milimetrowych falach 5G opowiemy za chwilę.

Oczywiście zasięg fali zależy nie tylko od jej częstotliwości, ale też od siły anten oraz odbiorników. Z jednej strony na UHF działają Bluetooth oraz Wi-Fi – to kilka, kilkadziesiąt metrów. Z drugiej UHF to smartfony: od najbliższej stacji bazowej 800 MHz może cię dzielić kilkadziesiąt kilometrów, a i tak złapiesz sygnał. UHF to jednak również ważąca 3 tys. ton 70-metrowa antena NASA, która komunikuje się z satelitami i łazikami na Marsie. Tak, Curiosity nie ma telefonu 5G, ale wysyła zdjęcia za pośrednictwem fal ultrakrótkich (jeśli korzysta z pośrednictwa orbitującej kilkaset kilometrów nad planetą sondy) lub wyższych. Do komunikacji kosmicznej wykorzystywane są głównie fale SHF i EHF w pasmach Ka i X – to już jednak temat na inną opowieść.

 

Akcja agregacja

Podane wartości fal UHF stanowią w przybliżeniu środek szerszych zakresów (+/- 10 do 100 MHz), czyli np. kiedy piszemy 700 MHz, mamy na myśli pasmo wysyłające sygnał od 694 do 790 MHz. Pasma przeznaczone dla telefonii komórkowej są dzielone na bloki między kilku operatorów. Blok to nie jest jeden herc, nawet nie jeden megaherc, to większy wycinek. Na częstotliwościach UHF blok ma szerokość ok. 10–20 MHz. Operatorzy mogą zwiększać pojemność takiej infostrady poprzez agregację, czyli łączenie wycinków z kilku pasm, na których operują, np. po 20 MHz z 800, 1800, 2100 i 2600 MHz. Tak powstaje superpasmo – 80 MHz. Proporcjonalnie do szerokości pasma wzrasta jego zdolność transportowa, wyrażana w Mb (a dziś niekiedy już w Gb) na sekundę! Np. jedno pasmo daje 150 Mb/s, dwa 300 Mb/s, trzy to 500 Mb/s, a cztery – 600 Mb/s. Agregacja pasm jest najważniejszą składową standardu LTE Advanced, czyli tzw. ulepszonego 4G. Abyś mógł z niej skorzystać, potrzebujesz kompatybilnego smartfona czy modemu. Szukaj w specyfikacji urządzenia symbolu 2CA, 3CA, a najlepiej 4CA (ang. carrier aggregation, czyli agregacja pasma).

Pasmo technologii 5G na niskich częstotliwościach też jest wąziutkie: to raptem 10 MHz. Ciekawiej jest na pasmach średnich, na których od razu mamy szerokość 100 MHz, a zwłaszcza na milimetrowych – nawet 200 MHz. Takie szerokie bloki również można agregować. W ten sposób powstają prawdziwe infostrady o szerokości 1 czy nawet 2 GHz. To jednak na razie pieśń przyszłości, zwłaszcza w Polsce.

 

Zapychanie się i uwalnianie pasma UHF

Konsekwencje zapchanego pasma znasz być może ze stadionów i koncertów. Zwłaszcza z przeszłości, z czasów wąskopasmowych 2G i 3G, kiedy podczas tak dużej imprezy nie można się było do nikogo dodzwonić czy odświeżyć strony internetowej. W 2005 r. jeden z operatorów zorganizował w Warszawie darmowy występ Stinga. Aby dostać dwa z 75 tys. biletów, wystarczyło wysłać SMS-a. Show było oczywiście spektakularne, ale na miejscu wydarzenia sieć operatora całkowicie padła.

Internet 5G ma być powszechny, ale częstotliwości to dobro ograniczone, dlatego wytwarzanymi przez człowieka falami elektromagnetycznymi (czyli rozkładem poszczególnych długości lub częstotliwości tych fal) zarządza państwo. Dzieli je na pasma, rozdaje, sprzedaje albo zostawia sobie, np. dla wojska. Krajowa Tablica Przeznaczeń Częstotliwości wydziela ponad 600 kawałków tego radiowego tortu. Na pasmach wolnych działają np. urządzenia na podczerwień, modele RC, gadżety na Bluetooth itd. Aby nasze urządzenia mogły działać na całym świecie, państwa dogadują się ze sobą, tworząc globalne standardy. Takie jak właśnie technologia 5G.

Fala to fala, więc z danej częstotliwości może korzystać każde obsługujące ją urządzenie, nie tylko smartfony i telefony. Kierunek zmian dobrze pokazuje tzw. przypadek 700 MHz. Jeszcze niedawno pasmo było wykorzystywane przez cyfrową telewizję naziemną. Ale decyzją rządową zostało zwolnione na rzecz sygnału z anten 5G. W trakcie trzydniowego procesu reorganizacji multipleksów sygnał TV został przekierowany na niższe częstotliwości. Proces zwalniania dotychczas zajętych przez 2G i 3G częstotliwości – tworzenie zasięgu dla technologii 5G – trwa, to kwestia kilku lat. Na razie więc ciągle funkcjonują. Po pierwsze ze względów strategicznych, jako zabezpieczenie. Po drugie dlatego, że korzysta z nich wiele starszych urządzeń. Co ciekawe, jako pierwsze zniknie 3G, z którego korzystają głównie telefony (prawdopodobnie do 2023 r.). Sieć 2G jest bardziej potrzebna, bo modemy działające w tej technologii ma np. wiele bankomatów. Oczywiście komórki są kompatybilne z tymi starszymi sieciami, co możesz zobaczyć np. pośrodku lasu, gdy w twoim telefonie zamiast LTE+ nagle pojawi się znaczek 3G.

Internet 5G na wysokości

Technologia 5G to możliwość operowania w bardzo szerokim zakresie fal, teoretycznie od 600 MHz do 100 GHz. Najpowszechniej wykorzystywane będą 2,5–5 GHz (średnie) i milimetrowe w zakresach 24–28 GHz oraz 39 GHz (wysokie). Dla dobrych wyników sieci 5G konieczna jest eksploatacja przez operatorów dużych bloków pasma ciągłego. W Polsce do wzięcia będą bloki po 10 MHz w paśmie 700 MHz, 100 MHz w paśmie 3,6 GHz i 200 MHz w paśmie 26 GHz. Jak pisaliśmy, bloki da się agregować w ramach jednego pasma.

Jak wdraża się technologię 5G na terenie Polski? Na razie to głównie transmisja na zapożyczonych od 4G częstotliwościach 2100 i 2600 MHz. Jest to rozwiązanie tymczasowe. „Przesuwając” sygnał telewizyjny z 700 MHz, udostępniono pole działania antenom 5G na najniższym z pasm docelowych. Istnieje pomysł, aby nie dzielić wąskiej częstotliwości, tylko wykorzystać ją do wspólnego działania operatorów pod nadzorem państwa w ramach jednej spółki. Pomysł nazwano #Polskie5G.

Niskie częstotliwości i tak znacząco nie przyspieszą jednak wdrożenia sieci 5G. Aby wystartować z internetem 5G i realnie zwiększyć zasięg 5G, należy oddać wyższe pasma – przeprowadzić i rozstrzygnąć przetargi. Po pierwsze na bazową częstotliwość średnią 3,6 GHz, a po drugie – na fale wysokie. To właśnie zakresy 24–40 GHz, czyli fale milimetrowe, są najciekawsze. Wykorzystuje się je już powszechnie np. w Korei. Ich zasięg to co prawda kilkadziesiąt do kilkuset metrów, słabo radzą sobie też ze ścianami i drzewami, ale praktycznie nie mają opóźnień i są bardzo szerokie, a więc pakowne. Sieć 5G sięga lub będzie sięgała również tutaj, po raz pierwszy w historii komercyjnego wykorzystywania fal radiowych. Takie anteny będą gęsto ustawiane w miastach, centrach handlowych, na lotniskach… I to w ten sposób technologia 5G pozwoli połączyć milion urządzeń w jednym miejscu pewniej i skuteczniej niż Wi-Fi, nawet najnowszej generacji (6 GHz). Bezprzewodowa sieć 5G jest też oczywiście znacznie łatwiejsza w instalacji i eksploatacji niż połączenia kablowe. W wielu wypadkach – jednostek jeżdżących, pływających, latających, w kopalniach – jest jedynym sposobem na szybki internet. Często jest też jedyną opcją dla wysoko precyzyjnych gałęzi przemysłu i robotyzacji, do działań, które wymagają nie tylko transferu dużej liczby danych, ale przede wszystkim transferu bez opóźnień. Szybkość i pojemność to bowiem  nie to samo, co pewność i stabilność. Kolejną odpowiedzią na pytanie, co to jest 5G, jest możliwość zapewnienia standardu Quality of Service (QoS), sieci bardzo szybkiej i bardzo stabilnej.

Anteny 5G, czyli bezpieczne MIMO

Skoro nie ma dostępnych częstotliwości ani na 700 MHz, ani na 3,6 GHz, ani na 26 GHz, skąd ten krajowy zasięg 5G? Po pierwsze stąd, że w związku z brakiem jasnej definicji i powszechnej świadomości, co to jest 5G, w 2019 r. niektórzy operatorzy zaczęli się posługiwać hasłem 5G Ready. W praktyce oznaczało to, że osiągnęli wyższy stopień zaawansowania LTE – szybsze i pewniejsze – m.in. dzięki zastosowaniu nieskomplikowanych anten MIMO na pasmach 1800 i 2100 MHz. Aktualnie transmisja już spełnia założenia technologii 5G, ale podkreślmy to raz jeszcze – sieć nowej generacji w Polsce działa tylko na częstotliwościach starej generacji.

Starsze anteny 4G działają sektorowo – wysyłają sygnał np. 120- albo 60-stopniowy promieniście do kilkudziesięciu osób jednocześnie. Część energii i potencjału wiązki zostaje więc zmarnowana. Kluczowe pojęcie dla internetu 5G to właśnie MIMO. MIMO, czyli Multiple Input Multiple Output, oznacza technologię wieloantenową, dynamicznie generującą wąskie wiązki sygnału w wybranym kierunku bez utraty przesyłu. Takie kształtowanie wiązki radiowej (ang. beamforming) pozwala z każdego herca częstotliwości wyciągnąć 10 bitów na sekundę, czyli kilkukrotnie więcej niż w 4G. Poprzedzające MIMO słowo massive wskazuje na dużą liczbę anten zamontowanych na powierzchni mniej więcej 0,5 × 1 m. To 64 lub 128 kwadratowe antenki wyglądające jak czipy. MIMO makrokomórkowe obsługują duże obszary. Anteny montowane są na wysokich na kilkadziesiąt metrów masztach, na wsiach i wzdłuż autostrad czy tras kolejowych. Najczęściej na tych samych słupach czy dachach co nadajniki 4G. W związku z dystansem między stacjami bazowymi wymagają dość dużej mocy (20–100 W), ale to i tak dziesięć razy mniej per bit niż większe (bardziej podłużne) anteny 4G. Aby odróżnić anteny 5G od anten 4G, musisz wytężyć wzrok i wiedzieć, czego szukasz. MIMO będą kluczowe dla obsługi nie tylko telefonów 5G, ale też innych podłączonych urządzeń, bo pasmo wokół 3,6 GHz jest najbardziej uniwersalne i ma najwięcej zastosowań. Przy dużych antenach MIMO energia nie jest też kierowana bezpośrednio w dół, lecz po skosie, i szybko spada wraz z odległością. Jeden z operatorów udowodnił, że nadajnik może wpisywać się w krajobraz i na terenie Roztoczańskiego Parku Narodowego postawił wieżę przypominającą… drzewo.

Ważną kwestię w przypadku rozważań o tym, co to jest 5G, stanowi również wirtualizacja oprogramowania anten i obsługi ruchu. Odseparowanie serwerów od stacji bazowych poprzez tworzenie zbiorczych serwerowni wielkości kiosku (np. jednej na 20 km²) – to także przejaw nowego podejścia. W dotychczasowych realizacjach 4G jednostka przetwarzająca sygnał z anteny znajduje się najczęściej u podnóża stacji.

Na najwyższych częstotliwościach wiązka może być kierowana do konkretnego użytkownika, precyzyjnie, z odpowiednią mocą. Tu mówimy o rozsianych w miastach, na osiedlach i  w budynkach mikro-, nano-, piko- czy fetokomórkach, czyli o antenach 5G zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych. W związku ze sporymi rozmiarami i powszechnością nadajników pole do popisu mają projektanci wzornictwa przemysłowego. Ericsson rozpowszechnia swoje Radio Dots: te montowane do sufitu antenki przypominają czujniki dymu. Jeszcze ciekawsze rozwiązania można znaleźć na zewnątrz budynków – eleganckie mikrokomórki instalowane są np. na ulicznych latarniach.

Warto jeszcze raz podkreślić, że sieć 5G może być elastycznie konfigurowana, dzielona (ang. network slicing) i modulowana – w ramach jednej infrastruktury da się zaoferować użytkownikom usługi dopasowane do ich konkretnych potrzeb. Jedna antena 5G może obsłużyć ultraszybki hotspot dla kilku domów, a jednocześnie być częścią miejskiej infrastruktury służącej do komunikacji między autonomicznymi pojazdami. Obecnie istniejące sieci nie dają takich możliwości ustawiania parametrów – to, co robi jeden z internautów, bezpośrednio wpływa na pozostałych, na przykład przez obniżenie prędkości transmisji.

Zajmijmy się przez chwilę kwestią zagrożeń. Owszem, promieniowanie radiowe i mikrofalowe istnieje, ale nie jonizuje materii, co oznacza, że nie ingeruje w budowę komórek organizmów żywych i nie wpływa na ich funkcje. Do wygenerowania fal w szczelnie chronionej kuchence mikrofalowej potrzeba setek watów. Ale w telefonie to ułamek wata. Tak samo z antenami 5G: im mniejszy rozmiar komórki, tym mniejsza moc nadajnika – co należy wyraźnie podkreślić. To maksymalnie kilka watów (mniej niż nadajniki telewizyjne czy radiowe), a w przypadku mininadajników w pomieszczeniach – raptem 200 mW. Sto razy mniej per bit niż w LTE. Dostęp do stacji bazowych, w których promieniowanie jest najwyższe, mają tylko eksperci. Normy natężenia PEM (pola elektromagnetycznego) obowiązujące w Unii Europejskiej są rygorystycznie przestrzegane. Promieniowanie 5G jako takie nie istnieje, a gęstniejąca sieć niskonapięciowych małych nadajników zapewni nam tym większe bezpieczeństwo. Porównaj to do rozmowy dwóch osób. Jeśli stoją obok siebie, mówią cicho. Jeśli staną w odległości, muszą krzyczeć. Natężenie pola w pobliżu stacji nie przekracza 0,5 V/m. Rygorystyczny limit Unii wynosi 61 V/m.

Jakie są telefony 5G?

Jeśli w sumie nie tak dawno, bo w 2020 roku, do wyścigu dołączyła nieco spóźniona marka Apple z iPhone’ami 12 – możemy być pewni, że sieć 5G staje się standardem. Co istotne, technologię 5G obsługują wszystkie modele z linii 12, również ten najtańszy. To ważny sygnał dla rynku, bo 90% użytkowników iPhone’a przy zmianie modelu nie bierze pod uwagę Androida, mimo że rywale Apple’a wystartowali wcześniej.

Już w 2019 r. urządzenia z serii Galaxy S10 mogły obsługiwać raczkujący wtedy standard 5G Ready. W przypadku Samsunga telefony 5G to jedynie część interesu – firma bowiem uczestniczy w rozwoju samej infrastruktury sieci 5G (portfolio end-to-end). To właśnie jej zawdzięcza swój sukces Korea Południowa jako światowy lider technologii 5G. W stosunkowo niewielkim kraju powstało już ponad 120 tys. stacji bazowych, a liczba danych przesyłanych przez statystycznego użytkownika wzrosła 2,5-krotnie (są miasta, w których prędkość pobierania przekracza 400 Mb/s). Wykorzystując własne nadajniki i odbiorniki, firma w marcu pobiła rekord szybkości realnej transmisji 5G. Wynosi on teraz 5,23 Gb/s. Rok wcześniej w warunkach laboratoryjnych udało się jednak rozpędzić dane aż do 8,5 Gb/s! Dostęp do internetu 5G uzyskasz nie tylko za pomocą topowego Samsunga z serii Galaxy, ale też tańszych modeli. W wyborze odpowiedniego urządzenia pomoże ci nasz artykuł pt. Jaki smartfon wybrać. 

O klientów twardo walczą cenami firmy chińskie, poza Huaweiem (którego historia zasługuje na osobny artykuł), także Xiaomi czy np. realme. I teraz istotna kwestia. Czym jest 5G w kontekście smartfonów? Przede wszystkim procesor obsługujący modem (lub ze zintegrowanym modemem), zdolny operować na częstotliwościach 5G. I uwaga, tu następują różnice. Tanie smartfony nie działają na falach milimetrowych ani na czterokrotnej (i większej) agregacji – tu producent podaje maksymalną prędkość 2,77 Gb/s przy agregacji dwukrotnej (2CA/2CC). Zanim kupisz telefon 5G, sprawdź możliwości jego procesora. Procesory, które poradzą sobie z każdym spektrum, to m.in. Apple A15 Bionic, Qualcomm Snapdragon 865 i wyższe, Exynos 990 i wyższe, a także Kirin 9000.

Na co czekamy?

Przede wszystkim na rozstrzygnięcie przetargu na pasmo 3,6 GHz – to wydatnie zwielokrotni zasięg 5G, a także prędkość internetu 5G. Czekamy także na rozwój sytuacji w paśmie milimetrowym (26 GHz) – to w tej przestrzeni powierzchnia transmisji może być nawet tysiąckrotnie większa i możemy osiągać 10 Gb/s – ale pamiętajmy, że prędkość zależy też od odbiornika. O telefony 5G i modemy 5G nie musimy się martwić. Za chwilę będą standardem, a taryfy 5G już znajdziemy u każdego operatora. Na razie to ok. 150 GB za 120 zł miesięcznie, ale wiadomo, że ceny będą już tylko spadać, a prędkość transmisji – teraz maksymalnie ok. 300 Mb/s – rosnąć.