Czy 5G jest lepsze od 4G?

14 maja 2020przeczytasz w 2 min.

Dlaczego 5G jest lepsze od 4G? Jakie są najważniejsze korzyści?

Kolejne generacje systemów radiokomunikacyjnych (komórkowych) powinny zapewniać obsługę coraz większej gamy, coraz bardziej zróżnicowanych pod względem wymagań usług. W tym aspekcie systemy 5G są znacznie bogatsze niż systemy 4G i niższych generacji. Mój zespół naukowy uczestniczył w pracach koncepcyjnych dotyczących systemów 5G, które były prowadzone jeszcze w ramach 7. Programu Ramowego Unii Europejskiej (projekt METIS). Zdefiniowano w nim podstawowe segmenty systemów 5G, nowe scenariusze wykorzystania, co właśnie stanowi jedną z podstawowych różnic w stosunku do systemów 4G. Są to:

Systemy eMBB (enhanced Mobile Broadband) – systemy szerokopasmowe do komunikacji z terminalami ruchomymi, o wzbogaconych możliwościach transmisyjnych, obecnie już zdefiniowane w standardach Wydania 15 3GPP, tzw. 5G New Radio. Służą do transmisji treści multimedialnych o wysokiej rozdzielczości (np. filmów 4K, 8K, itp.) i dzięki swoim parametrom (szerokość pasma, przepustowość, jakość obsługi) zapewniają masowy dostęp do sieci stałej (np. do sieci na wielkich wydarzeniach sportowych i kulturalnych, do Internetu). Ten segment pozwala na znacznie wyższe szybkości transmisji w porównaniu z LTE czy LTE Advanced (4G). Określono szczytowe wymagania jako łączną szybkość w transmisji do terminali równą 20 Gbit/s, zaś w transmisji do stacji bazowych (łącznie) 10 Gbit/s. Aby było to możliwe, przewiduje się zastosowanie transmisji radiowej zarówno w paśmie poniżej 6 GHz, jak i w wybranych pasmach ponad 20 i ponad 30 GHz, czyli w zakresach fal o długościach milimetrowych.

Ten ostatni zakres częstotliwości stanowi szczególne wyzwanie realizacyjne. W zakresach 20 – 40 GHz sygnały radiowe podlegają znacznie silniejszym tłumieniom niż przy częstotliwościach poniżej 6 GHz, więc zasięgi stacji bazowych będą bardzo niewielkie. W konsekwencji przewiduje się zbudowanie ultra gęstych sieci z rozmieszczanymi gęsto stacjami bazowymi o bardzo małej mocy i małym zasięgu.

Koncepcja ta ma zastosowanie w centrach miast i miejscach o dużej liczbie terminali. W zakresach częstotliwości poniżej 6 GHz dostęp do pasma jest bardzo ograniczony, w odróżnieniu od pasma fal milimetrowych. Tak wysokie częstotliwości pozwalają również na zastosowanie istotnej, nowej technologii wieloantenowej zwanej massive MIMO (masowe tablice antenowe stacji bazowych pozwalające na skierowanie wąskiego strumienia fal radiowych do konkretnych terminali dysponujących kilkoma antenami będących w zasięgu tej stacji).

zasięg 5G w Poznaniu, żródło: www.plus.pl/mapa-zasiegu

Systemy URLLC (Ultra Reliable Low-Latency Communications) – systemy o szczególnie wysokiej niezawodności i niskich opóźnieniach o niższej przepływności w porównaniu z systemami eMBB. Znajdą zastosowanie w komunikacji z pojazdami autonomicznymi, pomiędzy pojazdami oraz pomiędzy pojazdami i infrastrukturą drogową, w telemedycynie, w tym realizacji operacji chirurgicznych na odległość za pomocą robotów chirurgicznych, niezawodnej komunikacji bezprzewodowej między robotami działającymi hali produkcyjnej, itp. Systemy URLLC są obecnie przedmiotem prac standaryzacyjnych.

Systemy mMTC (massive Machine-Type Communications) – systemy o niskich przepływnościach i niewielkich intensywnościach transmisji, za to o bardzo wielkiej liczbie terminali zasilanych bateryjnie, których trwałość źródła zasilania jest szacowana na około 10 lat. Będą to np. terminale obsługujące różnego rodzaju czujniki, sterowniki, itp. zainstalowane w budynkach, fabrykach, sieciach gazowniczych, energetycznych i wielu innych. Pozwolą one na realizację m.in. idei Internetu Rzeczy. Bardzo istotną cechą tej transmisji jest jej wysoka efektywność energetyczna i bardzo duża liczba terminali obsługiwanych przez stacje bazowe.