Technologie | Internet | Připojení k internetu

Co je to 5G a proč technický šéf T-Mobile US varuje před přílišným optimismem

  • Občas to vypadá, že 5G vyřeší úplně všechny problémy světa
  • Zrychlí internet, pokryje venkov, umožní svět IoT
  • Technický šéf amerického T-Mobilu před tímto pohledem varuje

Technický ředitel T-Mobile US Neville Ray se včera na podnikovém blogu zostra pustil do nové generace mobilní komunikace 5G a zejména pak do její klíčové technologie milimetrových vln.

Říká se jim také mmWave nebo obecněji NR (New Radio) a v telekomunikační praxi by se mělo jednat o frekvence v řádu až desítek GHz. Právě tyto frekvence by měly přinést asi to nejočekávanější: velmi vysoké přenosové rychlosti. Tedy internetový zážitek srovnatelný snad jen s optickou sítí.

Tři typy kmitočtů

Zatímco dnešní generace mobilních telekomunikací používá zpravidla kmitočty okolo 1-2 GHz, 5G by mělo podle GSM Association nabídnout tři základní typy kmitočtů.

Pro IoT by se měly používat subgigahertzové kmitočty (v Evropě už dnes 868 MHz – Sigfox, Lorawan aj.), páteří pro běžný provoz by měly být kmitočty v rozsahu 1-6 GHz (hlavně 3,5 GHz) a pro ty nejrychlejší datové přenosy pak konečně zmíněné milimetrové vlny.

GSMA ve svém dokumentu z konce roku (viz box níže) mluví poměrně jasně: „... the fastest 5G speeds will also need millimetre wave bands above 24 GHz.“

Bez milimetrových vln to tedy podle současných plánů úplně nepůjde.

Co by mělo umožnit 5G podle GSM Association

  1. Vylepšená mobilní data: Špičkové přenosové rychlosti až 20 Gb/s. Běžný koncový uživatel by pak měl mít zážitek ze stabilního 100Mb/s připojení s latencí okolo 4 ms.
  2. Velmi nízká latence a vysoká spolehlivost: Pro speciální aplikace latence méně než 1 ms a velmi vysoká dostupnost. Klíčové třeba pro V2X (chytré automobily, semafory atp.).
  3. Masivní a úsporné IoT: Garance nejméně jednoho milionu spojení na 1 km2 a velmi nízká spotřeba elektřiny.
  4. Bezdrátový optický kabel: Při fixní instalaci (domácí/podnikové modemy) stejný zážitek jako z optické linky.

Tyto základní podmínky vycházejí z dokumentu Mezinárodní telekomunikační unie IMT-2020, který popisuje stav mezinárodních sítí po roce 2020. Víz závěr článku.

Zdroj: 5G Spectrum. GSMA Public Policy Position, November 2018 (PDF)

Technický šéf T-Mobile US: Okolo 5G se točí hromada polopravd

Podle Nevilla Raye ohromná očekávání, malá informovanost i marketing většiny operátorů proměnily dlouhé roky vyvíjenou technologii v hype a buzzword, okolo kterého se točí neuvěřitelné množství polopravd a nepochopení.

Nejproblematičtější jsou přitom podle něj právě zmíněné milimetrové vlny. Vysoké kmitočty totiž na papíře skutečně umožní přenášet informace ohromnou rychlostí a nabízí se i velmi široké kanály, protože tato oblast elektromagnetického spektra není příliš obsazená, ale vše naráží na prosté fyzikální zákony.

Klepněte pro větší obrázek
Simulace MIMO a beamformingu při komunikaci BTS se čtyřmi klienty (UE). Každý obrázek představuje jeden stream MIMO určený pro koncového klienta (Target UE), přičemž každý stream má odlišný radiační vzor, který maximum signálu směruje (beamforming) do polohy, kde se nachází jeho klient

Výrobci mobilních antén a modemů pro mmWave sice slibují, že díky pokročilému beamformingu a masivnímu MIMO dokážou divy, praktické testy však zatím ukazují něco trošku jiného. To, na co jsme zvyklí z 5GHz Wi-Fi, jejíž signál má oproti 2,4 GHz přes veškerou snahu horší prostupnost materiálem.

Milimetrové vlny a prosklené dveře

Co se stane, pokud frekvenci několikanásobně zvýšíme třeba na 30 GHz, kde zhruba začíná pásmo milimetrových vln? Odpověď nabízí animovaný GIF, který Ray přiložil ke svému zápisku.

Figurant s testovacím přijímačem vstoupí do místnosti oddělené od vysílače (BTS) skleněnými dveřmi. Zatímco signál na klasických kmitočtech okolo 1-2 GHz bez problému prostoupí dovnitř, spojení realizované pomocí mmWave se okamžitě přeruší.

Animace: Milimetrové vlny neprojdou přes skleněné dveře (T-Mobile US):

via GIPHY

Není divu, milimetrové vlny totiž absorbuje nejen jakákoliv zeď, ale i nebohá lidská schránka plná vody. O dešti nemluvě. Podobně dopadly i první pilotní instalace v zámoří u konkurenčních operátorů. Jelikož telefony vybavené mmWave modemy zatím neexistují, zákazníci používali přijímače ve formě modulu připojeného ke stávajícímu mobilu. Kvalita spojení přitom byla velmi nízká, takže skutečné milimetrové vlny nakonec zákazníci používali jen sporadicky.

Podle technického šéfa amerického T-Mobilu tak bude realita alespoň v nejbližších letech trošku někde jinde, než očekává širší veřejnost. Milimetrovými vlnami budou pokryté jen relativně malé úseky té nejhustší zástavby, takže o nějaké širší dostupnosti nemůže být vůbec řeč – natož na předměstích a venkově.

Fixní mmWave spojení může fungovat

Poněkud odlišná situace by ale mohla být u pevných bezdrátových spojení – u bezdrátového optického kabelu. Pokud bude přijímač třeba na střeše bytového domu, může si stejně jako dnešní bezdrátové sítě držet stabilní směrované spojení s blízkou BTS a nabízet obyvatelům rychlé spojení srovnatelné s optikou.

Ostatně přesně tento způsob využití milimetrového pásma testuje třeba Facebook a jeho telekomunikační startup Terragraph v blízkém Maďarsku, kde bezdrátově zasíťoval dvě menší vesnice a to rovnou 60GHz signálem! Nutno však podotknout, že vzdálenost mezi koncovými jednotkami a meshovou páteří vysílačů instalovaných na sloupech veřejného osvětlení byla nejvýše v řádu desítek metrů.

Klepněte pro větší obrázek
Fixní mmWave podle Terragraphu. Díky stabilní pozici, přímé viditelnosti a malé vzdálenosti mohou milimetrové vlny sloužit pro meshovou páteř i koncové spojení.

Stejně hustou síť milimetrových vysílačů by potřeboval i operátor s plnohodnotnou technologií 5G. Právě proto by byla technicky realizovatelná a ekonomicky smysluplná jen v těch nejhustěji využívaných oblastech měst.

Je třeba doplnit, že Neville Ray publikoval poměrně kritický zápisek v době, kdy americký T-Mobile (trojka na trhu) touží převzít Sprint (čtyřka na trhu) a jeho síťovou infrastrukturu, avšak zdá se, že federální regulátoři tomuto spojení zatím nejsou příliš naklonění. Blog tedy může mít i určitý politický kontext.

Co je to vlastně 5G?

Ačkoliv společnosti Qualcomm i Samsung představily (1, 2) své mobilní 5G modemy a mmWave antény už loni, alespoň formálně ještě žádné 5G neexistuje. V tuto chvíli se jedná o rozsáhlý balík telekomunikačních technologií a podmínek, které by měly splnit, abychom jim mohli říkat 5G. Zatím ale stále neexistuje dohoda na globální úrovni!

O podobě mobilních telekomunikací totiž rozhoduje hned několik uskupení. Na úrovni soukromých společností (výrobců a uživatelů – operátorů) to jsou především organizace 3GPP a GSM Association. Jejich 5G je aktuálně k dispozici ve formě dokumentu Release 15, který popisuje jak to, co si pod 5G představujeme asi všichni, tedy rychlá data, tak výhledově nejspíše ještě mnohem důležitější technologie MTC a V2X.

5G nejsou jen rychlá data, ale také MTC a V2X

Zatímco MTC (Machine-Type of Communication) popisuje masivní nasazení mobilních sítí ve světě internetu věcí způsobem, aby mohlo skrze 5G komunikovat až milion chytrých krabiček na ploše 1 km2, V2X (Vehicle-to-Everything Communication) počítá s mobilními sítěmi pro rychlou autonomní komunikaci mezi chytrými automobily na silnici, semafory a dalšími prvky dopravy zítřka.

Klepněte pro větší obrázek
V2X, aneb bezdrátová a okamžitá komunikace se všemi prvky dopravy

V rámci V2X si tedy mohou automobily vzájemně předávat údaje o své poloze/záměrech a upravovat tak svoji vlastní nejbližší jízdu, no a semafor se zase dozví, že se z daného směru řítí auto a může adekvátně zareagovat – třeba mu rozsvítit zelenou, pokud jsou ostatní komunikace volné.

Do třetice je tu ještě třetí a nejkontroverznější prvek hypotetického V2X zítřka, kdy se o charakteru jízdy vozu automaticky dozví policie, aniž by měla v místě zrovna hlídku.

Klepněte pro větší obrázek
MTC podle Ericssonu: Nižší frekvence, malá latence a spíše malá stavová/instrukční data

Právě v případě V2X je nízká latence bezdrátové komunikace naprosto klíčová a měla by dosahovat méně než 1 ms! To je úctyhodná technologická meta uvážíme-li, že se nejedná o komunikaci v metalickém vodiči nebo optické vlákno, ale poměrně komplikovanou rádiovou komunikaci plnou modulace, beamformingu a technik MIMO.

O tom, co bude opravdu 5G, se nejspíše rozhodne letos v listopadu

Ale zpět ke standardizaci nějaké finální specifikace. Aby plány organizací 3GPP a GSMA mohly reálně fungovat, musejí být mezinárodní, což se týká především dohody na používaných frekvencích. Hotová podoba (přinejmenším první verze) 5G tedy nakonec vzejde až z World Radiocommunication Conference 2019 (WRC-19), kterou organizuje Mezinárodní telekomunikační unie ITU a bude se konat v podstatě po celý listopad letošního roku.

Do egyptského Šarm aš-Šajchu se sejdou stovky delegátů z celého světa a měli by se zde mimo jiné dohodnout na podobě IMT-2020, tedy vize mezinárodního mobilního telekomunikačního systému (International Mobile Telecommunication system) pro roky 2020 a následující. Jádrem IMT-2020 by měl být právě zmíněný balík technologií 3GPP Release 15.

Z této obsáhlé omáčky plné formálních zkratek je tedy už nejspíše všem jasné, že i když jsou základní technologie 5G relativně hotové, samotná standardizace má před sebou ještě hodně cesty a termín 5G je natolik široký a abstraktní, že dává prostor hromadě výkladů podobně jako svého času poměrně beztvaré slovíčko HTML5, které se nakonec stalo zkratkou pro mnohem širší set webových technologií, než skutečně popisuje.

Diskuze (29) Další článek: Je to potvrzeno. Stařičké Malování zůstane i nadále součástí Windows 10

Témata článku: Technologie, Internet, Facebook, Mobility, Wi-Fi, Evropa, Samsung, Mobilní telefon, IoT, Připojení k internetu, PDF, Policie, Qualcomm, T-Mobile, Sigfox, T-Mobile US, BTS, Ericsson, Technický šéf, New rádio, MTC, Terragraph, Kmitočet, GHz, Sprint


Určitě si přečtěte

Vyzkoušeli jsme eObčanku a přihlásili se s ní na weby úřadů. Vážně to funguje!

Vyzkoušeli jsme eObčanku a přihlásili se s ní na weby úřadů. Vážně to funguje!

** Máme eObčanku, máme čtečku, vyzkoušeli jsme přihlášení na weby úřadů. ** Objevily se drobné problémy, podařilo se nám je vyřešit. ** Používání eObčanky pro online identifikaci je velmi pohodlné.

Marek Lutonský | 37

Galerie: Srovnali jsme estetický Linux a Windows 10. Který z desktopů je hezčí?

Galerie: Srovnali jsme estetický Linux a Windows 10. Který z desktopů je hezčí?

** Linuxový Elementary OS se inspiruje v Apple macOS ** Microsoft Windows 10 jde vlastní cestou ** Který z desktopů je hezčí? Prohlédněte si galerii

Jakub Čížek | 113

Jak poslat Teslu do protisměru? Stačí samolepky, které řidič nevidí

Jak poslat Teslu do protisměru? Stačí samolepky, které řidič nevidí

** Teslu v režimu autopilota je možné zmást a poslat do protisměru ** Odborníkům k tomu stačily tři samolepky na vozovce ** Je důvod se znepokojovat? Ne, pokud řidič dává pozor

Karel Kilián | 98

Surface Laptop 2: cenově dostupný důkaz, že už to Microsoft umí jako Apple

Surface Laptop 2: cenově dostupný důkaz, že už to Microsoft umí jako Apple

** Nové barvy a rychlejší procesory, jinak je vše při starém ** Alcantara okolo klávesnice výrazně zlepšuje komfort používání ** Displej s poměrem stran 3:2 oceníte při práci na webu nebo aplikacích Office

Tomáš Holčík | 153



Aktuální číslo časopisu Computer

Velký test androidů do 6 500 Kč

Tipy na starší foťáky za super cenu

Důkladný test sportovních kamer

Dárek pro každého: první vydání Computeru