Revoluce, která nepřišla. Takto lakonicky se dá shrnout dosavadní přínos mobilních sítí páté generace. 5G vysílače se postupně rozsvěcují i v Česku, ale uživatelům zatím chybí důvody, proč nové sítě používat. Jen samotné zvýšení rychlosti a snížení latencí evidentně nestačí. A u firemního použití nedostatek praktického využití a byznys modelů, přiznávají i sami operátoři. V blízké budoucnosti by se ale situace mohla změnit: na obzoru je totiž 5G Advanced.
Jde sice hlavně o marketingovou nálepku, která má probudit novou touhu po 5G, zároveň ale dva nadcházející upgrady technologických standardů (letos už víceméně hotový Release-17 a někdy kolem roku 2024 zatím rozpracovaný Release-18) přinesou několik slibných novinek. Co byste třeba řekli 5G komunikaci přes satelitní sítě nebo určování polohy zařízení s přesností na centimetry?
TIP: Jak přišly mobilní sítě do Česka? Poslechněte si podcast Příběhy z historie českého internetu
Mimo jiné MIMO
Změny mají 5G sítě otevřít novým způsobům využití. Sami mobilní operátoři se ale hodně těší především na technický pokrok, který je pro běžného uživatele neviditelný. „Release 18 představí nová frekvenční pásma (71–114 GHz) a zvýší kapacitu vylepšenými anténními technikami, jako je Massive MIMO a podobně,“ popisuje například manažer výzkumu a vývoje českého T-Mobilu Jaroslav Holiš.
Technologie Massive MIMO – velmi zjednodušeně řečeno – umožňuje za pomoci chytrých algoritmů a velkého počtu antén na základnové stanici i v koncovém zařízení uživatele přenášet jedním komunikačním kanálem více dat najednou. V mobilních sítích má mimo jiné pomoci do jisté míry překonat omezení, která vyplývají z fyzikálních zákonů: vyšší frekvence sice umožňují vyšší datové toky, ale jen na výrazně kratší vzdálenosti než nižší kmitočty. Proto dodnes základ 4G i 5G sítí funguje v pásmu 700–800 MHz (případně 1800 MHz) a pásma kolem 3500 MHz se využívají hlavně pro vysokokapacitní pokrytí v hustě obydlených městských oblastech.
To by se ale mohlo časem změnit. „Výrobci dnes uvádějí, že jsou schopní pokročilými funkcemi Massive MIMO do určité míry kompenzovat nevýhody vysokých frekvencí, zejména jejich menší dosah. Říkají, že cílem je v pásmu 1800 MHz dosáhnout téměř stejné efektivní vzdálenosti, jako když se vysílá na frekvenci 800 MHz,“ vysvětluje Tomáš Prokopík, který má na starosti strategii sítí v operátorovi O2.
Jde v podstatě o jedinou možnost, jak dále zvyšovat kapacitu sítí, aniž by operátoři museli stavět stále hustší síť základnových stanic. „Dnes jsou reálné maximální rychlosti někde kolem 1 Gb/s, s kompletní spektrální výbavou se, bez milimetrových vln, dostaneme někam k 2 Gb/s,“ popisuje Prokopík, kam se v 5G sítích mohou posunout rychlosti stahování dat.
Pro provozovatele sítí je důležité také snižování spotřeby energie, a to jak v samotných sítích, tak v mobilních telefonech. Zní to možná nudně, ale z jejich pohledu jde o jednu z hlavních překážek většího rozšíření páté generace sítí. „Výkon současných 5G mobilů je hodně omezený tím, že čipy vyzařují poměrně dost tepla a baterie vydrží jen omezenou dobu,“ vysvětluje ředitel O2 pro rozvoj sítí Jakub Votava.
5G ze satelitu?
Rychlý rozvoj satelitních rojů zaměřených na poskytování konektivity z nízké oběžné dráhy (Low-Earth Orbit, LEO), jako je Starlink Elona Muska, evropský OneWeb nebo chystaný projekt Kuiper od Amazonu, slibuje přinést připojení k internetu i do míst, kde se budování pevných nebo mobilních sítí nevyplatí. Release-17 ale přinese podporu tzv. nepozemských sítí (Non-terestrial Networks, NTN), která může satelity zapojit také do mobilních sítí. I když – nečekejte, že byste přes Starlink třeba telefonovali ze svého mobilu.
TIP: Starlink na tyči aneb Jak jsem zprovoznil satelitní připojení a našel cestu z informačního pralesa
„LEO konstelace mohou případně podpořit globální IoT sítě nebo ‚emergency‘ služby. Latence v desítkách milisekund, nízká kapacita a téměř fyzicky nerealizovatelné spojení mezi mobilním telefonem zákazníka a satelitní anténou (mobilní terminál má velmi omezený vysílací výkon) neumožní nahradit terestriální sítě, pouze je v některých speciálních případech doplnit,“ mírní očekávání Jaroslav Holiš z T-Mobilu.
„Pokud si mám zaspekulovat, osobně si myslím, že Elon Musk nebude poskytovat klasické mobilní služby ze satelitů, ale spíš spustí síť, která v prvním kroku propojí všechny automobily Tesla. Služby této IoT sítě v dalším kroku nabídne globálně i dalším výrobcům automobilů. Pro auta je připojení z LEO satelitů řešitelná úloha. Mají dostatečně silnou baterii, aby satelitní komunikaci utáhla, velkou střechu pro příjem signálu a jde o outdoor komunikaci s viditelností ‚na oblohu‘,“ doplňuje Jakub Votava z O2.
Nemusí přitom jít o jediné využití NTN komunikace. Německá mateřská firma T-Mobilu pracuje i na tom, jak vysílat 5G ze stratosféry. „Deutsche Telekom investuje v oblasti NTN do technologií High Altitude Platform Systems (HAPS), kde antény pracující ve stratosféře kombinují výhody jak satelitních, tak terestriálních sítí – velmi dobré pokrytí v široké oblasti s extra latencí okolo 1 ms. Proof of Concept demonstrace a výzkum v rámci Deutsche Telekomu řeší výzkumný tým sídlící v Praze,“ doplňuje Holiš.
Sledování polohy
Novinkou, od které si operátoři i dodavatelé technologií slibují nové služby hlavně pro průmyslové podniky, je zlepšení určování polohy prostřednictvím mobilních sítí. Dnes se triangulací z několika základnových stanic dá určit poloha SIM karty s přesností na metry. Release-17 ale tzv. positioning výrazně zpřesní.
„Positioning je v rámci Release-17 vylepšen pro specifické případy užití, jako je automatizace v továrních provozech, kdy je cílem přesnost na 20 až 30 centimetrů. Nová specifikace navíc přináší některá vylepšení ke snížení latence tak, aby byl positioning uplatnitelný i v případech užití, kde na něm mnoho závisí, například u dálkově ovládaných strojů,“ popisuje Jiří Rynt ze společnosti Ericsson, která je jedním z výrobců síťových zařízení pro mobilní sítě.
Text vyšel ve speciálu Lupa3.0, který jsme vydali jako klasický tištěný magazín. Pokud máte zájem, můžete si ho prohlédnout nebo i stáhnout v PDF na této stránce.
„Princip určování polohy je stále stejný, jde o nějakou formu triangulace na úrovni synchronizovaného časového signálu. Zařízení běžně komunikuje přes tzv. kontrolní kanály, kterými získává informace o základnových stanicích a podobně. Z toho se dá odvodit, kde se zařízení nachází. Posun do vyšších frekvencí zaručuje vyšší přesnost,“ vysvětluje princip určování polohy Votava. Release-18 podle něj předběžně počítá s určováním polohy dokonce na jednotky centimetrů.
„Taková přesnost je klíčovou podmínkou pro použití v průmyslové automatizaci uvnitř továren, ale není určena pro použití v běžné síti,“ doplňuje Tomáš Prokopík. „Aby se dala pozice nějakého robota spolehlivě určit, potřebujete ve výrobní hale, kterou byste normálně pokryli jednou základnovou stanicí, nainstalovat třeba deset nebo patnáct malých základnovek. To venku uděláte těžko,“ vysvětluje.
Pokud se vyplní prognózy, v opravdu vzdálené budoucnosti by mobilní sítě měly umět určovat polohu zařízení s ještě větší přesností. „V některých předběžných diskusích o 6G se mluví o tzv. snímání či vnímání (sensing). Na ultravysokých frekvencích by mohlo jít vlastně o obdobu radaru nebo elektromagnetického rezonátoru, který umí ‚vidět‘ i skrz některé typy materiálu. Někteří výrobci už mají prototypy, na kterých jsou schopní podobné věci ukazovat,“ říká Jakub Votava.
Mobilní RFID
S určováním polohy souvisí ještě jedno možné budoucí použití 5G sítí, které má přijít s Release-18. Jde o pasivní čipy, které známe jako RFID tagy. V základním stavu nic nevysílají, pokud se k nim ale přiblíží čtečka, která vysílá elektromagnetické pulsy, RFID tuto energii využije a vyšle signál.
„Dnes mají pasivní čipy maximální dosah v jednotkách metrů. Tato technologie by měla být v budoucnu součástí 5G standardu a dosah RFID by se měl zvýšit na řádově stovky metrů až kilometry,“ popisuje Prokopík. Čipy tak budou moci využívat infrastrukturu mobilních sítí a k jejich rozpoznávání se například bude dát použít hardware z klasických mobilních telefonů. To by mělo využívání tagů výrazně zlevnit.
Samotnou kapitolou bude v 5G sítích podpora tzv. zařízení se sníženými schopnostmi (Reduced Capability User Equipment, RedCap UE), což jsou například chytré hodinky, různé typy senzorů nebo připojených bezpečnostních kamer. Tato zařízení obvykle nepotřebují superrychlé připojení s nízkým zpožděním a nemusí být stále online – komunikaci vysílají nebo přijímají jednou za čas a přenášejí relativně malé množství dat. Nový standard umožní „osekat“ jejich antény a další hardware natolik, že výměnou za nižší přenosovou kapacitu budou mít mnohem delší výdrž baterií – a mohla by také klesnout jejich cena.
„Release-17 zavádí podporu RedCap zařízení, která umožňuje přenosové parametry srovnatelné se standardem LTE, ovšem s některými dalšími výhodami, jako je snížená latence a schopnost fungovat v 5G frekvenčních pásmech až po 52 GHz,“ popisuje Jiří Rynt z Ericssonu.
Vylepšení má být v 5G Advanced mnohem více – konečně například bude možné plnohodnotně využívat tzv. network slicing, tedy vytváření privátních mobilních podsítí, které například budou dostupné jen konkrétním uživatelům nebo budou mít například ultranízké latence. Bude to vše stačit k tomu, aby 5G sítě našly větší praktické využití?
Chcete mít každé ráno v mailu přehled aktuálních článků z Lupy? Objednejte si náš mailový servis a žádná důležitá informace vám neuteče. Objednat si lze i týdenní přehled nebo také newsletter To hlavní, páteční souhrn nejdůležitějších článků ze všech našich serverů.
ČLÁNKY DO MAILU