5G pred vratima – šta nam donosi?

Mnogo se prašine podiglo oko 5G tehnologije, a da zapravo još uvek nismo tačno sigurni o čemu se tu zapravo radi. Zato ćemo u ovom tekstu malo pojasniti šta je to 5G i na koji način on može da utiče na naše živote.

5G je marketinški naziv za 5. generaciju tehnologije mobilnih telekomunikacija. Oznaka 5 u nazivu predstavlja samo sledeći redni broj koji dolazi posle 4. generacije, odnosno posle 4G koja je trenutno u upotrebi.

Kao što je već poznato, ekspanzija razvoja mobilne tehnologije je započela od 1. generacije (1G) koja je predstavljena još davne 1980. Usledile su generacije 2G, 3G, a 2009. je postavljen standard za 4G tehnologiju koja je donela veću brzinu i nove mogućnosti korišćenja mobilne tehnologije.

Da bismo bolje razumeli 5G potrebno je da prvo razumemo šta je to drugačije u odnosu na 4G.

Razlika između 4G i 5G

4G koristi radio-talase u spektru od 700MHz – 2.7GHz i u teoriji obezbeđuje brzinu prenosa podataka do 100 Mbit/s za uređaje u pokretu (u automobilu, autobusu) i do 1 Gbit za uređaje koji nisu u pokretu. Naravno, ove brzine su samo u teoriji, dok su u stvarnosti ove brzine znatno manje.

Brzina

5G koristi dva spektra milimetarskih talasa (dužine od 1 do 10 mm). Spektar od 450 Mhz – 6 Ghz i spektar od 24.25 Ghz – 52.6 Ghz. Pored toga 5G će moći da koristi i neke spektre iz opsega 5.925 Ghz – 7.150 GHz i 64 GHz to 86 GHz. U teoriji tehnologija bazirana na ovim talasima donosi brzinu prenosa podataka od 20 Gbit/s za download i do 10 Gbit za upload.

U praksi ovo znači da jedan film koji trenutno na 4G preuzmete za 7 minuta, na 5G ćete ga preuzeti za 6 sekundi! Mnogo brže nego na 4G.

Latencija

Ono što je možda još značajnija prednost koju nam donosi 5G u odnosu na 4G jeste mnogo kraće kašnjenje (latencija) – vreme za koje podatak stigne od izvora do krajnjeg odredišta.

4G ima prosečnu latenciju od 50ms, dok sa 5G ona može pasti čak na neverovatnih 1ms! Uzmimo radi poređenja ljudski mozak kome treba otprilike 10ms da obradi sliku koju ljudsko oko vidi.

Znači radi se o izuzetno kratkom kašnjenju, što opet otvara mnoge mogućnosti kada je u pitanju razvoj novih tehnologija. Kao primer izuzetno važne primene u novim tehnologijama, često se navode autonomna vozila bez vozača. Čak se smatra da će 5G tehnologija značajno ubrzati razvoj ovog segmenta automobilske industrije i omogućiti značajno veći nivo bezbednosti za ovu vrstu vozila.

Čak se razvila i nova komunikaciona tehnologija pod nazivom C-V2X (cellular vehicle to everything) koja će korisiti 5G tehnologiju kako bi omogućila vozilima da komuniciraju međusobno kao i sa drugim saobraćajnim uređajima pored puta (npr. saobraćajnim znacima), kako bi delili važne informacije i poboljšali funkcionalnost i bezbednost vozila na putu.

Takođe, zbog svojih tehničkih karakteristika, 5G donosi i mnogo mogućnosti za dalji razvoj tele-hirurgije (hirurgije na daljinu), što sa sobom donosi mnogo prostora za dalji razvoj medicine uopšte.

Domet

Zbog prirode talasa koje koristi, 5G tehnologija ima znatno kraći domet u odnosu na 4G.

Za razliku od klasičnih radio-talasa, milimetarski talasi ne mogu nesmetano da prolaze kroz prepreke kao što su drveće, zgrade, ili bilo koji drugi objekti u urbanim sredinama. Čak i prolaskom kroz kišu dolazi do smetnji, pa korišćenje 5G tehnologije zahteva potpuno drugačiji pristup u smislu telekomunikacione infrastrukture.

Umesto baznih stanica stacioniranih na relativnoj međusobnoj udaljenosti, što čini osnov tehnologija pre 5G, nova tehnologija zahteva mnogo manjih antena postavljenih na bliskoj udaljenosti jedni od drugih. Ovo pogotovo važi za urbane sredine, gde se i inače očekuje najveći razvoj i upotreba 5G tehnologije.

Da bi se obezbedio dovoljno kvalitetan 5G signal, antene moraju biti postavljene na udaljenosti od svega nekoliko stotina metara i pritom se mora obezbediti što bolja vidljivost između antena.

Ovi izazovi su kod 5G rešeni primenom nekoliko tehnologija koje ćemo detaljnije objasniti kasnije u ovom tekstu.

Kapacitet

5G može da podrži oko 1 milion povezanih uređaja na 1km2, što je mnogo više od oko 2.000 uređaja na 1km2 koliko podržava 4G. Ovo je veoma značajno kada se ima u vidu razvoj IoT tehnologije (Intenet of Things), kao nosioca razvoja nove insustrijske revolucije.

Drugim rečima, 5G je u mogućnosti da u potpunosti podrži razvoj IoT, što nije bilo moguće sa postojećom 4G tehnologijom.

Samim tim 5G nudi mnogo veće mogućnosti u pogledu daljeg razvoja industrije u celosti, pa samim tim i mnogo više prostora za dalji razvoj tehnologije uopšte.

NOVE 5G TEHNOLOGIJE

S obzirom da 5G u sebi sadrži mnoge nove tehnologije, za očekivati je da mnoge od njih još uvek nisu poznate prosečnom korisniku i da još ima mnogo nepoznanica kada je u pitanju ova tehnologija.

Zato ćemo mi u ovom tekstu pokušati da vam predstavimo neke od glavnih stubova na kojima je 5G tehnologija zasnovana.

Milimetarski talasi

Kao što smo već pomenuli 5G koristi milimetarske radio talase iz posebnih frekvetnih opsega. Mnogi elektronski i mobilni uređaji koje koristimo rade na određenim frekvencijama iz spektra radio-talasa. Oni uglavnom koriste frekventni opseg od 3Khz – 6Ghz. Problem je što je, zbog velikog broja uređaja koji rade u tom opsegu, taj prostor postao prilično pretrpan. Što je više urađaja u tom opsegu, logično je da postoji sve veći problem sa kvalitetom konekcije.

Naučnici su uvideli da postoji veliki potencijal u prostoru iznad 6Ghz (eksperimentiše se čak i u opsegu koji ide čak do 300Ghz). Ovo je spektar koji do sada nije korišćen za mobilne uređaje, a nudi ogroman prostor za takođe ogroman broj novih uređaja.

Ipak, sa milimetarskim talasima postoji jedan problem. To je već pomenuti problem sa načinom na koji oni putuju kroz prostor. Naime, za razliku od klasičnih radio talasa koje koriste današnji mobilni uređaju, milimetarski talasi ne mogu da bez smetnji prolaze kroz prepreke na putu (čvrste prepreke kao zgrade)  i mogu biti absorbovani od strane drveća ili čak i od strane kiše.

Da bi rešili ovaj problem, naučnici koji rade na 5G tehnologiji su došli do rešenje koje podrazumeva korišćenje mreže malih ćelija.

Mreža malih ćelija

Postojeća tehnologija podrazumeva korišćenje manjeg broja baznih stanica koje su opremljene antenama visoke snage. Ovo u potpunosti odgovara prirodi radio talasa koje koristi većina današnjih mobilnih uređaja. Takve bazne stanice emituju radio signal koji može da putuje na relativno velike udaljenosti, a da pritom ne dolazi do pada kvaliteta signala.

S obzirom da kod milimetarskih talasa nije moguće da podaci putuju na isti način kao i kod klasičnih radio talasa, morala je biti primenjena tehnologija koja podrazumeva korišćenje velikog broja malih baznih stanica postavljenih na maloj međusobnoj udaljenosti. Ovo rešenje je primenjeno kako bi se prevazišao problem koji milimetarski talasi imaju prilikom kretanja kroz prostor.

Nasuprot postojećim baznim stanicama, mreža malih ćelija predstavlja zapravo gustu mrežu mini baznih stanica male snage koje su međusobno postavljene na mnogo manjoj udaljenosti od klasičnih baznih stanica. Na taj način formiraju relejnu mrežu sposobnu da lako prenosi signal milimetarskih talasa a da pritom zaobiđu prepreke, bez gubitka u kvalitetu signala.

Ovo posebno dolazi do izražaja u gusto naseljenim urbanim sredinama gde je važno obezbediti kvalitetan signal i pored velikog broja veštačkih i prirodnih prepreka (zgrade, drveća, vozila). Dok se korisnik mobilnog uređaja kreće kroz takvu sredinu, njegov mobilni uređaj će se lako prebacivati sa jedne na drugu baznu stanicu, čuvajući pritom maksimalno moguć visok kvalitet signala.

Ovo je između ostalog omogućeno i korišćenjem takozvane massive MIMO tehnologije.

Massive MIMO

MIMO (Multiple Imput Multiple Output) nije nova tehnologija i prvi eksperimenti datiraju još iz 70-ih godina XX veka. Kao tehnologija je standardizovan pojavom bežične LAN tehnologije, pogotovo pojavom 3G i 4G tehnologije. Massive MIMO predstavlja jedan od modela koji je svoju najbolju primenu našao upravo kao rešenje za izazove koje je doneo 5G.

Današnje 4G bazne stanice imaju manji broj portova na antenama preko kojih se obavlja sav saobraćaj preko mobilnih uređaja. Bazne stanice koje koriste Masive MIMO tehnologiju mogu da podrže oko 100 portova. Na taj način se drastično povećava kapacitet modernih 5G baznih stanica, a samim tim i količina uređaja i podataka koje mogu da se prenesu preko takvih baznih stanica.

Naravno, sve ovo dolazi i sa određenim izazovima. Današnje bazne stanice imaju antene koje emituju signal u svim pravcima, pa svi ti signali koji se prepliću neminovno donose i smetnje.

One su rešene još jednom tehnologijom koja predstavlja sastavni deo Massive MIMO rešenja i ogleda se u tehnologiji pod nazivom Beamforming.

Beamforming

Beamforming tehnologija je poznata i pod nazivom tehnika usmerenog snopa ili tehnika formiranja snopa. Pojednostavljeno rečeno ona predstavlja neku vrstu kontrolora saobraćaja koji emituju bazne stanice zasnovane na Massive MIMO tehnologiji.

Umesto da kao kod sadašnjih baznih stanica signal bude usmeren u svim pravcima, on biva usmeren u vidu snopa talasa direktno prema uređaju koji treba da primi taj signal. Na taj način se sprečava pojava mešanja signala i smetnji koje mogu biti prouzrokovane tim mešanjem i ujedno se povećava efikasnost cele komunikacije. Ujedno to znači da bazna stanica može istovremeno slati i primati više podataka odjednom.

Ukoliko se nalazite, recimo, između nekoliko zgrada i pokušavate da pozovete nekoga preko vašeg 5G uređaja, vaš signal će se odbijati od okolnih zgrada i dalje mešati sa signalima drugih korisnka na tom području. Bazne stanice zasnova na Massive MIMO tehnologiji će sačuvati podatke za svaku od tih konekcija, njihovom vremenu slanja i pravcu odakle dolaze. Zatim će iskoristiti algoritme za procesiranje signala da bi odredile odakle tačno dolazi konkretan signal. Tako procesiran signal će zatim usmeriti prema uređaju, odnosno prema najpribližnijoj lokaciji odakle je taj signal došao. Na taj način se čuva maksimalno moguć kvalitet signala i izbegava mešanje sa drugim signalima iz okoline.

Rezultat ovakvog načina rada je na kraju veoma precizan tok podataka koji je usmeren samo prema vašem uređaju.

Ipak, sve ovo ne bi imalo pun potrencijal da nema tehnologije pod nazivom Full-Duplex.

Full-Duplex

Još od ranih dana razvoja bežične komunikacije, uređaji koji međusobno komuniciraju imali su mogućnost da u jednom trenutku ili samo odašilju ili samo primaju signal. Nije postojala mogućnost da istovremeno i primaju i šalju taj signal. Najbolji primer za takvu vrstu komunikacije je toki-voki komunikacija. Da bi učesnik sa jedne strane mogao da pošalje poruku drugom učesniku, morao je da pritisne dugme za transmisiju i izgovori poruku. Onda je morao da sačeka poruku drugog učesnika u komunikaciji, pa tek onda da ponovo sam pošalje novu poruku.

Današnje bazne stanice imaju isto takvu zadršku u komunikaciji. Obična antena na baznoj stanici može da izvrši samo jedan zadatak u jedinici vremena. Može ili da odašilje ili prima signal. Ovo je zbog principa koji se zove reciprocitet koji prestavlja tendenciju radio talasa da putuju napred nazad na istoj frekvenciji. Ukoliko bi se dozvolilo podacima da putuju na taj način, neumitno bi dolazilo do smetnji i lošeg prenosa signala a samim tim i lošeg prenosa podataka,

Da bi rešili taj problem, inženjeri su do sada ili primenjivali već pomenuti način prenosa gde se po jednoj frekvenciji obavlja samo jedan zadatak u jedinici vremena, ili su koristili različite frekvencije. U tom slučaju bi se na jednoj frekvenciji vršilo odašiljanje, a na drugoj prijem signala.

Da bi prevazišli ova ograničenja i komunikaciju učinili što efikasnijom, inženjeri su kreirali silikonske tranzistore koji predstavljaju ultra brze prekidače koji sprečavaju signal da putuje nazad po istoj frekvenciji.

Umesto toga signali mogu da putuju istovremeno u oba smera, a ovi prekidači sprečavaju da dođe do njihovog sudaranja na istoj frekvenciji i ujedno smanjuje mogućnost smetnji koje bi mogle biti prouzrokovane tim sudaranjem.

Full-Duplex tehnologija zato predstavlja potpuno novu tehnologiju u ovoj oblasti, koja zaista u mnogome unapređuje način na koji mobilni uređaji mogu funkcionisati u veoma bliskoj budućnosti.

Izazovi

Kao i svaka nova tehnologija, tako i 5G donosi mnogo izazova koje tek treba rešiti. Iako je već prisutna, 5G tehnologija je praktično još uvek u začetku i proćiće verovatno još nekoliko godina do iole ozbiljnije primene na globalnom tržištu.

Trenutno Kina i Sjedinjene Američke Države prednjače u implementaciju 5G tehnologije, pa je po svemu sudeći ove neka vrsta novog tehnološkog rata po uzoru na svemirsku trku iz 60-ih godina XX veka.

Neke globalne naučne organizacije kao WMO (World Meteorological Organization) upozoravaju da bi korišćenje frekvencija iz visokog radio spektra moglo da prouzrokuje problem sa drugim tehnologijama koje se zasnivaju na korišćenju radio talasa, pre svega misleći na meteorološke uređaje koji služe za rano upozoravanje na vremenske nepogode.

Takođe, nova tehnologija prodrazumeva i neuporedivo veći broj baznih stanica od postojeće 4G tehnologije. Glavni razlog tome je što kraća talasna dužina 5G talasa ima i mnogo kraći domet. 4G ima domet od oko 16 km, dok 5G ima samo 300m.

Iako su za ovu mrežu potrebne daleko manje bazne stanice, u poređenju sa 4G tehnologijom, njihovo broj je drastično veći. Ovo nameće ujedno i problem troškova koji su neophodni da bi se 5G tehnologija u potpunosti implementirala.

Pored ulaganja u infrastrukturu, postoji i veliki trošak prelaska na novu tehnologiju sa strane proizvođača uređaja. Neki proizvođači već proizvode 5G uređaje, ali se za sada postavlja pitanje opravdanosti kupovine takog uređaja. Sa strane korisnika i nema mnogo smisla kupiti uređaj koji mu odmah neće pružiti pun potencijal. Još je mala pokrivenost 5G signalom, pa čak i u zemljama koje prednjače u ovoj tehnologiji, ona još uvek nije ni blizu zadovoljavajućeg nivoa.

Drugo, mobilni 5G uređaji su prilično skupi i pritom još uvek pate od pregrevanja i kratkog radnog ciklusa baterije, pa se samo po sebi nameće pitanje zbog čega bi neko u ovom trenutku kupio takav uređaj, ako ne može da iskoristi potencijal nove tehnologije.

Na kraju, tu je i zabrinutost zbog potencijalno negativnog uticaja nove tehnologije na zdravlje ljudi. Još je prilično nejasno da li i na koji način uopšte 5G tehnologija utiče na zdravlje ljudi i uopšte zdravlje živih bića. Postoje potpuno oprečna mišljenja naučnika po ovom pitanju, od toga da postoji negativan uticaj koji može dovesti do potencijalno štetnih posledica i da nema nikakve razlike između postojeće 4G tehnologije i 5G tehnologije, do toga na ne postoji apsolutno nikakav negativan uticaj. Oni obazrivi tvrde da se u ovom trenutku ne može sa sigurnošću tvrditi ni jedno ni drugo. Jednostavno nema dovoljno materijala koji bi nedvosmisleno povezao uticaj 5G sa jednom ili drugom teorijom.

Koliko god blizu, izgleda da će 5G ipak pričekati još neko vreme dok se ne stekne dovoljno uslova za njenu punu implementaciju.

5G u regionu

Što se tiče nas u Srbiji, ali i zemalja u regionu, po svemu sudeći, proći će još dosta vremena dok počne iole ozbiljnija implementacija nove tehnologije. Ookla na svojoj 5G mapi daje podatke po kojima je za sada 5G u regionu zastupljen uglavnom u takozvanoj pre-release fazi, što znači da postoji 5G hardver, ali je tehnologija još uvek u fazi testiranja i nije dostupna za komercijalnu upotrebu. Od zemalja bivše Jugoslavije, jedino Hrvatska ima hardver koji se nalazi u Zagrebu i u upotrebi je, ali je dostupan samo određenom broju korisnika. Od zemalja u okruženju komercijalna upotreba je za sada dostupna jedino u Rumuniji.

Na kraju i da zaključimo: Uz punu implementaciju 5G običan korisnik će imati mnogo brži i stabilniji Internet, ali to je samo deo onoga što nam ova tehnologija donosi. Očekuje se i značajno unapređenje postojećih tehnologija kao što su IoT, dalji razvoj VR-a, telemedicine, gejming industrije, različitih online servisa. Ono što je sigurno je da će nova tehnologija doneti i nove oblike industrije, a kako će to sve izgledati, ostaje da svi zajedno ispratimo.

Naravno, države i kompanije širom sveta nastavljaju da ulažu u ovu tehnologiju i više nije pitanje da li će ona zaista zaživeti u punom sjaju, već samo kada će se to dogoditi.

Kakvo je vaše mišljenje – da li ste oprezni i možda zabrinuti zbog brzog razvoja novih tehnologija ili se radujete napretku i spadate u grupu onih koji zbijaju šale na temu 5G zavera i naslova poput „5G je kriv za Covid-19 epidemiju„?