Prechod zo 4. generácie mobilných sietí na 5G sa má začať odohrávať v horizonte piatich rokov. Vďaka nim budeme mať v mobile rýchly internet schopný ovládať autonómne autá či technickú prevádzku v celej firme.
Ilustračný obrázok. Zdroj: Pixabay.com
Problematiku 5G sietí priblížil Ing. Milan Ťapajna, PhD. v rámci cyklu prednášok Veda v CENTRE vo vedeckej kaviarni CVTI SR v Bratislave. Vedec sa vo svojom výskume zameriava na štúdium elektrických vlastností a spoľahlivosti nových elektronických súčiastok na báze GaN polovodičov. S najväčšou pravdepodobnosťou nájdu využitie práve vo vysokofrekvenčnej a výkonovej elektronike, ktorá súvisí aj s prechodom na 5G siete. Od roku 2017 je Milan Ťapajna zástupcom riaditeľa Elektrotechnického ústavu SAV v Bratislave. Tému 5G sietí považuje za svoju srdcovku.
Vedec Milan Ťapajna v rozhovore s moderátorom Tomášom Verníčkom vo Vedeckej kaviarni. Foto: Marián Zelenák, NCP VaT pri CVTI SR
Od 1G po 5G v skratke
Vedec pripomína, že 1G siete a s nimi aj prvé mobilné telefóny sa rozšírili v Japonsku začiatkom 80-tych rokov minulého storočia. „Vtedy boli ešte veľmi masívne, väčšie ako tehly a málo spoľahlivé. Našinec si pamätá 2G siete a veľmi drahé mobily, v 90-tych rokoch stáli u nás 50 tisíc korún. Ale ku koncu tisícročia začali byť dostupnejšie a neskôr sa už dali kúpiť aj za „korunu“, ak ste sa zaviazali vernosťou mobilnému operátorovi.“ Aj schopnosti mobilných telefónov sa rozširovali postupne. Z prvých sa dalo len telefonovať, v 90-tych rokoch minulého storočia ste vďaka nim už mohli aj posielať a prijímať esemesky. „3G sieť sa u nás začala zavádzať v roku 2001 a znamenala možnosť mať v telefóne internet. Čiže aj posielať emaily, počúvať hudbu a pod. Išlo o veľký skok z prenosovej rýchlosti 94 kbit za sekundu na 2 Mbit za sekundu.“ 4G sieť sa vo svete rozšírila v roku 2009 a je k dispozícii až dodnes, hoci sa neustále vylepšuje. Aj nová, čiže piata generácia sietí sa bude udomácňovať postupne.
Stonásobne rýchlejšie
Jedným z hlavných dôvodov, prečo sa bude udomácňovať postupne, je veľká finančná náročnosť výmeny 4G za 5G. K existujúcim systémom sa budú musieť pridať úplne nové anténne systémy, riadiace systémy, nové mobily, prakticky príde ku generačnej výmene celého systému. „Kým teraz dokáže mobil v 4G sieti sťahovať dáta z internetu na úrovni 10 – 100 Mbit za sekundu, v 5G sieti to dokáže na úrovni 1 – 10 Gbit za sekundu, čo je až stonásobný rozdiel. V ideálnych podmienkach to znamená, že keď sťahujete do mobilu dvojhodinový film v 4G sieti, trvá to zhruba 6 minút. V 5G sieti to môže trvať zhruba 3,6 sekundy,“ približuje Milan Ťapajna. Ďalšou inováciou bude výrazné zrýchlenie odozvy siete. „Ak teda na obrazovke mobilu v 5G sieti na niečo kliknete, okamžite zareaguje. Preto sa budú môcť 5G siete využívať aj pre autonómne vozidlá.“ Ďalšia zásadná zmena bude v počte zariadení, ktoré dokážeme pripojiť na jednu základňovú stanicu mobilnej siete pri danom pokrytí. „V 4G sieti pripojíme zhruba tisíc zariadení na 1 km², v 5G sieti až milión zariadení.“
Grafická schéma znázorňuje rozdiel medzi anténami 4G a 5G sietí. Foto: Marián Zelenák, NCP VaT pri CVTI SR
Základňové stanice budú aj v budovách
Dôležitá zmena sa dotkne aj rozmiestnenia staníc. Rádiové vlny, ktoré používame v 4G sieti, patria do oblasti mikrovĺn, v 5G sieti sa budú používať takzvané milimetrové vlny. Základňové stanice budú veľmi blízko nás, priamo v miestnostiach a v budovách, tým pádom budú fungovať na celý rozsah výkonov. „Dnes majú mobilní operátori sektorové antény umiestnené v exteriéri. V 5G sieti ich nahradia panely rovnomerne pokryté mikroanténkami, ktoré sa nazývajú aj masívne MIMO antény (odvodené od multiple input – multiple output, čiže mnohonásobný vstup – mnohonásobný výstup – pozn. red.). Ak by sme chceli pokryť 5G signálom miestnosť, v ktorej sedíme (zhruba 20 x 20 metrov – pozn. red.), potrebovali by sme v nej umiestniť jednu základňovú stanicu, takzvanú piko – celu, niečo ako silnejší wifi router s rozmermi cca 20 cm x 20 cm. Keď sa totiž chceme dostať na tie úžasné rýchlosti, ktoré sme v úvode uviedli, potrebujeme podstatne vyššie frekvencie a prírodou je dané, že šírenie signálu je nepriamo úmerné frekvencii. Čím vyššia je teda frekvencia, tým nižšia je vlnová dĺžka a tým menšie je pokrytie signálom,“ vysvetľuje Milan Ťapajna a vyvracia obavy, ktoré niektorí ľudia spájajú s touto novinkou. Obávajú sa, že žiarenie, ktoré nás bude obklopovať takto zblízka, bude zdraviu škodlivé. „To určite nie. Vysoké vlnové frekvencie nedokážu prejsť ani hlbšie pod pokožku človeka a veľká časť žiarenia sa od nej odráža.“
Kremík nahradia iné materiály
5G siete budú vyžadovať nielen nové základňové stanice, ale aj nové mobily využívajúce súčiastky z iných materiálov. Dnešné kremíkové súčiastky pracujú efektívne do 3 GHz elektromagnetického žiarenia. 5G siete budú spočiatku fungovať na 6 GHz, postupne sa prejde až na 20 GHz. „Pre mobily, ale aj ďalšie prístroje, ktoré budú 5G sieť využívať, budeme potrebovať súčiastky z materiálov, ako je gálium arzenid (GaAs), ktorý sa v mobiloch používa už aj dnes. A pevne verím, že aj gálium nitrid (GaN), ktorý ponúka výkonnejšie a efektívnejšie súčiastky, ale ešte musí prejsť ďalším vývojom,“ približuje vedec.
Ilustračný obrázok. Zdroj: Pixabay.com
Už v roku 2025
5G sieť sa často spomína aj v súvislosti s internetom vecí (označenie pre prepojenie zariadení, objektov, ľudí s internetom pomocou Wi-Fi alebo Bluetooth – pozn. red.). Okrem autonómnych áut si pod týmto pojmom môžeme predstaviť aj autonómne autobusy, ktoré budú zabezpečovať hromadnú dopravu. Predstaviť si tiež môžeme drony, ktoré budú prenášať zásielky. Pomocou aplikácií stiahnutých do mobilného telefónu bude môcť človek ovládať technickú prevádzku v celej firme.
To všetko nie je časovo tak ďaleko, ako by sa mohlo zdať. „Historicky prvý test 5G sietí na Slovensku robil mobilný operátor 4ka v júli 2019 v Banskej Bystrici. Jedna stanica s anténou typu masívne MIMO je nainštalovaná aj v Dúbravke, ale ešte sa na 5G sieť nepoužíva,“ vysvetľuje Ťapajna. Členské štáty Európskej únie musia zabezpečiť prístup na budovanie 5G sietí vo frekvenčnom pásme do 6 GHz do júna 2020. Predpokladá sa, že v roku 2025 sa začnú spúšťať 5G siete v plnej kapacite. No najprv sa budú snažiť 5G sieťami pokryť veľké priestory, kde sa stretáva veľa ľudí, napríklad športové štadióny, nákupné centrá či verejné budovy.
Čo je vedecká kaviareň?
Vedecké kaviarne pod názvom Veda v CENTRE pravidelne raz do mesiaca organizuje pre širokú verejnosť Národné centrum pre popularizáciu vedy a techniky v spoločnosti pri Centre vedecko-technických informácií SR (CVTI SR) v Bratislave. Ak sa chcete dozvedieť viac, v neformálnej a priateľskej atmosfére pri káve sa môžete do diskusie zapojiť aj vy.
Stretnutie vo vedeckej kaviarni je organizované pravidelne každý posledný štvrtok v mesiaci o 17:00 hod. v kongresovej sále Centra vedecko-technických informácií SR, Lamačská cesta 8/A v Bratislave, 2. poschodie. Prvá kaviareň sa uskutočnila 21. 5. 2008.
