Powstające technologie kształtujące przyszłe sieci 5G

Może się wydawać, że czwarta generacja technologii komunikacji mobilnej dopiero co trafiła na fale radiowe. Ale tak zwana technologia 4G istnieje pod różnymi postaciami od 2006 roku i jest obecnie powszechnie dostępna w obszarach metropolitalnych Stanów Zjednoczonych, Europy i Azji.

Nic więc dziwnego, że specjaliści od komunikacji zaczynają myśleć o kolejnej rewolucji. Co więc przyniesie nam 5G?

Dzisiaj otrzymujemy kilka interesujących spekulacji od Federico Boccardiego z Bell Labs firmy Alcatel-Lucent i kilku kumpli. Ci goście skupili się na technologiach, które najprawdopodobniej będą miały destrukcyjny wpływ na następną generację technologii komunikacyjnych. I wskazali nowe technologie, które zmuszą nas do ponownego przemyślenia natury sieci i sposobu, w jaki urządzenia z nich korzystają.

Pierwsza przełomowa technologia, którą ci faceci wybrali, zmieni ideę, że sieci radiowe muszą składać się z komórek skupionych na stacji bazowej. W obecnych sieciach telefon łączy się z siecią, ustanawiając łącze w górę i łącze w dół z lokalną stacją bazową.

To prawdopodobnie się zmieni. Na przykład, coraz bardziej prawdopodobna jest możliwość, że sieci 5G będą opierać się na wielu różnych pasmach częstotliwości, które przenoszą informacje z różnymi szybkościami i mają bardzo różne charakterystyki propagacji.

Tak więc urządzenie może wykorzystywać jedno pasmo jako łącze w górę z dużą szybkością, a drugie jako łącze w dół z niską szybkością lub odwrotnie. Innymi słowy, sieć zmieni się w tej chwili zgodnie z zapotrzebowaniem urządzenia na dane.

Jednocześnie pojawiają się nowe klasy urządzeń, które komunikują się tylko z innymi urządzeniami: np. czujniki przesyłające dane do serwera. Urządzenia te będą miały możliwość decydowania, kiedy i jak najskuteczniej przesłać dane. To zmienia sieć z sieci komórkowej na zorientowaną na urządzenia.

Nasza wizja jest taka, że ​​architektura zorientowana na komórki powinna ewoluować w architekturę zorientowaną na urządzenie: dane urządzenie (człowiek lub maszyna) powinno być w stanie komunikować się poprzez wymianę wielu przepływów informacji przez kilka możliwych zestawów heterogenicznych węzłów, powiedzmy Boccardi i spółka.

Kolejna nowa technologia będzie polegać na wykorzystaniu transmisji fal milimetrowych, oprócz obecnie stosowanej transmisji mikrofalowej. Boccardi i spółka twierdzą, że mikrofalowa nieruchomość ma ogromną premię. Jest z tego tylko około 600 MHz. I chociaż przejście z telewizji analogowej na cyfrową uwalnia trochę więcej widma, jest to stosunkowo niewiele, około 80 MHz, i ma ogromną cenę.

Dlatego naturalne jest patrzenie na dłuższe fale i wyższe częstotliwości transmisji fal milimetrowych w zakresie od 3 do 300 GHz. Powinno to zapewnić wzrost przepustowości o rzędy wielkości.

Ale nie będzie to przebiegać całkowicie gładko. Głównym problemem tych częstotliwości jest ich charakterystyka propagacyjna – sygnały są łatwo blokowane przez budynki, niepogodę, a nawet przez samych ludzi, gdy przemieszczają się między urządzeniem a nadajnikiem.

Powinno być jednak możliwe rozwiązanie większości problemów przy użyciu zaawansowanych technologii transmisji, takich jak anteny kierunkowe, które przełączają się w czasie rzeczywistym w miarę blokowania sygnałów. Mówią, że propagacja nie jest wyzwaniem nie do pokonania.

Następna jest szybko rozwijająca się technologia wielu wejść i wielu wyjść lub technologia MIMO. Stacje bazowe będą wyposażone w wiele anten, które transmitują jednocześnie wiele sygnałów. Co więcej, urządzenie może mieć wiele anten do odbierania i przesyłania kilku sygnałów jednocześnie. To znacznie poprawia wydajność, z jaką sieć może wykorzystywać swoje częstotliwości.

Będzie to jednak oznaczało większe anteny, być może rozsiane po powierzchni drapaczy chmur. To dobrze w nowoczesnych miastach o dużej powierzchni, która jest stosunkowo łatwo dostępna. Trudniej byłoby zarządzać w starszych miastach, gdzie duże panele będą trudniejsze do ukrycia.

Inteligentniejsze urządzenia powinny również pomóc w kształtowaniu sieci przyszłości. Tak więc zamiast sygnałów kierowanych przez stację bazową, inteligentne urządzenia wykonają tę pracę, wybierając spośród wielu różnych opcji. W przypadku nowoczesnych smartfonów powinno to być stosunkowo proste zadanie.

A ostatnią przełomową technologią, którą identyfikują ci faceci, jest zdolność urządzeń do komunikowania się ze sobą bez korzystania z sieci. Boccardi i spółka twierdzą, że będzie to miało zasadnicze znaczenie dla sposobów wykorzystania przyszłych sieci. Na przykład sieć czujników może mieć dziesięć tysięcy urządzeń przesyłających dane o temperaturze. Będzie to łatwiejsze, jeśli będą mogli przesyłać je z jednego urządzenia do drugiego, a nie przez pojedynczą stację bazową.

Oczywiście wiele z tych rozwiązań stanowi poważne wyzwanie technologiczne, ale żaden z nich nie powinien być popisowy. Nowe kierunki badań doprowadzą do fundamentalnych zmian w projektowaniu przyszłych sieci komórkowych 5G, twierdzą Boccardi i współpracownicy z przekonaniem.

5G nie jest kwestią „czy”, ale „kiedy”.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1312.0229 : Pięć przełomowych kierunków technologii dla 5G

ukryć