Dlaczego 5G nie ma skrótu jak LTE przy 4G?

O 2G możemy powiedzieć GSM. Przy 3G pojawił się skrót UMTS, a LTE używamy zamiennie z 4G, to dlaczego przy najnowszej technologii mobilnej 5G nie ma dodatkowego opisu?

Skąd wzięły się skróty GSM, UMTS i LTE

GSM narodziło się w Europie

Na początku lat 80., kiedy Europejska Wspólnota Gospodarcza powoływała instytut Groupe Spécial Mobile (GSM), który miał opracować nowy standard telefonii mobilnej, nikt nie zastanawiał się nad oznaczeniem sieci czy wyświetlaniem rodzaju technologii na ekranie telefonu. W tamtym czasie każdy kraj rozwijał swój własny system i nie istniały rozwiązania pozwalające na ich unifikację. Dla twórców GSM wyzwaniem było stworzenie jednego standardu, który będzie pozwalał na rozmowy we wszystkich krajach EWG. Dzięki wypracowanym standardom i normalizacji wykorzystania częstotliwości dla mobilnej telekomunikacji Europa w latach 90. wyznaczała trendy w światowej telekomunikacji. To wtedy technologia GSM stała się dominującym standardem, a rozwinięcie skrótu zmieniło się z lokalnego Groupe Spécial Mobile (fr.) na światowy Global System of Mobile Communications (ang.).

UMTS – jeden standard dla wszystkich

W latach 80. ubiegłego wieku świat nie funkcjonował jeszcze w warunkach globalnej gospodarki, która rozwinie się w kolejnej dekadzie wraz z powstaniem Światowej Organizacji Handlu oraz światowej sieci internetowej. W efekcie ograniczonego przepływu informacji powstawały różne standardy technologiczne dla telefonii mobilnej. Stanowiło to duży problem dla szybszego rozwoju usług telekomunikacyjnych. Dlatego Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) stworzył koncepcje IMT-2000 (International Mobile Telecommunications), która miała stanowić podstawy stworzenia międzynarodowego standardu dla komunikacji mobilnej do roku 2000. Prace dotyczące harmonizacji częstotliwości i określenia standardów technologii były prowadzone niezależnie w wielu instytutach na świecie. Wymagało to ujednolicenia ich wyników i pod koniec lat 90. powstała międzynarodowa organizacja normalizacyjna 3GPP (3rd Generation Partnership Project), której zadaniem było wypracowanie jednolitego standardu dla sieci mobilnych trzeciej generacji tzw. 3G.
Zgodnie z założeniami 3GPP wypracowała jednolity standard, który miał zastąpić GSM i dlatego nazwano go Uniwersalnym Systemem Telekomunikacji Mobilnej – UMTS (ang. Universal Mobile Telecommunications System).

LTE – jeden system by połączyć wszystkie

UMTS nie wyeliminował różnic w systemach mobilnych funkcjonujących na świecie a jedynie je pogodził. W konsekwencji w 2005 roku powstała koncepcja stworzenia kolejnego standardu, który scaliłby wszystkie funkcjonujące obecnie systemy mobilne w jeden wspierany na całym świecie. Ponieważ wszystkie organizacje współpracowały już w ramach 3GPP nic nie stało na przeszkodzie aby ta organizacja prowadziła dalsze prace. Warto dodać, że 3GPP odpowiada również za przygotowanie standardu 5G. A można założyć, że w przyszłości 6G również powstanie w ramach tej organizacji. Wdrożenie czwartej generacji technologii mobilnej z założenia miało zakończyć rozwój innych standardów przesyłania danych. Dlatego inną nazwą 4G jest Long-Term Evolution (LTE), która opisuje dokładnie cel powstania tego standardu jakim jest długoterminowy rozwój technologiczny. Dlatego 5G wywodzi się wprost ze standardu 4G ale wiele zastosowanych rozwiązań ma dużo starszy rodowód np. SMS-y.

Marketingowcy wygrywają z inżynierami

Przyśpieszenie w mobilnym internecie

Istotną częścią wprowadzenia UMTS było wykorzystanie pakietowej transmisji danych, która okazał się kluczowa dla powstania smartphonów i całej nowej gałęzi usług. Zaprezentowany w 2007 roku iPhone rozpoczął erę skokowego wzrostu przesyłanych danych w sieciach mobilnych. Do czasu wprowadzenia protoplasty obecnych smartfonów o mobilnej transmisji danych myślano raczej w kontekście modemów stacjonarnych. Dla tego rozwijano technologię WiMAX, która swój koniec zawdzięcza rozwojowi LTE oraz konieczności zabezpieczenia częstotliwości pod 5G.

Dla operatorów pojawienie się smartfonów oznaczało wejście w nowe obszary walki o klienta – zasięgu i prędkości oferowanego połączenia z internetem. Kolejno wprowadzane zmiany w technologii pozwalały na osiąganie coraz wyższych prędkości: w przypadku 3G i UMTS przy wykorzystaniu Dual-Cell HSPA+ było to przy pobieraniu 84 Mbps oraz przy wysyłaniu 22 Mbps. Prawdziwy skok technologiczny w przesyłaniu danych miał nadejść wraz z LTE – 300 Mbps przy pobieraniu i 75 Mbps przy wysyłaniu. Warto pamiętać, że techniczne wymagania dla 4G zostały ogłoszone przez 3GPP pod koniec 2008 roku równocześnie z ogłoszeniem Dual Cell HSPA+. Rok wcześniej ogłoszono założenia techniczne dla HSPA+, które pozwalało na osiągnięcie prędkości: przy pobieraniu 28 Mbps, przy wysyłaniu 11,5 Mbps. Ponad 10 lat później średnia prędkość pobierania danych w sieciach mobilnych w Polsce w 2019 roku to 22,4 Mbps – zgodnie z danymi pomiarów PRO Speed Test.

4G lepsze od HSPA+

Do czasu upowszechnienia się smartfonów o nazwach technologi decydowali inżynierowi, dla których DC HSDPA dokładnie opisywało technologie ( Dual Cell High Speed Downlink Packet Access – podwójna komórka do szybkiej transmisji pakietów do użytkownika). To co dla inżyniera czy technologicznego freak’a jest czystą poezją dla zwykłego użytkownika jest czarną magią. Pod koniec 2010 roku ITU ogłosiło, że zmienia definicję 4G i dopuszcza stosowanie tej nazwy dla zaawansowanych rozwiązań 3G m.in. HSPA+. Jednak nie wynikło to z jakiejkolwiek zmiany technologicznej czy wcześniejszego błędu inżynierów. Taką decyzję wymógł na inżynierach z ITU rynek, a dokładniej operatorzy z USA, którzy już od wielu miesięcy wykorzystywali w reklamach 4G do określenia sieci HSPA+ oraz smartfonów z systemem Android.

W 2011 roku pojawiło się dużo nowych smartfonów z system Android, które wykorzystywały możliwość stosowania oznaczenia 4G dla HSPA+. To właśnie w tym roku system operacyjny Android zdominował rynek i co drugi nowo sprzedany smartfon w 2011 roku korzystał z tego systemu.

Dlaczego marketingowcy wygrali z inżynierami?

Wprowadzenie 3G rozbudziło wyobraźnię wszystkich: klientów, operatorów, analityków i rządzących. Nie bez znaczenia zapewne był moment wprowadzenia standardu tuż przed wejściem w XXI wiek. Doprowadziło to do zapłacenia przez operatorów ogromnych opłat licencyjnych za częstotliwości, które w sumie wyniosły 109 miliardów euro. Była to bardzo kosztowna inwestycja, która doprowadziła do zadłużenia całej branży telekomunikacyjnej. Co w efekcie opóźniło proces wdrażania 3G. Na tym gruncie w 2008 roku ITU określa wymagania dla sieci 4G. Jednym z nich jest prędkość przekraczająca 100 Mb/s. W 2010 roku działały już pierwsze sieci LTE i stało się jasne, że do osiągnięcia parametrów 4G jest jeszcze bardzo długa droga. Zwłaszcza, że rzeczywiste prędkości osiągane w sieci HSPA+ były porównywalne z tymi dostępnymi w sieciach LTE.

Dla wielu operatorów budowanie nowej sieci w momencie, w którym duże inwestycje w UMTS nie miały czasu się zbilansować było nie do pomyślenia. Twarde prawa ekonomii zmusiły Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny do dopuszczenia wykorzystywania oznaczenia 4G dla sieci i urządzeń obsługujących zaawansowane rozwiązania UMTS. W ten sposób marketingowcy mogli tchnąć nowe życie w sieć 3G, a dyrektorzy finansowi odetchnęli z ulgą.

Nadchodzi 5G

Definiowanie wymagań dla 5G

Pierwsze wizje dotyczące technologii, która ma zastąpić 4G zostały zaprezentowane w 2007 roku. Podczas konferencji WWRF stwierdzono, że nowa technologia musiała oferować większą efektywność wykorzystania pasma. Dotyczyło to zarówno energii elektrycznej jak i ilości danych. Dodatkowo musiała zapewniać obsługę znacznie większej liczby urządzeń końcowych na km². W marcu 2011 roku 3GPP (Release 10) opublikowało wymagania dotyczące standardu LTE Advanced, czyli 4G zgodnie z definicją ITU. LTA Advanced pozwalało na agregację do 5 pasm częstotliwości o szerokości do 20 MHz. Odpowiadało to w sumie 100 MHz, które były określone przez ITU jako standard dla 4G. Również teoretyczna maksymalna prędkość 3 Gbps spełniała wymóg prędkości minimalnej 1 Gbps dla 4G. Jednak na pierwszy modem pozwalający na osiągnięcie tej prędkości trzeba było czekać do 2016 roku. Czyli aż 13 lat po tym, jak ITU określiło standardy dla 4G.

Praktycznie zaraz po ogłoszeniu standardu LTE Advanced w 2011 roku zarówno producenci in jak i operatorzy przedstawili swoje oczekiwania dotyczące 5G:

1. Ma oferować wyższą prędkość przesyłania danych.
2. Zapewniać większą pojemność dla milionów urządzeń IoT.
3. Dużo efektywniejsze wykorzystanie pasma dla operatorów.
4. Opóźnienia w sieci 5G miały być porównywalne do sieci światłowodowych.

Dodatkowo należało określić czy nowa sieć będzie współpracowała z 4G czy ma być zupełnie nową technologią. Cele dla 5G proponowane przez producentów infrastruktury i operatorów były zgodne. Na tej podstawie ITU sformułowało założenia dla projektu sieci po 2020 roku. Aby w 2015 roku ogłosić oficjalne wymagania dla projektu IMT-2020 czyli 5G.
Więcej początkach 5G można przeczytać na stronie: Początki 5G.

5G potrzebuje nowych rozwiązań i zasobów

Technologia 5G zgodnie z określonymi przez ITU wymaganiami powinna pozwalać m.in. na:

1. Maksymalna prędkość: 10 Gb/s
2. Prędkość dostępna dla użytkowników: 100 Mb/s
3. Korzystanie w ruch z prędkością co najmniej: 500 km/h
4. Połączenie na obszarze 1km² ponad: 1 000 000 urządzeń
5. Opóźnienie mniejsze niż: 1 ms
6. Efektywność wykorzystania częstotliwości większa: x3

Aby spełnić wymagania stawiane przed siecią 5G konieczne było opracowanie zupełnie nowych rozwiązań technologicznych. Stanowiło to wyzwanie zarówno dla operatorów, producentów infrastruktury, urządzeń oraz administracji rządowej. Najmocniej w projekt 5G zaangażowały się Chiny, które stały się jednym z głównych dostawców infrastruktury dla 4G. Na początku 2013 roku powołały przy udziale trzech ministerstw organizację IMT-2020 (5G) Promotion Group. UE powołała do życia program 5G PPP (The 5G Infrastructure Public Private Partnership), którego celem były prace nad rozwiązaniami dla 5G. W pierwszej fazie, która rozpoczęła się w 2015 roku, przyjęto do realizacji 19 projektów z 83 zgłoszonych.

Jeden standard 5G

W przypadku 5G zadziałał inny mechanizm niż w przypadku poprzednich technologii 2G, 3G i 4G. Do zdefiniowania standardu 5G wykorzystano przekrojowe parametry dotyczące sieci i jej jakości. W związku z tym wprowadzenie nowej technologii spełniającej tylko jeden z wymogów stawianych przed 5G nie mogło być utożsamiany z nową generacją sieci. W 4G można wykorzystywać 20 MHz blok częstotliwości w 5G jest to już 100 MHz. Dlatego do uruchomienia sieci 5G potrzebne były nowe zasoby częstotliwości. Poprawa efektywności energetycznej i wykorzystania częstotliwości mają zapewnić nowe technologie stosowane w antenach: Massive MIMO oraz beamforming. Czyli dwustronna komunikacja wieloantenowa BTSa z urządzeniem oraz optymalizacja kształtowania wiązki radiowej. Po szerokim wykorzystaniu w komunikacji marketingowej 4G jako synonimu nowej jakości w świadomości klientów zbudowano przekonanie, że 5G jest jej naturalnym następcą. Dlatego wprowadzanie kolejnych standardów LTE: LTE Advanced i LTE Advanced Pro, nie wzbudzało już wśród klientów dużych emocji.

To wszystko sprawiło, że nie ma jednej technologii, którą można jednoznacznie identyfikować z 5G. Dlatego też nie ma innego skrótu, który można wykorzystać do zamiennego nazywania 5G.