Początki 5G
Pierwsze oczekiwania dotyczące 5G pojawiły się wraz z pracami nad LTE oraz IMT-Advanced, czyli 4G przed 2010 rokiem. Jednak to ogłoszenie standardu LTE Advanced w 2011 roku można przyjąć jako punkt początkowy prac nad 5G.
Czego oczekiwano od 5G przed LTE Advanced?
Jak wyglądał świat mobilnego internetu w 2007 roku
W 2007 roku około 20% populacji świata korzystało z internetu w tym tylko około 4% z dostępu mobilnego. Jednak z telefonów komórkowych korzystało już ponad połowa populacji na świecie, a dynamika zmian była ogromna. Od 2004 do 2007 roku liczba użytkowników telefonów komórkowych na świecie podwoiła się (Statystyki ITU). W czerwcu 2007 roku pojawił się iPhone a operatorzy intensywnie rozwijali infrastrukturę 3G. Tylko 25 operatorów oferowało połączenie z maksymalną prędkością pobierania 7,2 Mb/s. W 2007 roku social media rozpoczynały podbój internetu mobilnego: facebook uruchomił platformę mobilną i w grudniu miał 58 milionów użytkowników, YouTube wyruszał dopiero na podbój świata uruchamiając serwis w 9 krajach równocześnie.
Wizje sieci następnej generacji
Bazując na dotychczasowych doświadczeniach podczas spotkania WWRF w listopadzie 2007 roku zostały sformułowane pierwsze tezy dotyczące oczekiwań wobec następcy technologii 4G. Jedną z podstaw myślenia o sieci nowej generacji była teza, że internet przyszłości będzie mobilny. Jakie argumenty stały za postawieniem na technologię, która dopiero raczkowała? W pierwszej kolejności należy wymienić koncepcję web 2.0 i rosnącą popularność sieci społecznościowych. Dla wszystkich stało się oczywiste, że tylko smartfony i internet mobilny będą mogły zaspokoić potrzeby użytkowników tych platform. Kolejnym, równie istotnym argumentem, była popularność plików multimedialnych w internecie. Filmy, muzyka i zdjęcia zaczęły być intensywniej wykorzystywane na stronach wraz z pojawieniem się HTML5 w 2007 roku.
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.
Wizje telefonu obsługującego 5G
Warto zauważyć, że równocześnie z przewidywaniami dotyczącymi samej sieci pojawiły się również pierwsze koncepcje dotyczące tego, jak będą działały i wyglądały telefony obsługujące 5G. Miały oferować otwartą komunikację niezależnie od technologii i operatora, co miało przeciwdziałać zrywaniu połączeń. W warstwie sieciowej telefony miały być All IP oraz Mobile IP z wykorzystaniem IP6. Dodatkowo miały samodzielnie testować sieć w czasie rzeczywistym i wybierać najlepsze połączenie z punktu widzenia użytkownika. Zakładano, że telefony 5G będą działały ze średnią prędkością co najmniej 25 Mb/s oraz wspierały VPN. Ważnym parametrem dla przyszłych telefonów była efektywność energetyczna i żywotność baterii. Ponieważ kwestia szybkiego wyczerpywania się baterii była jednym z głównych problemów posiadaczy smartfonów przed 2010 rokiem.
LTE Advanced i co dalej?
Wprowadzenie LTE Advanced, czyli prawdziwego 4G
W marcu 2011 roku 3GPP (Release 10) opublikowało wymagania dotyczące standardu LTE Advanced, czyli 4G zgodnie z definicją ITU. Wielu operatorów wykorzystywało już to oznaczenie w sieciach 3G. W związku z tym wprowadzenie LTE Advanced nie było szeroko komentowane, chociaż wprowadzało duże zmiany. Pozwalało na agregację do 5 pasm częstotliwości o szerokości do 20 MHz. Odpowiadało to w sumie 100 MHz, które były określone przez ITU dla 4G. Poprawiło efektywność wykorzystania pasma. W przypadku LTE było to 16 bps/Hz a w LTE Advanced przekroczono 30 bps/Hz. Jak łatwo policzyć daje to maksymalną technologicznie możliwą do uzyskania prędkość przekraczającą 3 Gb/s. Jest to spełnienie wymogu określonego przez ITU dla 4G, który wynosił 1 Gb/s. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że pierwszy modem pozwalający na osiągnięcie prędkości 1Gb/s pojawił się na początku 2016 roku. Czyli 13 lat po tym, jak ITU określiło dla 4G taki standard prędkości. Producenci infrastruktury i operatorzy zdawali sobie sprawę, że tylko dobre przygotowanie do wprowadzenia 5G pozwoli na uniknięcie problemów, które pojawiły się przy 4G. Dlatego zaraz po ogłoszeniu standardu LTE Advanced (4G zgodnie z pierwszą specyfikacją ITU) zdecydowali się na przedstawienie oczekiwań stawianych przed 5G.
Definiowanie oczekiwań wobec 5G
Producenci infrastruktury o wymaganiach dla 5G
Kilka miesięcy po ogłoszeniu standardu LTE Advanced – 4G w 2011 roku dostawca infrastruktury Nokia Siemens Network opublikował białą księgę dotyczącą przyszłości sieci mobilnej po 4G. Wskazywał w niej na kilka trendów, które zdominują sieci mobilne po 2020 roku. Rosnąca liczba użytkowników pakietowej transmisji danych oraz dodatkowe miliardy urządzeń M2M. Skokowy wzrost przesyłanych danych w sieciach mobilnych nawet o 1000 razy. Do średniej wartości dziennej 1GB na SIM. Kolejnymi istotnymi parametrami dla sieci miały być efektywność energetyczna i kosztowa oraz opóźnienia. Aby możliwe było dostarczenie usług przez sieć 5 generacji NSN postulował o znaczne zwiększenie pasma dostępnego dla operatorów mobilnych podczas Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej w 2016 roku. Dodatkowo w uzyskaniu większej efektywności miał pomóc refarming pasm dla częstotliwości 900 MHz i 1800 MHz. NSN zakładał masowe wykorzystanie światłowodów do podłączenia BTS-ów aby uzyskać opóźnienia nawet niższe nie 1 milisekunda. Zwiększenie efektywności pasma miało zapewnić wykorzystanie transmisji wieloantenowej z formowaniem wiązki. Zwiększenie pojemności dla 5G miały zapewnić trzy zmiany: więcej pasma, jego lepsza efektywność oraz zagęszczenie liczby BTS na 1 km z wykorzystaniem femtokomórek. W warstwie sieciowej zakładano automatyzacje i wirtualizacje, która miała zapewnić sieci dostosowywanie się do wymagań urządzenia.
Operatorzy o wymaganiach dla 5G
Pod koniec 2011 roku DoCoMo, największy operator telekomunikacyjny w Japonii, przedstawił podczas 27 spotkania WWRF prezentacje dotyczącą wyzwań dla 5G. Podobnie jak w przypadku NSN największym wyzwaniem było zapewnienie przepustowości i zasobów dla 500-1000 razy większego ruchu w sieci mobilnej w 2020 roku. Jednak przed rozpoczęciem prac najpierw należy wybrać scenariusz dalszego rozwoju sieci. Czy nadal jest rozwijana technologia 4G, czy może już 5G w jednym z dwóch wariantów. Jako technologia zastępująca 4G lub jako komplementarna do niej. Z punktu widzenia operatora aby można było rozwijać 5G należało najpierw opracować dużo wydajniejsze interfejs przesyłu danych oraz nową architekturę sieć. Dla operatorów była to rozsądna wizja rozwoju, ponieważ pamiętali koszty wprowadzenia 3G oraz nagle wejście 4G. W pozostałych kwestiach wizja operatorów i producentów była zgodna.
W toku dalszych prac możliwe było w 2015 roku sformułowanie przez ITU ogólnych wymagań dotyczących projektu IMT-2020, czyli 5G.
