Sieci 5G - zasięg w budynkach jest priorytetem

Tylko wówczas bowiem w pełni będzie można wykorzystać potencjał sieci 5G w porównaniu z sieciami poprzednich generacji. Chodzi głównie o: większą przepustowość, mniejsze opóźnienia, obsługę jednocześnie większej liczby użytkowników. Przyczyni się to, dzięki wdrożeniu łączności komórkowej w licznych nowych zastosowaniach, do tak bardzo oczekiwanej transformacji cyfrowej w wielu, często wciąż technologicznie wykluczonych, dziedzinach naszego życia.

Dobre perspektywy dla 5G w budynkach

Nadzieje pokładane w tym zakresie są ogromne, a przykłady nowych przypadków użycia sieci 5G, w tym wewnątrz budynków, można mnożyć. Oznacza to, że po raz pierwszy w historii technologii łączności komórkowej operatorzy mają motywację, by na etapie rozwoju sieci zadbać o jednakową jakość usług wewnątrz i na zewnątrz budynków. Jak się bowiem szacuje, aż około 80% wszystkich połączeń komórkowych i transmisji danych już jest przeprowadzanych w pomieszczeniach (domach, budynkach komercyjnych), a udział ten wraz z rozwojem sieci piątej generacji prawdopodobnie jeszcze wzrośnie. Można tego oczekiwać, tym bardziej że jak przewiduje Cisco, w 2023 na świecie na osobę średnio będzie przypadać 3,6 urządzeń podłączonych do Internetu, z czego 45% będzie korzystać z sieci komórkowych, a reszta (55%) z Wi-Fi albo z połączenia kablowego.

Nowe zastosowania sieci 5G

Wyróżnić można kilka kategorii przypadków użycia sieci 5G. Część z nich wymaga silnego oraz niezawodnego sygnału wewnątrz budynków. Zwykle w pierwszej kolejności wśród tych, które mogą najwięcej zyskać na rozwoju sieci komórkowych piątej generacji, wymienia się Internet Rzeczy. Dzięki nim ma on znaleźć zastosowanie m.in. w: automatyce budynkowej, licznikach zużycia mediów użytkowych i rolnictwie, w opomiarowaniu upraw oraz gospodarstw rolnych, zarządzaniu fl otami pojazdów transportowych, logistyce magazynowej i generalnie w śledzeniu obiektów. Przykładami ostatniego zastosowania są: monitorowanie zajętości łóżek szpitalnych, wykorzystania urządzeń i innego wyposażenia medycznego, infrastruktury stadionowej czy wyposażenia na lotniskach.

Wspólne cechy tych aplikacji to: duża liczba węzłów sieci Internetu Rzeczy (oczekuje się, że właśnie dzięki możliwościom skalowalności sieci 5G będzie można w końcu w pełni wykorzystać potencjał IoT), mała ilość danych przesyłanych jednorazowo (ze względu na to, że będą to przede wszystkim wyniki pomiarów) i priorytety w postaci niskich kosztów oraz małego zużycia energii. Dopuszczalne będą w ich przypadku natomiast niewielkie opóźnienia transmisji. W tej kategorii wysokie wymagania pod względem jakości i stabilności sygnału wewnątrz budynków będą przede wszystkim występować w: automatyce budynkowej, licznikach smart, logistyce magazynowej oraz śledzeniu obiektów.

Sieci 5G w aplikacjach krytycznych i konsumenckich

Wyżej wymienione zastosowania kategoryzowane są, w związku z przewidywaną liczebnością węzłów sieci, jako massive IoT. Drugą podgrupą aplikacji dla sieci komórkowych piątej generacji w ramach Internetu Rzeczy jest critital IoT. W tym zastosowaniu od sieci komunikacyjnych wymaga się wysokiej niezawodność - oczekiwana jest dostępność na poziomie 99,9% oraz pomijalnie małych opóźnień (rzędu pojedynczych mikrosekund). Zatem to głównie w ich przypadku ma szansę uwidocznić się przewaga sieci 5G nad 4G/LTE.

Przykładami takich aplikacji krytycznych są: sterowanie maszynami i robotami w przemyśle oraz pojazdy autonomiczne i zarządzanie ruchem drogowym w smart miastach. Wyśrubowane parametry transmisji są w tych zastosowaniach wymuszone przepisami bezpieczeństwa. Jeżeli z kolei chodzi o aplikacje wymagające silnego i niezawodnego sygnału wewnątrz budynków, to w tej kategorii są to zdalne szkolenia personelu z wykorzystaniem wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości oraz zdalne sterowanie robotami chirurgicznymi.

Jeżeli natomiast mowa o zastosowaniach konsumenckich, obejmujących IoT, jak i wykraczających poza ten segment, do tych, w których liczy się na wysokie osiągi sieci 5G również wewnątrz budynków, zalicza się: rozszerzoną, wirtualną oraz mieszaną rzeczywistość w urządzeniach mobilnych, dostępną w celach rozrywkowych, przesyłanie strumieni wideo w rozdzielczości 4K, a nawet 8K, zarówno w celach rozrywkowych, jak przesyłanie wideo do mediów społecznościowych oraz szkoleniowych, czy z kamer w systemach monitoringu.

Zasięg w pomieszczeniach od strony technicznej

Zapewnienie porównywalności jakości transmisji komórkowej wewnątrz i na zewnątrz zawsze było trudne. I chociaż opracowano dotychczas już kilka rozwiązań na potrzeby wcześniejszych generacji sieci komórkowych, nie są one pozbawione wad, a oprócz tego wymagają dostosowania do specyfiki sieci 5G, w których, ze względu na pracę w wyższych częstotliwościach (w paśmie mikrofalowym), sygnały będą silniej tłumione przez elementy budynków.

Dotychczas popularnym podejściem było korzystanie z rozproszonych systemów antenowych (Distributed Antenna Systems, DAS), które po raz pierwszy zostały wdrożone na stadionach, w centrach handlowych oraz na lotniskach już na potrzeby sieci 2G/3G albo z małych komórek. W ostatnich latach pojawiało się jednak rozwiązanie konkurencyjne oparte na Ethernecie i technice światłowodowej (Digital Indoor Systems, DIS), które rozwiązało najpoważniejsze ograniczenia systemów DAS oraz małych komórek pod względem skalowalności i trudności z wdrożeniem.

Systemy DIS zyskują na znaczeniu

Systemy DIS znacznie ewoluowały wraz z rozwojem sieci 5G i teraz obejmują technologie, takie jak massive MIMO, aby zapewnić jeszcze większą wydajność i skalowalność. Co najważniejsze, DIS umożliwiają planowanie i wdrażanie sieci wewnętrznych równolegle z sieciami zewnętrznymi.

W związku z tym, że już we wczesnym stadium wdrażania sieci komórkowych piątej generacji dostrzeżono potencjał ruchu sieciowego wewnątrz budynków, ponad 30 operatorów w ponad 20 krajach wdrożyło już systemy DIS w tym zastosowaniu.

Systemy DIS znacząco na tym zyskały. Jak oszacowało Dell'oro, globalny popyt na nie rósł średnio o prawie 50% rocznie w ciągu ostatnich dwóch lat, dzięki temu, że wiodący światowi operatorzy sieci komórkowych realizując projekty wymagające dobrych parametrów transmisji wewnątrz, bazowali na architekturze DIS.

5G wewnątrz budynków priorytetem

Obserwując bowiem postęp w zakresie wdrażania sieci 5G, można z całą odpowiedzialnością stwierdzić, że operatorzy na całym świecie nie lekceważą kwestii zasięgu wewnątrz budynków. Zadanie wyboru miejsc pod tym względem priorytetowych ułatwiają im doświadczenia zdobyte przez lata obsługi komunikacji w sieciach 4G - to dzięki nim właśnie lokalizacje, w których w sieciach LTE odnotowywano największy ruch sieciowy, znalazły się w pierwszej kolejności na celowniku operatorów sieci 5G.

Wśród tych można wymienić: lotniska, stacje kolejowe, hale wystawiennicze i stadiony sportowe. Oprócz tego w kręgu ich zainteresowań znalazły się: hotele, biurowce oraz centra handlowe. To właśnie w takich miejscach bowiem pierwsi użytkownicy sieci komórkowych piątej generacji zaczynają wyrabiać sobie opinię o nowej technologii, a pierwsze złe wrażenie, jak wiadomo, później jest zwykle trudno zatrzeć.

Przykłady wdrożeń 5G w budynkach

Chociaż równoległe budowanie sieci wewnętrznych i zewnętrznych jest już powszechnie praktykowane przez operatorów na całym świecie, trend do ich organizowania w pierwszej kolejności w budynkach można obserwować szczególnie na Bliskim Wschodzie oraz w Azji, zwłaszcza w Chinach. Przykładowo dostęp do sieci 5G już w pierwszej fali wdrożeń nowej technologii zapewniono na międzynarodowym lotnisku Daxing w Pekinie, gdzie zostały wykorzystane, w połączeniu z technologiami sztucznej inteligencji oraz rozszerzonej rzeczywistości, do zorganizowania systemu inteligentnej obsługi pasażerów. Wśród wprowadzonych w nim innowacyjnych rozwiązań znalazły się: skanowanie twarzy jako podstawowa metoda uwierzytelnienia w takich transakcjach i operacjach jak: kupno biletu, odprawa, nadanie bagażu, kontrola bezpieczeństwa i przy wejściu na pokład czy uzyskiwanie informacje o lotach.

Kolejny przykład to dworzec kolejowy Hongqiao w Szanghaju - w sieci 5G, którą tam wdrożono w 2019 roku, można uzyskać maksymalną prędkość transmisji 1,2 Gb/s, co pozwala pasażerom pobrać 2 GB danych, na przykład wideo o wysokiej rozdzielczości, w czasie krótszym niż 20 sekund. Poza tym w Chinach do końca 2019 w ponad 300 dużych szpitalach uruchomiono wewnętrzne sieci 5G, co pozwoliło na udostępnienie takich usług, jak zdalne badanie ultrasonograficzne, konsultacje wideo, wirtualne wizyty na oddziałach intensywnej opieki, zdalne obchody oddziałów.

Nowe modele biznesowe

Przedstawione przykłady dowodzą, że zapewnienie porównywanej jakości i niezawodności transmisji na zewnątrz i wewnątrz pomieszczeń nie jest problemem technicznym, nawet jeśli stosowane rozwiązania wymagają jeszcze udoskonalenia. Eksperci zwracają natomiast uwagę, że więcej trudności może ta kwestia sprawić pod względem biznesowym, czytaj: nie zawsze się to opłaca albo ze względu na skalę przedsięwzięcia operatorzy sieci zwyczajnie nie są w stanie zapłacić za całą infrastrukturę w kompleksach biurowych, dużych obiektach czy magazynach.

Dlatego specjaliści podkreślają, że kluczem do osiągnięcia optymalnego zasięgu telefonii komórkowej 5G w pomieszczeniach jest powiązanie wszystkich zainteresowanych stron. W związku z tym operatorzy muszą opracować odpowiednie modele biznesowe, tak żeby móc zarabiać, dzieląc się kosztami początkowymi na przykład z właścicielami czy najemcami budynków. W interesie tych ostatnich również jest bowiem zapewnienie dostępności sieci najnowszej generacji, biorąc pod uwagę potencjał zastosowań sieci 5G. Z pewnością jednak upłynie jeszcze jakiś czas, zanim uda się osiągnąć równowagę pomiędzy kosztami, wydajnością i zasięgiem sieci piątej generacji w budynkach, z punktu widzenia ich użytkowników i ich operatorów.

Podsumowanie

Przedsmak potencjału, jaki w zakresie wpływu na nasze życie mają technologie mobilne, przyniósł rozwój sieci komórkowych czwartej generacji - na poprawie parametrów transmisji w sieciach LTE w porównaniu z sieciami 3G najbardziej zyskał rynek smartfonów oraz aplikacji mobilnych. Ich spopularyzowanie się natomiast wywołało poważne skutki społeczno-gospodarcze, których nie przewidywano. Podobnie w przypadku sieci 5G, chociaż na razie trudno prognozować, które dziedziny zyskają najwięcej i w jakim kierunku się rozwiną, jasne jest, że jesteśmy na progu transformacji na większą skalę niż w przypadku LTE. Na to, czy szansę tę uda się w pełni wykorzystać, z pewności wpłynie skuteczność rozwiązania tytułowej kwestii, pod względem technicznym i biznesowym.

Monika Jaworowska