G мрежите имат два технологични аспекта – еволюционен и революционен. Първият е в средносрочен план, като ще се базира до голяма степен на доста от иновациите наложени от модернизираните 4G системи. Това са т.нар. съвместни решения (NSA от Non-Stand Alone), които изискват задължително готови мобилни мрежи от четвърто поколение, за да работят. 4G системите се надграждат с допълнителни 5G антени, които предоставят допълнителен капацитет, скорости и услуги, към вече съществуващите.
Революционният елемент на новото поколение ще дойде със самостоятелните мрежи или т.нар. Stand Alone (SA). Тогава, 5G системите няма да имат задължителната необходимост от вече изградена 4G инфраструктура. При тях ще може да се разгърне все по-големия потенциал в дългосрочен план за петото поколение мобилна технология.
5G ще използва няколко технически иновации, които ще му позволят да развие много по-високите възможности, които ще са характерни за този тип мрежи.
Иновациите
ПОВЕЧЕ РАДИОЧЕСТОТИ
Радиочестотният спектър е „кръвта“ по която се извършва мобилната комуникация. Те са ограничен ресурс и се налага добавянето на нови честоти, за да може да се разширяват възможностите на комуникацията и мрежите. Всяко ново поколение обикновено прибавя допълнителни ленти, за да може да се развива паралелно с предишното.
Операторите разделят честотите на три типа, спрямо дължината на вълната. Дългите дециметрови честоти (под 1 GHz) се ползват за много дълги разстояния и най-вече за осигуряването на пълно национално покритие. Средните дециметрови вълни (до 3 GHz) се ползват за основно изграждане на мрежите – в населени места, пътища и др. Това са и най-ползваните честоти в момента.
Късите сантиметрови вълни (до 6 GHz) се ползват за уплътняващи слоеве, особено при закрити пространства. Повечето WiFi рутери ги ползват, както и други устройства със слаби излъчвания за къси разстояния.
МИЛИМЕТРОВИ ВЪЛНИ
Една от големите особености на 5G мрежите е добавянето на радиочестоти над 20 GHz, чиято дължина на вълната се измерва в милиметри. Досега, в мобилните комуникации се използваха такива с дължина основно в дециметри и по-малко – в сантиметри. Част от техническите иновации на 5G ще се дължат до голяма степен на милиметровите вълни.
Специфичното е, че те ще бъдат разполагани по-нагъсто, но ще излъчват с много по-малка мощност от традиционните базови станции. По този начин ще се получи доста по-плътна откъм антени мрежа, но с много по-разпределен откъм електромагнитни полета фон, който в зависимост от устройствата, може да бъде дори доста по-нисък от този в момента.
В България това ще е спектърът в 24-25GHz, който е определен за стандартен за 5G в Европейския съюз. На други места се заделят и допълнителни ленти в милиметровия диапазон. Например в САЩ вече са раздадени лицензите за ползване на 37-39 GHz. Правят се проучвания и за 60 GHz, но за момента тези планове са в средносрочен план.
МРЕЖОВИ РАЗРЕЗ
Мрежовият разрез (Network slicing) е друга иновация, която е малко по-техническа. Казано с най-прости думи, тя предоставя възможността на операторите да обособяват отделни мрежи в мрежата, чрез софтуери за виртуализация и самите функции на инфраструктурата. Досегашните мобилни поколения (от 1G до 4G) разчитат основно на изграждането на една мрежа, която да покрива всички нужди.
5G ще позволява да се обособяват отделни клетки или капацитет от тях да се заделят за конкретни нужди. Така, единната мрежа може да се разделя на различни нива и да може да задоволи много повече приложения и устройства едновременно. Чрез мрежовия разрез и Massive MIMO се усвоява много по-ефективно честотния спектър, който се ползва.
НАСОЧЕН ЛЪЧ ЗА ВРЪЗКА
Друга техническа особеност е разполагането на много антени в една клетка. До средата на 4G, тя беше само една, която разпръсква един самостоятелен лъч. Модернизацията на 4.5G започна да налага Massive MIMO или много повече антени в една клетка. Те се комбинират с Beamforming технологията и заедно формират ключова възможност за 5G мрежите.
Чрез тях, малките, но повече антени излъчват доста по-слаб, но по-насочен лъч, който да се възприема по-директно от устройствата. Така се намаляват възможностите за преплитане на сигнала и се увеличава броя на свързаните едновременно джаджи. В същия момент се понижава цялостния електромагнитен фон, когато няма наблизо струпване на много потребители.
МИКРО И НАНО КЛЕТКИ
5G ще изисква повече антени, които ще са разположени по-нагъсто, но с много по-малка мощност, която може да бъде в около 10 до 500 пъти по-ниска от тези на базовите станции в момента. Сред тях има разработки на варианти дори с размерите и формата на лента плат или тиксо, които могат да пренасят информация на разстояния от няколко метра, без да създават опасност за здравето или да засилват електромагнитния фон. По-този начин се разчита на малки, но стратегически по-добре разположени клетки, които да покрият повече площ.
Целта е да се осигури много по-голямо покритие, без да се налага да се увеличава мощността на сегашните базови станции. Като същевременно се намалява тяхното излъчване. Тази практика се използва и в момента в различни големи обществени и закрити места, като метрото, моловете и др.
ПРЕМАХВАНЕ НА ДУПЛЕКСА
Може да звучи странно, но в момента мобилните мрежи работят основно в дуплексов режим. По-възрастните помнят старите аналогови телефонни централи, при които ако съседът с който сте свързани, говори, то автоматично при вас дава зает сигнал. На сходен принцип работят мрежите в момента, като операторите елиминират този ефект като ползват честотните ленти по двойки – една за сваляне на информация и една за качване. Познат като Frequency Division Duplex (FDD), той е в основата на всички мобилни поколения до момента.
5G ще разчита на друга технология – Time Division Duplex (TDD), която се използва една честотна лента за едновременното качване и сваляне на данните. На този принцип работят WiFi рутерите, Bluetooth устройствата и др. Това ще повиши ефективността за ползването на радиоспектъра и на мрежата като цяло.
