Rosnące zapotrzebowanie na konsumpcję danych sprawi, że coraz większa liczba operatorów zdecyduje się na wdrożenie sieci 5G w pasmach milimetrowych. Skrótowo takie rozwiązanie nazywa się 5G mmWave. Jednak tradycyjne podejście do budowy takiej sieci jest drogie. Okazuje się, że użycie odpowiednich repeaterów (zwanymi potocznie „wzmacniaczami GSM”) może obniżyć koszty takiej inwestycji. Dzięki temu możliwe będzie szybsze wdrożenie naprawdę szybkiego 5G.

Aktualnie tzw. wzmacniaczami GSM interesują się osoby, które narzekają na słaby zasięg. Jednak ich samodzielna instalacja jest w Polsce nielegalna. Należy pamiętać o tym, że są to urządzenia nadawczo-odbiorcze, które pracują w licencjonowanych zakresach częstotliwości. Dlatego też ich montaż można wykonać tylko na zlecenie operatora. Problem ten jest o tyle ważny, że źle zainstalowany repeater sieci 2G/3G/4G (a w przyszłości również 5G) może zakłócać pracę nie tylko okolicznych stacji bazowych, ale również sprzętu medycznego. Jednak wygląda na to, że operatorzy prędzej czy później będą zainteresowani instalacją repeaterów przystosowanych do pracy w pełni rozwiniętych sieciach 5G. Chodzi tutaj o sprzęt, który nie tylko korzysta z pasma milimetrowego, ale również wspiera bramforming, czyli elektroniczne formowanie wiązki anteny. Dzięki temu użytkownicy Internetu mobilnego mogą spodziewać się znaczącej poprawy komfortu korzystania z sieci.

Problematyczne pasma milimetrowe (mmWave)

Każda kolejna generacja systemów komórkowych jest kompatybilna wstecz z pasmami przeznaczonymi do pracy w starszych technologiach. Oznacza to, że standard opisujący sieci 5G od samego początku przewiduje możliwość wdrażania tego rozwiązania na pasmach używanych wcześniej przez sieci 4G. Nawet tzw. pasmo C, czyli zakres od 3,4 GHz do 3,8 GHz, które określane jest mianem pasma dedykowanego dla sieci 5G, było wcześniej przewidziane w standardzie LTE. Jednak (z tego, co nam wiadomo) żaden operator nie zdecydował się na uruchomienie sieci 4G w tym przedziale częstotliwości. Nie zmienia to faktu, że pasma 5G z tzw. przedziału FR1 (czyli do 6 GHz) charakteryzują się zbliżonymi do siebie parametrami fizycznymi. Dlatego też nie wymagają one zmiany podejścia w rozlokowaniu stacji bazowych.

5G mmWave

Z kolei w tzw. przedziale FR2 (od 24 GHz do 40 GHz) sytuacja wygląda już trochę inaczej. Milimetrowe fale radiowe mają problem z pokonywaniem jakichkolwiek przeszkód. Chodzi tutaj m.in. o ściany budynków, okna oraz drzewa. Dlatego też architekci standaryzujący technologię 5G założyli, że dla poprawnego działania systemu niezbędne jest użycie techniki beamformingu, która pozwoli ukierunkować transmisję danych pomiędzy stacją bazową a urządzeniem abonenckim. Dlatego też stacje bazowe oraz terminale zostały wyposażone w zdolne do tego układy antenowe. Jednak nie rozwiązuje to jednego problemu.

Niestety rozwiązania 5G mmWave wdrożone w środowiskach o gęstej zabudowie charakteryzują się dość słabym zasięgiem. Dodatkowo można praktycznie zapomnieć o zasięgu wewnątrz budynku. Dlatego też tradycyjne podejście do projektowania sieci wymaga zastosowania gęstej siatki stacji bazowej.

Repeatery 5G mmWave są szansą na powszechny dostęp do szerokopasmowego Internetu

Pewnie kojarzycie rozwiązania stosowane do świadczenia usługi bezprzewodowego stacjonarnego dostępu do Internetu. W dużym uproszczeniu składają się one z dwóch jednostek:

  • ODU (Outdoor Unit) – zewnętrzna antena 3G/LTE, która obecnie jest najczęściej zintegrowana z modemem sieci komórkowej,
  • IDO (Indoor Unit) – obecnie jest to najczęściej dedykowany router Wi-Fi, który połączony jest za pomocą kabla Ethernet.

W zasadzie nic nie stoi na przeszkodzie, żeby coś takiego stosować również w sieciach 5G mmWave. Jednak podejście to wymaga stosowania u klienta skomplikowanego i drogiego zestawu urządzeń. Z kolei antenę jednostki ODU trzeba jeszcze wycelować w kierunku stacji bazowej. Dodatkowo mamy po drodze przejście z sieci komórkowej operatora na domową sieć Wi-Fi.

Z kolei firma Pivotal Commware stwierdziła, że rozwiąże ten problem inaczej. Mamy tutaj do czynienia z technologią o nazwie Holographic Beam Forming. Jej największą zaletą jest niski koszt urządzeń korzystających z beamformingu. Oprócz tego urządzenie końcowe, z którego korzysta klient, jest cały czas podłączone do sieci 5G. Całe rozwiązanie składa się z dwóch urządzeń:

Pivot 5G
  • Pivot 5G – repeater przystosowany do montażu na zewnątrz (np. słupie energetycznym albo latarni ulicznej), który poprawia zasięg stacji bazowej,
Echo 5G
  • Echo 5G – repeater montowany na oknie, który zapewnia zasięg sieci 5G mmWave wewnątrz budynku.

Zasięg to nie wszystko, liczą się jeszcze koszty

Nie mamy co się oszukiwać. O tym, jak szybko operatorzy będą wdrażać tego typu rozwiązania, zadecydują koszty. To samo ma się zresztą do budowy sieci światłowodowych. Powstają one tam, gdzie jest to opłacalne i firmy telekomunikacyjne mogą liczyć na rozsądny czas zwrotu poniesionej inwestycji. Dlatego producent repeaterów 5G mmWave pokusił się o przygotowanie studium przypadku, które pokazuje opłacalność jego rozwiązania. Jako przykład posłużył 1 km2 amerykańskiego przedmieścia, na którym znajduje się 7 stacji bazowych 5G mmWave.

pivot before

Punktem wyjściowym analizy jest sytuacja, w której wspomniane 7 nadajników zapewnia zasięg wewnątrz budynków na poziomie 20%. Żeby zwiększyć go do 80%, wymagana jest instalacja dodatkowych 21 stacji bazowych, co daje koszt ponad 1,8 tys. dolarów na klienta.

pivot after

Jeśli operator zdecydowałby się na osiągnięcie tego samego za pomocą zestawu repeaterów, to inwestycja kosztowałaby go 468 dolarów na klienta. Przy czym najbardziej opłacalny scenariusz wymaga stosowania zarówno repeaterów w mieszkaniach abonentów, jak i na zewnątrz budynków.

Na razie firma Pivotal Commware nawiązała współpracę z amerykańskim operatorem Verizon, który jako pierwszy zaczął budowę sieci 5G od wykorzystania pasm milimetrowych. Obecnie trudno jest przewidzieć czy rozwiązaniem tym (lub podobnym) zainteresują się inni operatorzy. Nie wiadomo też, jakie jest zainteresowanie pasmem milimetrowym w Europie. Dla przykładu w Polsce trwają właśnie konsultacje w sprawie wykorzystania pasma 26 GHz. Dopiero po jego zakończeniu możemy spodziewać się jakiegoś podsumowania ze strony Urzędu Komunikacji Elektronicznej, który będzie odpowiedzialny za dystrybucję dostępnych częstotliwości pomiędzy operatorów.

PJ
Przemek jest mózgiem operacyjnym SpeedTest.pl. Studiował na Politechnice Wrocławskiej elektronikę i telekomunikację. Zarządza projektami IT, relacjami z klientami oraz nadzoruje procesy rozwoju. Prywatnie zaangażowany w rodzinę, wsparcie różnych działalności charytatywnych i projekty ekstremalne.