5G będzie wymagało od operatorów telekomunikacyjnych dostępu do znacznych zasobów częstotliwości, aby nowe usługi faktycznie stały się rzeczywistością

4 sierpnia 2023

Ponieważ łączność kształtuje przyszłość naszego świata, operatorzy telekomunikacyjni (CSP) muszą korzystać z kombinacji różnych częstotliwości, aby odpowiednio dostarczać usługi 5G. Te stawiają przed nimi nowe wyzwania. Z jednej strony, sieci 5G obsługują szybsze transfery danych i mniejsze opóźnienia, otwierając nowe obszary zastosowań, takie jak sztuczna inteligencja (AI), metaverse i Internet rzeczy (IoT). Z drugiej strony, 5G będzie wymagało od CSP dostępu do znacznych zasobów częstotliwości, aby nowe usługi faktycznie stały się rzeczywistością.

Według GSMA (Global System for Mobile Communications Association), globalnej organizacji reprezentującej przedstawicieli branży telekomunikacji mobilnej z całego świata, na początku 2023 r. 515 operatorów na całym świecie inwestowało w 5G, przy 243 komercyjnych wdrożeniach sieci. GSMA zaleca, aby organy regulacyjne i agencje rządowe, które kontrolują przydział widma 5G, udostępniły 80-100 MHz ciągłego widma na operatora w głównych pasmach 5G i około 1 GHz na operatora w pasmach fal milimetrowych.

Niskopasmowe widmo zapewnia szerokie pokrycie

Pasmo w niskiej częstotliwości to dowolne widmo na wykresie częstotliwości poniżej 1 GHz. Wczesne sieci bezprzewodowe, często nazywane analogowymi sieciami komórkowymi, były wdrażane w paśmie 800 MHz. W tamtym czasie dostawcy usług CSP często porównywali widmo niskopasmowe do „domku przy plaży”, ponieważ było to bardzo pożądane. Dzięki niemu operatorzy bezprzewodowi mogli obsługiwać tysiące klientów na obszarze setek kilometrów wadratowych za pomocą tylko jednej wieży.

Pasmo w niskiej częstotliwości w świecie 5G pozwoli operatorom zapewnić kompleksowy zasięg. Mimo to szybkość i opóźnienia sieci 5G będą tylko nieznacznie lepsze niż w przypadku sieci 4G ze względu na wąskie pasmo. Wydajność sieci 5G będzie zależeć od bliskości lokalizacji komórki. Jednak widmo w paśmie o niskiej częstotliwości ułatwia przenikanie sygnału bezprzewodowego przez okna i ściany.

Średnie pasmo 5G zapewnia zasięg i przepustowość

Niedawno widmo średniego pasma stanowiło ponad 60% wszystkich przydzielanych częstotliwości. Tendencja ta będzie się utrzymywać. Zapotrzebowanie na widmo średniego pasma rośnie, a rządy szukają odpowiedzi, jak zaspokoić popyt co pozwoli na wdrożenie 5G i 5G-Advanced. Widmo średniego pasma (1 GHz – 6 GHz) jest uważane za idealne dla 5G, ponieważ może przenosić dużą ilość danych na znaczne odległości. GSMA opisuje widmo w zakresie od 3,3 GHz do 3,8 GHz jako idealne, ponieważ wiele krajów na całym świecie wyznaczyło je już dla 5G.

Wykorzystywane jest jednak również inne widmo w średnim paśmie. Chiny stały się najbardziej znaczącym rynkiem 5G na świecie pod względem skali wdrożeń i tempa przyrostu klientów. Przyznanie częstotliwości w pasmach 2,6 GHz i 3,5 GHz dla 5G miało zasadnicze znaczenie dla sprostania wyzwaniom związanym z zasięgiem i przepustowością. Patrząc na kolejny etap ekspansji 5G, Chiny skupiają się na paśmie 6 GHz sugerując chęć wykorzystania go do zaspokojenia szybko rosnącego zapotrzebowania na 5G.

Firmy zajmujące się monitorowaniem sieci, takie jak Ookla, wykazały gwałtowny wzrost transferów danych sieci komórkowych dzięki wdrożeniu 5G w średnim paśmie. Operatorzy tacy jak AT&T, T-Mobile i Verizon spędzili ostatnie kilka lat instalując radia średniego pasma na dzierżawionych przez siebie wieżach komórkowych. T-Mobile obejmuje zasięgiem sieci 5G w średnim paśmie około 260 milionów mieszkańców USA i spodziewa się wzrostu do 300 milionów. Tymczasem Verizon obejmuje 200 milionów i spodziewa się osiągnąć 250 milionów do końca 2024 roku.

Niektórzy amerykańscy operatorzy planują również refarming (ponowne wykorzystanie) niektórych częstotliwości ze średniego pasma (takich jak 1800 MHz), które są obecnie wykorzystywane do usług 3G by użyć ich do 5G. AT&T wyłączył sieć 3G w lutym 2022 roku, podczas gdy T-Mobile zrobił to ostatecznie kilka miesięcy później. Verizon przesunął wyłączenie 3G na koniec roku, wykorzystując zwolnione widmo 3G do poprawy zasięgu swoich rozwijających się sieci 5G.

Wysokopasmowe widmo 5G zapewnia superszybkie prędkości na krótkich dystansach

Trzeci zakres widma, w którym CSP wdrażają 5G, znajduje się w widmie fal milimetrowych – pasmo 24 GHz i wyższe. GSMA zaleca, aby operatorzy komórkowi wykorzystywali widmo fal milimetrowych w pasmach 26 GHz, 40 GHz, 50 GHz i 66 GHz dla usług mobilnych. Jednak stowarzyszenie zauważa, że widmo w pasmach 26 GHz i 28 GHz ma silną dynamikę ze strony operatorów. Dzięki temu, że pasma te sąsiadują ze sobą, łatwiej będzie dostosować telefony komórkowe do pracy w tych częstotliwościach.

Zasięg fal milimetrowych (wysokich częstotliwości) jest ograniczony, ponieważ fale radiowe nie mogą podróżować tak daleko, jak fale o średniej i niskiej częstotliwości. Czasami sygnał pokonuje mniej niż kilometr i jest bardziej podatny na zakłócenia powodowane przez drzewa, budynki, a nawet szkło. Zaletą fal milimetrowych jest jednak to, że jeśli sygnał nie napotyka na przeszkody, użytkownicy mogą uzyskać prędkość od 1 Gb/s do 3 Gb/s lub nawet wyższą.

Oprócz 5G w niskim paśmie, AT&T wdrożyło wysokopasmowe 5G w paśmie 36 GHz w zakresie fal milimetrowych. Oferuje ono dodatkową prędkość i przepustowość dla obszarów o dużym natężeniu ruchu, takich jak węzły transportowe, osiedla i obiekty sportowe lub rozrywkowe.

Verizon posiada znaczne portfolio widma w niskich, średnich i wysokich pasmach, w tym 1741 MHz widma fal milimetrowych (wysokie pasmo). Kontynuując rozszerzanie swojego zasięgu w tym paśmie, Verizon ma nadzieję zapewnić niespotykane dotąd parametry sieci w obszarach o największym natężeniu ruchu. Podczas prezentacji dla inwestorów kierownictwo firmy oświadczyło, że widmo fal milimetrowych działa lepiej, niż sądziło wielu ekspertów. Operator wykorzystuje technologię formowania wiązki w połączeniu z małymi komórkami 5G, aby uzyskać lepszy zasięg.

Widmo decyduje o szybkości i zasięgu sieci 5G

Dzięki dostępowi do odpowiednich częstotliwości, sieci 5G będą nadal się rozwijać, umożliwiając dostęp do technologii 5G na całym świecie. Zwiększenie dostępu do widma mobilnego może zapewnić odpowiednią skalowalność przy jednoczesnym zmniejszeniu zagęszczenia sieci – upowszechniając usługi mobilne nowej generacji.

Dostęp do częstotliwości będzie odgrywać kluczową rolę w usługach 5G, które operatorzy mogą zapewnić swoim klientom. Widmo wysokopasmowe może zapewnić szybkie prędkości i dużą pojemność, ale przy mniejszym obszarze pokrycia. Niskie pasmo może zapewnić doskonały zasięg, ale wydajność sieci może być tylko niewielkim krokiem naprzód w stosunku do 4G, ponieważ szerokość pasma jest mniejsza.

Jedną rzeczą, na którą można liczyć w nadchodzących latach, jest to, że operatorzy będą nadal rozbudowywać swoje sieci 5G, zwiększając zasięg, dokonując dodatkowych zakupów pasma i wykorzystując nowe technologie. Samo spektrum jest zasobem ograniczonym, ale innowacje z pewnością nie.