Sítě 5G představují pátou generaci mobilních sítí a i když širší využívání služeb 5G se očekává až po roce 2020, služby a výkonnostní parametry, které tyto sítě slibují nabízet, se zdají naprosto bezprecedentní. To vedlo některým zajímavým diskusím, zda mobilní sítě 5G nebudou z hlediska přístupu k Internetu lepší než optická vlákna. Tyto debaty ovšem vychází s nesprávného předpokladu, a totiž, že mobilní sítě 5G mohou nahradit optická vlákna.

Jde o to, že ve skutečnosti jsou mobilní sítě 5G a optické vlákna spojité nádoby, přičemž společně nabízí mnohem robustnější a rozsáhlejší soubor pevných i mobilních aplikací, než sami o sobě. Bez mobilních sítí 5G by optická vlákna nemohli poskytovat mobilitu a na druhé straně výkonnostní parametry sítí 5G by bez optických vláken nebyly možné.

Optická vlákna a jejich role v 5G

Sítě využívající kabely s optickými vlákny nabízí mnohem vyšší přenosovou kapacitu a spolehlivost než tradiční metalické kabely. Optické kabely jsou již dlouhou dobu využívány v páteřních sítích, protože umožňují vysoké přenosové rychlosti na velkou vzdálenost, jelikož optické signály jsou přenášeny s velmi nízkým útlumem a současně jsou vlákna imunní vůči elektromagnetickému rušení.

V současnosti se optické vlákna využívají také metropolitních a přístupových sítích. Hlavním důvodem jsou stále rostoucí nároky na přenosovou kapacitu. Metalické kabely umožňují gigabitové rychlosti pouze na vzdálenost asi 100 metrů, proto mnoho společností dává přednost přivedení optického vlákna až do svých objektů, tj. konfigurace FTTP (Fiber To The Premises). To jim poskytuje dostatečnou přenosovou kapacitu nyní i budoucnosti, protože kapacita optického vlákna je omezena v podstatě pouze technologií pro vysílání a příjem optických signálů.

V ideálním případě by každé zařízení mělo být připojeno do páteřní sítě prostřednictvím optického vlákna, to by ale omezovalo mobilitu zařízení. Zde tedy přichází na scénu mobilní sítě 5G, které byly navrženy tak, aby překlenuly krátkou vzdálenost mezi mobilním zařízením (mobilní služby 5G) nebo podnikovým směrovačem (pevný digitální okruh) a základnovou stanicí v rámci páteřní sítě.

Vývoj mobilních sítí

V poslední době se začínáme dostávat na hranice možností současné technologie mobilních sítí. Objem přenesených dat mobilních sítích neustále roste, zatímco v roce 2017 činil měsíční průměr přenesených dat 11,5 exabajtů, v roce 2022 se každý měsíc přenese v průměru 77 exabajtů. Tomu také odpovídají rostoucí nároky uživatelů na rychlost mobilní přípojky – v roce 2017 byla průměrná rychlost stahování 8,7 Mb/s, očekávaná rychlost v roce 2022 je 28,5 Mb/s. Aby bylo možné těmto požadavkům vyhovět, je potřeba nové řešení a odpovědí jsou sítě 5G.

První generace (1G) mobilních sítí přinesla zavedení technologie mobilních telefonů, 2G přidala textové zprávy a 3G mobilní přístup k internetu. V roce 2008 byla představena 4G, která nabízí výrazné zvýšení spolehlivosti sítě a přenosové rychlosti až 100 Mb/s, což umožňuje video služby či hraní ber na cestách. Výkonnostní parametry 5G posunují mobilní sítě na novou úroveň, přenosové rychlosti až 10 Gb/s, velmi nízká latence (až 1 ms) a dostupnost služeb téměř 100 %. Pro srovnání, stahování dvouhodinového filmu v sítí 5G bude trvat asi 3,6 sekundy, zatímco v sítí 4G zhruba 6 minut. Mimoto dovolují výrazné zvýšení počtu připojených zařízení při nižší latenci, což bude mít velký význam pro rozvoj Internetu věcí.

Jak 5G funguje: migrace z makrobuněk do malých buněk

Makrobuňky v mobilních sítích 4G využívají kmitočty v nižších pásmech, které umožňují pokrytí velké oblasti, což umožňuje snížit počet základnových stanic potřebných k pokrytí určitého území. Nicméně, problém je, že nedovolují dosáhnout přenosových rychlostí, latence a přenosové kapacity, kterou budou jednotliví uživatele i podniky vyžadovat v příštích letech. A přidání další vysílacích stanovišť by bylo příliš nákladné.

Mobilní sítě 5G budou využívat kmitočty v pásmu milimetrových vln (nad 24 GHz), které umožňují využívat rádiové kanály s větší šířkou a s minimální latencí. Rádiové signály v pásmu milimetrových vln však mají mnohem vyšší útlum, takže dosah je jen několik stovek metrů. Proto mobilní operátoři pro sítě 5G přechází z velkých vysílacích stanovišť na malé levné rádiové transceivery s nízkým výkonem, které budou pokrývat malé oblasti. Malé buňky jsou mnohem levnější než realizace velkých makrobuněk a mají nižší spotřebu energie, což umožňuje hustější umístění buněk na ulicích a v budovách.

Zavádění malých buněk v sítích 5G bude vyžadovat přivedení optického vlákna blíže ke koncovým uživatelům, což umožní využití vyšších kmitočtových pásem a také výrazně zvýší kvalitu poskytovaných služeb. Budoucí úspěch 5G tedy do značné míry závisí na přivedení optického vlákna z páteřní sítě hlouběji do rádiové přístupové sítě, co nejblíže koncovým uživatelům.

Vztah mezi optickým vláknem a sítěmi 5G

Malé buňky v sítích 5G a jejich optické připojení do páteřní sítě se nikdy nebudou vzájemně vylučovat. Abychom lépe porozuměli vztahu mobilní a pevné sítě, můžeme si síť 5G představit si jako krevní oběh v lidském těle a krev jako internetový provoz. Páteřní síť a optické připojení základnových stanic (backhaul) představují žíly a tepny a vzdálené rádiové jednotky (RRU) a jejich připojení (fronthaul) představují vlásečnice. Podle studie společnosti Deloitte přenáší mobilní sítě pouze 11 % internetového provozu, zatímco prostřednictvím pevné sítě je přenášeno téměř 90 % internetového provozu.

Díky využití malých buněk v oblastech, kde budou indikovány vysoké nároky na přenosovou kapacitu a latenci, budou moci sítě 5G poskytovat mnohem kvalitnější služby než současné mobilní sítě 4G. Nicméně, kvalita a spolehlivost mobilní sítě bude záviset na optických vláknech, které budou přenášet internetový provoz do a z malých buněk 5G.

Budoucnost 5G závisí na optických vláknech

I když se předpokládá, že komerční služby 5G bude letos k dispozici pouze na vybraných oblastech, je už nyní čas uvažovat o důsledcích a připravit se na jejích zavádění 5G. Například v některých městech jsou připravena nenasvícená optická vlákna pro budoucí využití.

Záležet však bude na vedení města a majitelích optických vláken, jak tato aktiva využijí a také na jejich vzájemné spolupráci, aby zajistili, že investice do zavádění optických vláken budou i nadále prioritou. Úspěch přechodu na 5G závisí na tom, zda bude možné investovat dostatečné prostředky do optické infrastruktury, konkrétně na zavádění optických vláken do blízkosti koncových uživatelů, protože jinak může být budoucnost 5G ohrožena.

Redaktor: Jaroslav Hrstka