5G

Evolucija mobilnih omrežij in njihova prihodnost

Miran Varga 29. september 2020 Čas branja članka: 9 min
/PublishingImages/evolucija-onmrezja-5g-varga-sept20-hero.jpg

Prvi klic prek mobitela je bil opravljen že davnega leta 1973, izjemen napredek na področju mobilnih omrežij, naprav in storitev pa kaže, da se ta zlepa ne namerava ustaviti. In to ob dejstvu, da je še vsaka nova generacija mobilnih omrežij svet preoblikovala na načine, ki si jih prej sploh nismo mogli predstavljati. Tudi omrežja 5G bodo nadaljevala v tem slogu.

Podobno kot mobiteli, ki so se razvijali od opeki podobne naprave do današnjih elegantnih in celo futurističnih naprav, je tudi mobilno omrežje, ki jim omogoča delovanje, napredovalo z velikimi koraki. Z vsako naslednjo generacijo – industrija telekomunikacij se je odločila kar za okrajšavo z veliko črko G – se zmogljivost omrežja za prenos podatkov poveča, odzivni časi pa skrajšajo, bodisi z boljšo optimizacijo omrežja (npr. prehod iz analognega v digitalno) bodisi z uporabo večje pasovne širine in frekvenc. Toda o tem več v nadaljevanju, poglejmo najprej, kje in kako se je vse skupaj začelo.

1G: Drzen začetek nečesa novega

Prvo generacijo mobilnih omrežij ali 1G, kot so jih retroaktivno poimenovali ob uvedbi naslednje generacije, je leta 1979 v Tokiu predstavil operater Nippon Telegraph and Telephone (NTT). Omrežje je bilo najprej na voljo v večjih mestih in se je postopoma širilo navzven, z mobilnim signalom 1G je NTT do leta 1984 kot prvi v svetu pokril celotno Japonsko. Celo v ZDA so svoje prvo omrežje z mobilnim signalom dobili šele leta 1983, podobno kot razvitejše države v Evropi. Prednjačili so severnjaki, v Skandinaviji je zaživel analogni sistem NMT (Nordic Mobile Telephone), sestavljen iz treh ključnih komponent: mobilnih telefonov, baznih postaj in centrale. Signal je potoval po radijskem spektru od mobilnega telefona prek najbližje bazne postaje do centrale, ki je skrbela za vzpostavitev in posredovanje zveze med mobiteli, povezanimi v omrežje. Sistem NMT se je izkazal kot zanesljiv, zato se je hitro razširil po vsej Evropi. Že leta 1987 so ga v testni različici postavili v PTT Slovenije, na prvo komercialno dostopno mobilno omrežje pa smo morali Slovenci čakati do leta 1991, ko je bilo postavljeno NMT-omrežje za našo regijo – centrala v Zagrebu je pokrivala območje Slovenije in Hrvaške. Slovenci smo bili v sistemu NMT nekakšni posebneži, saj je njegovo tipično frekvenco (450 MHz) pri nas uporabljala vojska, zato je bil sistem prilagojen za delovanje na alternativni frekvenci 412 MHz.

NMT v Sloveniji

Leta 1991 ustanovljeno podjetje Mobitel je dobilo nalogo razvoja mobilnih telekomunikacij v samostojni državi in že leto dni po osamosvojitvi postavilo NMT-centralo v Ljubljani. Istega leta je Mobitel presegel prvi mejnik – prvih tisoč naročnikov. Mobilni telefon je veljal za stvar prestiža. Pisec teh vrstic sem se z njim prvič srečal še kot otrok – na lokalni bencinski črpalki sem občudoval trgovskega potnika, kako telefonira iz avtomobila. Njegov Benefon Forte je bil za današnje razmere videti skrajno industrijsko – na precej veliko osnovno enoto je bila povezana vrvična slušalka, podobna klasičnemu telefonu iz prvega vala dodajanja gumbov na slušalke. Sama naprava je bila velikosti primerno težka – avtoinštalacija je tehtala skoraj štiri kilograme. Prvi slovenski naročniki so lahko izbrali le en mobilni aparat – NMT CarryPhone. Čeprav je za današnje razmere nepredstavljivo veliko plastično ohišje z zunanjo anteno gostilo težko svinčevo baterijo, ta ni omogočala celodnevne avtonomije. Več let pozneje se je kot najbolj priljubljen model uveljavil mobilnik finskega proizvajalca Benefon Delta, ki je v višino meril 17 cm in tehtal za tiste čase peresno lahkih 350 gramov. Minus – baterija je zmogla le dobre pol ure pogovorov. Na vrhuncu svoje življenjske dobe, konec leta 1997, je omrežje NMT v Sloveniji preseglo 40.000 uporabnikov. A ker je Mobitel že dve leti prej začel preizkušati nov digitalni sistem GSM, je ob njegovi uvedbi sledil hiter prehod v boljše omrežje. Omrežje NMT in z njim tudi omrežno skupino 0609 je Mobitel dokončno ukinil konec leta 2005.

Svet si je uvedbo mobilnih omrežij zapomnil predvsem po globalno uspešnem mobilniku Motorola DynaTAC. Čeprav je ta leta 1984 stal vrtoglavih 4.000 ameriških dolarjev (preračunano v današnje razmere bi to zneslo okoli deset tisočakov), je njegova priljubljenost presenetila vse, Motoroli pa za več let ustvarila konkurenčno prednost. Globalni trg mobilne telefonije je hitro vzcvetel, v začetnih letih je dosegal okoli 50-odstotno letno rast in že leta 1990, torej še preden je Slovenija dobila prvo lastno mobilno omrežje, so imeli mobilni operaterji po svetu 20 milijonov naročnikov. Povratka nazaj ni bilo (več).

 

Čeprav je bil potencial mobilne telefonije ogromen, so mobilna omrežja 1G že kazala resne pomanjkljivosti, ki jih je veljalo čim prej odpraviti. Pokritost s signalom je bila še vedno relativno slaba, kakovost klicev pa nizka. Povezovanje klicev med različnimi operaterji ni bilo mogoče, združljivost med posameznimi sistemi prav tako ni obstajala. Še huje, ker klici niso bili zaščiteni (beri: šifrirani), je vsakdo s približno sposobno radijsko opremo lahko prisluškoval pogovorom. Vse naštete vrzeli so nato tlakovale pot drugi generaciji mobilnih omrežij oziroma 2G.

2G: Tehnična in kulturna revolucija

Drugo generacijo mobilnih omrežij so že leta 1991 'povili' Finci in predstavili standard GSM (Global System for Mobile Communications). Ta je, kot že ime namiguje, imel očitne globalne ambicije in vrsto prednosti pred sistemom NMT. Prvič je bilo mogoče klice šifrirati, digitalni glasovni klici pa so bili bistveno jasnejši z manj šumi in prasketanja v ozadju. Toda najpomembneje – omrežja 2G niso omogočala zgolj prenosa zvoka, temveč tudi podatkov, kar je postavilo temelje za pravo tehnično in družbeno revolucijo. Ali pa kulturno revolucijo, če želite.

Ljudje smo v omrežju GSM lahko prvič poslali besedilna sporočila (SMS), slikovna sporočila in večpredstavnostna sporočila (MMS) na druge mobitele. Povezovanje med različnimi operaterji in gostovanje v tujih omrežjih je postalo mogoče. Analogna preteklost 1G se je zato pospešeno umaknila digitalni prihodnosti, ki jo je predstavljal 2G. Podjetja in končni uporabniki so mobilno omrežje GSM hitro posvojili – v obsegu, kakršnega do takrat še nismo videli. Več možnosti komunikacije (govorne in podatkovne) in nižje cene so poskrbele, da je število naročnikov GSM strmo naraščalo. V Sloveniji je kot prvo komercialno omrežje GSM zaživelo Mobitelovo omrežje, in sicer julija 1996. Cene storitev so bile sprva zasoljene, a so se ob vstopu konkurenčnega operaterja (Simobil) leta 1999 hitro znižale. Boj za uporabnike med operaterjema je prestopil tudi na področje mobitelov oziroma subvencioniranja njihovega nakupa, ki je bil pogojen z zvestobo. Zanimiva slovenska praksa nakupa mobitela za 1 evro se je ohranila do današnjih dni in jo posnemajo tudi v drugih državah.

Še zanimivost: sistem GSM sprva ni podpiral pošiljanja SMS-ov za navadne uporabnike, tehniki so menili, da je omejitev, postavljena pri 160 znakih, prehuda, da bi bila storitev uporabna. Toda ko so operaterji vseeno ugotovili, da je možnost pošiljanja kratkih sporočil tržno zanimiva, so to funkcionalnost pospešeno dodali in jo odlično tržili. Mobitel je pošiljanje in prejemanje kratkih sporočil uvedel leta 1998.

 

Tehnična evolucija znotraj generacije

Čeprav so mobilna omrežja 2G omogočala prenos podatkov, teoretično do 236 kbit/s, so prve implementacije zmogle le hitrosti okoli 9,6 kbit/s, zato so si operaterji po svetu prizadevali graditi vse več in vse zmogljivejše bazne postaje. Prva evolucija, znana tudi kot GPRS (2,5G), je prinesla tehnologijo paketne komutacije, kar je omogočalo hitrejši prenos podatkov in dvig povprečnega prenosa v okolico 40 kbit/s. Kaj kmalu je nato sledila še ena evolucija, poimenovana EDGE (2,75G), ki je ponudila velikanski preskok in hitrosti do 500 kbit/s in je skupaj z novejšimi mobilniki predstavljala odlično osnovo za bogatejše podatkovne storitve. Čeprav gre z današnjega vidika za relativno nizke hitrosti prenosa podatkov, pa je predvsem tehnologija EDGE pomenila pravo revolucijo za poslovno rabo mobilnikov in za vedno spremenila svet.

Najboljši pokazatelji, kaj vse je zmoglo omrežje 2G v vseh svojih reinkarnacijah, so bili bržkone dražji mobiteli Nokia, čistokrvni predhodniki današnjih pametnih mobitelov.

3G: Dobrodošlo mednarodno gostovanje

Po vstopu v tretje tisočletje so znova udarili Japonci. Tamkajšnji velikan NTT DoCoMo je mobilno omrežje tretje generacije (3G) uvedel že leta 2001 in postregel s plemenito namero: želel je uveljaviti standardizacijo omrežnega protokola, kar bi olajšalo postavitev mobilnih omrežij po vsem svetu in poskrbelo za njihov hitrejši razvoj. To je pomenilo, da so uporabniki lahko dostopali do podatkov s katerekoli lokacije na svetu, dobili smo storitve mednarodnega mobilnega gostovanja. Slednje je pomenilo ogromen preskok v rabi storitev mobilne telefonije, saj je pred tem obisk druge celine zahteval tudi uporabo povsem drugačnih mobilnih naprav – takšnih, ki so podpirale frekvence lokalnih mobilnih operaterjev.

Povečane zmogljivosti omrežij 3G so omogočale prenos podatkov, ki je bil štirikrat hitrejši od najboljšega, kar so nudila omrežja 2G. To je botrovalo pojavu novih mobilnih storitev, kot so lokacijske storitve, videokonference, pretočni video in glasovni prenos prek internetnega protokola (še pomnite prvi Skype?).

Leta 2002 je luč sveta ugledal poslovni mobilnik Blackberry, številne njegove zmogljive funkcije pa je omogočala šele povezava 3G. Branje in pisanje e-pošte na mobitelu s tipkovnico je dobilo povsem novo dimenzijo, spletni brskalnik in nekaj namenskih aplikacij pa je poslovnim uporabnikom dalo možnost bahanja, kaj vse zmore mobitel.

 

Pet let pozneje, ko so bila omrežja 3G že dodobra zasedena, je udaril še Apple z izvirnim modelom iPhone. Obilje aplikacij in podatkovno gnanih storitev je ob dejstvu, da so se iPhoni prodajali kot vroče žemljice, marsikje poskrbelo za visoke obremenitve omrežij, napočil je čas za novo generacijo.

4G: Vzpon pretočnih storitev

Kot bi se vloga tistega, ki je odgovoren za razvoj nove generacije mobilnega omrežja, prenašala med Japonsko in Evropo, so standard 4G, imenovan tudi Long Term Evolution (LTE), najprej uporabili mobilni operaterji na Švedskem in Norveškem – že leta 2009. Tokrat preostali svet ni bistveno zaostajal, omrežja 4G/LTE so se hitro razpasla po svetu. Zakaj, ni težko ugotoviti. Obljubljala so visoke pretočne hitrosti za milijone uporabnikov oziroma njihovih naprav, zgornja meja pa je bila postavljena na za tiste čase magičnih 200 Mbit/s. Kdo bi sploh potreboval višje hitrosti, če toliko še po lokalnih žičnih vodnikih ne gre?

Za piko na i je po začetni implementaciji nova evolucija (hej, ta je celo v imenu omrežja) že postregla z novicami o gigabitnih hitrostih – pa čeprav le v primeru stacionarne rabe mobilnega omrežja. 4G tako ni ponujal le bliskovito hitrega dostopa do interneta, temveč je v praksi uresničil pretočne videostoritve, gledanje pretočnega videa visoke ločljivosti na mobilnih napravah je postalo realnost. Tako sem se pred skoraj desetimi leti na Kitajskem čudil dejstvu, da malodane vsi domačini na podzemni železnici držijo v rokah mobitele in spremljajo svoje priljubljene TV-oddaje ali serije. Videokonference z več udeleženci so postale realnost.

Tehnično gledano je bil prehod malce zahtevnejši od tistega med omrežjema 2G in 3G. Enostavna zamenjava kartice SIM tokrat ni prišla v poštev, saj je morala omrežje 4G podpirati naprava sama. To je povzročilo poplavo prodaje pametnih mobitelov in tablic, ki so se bohotili s kratico 4G. Nekaj podobnega lahko znova pričakujemo v kratkem – z vzponom omrežij 5G. Hkrati pa je bila ta poteza eden izmed dejavnikov vzpona Appla, ki je tako po prodaji in posledično visoki vrednosti delnice postal prvo podjetje na svetu, ocenjeno na milijardo dolarjev.

In čeprav je pokritost s signalom 4G/LTE desetletje po njegovi uvedbi globalno dobra, ni odlična. Operaterji so se na račun optimizacije naložb odločili pokritost zagotavljati tam, kjer se jim to (ekonomsko) splača. Tako tudi v razvitih državah sveta, celo v zahodni Evropi, pokritost omrežja s signalom 4G dosega le okoli 50 do 70 %. Slovenci imamo pri tem srečo, saj Telekom Slovenije kot vodilni operater s signalom LTE pokriva že več kot 96 % prebivalstva.

 

5G: Za povsem nove storitve in poslovne modele

ZVečina uporabnikov danes ne potrebuje hitrejšega dostopa do mobilnega omrežja, niti tega ne zmorejo njihovi mobiteli in tablice. Zakaj so torej mobilna omrežja pete generacije (5G) tako rekoč pred vrati? Predvsem zato, ker za razliko od zgolj višanja pretočnih hitrosti odpravljajo tisto ozko grlo, ki je doslej zaviralo še naprednejšo poslovno rabo.

Omrežja 5G bodo v praksi omogočila in opolnomočila čistokrvni internet stvari, saj obljubljajo hipno odzivnost. Ta bo temelj za uveljavitev vrste novih storitev, kot so npr. operacije na daljavo itd. Mobilna omrežja bodo morala prenesti »na tone« podatkov vsako sekundo, štele bodo milisekunde. Omrežje 5G obljublja odzivnost v realnem času, kar je občutno bolje od 40 ali 60 milisekund, ki jih zmorejo omrežja 4G.

Ocene pravijo, da bomo leta 2025 uporabljali 13-krat več prenosa podatkov kot danes (za primerjavo: od lansiranja LTE do danes se je prenos podatkov v omrežju Telekoma Slovenije povečal za 25-krat), število v mobilno omrežje povezanih naprav pa se bo merilo v desetinah milijard. Te povezane naprave bodo del naših (pametnih) domov, mestne infrastrukture, tovarn, pristanišč, vozil itd. Tovrstna povezljivost bo pomagala ustvariti nove storitve, tudi takšne, ki si jih danes težko zamislimo. Prihodnost je namreč pred vrati. Če želimo vedeti, kaj nas čaka v prihodnjih letih, lahko spremljamo dogajanje v Južni Koreji. Tam so namreč trije mobilni operaterji že decembra 2018 vzpostavili mobilno omrežje 5G, v državi pa je danes več milijonov uporabnikov.

V Sloveniji lahko prvo komercialno omrežje 5G pričakujemo zelo kmalu. Tehnološko gledano nismo še ničesar zamudili, operaterji se zadnje leto pripravljajo na novo težko naložbo. Že res, da bodo lahko večino novejših 4G baznih postaj nadgradili v 5G-postaje, a nova arhitektura mobilnega omrežja zahteva večje število baznih postaj in te morajo biti bližje (druga drugi in uporabnikom), če naj dostavijo tisto, kar obljubljajo – vrhunsko odzivnost.

Mobilna omrežja so torej od prvega klica v letu 1973 prehodila dolgo pot. Danes predstavljajo informacijsko avtocesto, brez katere si življenja in dela ne predstavljamo več. Omrežja 5G pa bodo našo odvisnost od sodobne tehnologije le še povečala – udobju in višji kakovosti življenja se namreč ne bomo želeli odpovedati.


Podobni članki

 

Nalaganje vsebine
© 2017 Telekom Slovenije
29. september 2020
5375
29. september 2020
Evolucija mobilnih omrežij in njihova prihodnost
5G