Пета генерација (5G) мобилних технологија и њихово увођење у експлоатацију подразумева испуњење захтева, као што су неограничени приступ информацијама и присуство података на сваком месту, у било које време и за свакога. Kорисници захтевају 10 пута већи проток података и 1.000 пута већи капацитет у односу на постојеће мреже.
Мр Драгорад Миловановић
Проф. др Зоран Бојковић
Данашње друштво карактерише огроман пораст обима и просторне густине телекомуникационог саобраћаја у условима великих улагања и технолошког развоја рачунарског облака (sloud computing). Пета генерација (5G) мобилних технологија и њихово увођење у експлоатацију подразумева испуњење захтева, као што су неограничени приступ информацијама и присуство података на сваком месту, у било које време и за свакога.
Kорисници захтевају 10 пута већи проток података и 1.000 пута већи капацитет у односу на постојеће мреже. Поред тога захтева се успостављање узајамне конекције огромног броја (реда 106) интелигентних уређаја. Захтева се и поузданост, дуго трајање електричног батеријског напајања и врло кратко време одговора на позив. Укупну потрошњу електричне енергије неопходно је смањити због истовременог захтева за повећањем и капацитета и протока података.
Окружење је хетерогено, примењује више различитих технологија, слојевите мреже, различите врсте уређаја с различитим корисничким интерфејсима итд. Препознати захтеви се могу груписати према корисницима, системима, сервисима, управљању мрежом и пословним потребама. Kада сви региони имплементирају технологију пете генерације и остваре глобалне конекције, стандарди постају основни механизам и камен темељац инфраструктуре и универзалних апликација.
Само говор бежично
Развој технологије бежичних телефона започео је средином 20. века. Први мобилни телефони произведени су у Јапану 1979. Истовремено, NМТ (Nordic Mobile Telephone) развија бежичну технологију у Норвешкој, Шведској и Данској. „Моторола” у САД уводи мобилну технологију, да би се први мобилни телефони појавили 1983. Прва генерација (1G) мобилних целуларних мрежа је заснована на аналогним системима преноса. У току 1990. године број претплатника је глобално достигао 20 милиона. Најзначајнији стандарди прве генерације су AMPS (Аdvanced Mobile Phone System) и TACS (Тotal Access Communication Systems). Бежични телефони коришћени су само за говорне услуге.
Системи друге (2G) генерације GSM (Global Systems for Mobile Communications) засновани су на дигиталним модулационим техникама у TDMA (Тime Division Multiple Access) и CDMA (Code Division Multiple Access) системима приступа. Побољшан је квалитет говора, а од не мањег значаја није да су повећана сервисна зона и додатне услуга (пејџинг, текстуалне поруке, говорна пошта). Прелазна генерација (2.5G) GPRS (General Packet Radio Service) пакетску комутацију и ИP протокол. Мултимедијални сервиси, стриминг и интернет сервиси постају популарни а проток података је повећан са 9.6/14.4 Kb/s на 20-40 Kb/s.
Системи треће (3G) генерације уведени су у експлоатацију 1998. године и омогућили су аудио и видео апликације. Један од основних захтева је испуњен, јединствен мрежни протокол уместо различитих стандарда усвојених у Европи, САД и другим регионима. Трећа генерација је остварила протоке од 2 Мb/a. Сервиси UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) омогућили су мултимедијалне интернет апликације у свим регионима света.
Прелазна фаза четврте (4G) генерације мобилних мрежа су 3.5G системи HSPA (High Speed Packet Access) који остварују вршни проток од 14.4 Мb/с. Четврта (4G) технологија комерцијално je доступна од 2006. године и остварује протоке до 20 Мbps и истовремено гарантује квалитет сервиса QоS (Quality of Service) на основу класификације и приоритета телекомуникационог саобраћаја за различите апликације. LTE је мобилни сyстем (Long Term Evaluation) од 2009. године који комбинује OFDMA (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing) радио-интерфејс и All-IP мрежу.
Пројектовање, димензионисање и оптимизација су саставни део развоја и инфраструктуре информационо-комуникационих технологија (ICT) и основна база развоја нових алгоритама за 4G/5G мултисервисне мреже. Основни задаци у блиској будућности су:
- Развој нових технологија који ће понудити повећање капацитета радио мреже;
- Одређивање релација квалитета сервиса QoS и параметара који каратеришу изворе саобраћаја;
- Управљање и оптимизација употребе ресурса радио мреже и
- Наглашавање улоге транспорта података, њиховог преноса и пријем од крајњих корисника до окоснице мреже.
Повећање протока
Развој система мобилних мрежа пете генерације (5G) фокусиран је на употребу и примену, узима у обзир потребе оператора и нове пословне моделе, све у смислу додатних услуга за крајњег корисника. Захтевају се већи битски протоци и капацитет и економичност сервиса. То су различити захтеви од оних које су постизале 4G мреже оптимизиране за широко-појасни приступ подацима. У 5G мрежама не ради се само о броју уређаја, захтева се поузданост и брзо успостављање конекције. Смањење потрошње електричне енергије је значајан захтев.
Један од најзначајнијих процеса у области 5G стандардизације јесте партнерски пројекат 3GPP који је стартовао марта 2015. године. Пројектом су дефинисани временски рокови процеса стандардизације. Међународна телекомуникациона унија ITU-R почетком 2012. предложила је програм развоја целуларних система до 2020. године. Временски распоред 3ГПП истраживања, стандардизације и технологије и комерцијалне примене 5G мобилних мрежа приказан је на слици 1. Процес стандардизације у ITU приказан је у табели 1.
Слика 1. ITU и 3GPP временски распоред 5G истраживања, стандардизације и технологије.
Развојни пут 5Г технологија мобилних мрежа карактерише повећан број уређаја и комплексност сервиса. Истовремено, појављују се захтеви за приступ новим бежичним сервисима. Наглашавамо основне предности 5Г технологије:
- широки двосмерни пропусни опсег и висока резолуција,
- интерфејс за тарифирање са напредним карактеристикама,
- надзорни алати за напредне крајње кориснике
- масивни протоци (гигабита у секунди) у емитовању (broadcasting ),
- статистика телекомуникационог саобраћаја са великом тачношћу,
- опција за управљање пропусним опсегом са удаљене локације,
- високи протоци и за преузимање (download) и постављање (upload) и
- побољшана и појачана глобална конективност.
Питање које се често поставља када се говори о технолошким компонентама јесте повећање протока података. Претпоставља се да га је могуће остварити повећањем спектралне ефикасности, а то значи повећањем броја чворова у мрежи. Од не мањег значаја су повећање ширине пропусног опсега употребом спектра милиметарскх таласа и боља искоришћеност нелиценцираног спектра на 5 GHz. Технологије MIMO, такође, повећавају спектралну ефикасност. Технолошке компоненте којима се остварују амбициозни циљеви постављени 5G мобилним мрежама садрже:
- масивни MIMO системи,
- микроталаси милиметарске таласне дужине,
- повећање густине хетерогених мрежа (слика 2),
- хетереогене радио мреже за приступ засноване на рачунарском облаку (слика 3),
- директна комуникација уређаја (слика 4).
Слика 2. Повећање броја базних станица и мрежа за подршку у једној области покривања
Слика 3. Хетерогени мрежни приступ са координацијом у облаку H-CRAN (Heterogeneous Cloud Radio Access Network)
Слика 4. D2D комуникације у лиценцираном и нелиценцираном спектру
Пета генерација 5Г бежичних мобилних мрежа подржава развој различитих широкопојасних апликација са различитим перформансама. Kористе се многобројни уређаји у хетерогеном окружењу. Студија случаја обухвата одређивање захтева и дефинисање технолошке основе у 5G архитектури. Циљ је разумевање нивоа флексибилности који се захтева у 5G архитектури система. Студија је обухватила 25 случајева који су груписани у 8 група. Репрезентативни примери и истражени захтеви приказани су у табели 2.
Све најбоље до сада
Мобилни системи 5G обједињују најбоље до сада развијене технологије и располажу изузетном могућности да подрже софтверска решења. На тај начин подржан је широки опсег функционалности и примена изван постојећих целуларних мрежа, укључујући веома поуздане комуникације.
Напредни системи, као што су масивни антенски системи, микроталсне комуникације у милиметарском опсегу таласних дужина и директна комуникација уређаја, значајно утичу на нову архитектуру хетерогених мрежа. Kао решење смањења потрошње електричне енергије и повећање спектралне ефикасности појављују се рачунарство у облаку у три сегмента: апликације, платформа и инфраструктура.
Апликације се заснивају на софтверским сервисима. Инфраструктура представља окосницу целокупног концепта. 5G систем је прилагођен великим оптерећењима телекомуникационог саобраћаја и представља основу за свеприсутне сервисе и велики број базних станица. Основни захтеви су висока доступност сервиса, велики број конекција и енергетска ефикасност. Истраживачи настављају са развојем технологија које омогућују конвергенцију мрежа, медија и сервиса.
Литература:
K.Р.Рао, З.С.Бојковић, Д.Миловановић, Wireless multimedia communications, CRC press, Bоcа Raton, Taylor and Francis Group, 2009.
K.Р.Рао, З.С.Бојковић, Б.Бакмаз, Wireless multimedia communications: design, analysis and implermentation, CRC press, Bоcа Raton, Taylor and Francis Group, 2014.
