10 lat w epoce internetu to cała wieczność. To właśnie dekadę temu zaczęto wdrażać zasięg sieci 4G. I choć LTE nie znajdziemy na każdej wsi w kraju, to coraz rzadziej brakuje nam zasięgu. Najnowsza sieć 5G ma wyeliminować wady poprzedniczki i przygotować do ery „internetu rzeczy”. Pytanie: kiedy do tego dojdzie?

Polska nie wygląda najlepiej pod względem prędkości internetu mobilnego. Dane Speedtest Global Index, porównujące prędkość połączeń sieci komórkowych, uplasowały nas na 49. miejscu z wynikami powyżej średniej międzynarodowej. Tę podbijają oczywiście takie kraje jak Norwegia, Japonia czy Korea Południowa, ale i też mniejsze kraje, jak Czarnogóra czy Litwa. W Polsce średnia prędkość pobierania to 21,34 megabitów na sekundę (Mbps), natomiast wysyłania – 8,34 Mbps. Dla porównania światowa średnia to 22,16 i 9,01 Mbps, ale w przypadku lidera – Norwegii prędkość pobierania to już 62,07 Mbps.

Jesteśmy nieco poniżej średniej, ale do czołówki brakuje dużo

Oczywiście, wpływ na rezultat ma wielkość kraju, jak i fakt wykorzystania poprzednich rozwiązań. Albania, która wyprzedza Polskę, budowała swoje sieci komunikacyjne niemalże od zera. Ważne jest też to, że w Albanii, na Litwie czy Islandii jest znacznie mniej ludzi i obsłużenie ich w mniejszym stopniu będzie obciążać odbiorniki. Ostatecznie wynik w Polsce nie jest tak zły, ale nie jest też rewelacyjny.

Zanim jednak internet w smartfonach stał się powszechny, producentów czekała długa droga, na której Europa i Stany Zjednoczone nie potrafiły znaleźć wspólnej ścieżki.

Telefon w sieci, sieć w telefonie

Sieci komunikacyjne pozwalające łączyć się bezprzewodowo swój początek wzięły jeszcze z lat czterdziestych. Wtedy to amerykański operator AT&T skomercjalizował nowo powstały standard MTS (Mobile Telephone Service). Sieć pilotażowo działała w obrębie miejscowości mającej 5000 mieszkańców. Pozwalała tylko na wykonanie 30 000 połączeń, ale ze względu na trzy anteny – tylko trzem osobom jednocześnie. Nie była to jednak popularna usługa – sprzęt ważył ponad 35 kilogramów, a jego użytkowanie kosztowało 15 dolarów za wynajęcie miesięcznie (dziś 75). Same rozmowy to koszt od 0,3 do 0,4 dolara (dziś 3,5 i 4,75). W 1965 wypuszczono ulepszona wersję, która pozwalała wykonać w sieci 40 000 połączeń dziennie i do 12 jednocześnie.

Pierwszy telefon obsługujący Radio Common Carrier (fot. Wikimedia Commons)

Co prawda nikt nie myślał wtedy o kompaktowych smartfonach, natomiast producenci pierwszego telefonu radiowego marzyli o tym, by zmniejszyć monopol amerykańskich operatorów. Tak powstało pierwsze pasmo radiowe – Radio Common Carrier, nazywane według powstałej w XXI wieku klasyfikacji – 0G. Była to odpowiedź na drogą i nieporęczną ofertę od AT&T. Standard łączności korzystał z pasm  454/459 MHz i VHF 152/158 MHz, podobnych do IMTS. Był to standard pozwalający na mobilność, ale w ograniczonym zakresie, bowiem różnice w skalibrowaniu przekaźników w danych regionach uniemożliwiały komunikację poza obszarem danego stanu.

Tego błędu pozbyto się przy wdrażaniu sieci 1G. Tutaj współpracowano już z Europą, w której to Norwegia wdrożyła wcześniej standard OLT o porównywalnej do RCC specyfikacji. Ostatecznie, ze względu na różnice związane z odległością (w Europie sieć była opracowywana na mniejszych obszarach, w Stanach Zjednoczonych na większych), powstały dwa standardy – europejskie NMT i amerykańskie AMPS. Obydwa nadawały analogowy sygnał radiowy i pozwalały jedynie na rozmowy głosowe. W Europie z NMT zaprojektowanego przez Norwegów przerzucono się na AMPS, co było pierwszym krokiem do roamingu międzynarodowego.

Nowoczesna generacja

To z generacji 2G pochodzą niezmiennie popularne SMSy. To także era wejścia telefonów pod strzechy. Sygnał analogowy w 1989 został zmieniony na cyfrowy, co jest ważne z perspektywy mobilności. Anteny w końcu mogły (niezbyt efektywnie, ale jednak) przejmować sygnał z innych anten i obsługiwać rozmówcę, który szybko się przemieszczał. W Europie powstał standard GSM, natomiast w Stanach Zjednoczonych CDMA. Mimo różnicy standardów, pierwsze urządzenia mobilne jak IBM Simon posiadały moduły do korzystania z obydwu tych opcji. Nieco później w ramach tego standardu pojawił się GPRS, czyli General Packet Radio Service Dzięki temu pojawiła się możliwość korzystania z internetu, choć oczywiście na monochromatycznych ekranach nie dało się skorzystać z witryn internetowych.

Nokia 3510i to jeden z pierwszych telefonów z obsługą GPRS i pierwszy, który wprowadził internet dla mas (Wikimedia Commons)

Tak naprawdę prawdziwą unifikacją była sieć 3G, wdrażana na całym świecie od 2001 roku przy wykorzystaniu starszej infrastruktury. Pozwoliła ona na jednoczesne korzystanie z internetu i rozmów telefonicznych. Nowością było wykorzystanie obecnego do dziś standardu MIMO (Multi-Input Multi-Output). Jego zadaniem jest przetwarzanie i przesyłanie przez jeden odbiornik sygnału z wielu anten do niego zainstalowanych. Poza oszczędnością miejsca łączenie sygnałów zmniejszono też szum (więcej sygnału przetwarzanego przez anteny pozwala przesyłać bardziej skondensowaną treść przez falę, zmniejszając odstępy między danymi do minimum i ograniczając szum).

Long Term Evolution

Przy powstaniu sieci 4G najważniejszą zmianą było wprowadzenie standardu LTE do konstrukcji nadajników sygnału. Long Term Evolution. Standard funkcjonujący na częstotliwości 1800MHz i 800MHz to dziś najpopularniejsza opcja, w dodatku taka, która łatwo może się rozwijać. Maksymalna przepustowość na poziomie 300Mb na sekundę i minimalne opóźnienie o wartości 10 milisekund to nie jedyne zalety. W każdej chwili odbiornik LTE może obsługiwać więcej anten, a nadajnik mieć więcej wysłanników fal (do 256). Co więcej, LTE może korzystać ze starszego sygnału, by jednocześnie nie obciążać częstotliwości odpowiedzialnej za internet i przekazywanie rozmów. W ten sposób 4G LTE obsługuje szybki internet, a 3G rozmowy.

5G to nowe możliwości…

Nad standardem 5G dłubie cały świat telekomunikacji. Nokia, Huawei, Siemens oraz inni dostawcy narzędzi telekomunikacyjnych traktują poważnie ewolucję sieci komórkowej. W nowej formie będzie ona niemalże transcendentna – zasięgi odbiorników mają być nie dość, że zwiększone, to dzięki MIMO przekazywane przez starsze odbiorniki bez utraty jakości połączenia. Unia Europejska planuje komercyjne wprowadzenie tej platformy w 2020.

Do 5G jeszcze nam daleko, ale przynajmniej przygotowano już logo

Prędkości, jakimi będzie operować sieć, wydają się być oszałamiające. Nawet 20 gigabitów na sekundę pobierania danych i 10 gigabitów odbioru danych (w przeciętnym polskim domu prędkość pobierania to 40 megabitów) to kilkadziesiąt razy szybciej od LTE. Najważniejsza jednak będzie odporność na wiele urządzeń komunikujących. Jest to o tyle istotne, że idea internetu rzeczy zakłada podłączenie niemalże każdego urządzenia domowego i nie tylko do sieci. W ten sposób sprzęty wchodziłyby w interakcje bez udziału człowieka, ale i pozwalałyby na łączenie się z nimi z dowolnego miejsca na świecie. Testowe pokazy 5G są już prowadzone od 2016 i miały miejsce chociażby podczas igrzysk w Pjongczangu. Qualcomm w teście 5G łączonego z LTE uzyskał ponad 130 Mb na sekundę transferu i tylko 7ms opóźnienia. Jest to jednak rezultat daleki od obiecanych wyników. Nie zapowiada się jednak na to, by do 2020 roku pojawiły się sprzęty korzystające z nowego standardu.

…I nowe problemy

Z wdrażaniem 5G wiąże się zwolnienie odpowiedniej częstotliwości, na której sygnał mógłby działać. Unia Europejska planuje w tym celu pozbyć się telewizyjnego sygnału analogowego z częstotliwości 700MHz. I o ile w Europie pozbyto się telewizji analogowej, o tyle w Rosji problem jest znacznie poważniejszy – 700MHz służy rosyjskim siłom zbrojnym do komunikacji wojskowej. Negocjacje na pewno spowolnią rozwój technologii.

Rosyjskie siły zbrojne korzystają z pasma 700MHz do wewnętrznej komunikacji (fot. Wikimedia Commons)

Na ten moment brakuje też działających w 100% mikroprocesorów i routerów obsługujących dany standard. Z perspektywy rynku smartfonów miniaturyzacja dotychczasowych rozwiązań to przymus, by w ogóle mogły zostać one spopularyzowane. Dodatkowym problemem związanym z technologią może być oszczędność producentów. Jeśli będą mogli skorzystać z nadajników starszych generacji i podpiąć pod nie 5G, to najprawdopodobniej tak zrobią, a przyspieszenie internetu nie będzie skokowe, a powolne i być może niemal nieodczuwalne. Co przyniesie przyszłość? Dowiemy się po 2020.