Thierry Breton uniós belső piaci biztos kedden arról nyilatkozott, hogy az Európai Uniónak nem áll szándékában eleve kizárni egyetlen vállalatot sem az ötödik generációs mobil távközlési infrastruktúra fejlesztésekből, még a kínai Huawei kitiltását szorgalmazó washingtoni nyomás ellenére sem. Tájékoztatása szerint az uniós bizottság a szigorú felügyeletet minden esetben előnyben részesíti bármilyen átfogó tilalom elrendelésével szemben. Az MTI-hez eljuttatott közleményben a Huawei Technologies azt írta, üdvözli az Európai Bizottság bejelentését, amelynek következtében a vállalat továbbra is részt vehet a következő generációs mobilhálózatok, az 5G európai telepítésében. Az 5G kiberbiztonsága előítéletektől mentes, objektív és tényeken alapuló megközelítése lehetővé teszi Európában a biztonságosabb és gyors 5G-hálózatok kiépítését. Megjegyezték: a cég csaknem 20 éve van jelen Európában, és leszögezi, hogy ez idő alatt bizonyította elkötelezettségét a kiberbiztonság iránt. „Továbbra is azon dolgozunk majd, hogy az európai kormányzatokkal és ipari szereplőkkel közösen egységes szabványokat, protokollokat hozzunk létre, melyek megerősítik a hálózatok biztonságosságát és megbízhatóságát” – írták. (MTI)
Egy friss tanulmány szerint az 5G-fejlesztések a következő tíz évben mintegy 18 milliárd euróval járulnak hozzá a magyar gazdasághoz, világszinten pedig az 5G tíz év alatt 1.500 milliárd dollár bevételt generál.
Az elektroncsöves mobiltól az 5G hálózatig
A mai kor alapvető követelménye a mindentudó mobiltelefon. Teljes természetességgel használjuk a jelenlegi okostelefonokat, de már kopogtat az új, ötödik generációs rendszer. Hogyan jutottunk el idáig, és mit fog tudni az 5G hálózat?
Dr. Bartolits István
Nemzeti Média- és Hírközlési Hatóság, főosztályvezető
A kezdetek
Az első kereskedelmi mobiltelefon szolgáltatás már 1946-ban megindult St. Louis-ban, ezek autóba beépített, 40 kg-os elektroncsöves készülékek voltak. A 150 MHz-es sávban 3 csatornát kezelt, a kapcsolást pedig kezelő hozta létre. Mégis népszerű lett, de hamar kiderült, hogy szűk a kapacitás, ezt pedig csak a frekvenciák hatékonyabb használatával lehetett növelni. A megoldást a cellás hálózatok kialakítása jelentette, melynek az alapelvét a Bell Telephone Laboratories már 1947 decemberében publikálta. Mégis sok idő telt el a megvalósulásig, mert a kisméretű kézi készülékhez nem volt meg a kellő technológia. 1973-ban ugyan elkészült az ikonikus „téglatelefon” a Motorolánál, de hálózatot csak jóval később kezdtek fejleszteni hozzá.
Az első generációs analóg rendszer, az NMT 450 (Nordic Mobile Telephone) 1981-ben indult el Európában, ez a 450 MHz-es sávot használta és már valóban mobil telefon volt. Az első készülékek ugyan még elég nagyok voltak, spirálvezeték kapcsolta össze a készüléket az akkumulátorral, de már hordozható volt. Az NMT szabványosításakor gondoltak arra is, hogy az előfizető más országban is használná a készülékét és megvalósították a nemzetközi roaming lehetőségét is, ezzel azonban nem minden szolgáltató élt. Később az NMT-450 mellett megjelent az NMT-900 rendszer is, mely a 900 MHz-es sávot használta.
A nagy siker: a GSM rendszer
Az igazi áttörést a második generációs, digitális GSM hozta meg, mely 1991-ben kezdte meg a működését a 900 MHz-es, majd később az 1800 MHz-es sávban. A GSM (Global System for Mobile communication) rendszer az átgondolt szabványosítási munkának köszönhette a sikerét, s meghozta az átlagemberek számára is a mobilozás élményét. Ez a rendszer a beszédátvitelre lett kidolgozva, de elterjedése után fokozatosan nőtt az igény az adatátviteli – elsősorban internetezési – megoldások iránt. Történtek ugyan fejlesztések ennek a bevezetésére, de igazából ehhez egy újabb rendszer kellett, így jött létre a harmadik generációs UMTS rendszer, mely már a beszéd mellett csomagkapcsolt adatátvitelre is képes volt, igaz először csak 384 kbit/s-os – mai szemmel igen szerény – sebességgel. Ekkor már a 2100 MHz-es sáv is felhasználásra került. Komoly előrelépést jelentett viszont az a fejlesztés, mely a 3G hálózatokon megvalósította a nagy sebességű adatátvitelt (HSPA), amivel akár 21 Mbit/s-os letöltési sebesség is elérhető volt. Ez már alkalmas volt a mobil internetezésre, de értelemszerűen ez meghozta az étvágyat a multimédia alkalmazások mobil használatára is, amihez még nagyobb sávszélességre volt szükség.
Az LTE rendszer: a középpontban az adatátvitel
A következő lépcső az LTE (Long-Term Evolution) rendszer volt, mely 2009-ben kezdte meg a működését Európában. A szabványosítók itt már a csomagkapcsolt adatátvitelt állították a középpontba, olyannyira, hogy ezen a hálózaton már a beszéd is az adatátvitel felett valósul meg a kiegészítő szabványként megjelent VoLTE (Voice over LTE) segítségével. Az eredeti specifikáció szerint az LTE még nem számított 4G rendszernek, csak a fejlettebb változata, az LTE-A (LTE-Advanced) tudta a kritériumokat teljesíteni, de a szolgáltatók marketing okokból már ezt is negyedik generációs rendszernek nevezték. Az LTE céljaira 47 sávot specifikáltak a szabványok, a működő LTE hálózatok leginkább a 700 MHz-es, 800 MHz-es, 1800 MHz-es és a 2600 MHz-es sávot használják.
Az LTE hálózaton az előfizetők már akár 100 Mbit/s-os sebességgel tudnak letölteni és 50 Mbit/s-os sebességgel feltölteni adatokat az internetre – persze csak megfelelő lefedettség esetén. Ennek eléréséhez a 3G rendszerben használt szélessávú kódosztásos többszörös hozzáférés (W-CDMA) helyett az OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) sokvivős átviteli rendszert használják az LTE rádiós szakaszán. A legújabb MIMO (Multiple In – Multiple Out) antennák alkalmazásával ez a sebesség még tovább növelhető. Magyarországon 2012-ben indult meg az LTE szolgáltatás és a szolgáltatóktól független OpenSignal 2019-es jelentése szerint hazánk 4G hálózatai a világ legjobbjai között vannak. Míg például a 4G-s letöltési sebessége a világon átlagosan 20 Mbit/s, addig ez az átlag Magyarországon 32,7 Mbit/s, azaz a világátlag közel kétszerese.
Az ITU 4G kritériumait teljesítő LTE-A rendszer szabványosítása végül 2011 márciusában született meg, tehát igazi negyedik generációs hálózatokról azóta beszélhetünk.
Az 5G hálózatokkal szembeni követelmények
A negyedik generációs hálózatok kiépítése még javában folyt, mikor 2015 májusában az ITU-T keretein belül megalakult az IMT-2020 Focus Group, melynek a feladata már a következő, ötödik generációs hálózatokkal szembeni követelmények meghatározása volt. A munkacsoport 2016 decemberére fejezte be a munkáját és ennek alapján kezdődött meg az 5G rendszerek szabványosítási munkája. A követelmények meghatározásához megvizsgálták a hálózati kapacitást igénylő területek fejlődési trendjeit és ennek alapján állították össze a szükséges követelményeket. Így került előtérbe a várhatóan nagyszámú internetre csatlakozó IoT eszköz kiszolgálása, ami adott területen nagy felhasználási sűrűség kiszolgálását igényli, valamint az energiahatékonyság növelése is fontos emiatt. Ugyancsak követelmény az emelt minőségű multimédia kiszolgálás, melyhez a felhasználói sebesség növelése és a nagysebességű járművekben való zavartalan működés szükséges. Sok alkalmazás igényli a nagy megbízhatóságú átvitelt és a szinte tökéletes valós idejű átvitelt, amihez a rendszer késleltetését kell igen kicsire tervezni.
Az ITU az egyes kritikus paraméterek tekintetében azt is meghatározta, mekkora mértékben kell az 5G hálózat paramétereinek az LTE-A paramétereit meghaladniuk. Nyolc kiemelt paraméter tekintetében ezt egy u.n. pókháló ábrán mutatja be az ITU ajánlása. Látható pl., hogy az energiatakarékosságban százszoros, a spektrumhatékonyságban 3-szoros paramétert kell elérni. Az ábrán a belső, sötétebb terület mutatja az LTE-A képességeit, a világosabb terület pedig az 5G elérendő paramétereit.
Az ITU az egymásnak is ellentmondó igényeket egy követelmény-háromszögben fogalmazta meg és ebben helyezte el a különböző kiszolgálandó területeket. A háromszög három csúcsa a következő:
- Emelt szintű sávszélesség (Enhanced Mobile Broadband; eMBB)
- Tömeges gépkommunikáció (Massive Machnine Type Communications; mMTC)
- Magas megbízhatóságú és kis késleltetésű kommunikáció (Ultra-reliable and Low Latency Communications; uRLLC)
A háromszögön belül láthatjuk, hogy az egyes alkalmazások a három átfogó követelményhez képest hogyan helyezkednek el.
Az 5G hálózatok válasza a kihívásokra
A fentiekből látható, hogy az 5G hálózatokkal szemben olyan követelményeket fogalmazott meg az ITU, melyek egy szolgáltatáson belül egyszerre kielégíthetetlenek. Erre azonban nincs is szükség, minden szolgáltatásnak a maga igényei szerint kell működnie. Ennek mégis az a következménye, hogy a hálózatnak az összes kritériumot tudnia kell teljesíteni. Ez az igazi kihívás, amit az 5G rendszer kidolgozásakor szem előtt kellett tartani.
A követelményekből adódik, hogy az 5G hálózatoknak jelentősen nagyobb forgalmat kell kezelniük, mint a korábbi hálózatoknak. Ehhez egy nagy sávszélességű, robusztus optikai gerinchálózatra lesz szükség. A kapacitásokat a jelenlegi 10-50-szeresére kell bővíteni, amiből következik, hogy ezt csak jelentős beruházással lehet megvalósítani. Természetesen nem csak a gerinchálózatot kell bővíteni, ki kell építeni egy új, lényegesen több bázisállomással rendelkező rádiós hozzáférési hálózatot is. Ez szintén komoly beruházást fog jelenteni. A rádiós hálózatnak pedig jelentős frekvenciakészletre lesz szüksége, ezt is biztosítani kell. A legnagyobb kihívást pedig az jelenti, hogy az így kialakuló hálózatnak egy olyan összetett, optimalizált vezérlésre van szüksége, mely képes az egymásnak ellentmondó feltételek kiszolgálásához minden szolgáltatás esetében hozzárendelni a megfelelő hálózati erőforrásokat és a kiszolgálásához leginkább megfelelő rádiós erőforrásokat.
Az 5G hálózatok vezérlése, a hálózatszeletelés elve
Az erőforrások optimális kezelése érdekében a szükséges funkciókat nem célorientált berendezések, hanem virtuálisan létrehozott hálózati funkciók valósítják meg, melyek rugalmasan létrehozhatók, amikor szükséges és felszabadíthatóak, amikor nincs rájuk szükség. Ezt az NFV (Network Function Virtualization) elven megvalósuló rendszert egy szoftvervezérelt hálózati intelligenciával (Software Defined Network; SDN) ellátva, egy igen rugalmas rendszert kapunk. Az erőforrások optimalizálását az ún. hálózatszeletelés elvének a megvalósításával lehet kialakítani úgy, hogy minden egyes szolgáltatástípushoz hozzárendeljük a kiszolgálásához szükséges hálózati erőforrásokat. Ezzel a teljesen újszerű, még szabványosítás alatt álló megoldással lehet az egész hálózatot hatékonyan menedzselni.
A rádiós hozzáférési hálózat kezelése
A nagyszámú, egymástól igényeiben is jelentősen eltérő végberendezések kiszolgálása egy összetett, sok különböző frekvenciasávot használni tudó, intelligens rádiós rendszert követel meg. Ennek a rendszernek az intelligenciája is felhőszolgáltatások segítségével fog megvalósulni, csak a legszükségesebb rádiós elemek lesznek hardver szinten megvalósítva. Ez segíteni fogja a rádiós hálózat erőforrásainak is az optimális kezelését. Az eltérő szolgáltatástípusokat eltérő frekvenciasávokon lehet a legjobban kiszolgálni, így lesznek 1 GHz alatti sávok a nagyobb területek ellátására, 1-6 GHz közötti sávok a rurál területek, elővárosi környezet ellátására és 6 GHz feletti sávok igen nagy kapacitásokkal a sűrűn lakott városi területek, illetve a nagy pontosságot igénylő alkalmazások számára. A magasabb frekvenciák terjedési jellemzői azonban jelentősen különböznek az alacsonyabb frekvenciákétól, rövidebb távolságra terjednek és igénylik a közvetlen rálátást is. Így a nagyvárosi környezetben előtérbe fognak kerülni a sűrűn telepített pikocellák, melyeket célszerűen villanyoszlopokba vagy a járda alá lesz érdemes beépíteni.
Az 5G kiépítési lehetősége
A fentiekből látszik, hogy az ITU követelményeinek megfelelő 5G hálózatok hatalmas beruházást és jelentős bővítéseket igényelnek, amit csak hosszabb idő alatt tudnak kiépíteni a szolgáltatók. Éppen ezért az induláskor valószínűleg a legtöbb szolgáltató a meglévő 4G hálózatán fog 5G rádiós rendszereket telepíteni és ezzel kezdi meg a szolgáltatást. A teljes szolgáltatási körrel rendelkező 5G hálózatok – melyek már a vertikális területek (ipar, önvezető autók, e-health, stb.) kiszolgálását is meg tudják tenni – valószínűleg csak 2-3 év múlva jelennek meg. Az ígéretekből tehát akkor lesz majd valóság.
