5G SA: Αυτό είναι το πραγματικό 5G

Μέχρι τώρα έχει ακουστεί πολύ συχνά ο όρος «5G» στην κινητή τηλεφωνία, ενώ έχουν κυκλοφορήσει και πολλά νέα smartphones τα οποία υποστηρίζουν την εν λόγω τεχνολογία. Επίσης, οι σχετικές διαφημίσεις αναφέρουν τις αυξημένες ταχύτητες πρόσβασης στο internet μέσω των δεδομένων και την ποιότητα των συνδέσεων, σαν το κύριο πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας. Ωστόσο, υπάρχει ένα πολύ σημαντικό στοιχείο, το οποίο αναφέρεται σε 2 μεγάλες κατηγορίες της τεχνολογίας 5G, τις οποίες θα περιγράψουμε στη συνέχεια.

Σαφώς το το 5G θα απογειώσει το οικοσύστημα κινητής τηλεφωνίας, ενώ θα επηρεάσει μεγάλο αριθμό κλάδων, όπως τις μεταφορές, την εξ αποστάσεως υγειονομική περίθαλψη, την γεωργία, την εφοδιαστική αλυσίδα και πολλά άλλα.

Οι προηγούμενες γενιές δικτύων κινητής τηλεφωνίας ήταν τα 1G, 2G, 3G και το 4G LTE το οποίο λειτουργεί έως και σήμερα, ενώ είναι αυτό που εγκαινίασε την εποχή της κινητής ευρυζωνικότητας. Πλέον, το 5G βρίσκεται σε στάδιο επέκτασης, παρέχοντας περισσότερη συνδεσιμότητα με σταδιακά όλο και περισσότερες δυνατότητες, ανάλογα με το είδος του δικτύου, ενώ οι 5G συνδέσεις παγκοσμίως συνεχίζουν να αυξάνονται και αναμένεται να ξεπεράσουν τα 5,6 δισεκατομμύρια μέχρι το τέλος του 2029, σύμφωνα με την έκδοση Ιουνίου 2024 της έκθεσης Ericsson Mobility Report.

Ποιες όμως είναι οι 2 βασικές κατηγορίες της τεχνολογίας 5G;

Οι κατηγορίες των δικτύων 5G – NSA και SA

Οι δύο μεγάλες κατηγορίες δικτύων 5G είναι το μη αυτόνομο (Non standalone-NSA) και το αυτόνομο (Standalone-SA) δίκτυο 5G.

5G NSA

Η μη αυτόνομη λειτουργία 5G NSA είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει την ανάπτυξη δικτύων 5G με τη χρήση υφιστάμενων υποδομών 4G. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στους φορείς εκμετάλλευσης να παρέχουν κάλυψη 5G σε περιοχές όπου δεν διαθέτουν ακόμη τον απαραίτητο εξοπλισμό για την ανάπτυξη ενός πλήρως ολοκληρωμένου δικτύου 5G.

Στη μη αυτόνομη λειτουργία, οι συνδέσεις 5G βασίζονται στο δίκτυο πυρήνα 4G, με την προσθήκη κόμβων πρόσβασης 5G NR (New Radio) που συνδέουν τις συσκευές με το δίκτυο. Αυτή η ρύθμιση επιτρέπει ταχύτητες δεδομένων που είναι υψηλότερες από αυτές του 4G, αλλά όχι τόσο υψηλές όσο αυτές ενός αυτόνομου δικτύου 5G.

Η μη αυτόνομη λειτουργία αναπτύχθηκε για να δώσει στους φορείς τη δυνατότητα να αναπτύξουν την κάλυψη 5G γρήγορα και οικονομικά, χωρίς να χρειάζεται να επενδύσουν άμεσα στον εξοπλισμό και την υποδομή που απαιτούνται για ένα πλήρες δίκτυο 5G, επιτρέποντάς τους να παρέχουν υψηλότερες ταχύτητες δεδομένων στους πελάτες τους.

Όταν ένας φορέας είναι έτοιμος να αναπτύξει ένα πλήρες δίκτυο 5G, μπορεί να αναβαθμίσει την υπάρχουσα μη αυτόνομη λειτουργία του σε ένα αυτόνομο δίκτυο 5G. Αυτό μπορεί να γίνει με την αντικατάσταση του δικτύου πυρήνα 4G με ένα δίκτυο πυρήνα 5G και την αναβάθμιση των κόμβων ραδιοπρόσβασης σε εξοπλισμό συμβατό με το 5G.

5G SA

Προς το παρόν, στην αγορά κυριαρχούν τα μη αυτόνομα δίκτυα 5G (NSA) αλλά οι συνθήκες πλέον ωριμάζουν για τη μετάβαση σε αυτόνομη αρχιτεκτονική 5G (SA).
Το 5G SA έχει ήδη εφαρμοστεί σε περίπου 50 δίκτυα παγκοσμίως, ενώ οι Πάροχοι υπηρεσιών το προωθούν σε αγορές όπου δραστηριοποιούνται ονομάζοντάς το 5G+ στα δικά τους προγράμματα δεδομένων. (Ericsson Mobility Report – June 2024).

Ένα παράδειγμα είναι η Cosmote η οποία σε ανακοίνωσή της αναφέρει – μεταξύ άλλων – τα εξής:
«Η πληθυσμιακή κάλυψη του δικτύου COSMOTE 5G+ βρίσκεται ήδη στο 50% και θα επεκταθεί σε ακόμη περισσότερες περιοχές σε όλη την Ελλάδα, με στόχο να φτάσει το 60% έως το τέλος του 2024.
To 5G SA θα προσφέρει συνολικά καλύτερη εμπειρία συνδεσιμότητας, με σταδιακά ακόμα υψηλότερη ταχύτητα download και upload, ταχύτερη απόκριση (latency) και καλύτερη διαχείριση της μπαταρίας στις κινητές συσκευές που είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο. Επιπλέον, θα δώσει σημαντική ώθηση στη βιομηχανία και τις επιχειρήσεις, και θα προσφέρει νέες δυνατότητες στα νοικοκυριά μέσα από καινοτόμες εφαρμογές, όπως το dynamic network slicing. Παράλληλα, χάρη στο χαμηλό latency ανοίγει το δρόμο για επαναστατικές εφαρμογές στην ιατρική, τα logistics, τις μεταφορές, καλύτερη εμπειρία mobile gaming, καλύτερη υποστήριξη εφαρμογών Internet of Things κ.ά.».

Το 5G Standalone βασίζεται αποκλειστικά σε cloud-native αρχιτεκτονική βασισμένη σε υπηρεσίες, που σημαίνει ότι οι πάροχοι μπορούν να αναβαθμίζουν και να αναπτύσσουν νέες υπηρεσίες μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, χωρίς να επηρεάζουν τις υπηρεσίες που βρίσκονται σε λειτουργία.

Μπάντες συχνοτήτων 5G

Οι συχνότητες 5G μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: χαμηλή ζώνη, μεσαία ζώνη και υψηλή ζώνη. Η χαμηλή ζώνη χρησιμοποιεί εύρος συχνοτήτων κάτω του 1GHz, παρόμοιο με αυτό του LTE. Η μεσαία ζώνη κυμαίνεται από 1GHz έως 6GHz και παρέχει μία ισορροπία μεταξύ κάλυψης και χωρητικότητας σε σύγκριση με τη χαμηλή και την υψηλή ζώνη. Η υψηλή ζώνη – όπως τα χιλιοστομετρικά κύματα (mmWave) – βρίσκεται πάνω από τα 24GHz και παρέχει τις υψηλότερες ταχύτητες και τεράστια χωρητικότητα, ως αποτέλεσμα του μεγάλου εύρους ζώνης της, αλλά μικρότερο εύρος κάλυψης λόγω του χαμηλού ποσοστού διείσδυσης. Ως εκ τούτου, ένας φορέας εκμετάλλευσης πρέπει να σταθμίσει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφορετικών φασμάτων.

To 3GPP (Third Generation Partnership Project) ορίζει δύο τύπους εύρους συχνοτήτων. Το εύρος κάτω των 6 GHz ονομάζεται FR1 και το εύρος χιλιοστομετρικών κυμάτων ονομάζεται FR2. Το ακριβές εύρος συχνοτήτων για το FR1 (sub 6 GHz) και το FR2 (mmWave) ορίζεται ως εξής:

FR1: 450 MHz – 7125 MHz
FR2-1: 24250 – 52600 MHz
FR2-2: 52600 – 71000 MHz

Η κάθε μπάντα αποτελείται από πολυάριθμες υπο-μπάντες με ξεχωριστά τεχνικά χαρακτηριστικά, όπως το εύρος ζώνης καναλιού, το subcarrier spacing, το είδος διπλεξίας (FDD/TDD) και άλλα. Στο 5G NSA κάθε πάροχος χρησιμοποιεί κάποιες υπο-μπάντες της περιοχής FR1, ενώ στο 5G SA εμπλέκεται και η μπάντα FR2 για τις ανάγκες του αυξημένου εύρους ζώνης, της ελάχιστης καθυστέρησης (latency) και άλλων. Να σημειωθεί ότι εμφανίζονται και υψηλότερες μπάντες στους σχεδιασμούς των οργανισμών, όπως πχ τα 70 GHz της περιοχής FR2-2 !

Παρακάτω, παραθέτουμε ενδεικτικά τις συνολικές μπάντες συχνοτήτων εκπομπής/λήψης Σταθμών Βάσης στις περιοχές FR1 & FR2 από την πιο πρόσφατη σύσκεψη του 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 18, Version 18.6.0 στις 19/7/24. Να σημειωθεί ότι το 3GPP πραγματοποιεί τέτοιου είδους συσκέψεις περίπου κάθε τρίμηνο, με τροποποιήσεις και αναθεωρήσεις, ενώ κάθε πάροχος χρησιμοποιεί κάποιες από τις παρακάτω μπάντες.

Table 5.2-1: NR operating bands in FR1

                                                                                                                                                                    Table 5.2-2: NR operating bands in FR2

Πλεονεκτήματα 5G SA

Τα βασικά πλεονεκτήματα του αυτόνομου δικτύου 5G είναι εν συντομία τα παρακάτω:

Το αυτόνομο 5G επιτρέπει εξαιρετικά χαμηλή καθυστέρηση χιλιοστών του δευτερολέπτου, για επικοινωνία σχεδόν πραγματικού χρόνου, αλλά και καλύτερη φασματική απόδοση με υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων. Επίσης, η αξιοποίηση πολλαπλών συχνοτήτων του φάσματος 5G, βελτιώνει σημαντικά τη χωρητικότητα uplink & downlink σε ευρύτερες περιοχές, ενώ επιτρέπει σχεδόν άμεσες συνδέσεις κλήσεων με χαμηλότερη καθυστέρηση φωνητικής επικοινωνίας και υψηλότερη ποιότητα ήχου.
Επίσης, το 5G SA επιτυγχάνει υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και προηγμένη υποστήριξη συσκευών οι οποίες παρουσιάζουν μειωμένη κατανάλωση μπαταρίας.
Άλλο ένα σημαντικό πλεονέκτημα, είναι η ευελιξία και η κλίμακα υπηρεσιών λόγω της cloud-native αρχιτεκτονικής του 5G Core, καθώς και η προηγμένη κρυπτογράφηση από άκρο σε άκρο (end-to-end).

Συμπεράσματα

Οδεύουμε προς μία νέα εποχή στο mobile broadband, με πολυάριθμα πλεονεκτήματα τα οποία θα αλλάξουν τον τρόπο που ζούμε, εργαζόμαστε και επικοινωνούμε, ενώ σαφώς θα οδηγήσουν σε νέες επιχειρηματικές ευκαιρίες σε πολλούς τομείς! Εάν κάποτε δείτε στο δρόμο να περνάει ένα αυτοκίνητο χωρίς οδηγό, δεν θα είναι οφθαλμαπάτη !