Od GSM po 5G | E15.cz
Partnerem projektu je Huawei

Od GSM po 5G

Od GSM po 5G

Za pouhých 25 let své existence zrychlily mobilní datové přenosy zhruba padesát tisíc krát. S rychlostí ale rostou i přenesené datové objemy a náročnost služeb, což je důvod, proč dnes zdánlivě zbytečné rychlosti 5G sítí velmi brzy využijeme.

Čeští mobilní operátoři v současnosti plánují rychlý rozvoj 5G sítí. Aukce nových frekvenčních pásem právě pro 5G sítě je sice stále v běhu, to však nebrání operátorům sdílet pásmo s generací předchozí a nabídnout sice ne plnokrevné, ale i tak extrémně rychlé mobilní připojení. Jak vyplývá z reálných testů, v mobilu dnes můžeme stahovat data rychlostí až 500 Mb/s. „Takovou rychlost v praxi nevyužijeme, stačí nám LTE, u nějž se reálné přenosové rychlosti pohybují v rozmezí 40–80 Mb/s,“ nechávají se slyšet kritici výstavby 5G sítí. Objektivně řečeno je na tom kus pravdy. Tato rychlost skutečně v mobilu stačí pro veškeré myslitelné aktivity. Klidně třeba v lese můžeme koukat na Netflix ve 4K a ze stejného místa provést videohovor s vynikající kvalitou. Webové stránky se načítají takřka okamžitě. Bylo by však slepé spokojeně zůstávat u stávající technologie. Důkazem budiž historický vývoj mobilních datových přenosů.

GSM, internet už máme všude!

První komerční mobilní datové přenosy nabídla síť GSM, u nás spuštěná v roce 1995 tehdejším Eurotelem. Do té doby nikoho nenapadlo, že by se mohl k internetu připojit všude tam, kde je mobilní signál. Technologie se jmenovala CSD (Circuit Switched Data) a nabídla přenosovou rychlost 9,6 kb/s (resp. 14,4 kb/s u Eurotelu). Pro toto připojení bylo charakteristické účtování za čas připojení, přičemž cena se rovnala ceně klasického hovoru. V pozdních devadesátých letech to bylo několik korun za minutu, z čehož je zřejmé, že šlo o skutečně nákladnou kratochvíli.

Ještě v rámci GSM sítě byla vyvinuta datová nadstavba GPRS (General Packet Radio Service). Rychlost závisela na vytížení mobilní sítě a v lepším případě přesahovala hranici 40 kb/s, hlavní změnou však bylo účtování za objem přenesených dat a nikoli za dobu připojení. Mít kdekoli a celý den „zelenou kytičku na ICQ“ bylo na přelomu milénia neuvěřitelným technologickým pokrokem.

V listopadu 2004 spouští T-Mobile EDGE - technologickou nadstavbu nad GPRS, která zrychluje datové přenosy až na teoretických 236,8 kb/s směrem k uživateli. Účtování stále probíhá dle objemu přenesených dat, respektive existují tarify s určitými datovými objemy. Jak stojí v soudobé tiskové zprávě T-Mobilu: „Odeslání e-mailu je 3x rychlejší (příjem 2x rychlejší), surfovat na internetu lze 2 až 3krát rychleji a např. soubor o velikosti 5 MB je při průměrné rychlosti možno stáhnout za 4 až 5 minut.“

Záchrana jménem 3G

V roce 1999 byla uvolněna specifikace v pořadí třetí generace mobilních sítí. Ta se od GSM zásadně lišila způsobem komunikace uvnitř sítě, kdy krásný řád úzkých frekvenčních pásem a přesných časových slotů pro komunikaci vystřídal organizovaný chaos ve frekvenčním pásmu mnohem širším. Už v této době však byl patrný důraz na rychlé datové přenosy, které měly poskočit až na tehdy úžasné 2 Mb/s směrem k uživateli a 386 kb/s od něj. Tato rychlost již dovolila provádět videohovory a bohužel nejen čeští, ale i zahraniční operátoři vsadili vše na tuto vějičku. Uživatelé videohovory nechtěli a v podstatě je nechtějí dodnes. 3G však podnítilo ohromný technologický rozvoj na straně koncových zařízení: integrované fotoaparáty a otevřené operační systémy se stávaly samozřejmostí u stále levnějších modelů.

Okolo roku 2005 se udála jakási datová odbočka: na základech technologie 3G sítí vzniklo několik ryze datových odnoží, které sloužily jako náhrada pevného připojení. U nás nabízeli operátoři O2 a U:fon technologii CDMA 2000 1×EV-DO ve frekvenčních pásmech po analogové NMT síti, tedy na 410–470 MHz. To operátorům umožnilo pokrýt velmi rychle ohromné území a díky dobré charakteristice šíření signálu pokrývali i odlehlé oblasti. Chataři a chalupáři konečně mohli surfovat i na zápraží své chalupy rychlostí až 3,1 Mb/s. Slůvko „až“ zde však bylo zásadní, jeden vysílač pokrýval ohromné území a o společnou kapacitu se dělila spousta uživatelů. Ještě větší problém spočíval ve směru od uživatele, kdy použitelné rychlosti 1,8 Mb/s přinesla až druhá revize technologie.

T-Mobile zvolil technologii UMTS-TDD (Time Division Duplex), kterou obchodně nazýval 4G, ačkoli technologicky bylo toto označení zcela zavádějící. Využíval 800MHz a 1900MHz frekvenční pásma z čehož plynulo sice horší pokrytí, ale stabilnější rychlosti. Vznik těchto technologií na území naší země měl jednoduchou příčinu: Alternativní metody připojení, především technologie xDSL, byly v té době pomalé, drahé a zdaleka ne dostupné všude tam, kam vedla kroucená telefonní dvoulinka.

Posílat fotky a videa

Od roku 2005 začal prudce narůstat zájem o mobilní datové přenosy. Nejprve se jednalo o pracovní záležitosti, vyřizování e-mailů na mobilu se stávalo samozřejmostí, posílání fotografií nebo dokonce streamování videa jsme si však stále nedokázali představit. Mimochodem, v únoru téhož roku vznikla služba YouTube, která postavila základy streamovanému videu.

Bohužel čeští operátoři podmínky aukce frekvencí pro budování 3G sítí obešli šalamounsky spuštěním ryze datových sítí uvedených výše, a tak měli kapsy prázdné a do budování oné základní sítě UMTS pro mobily se nijak nehrnuli. Spouštěli je až v závěru první desetiletky a šlo jim to opravdu pomalu. Technologií EDGE sice pokryli takřka celou republiku, svět však již běžel ve zcela jiných řádech.

Na přelomu prvního a druhého desetiletí se zdálo, že operátoři na pokrytí sítí UMTS mimo největší města zkrátka rezignovali. Sice již v roce 2007 začali koketovat s technologií HSDPA, zásadního rozvoje se však dočkala až po roce 2013 a rychlost se zvedla z dosavadních zhruba 2 Mb/s až na 14,4 Mb/s ve směru k uživateli, a v nejvyšší verzi HSPA+ Dual-Carrier dosahovala rychlost až úctyhodných 42 Mb/s. Tato technologie se často označovala jako generace 3.75 a logickým dalším krokem byly sítě čtvrté generace.

LTE – Long Term Evolution

Není bez zajímavosti, že upgrade UMTS na HSPA+ i nástup čtvrté generace LTE probíhal velmi rychle po sobě a rozhodně kolem toho nebyl takový rozruch, jako při dnešním spouštění 5G. Možná za to může protěžovaný název LTE místo 5G a kdo ví, kde by byly konspirační 5G weby, kdyby se po vzoru LTE ujalo jiné, méně dráždivé označení. Již při svém spouštění LTE v květnu 2013 O2 slibovalo rychlosti až 75 Mb/s směrem k uživateli a až 38 Mb/s od něj. To jsou velmi solidní rychlosti i na dnešní poměry a stojí za to si připomenout, že LTE je zde s námi již více než sedm let.

Mobilní telefony - ilustrační fotoMobilní telefony - ilustrační fotoAutor: CC BY SA 2.0: TechStage via Flickr

Spuštění nové generace mobilní sítě je věc jedna, reálná dostupnost na širokém území je ale věc druhá. Ať už to bylo EDGE, UMTS či nadstavby HSDPA/HSPA+, vždy si vysokých rychlostí užívali jen obyvatelé velkých měst. Bylo to dáno i technologicky, UMTS a novější byly spouštěny především v pásmech 1800 MHz, která sice nabízí vysokou kapacitu, ale nízký dosah. Zásadním přínosem LTE tedy nebyly ani tak skvělé přenosové rychlosti a nízké latence, ale především její adaptace na frekvenční pásmo okolo 800 MHz. To znamenalo snadné a rychlé pokrytí i odlehlých oblastí, malých vesnic a všech silničních tahů.

Přichází 5G

Dnes stojíme na prahu spouštění mobilní sítě páté generace, která opět slibuje fantastické rychlosti v řádu až gigabitů za sekundu. Rychlost přenosu dat vzduchem je dána principem přenosu, modulací signálu, technologií kódování, efektivitou opravných kódů… Ze všeho nejvíc však rychlost závisí na frekvenční šířce přenosového kanálu. Zatímco u GSM sítě můžeme šířku frekvenčního pásma přirovnat k lesní pěšině, šířka pásma 5G sítě připomíná osmiproudou dálnici uprostřed Los Angeles, v jednom směru. Frekvenční pásma jsou však našim přírodním bohatstvím s omezeným rozsahem, všechny technologie a v našem případě operátoři mají omezené množství těchto pásem a musí s nimi rozumně zacházet. Jinými slovy, pokud by existovala technologie schopná využít pásmo třeba od 700 MHz do 2400 MHz, mohla by nabídnout rychlosti v řádu stovek gigabitů za sekundu. Ale v takové situaci samozřejmě nejsme. Existují stovky dalších technologií, které potřebují vlastní vyhrazená frekvenční pásma.

5G sítě dosahují fantastických rychlostí cestou nových i vylepšením stávajících technologií, zásadní změnou je však využití širšího přenosového pásma. Ostatně i proto Evropská komise již v roce 2016 rozhodla, že pásmo 600–700 MHz opustí televizní stanice běžící na DVB-T a přidělení tato pásma právě mobilním operátorům. Právě z tohoto důvodu přešlo pozemní televizní vysílání na technologii DVB-T2, která si vystačí s užším frekvenčním pásmem, dokonce při současném zlepšení kvalitativních parametrů.

Nutno podotknout, že slibovaných gigabitových rychlostí 5G sítí možná dosáhnou pevná připojení se zařízeními, která budou na takovou rychlost připravena. Jak vyplývá z měření během veřejných testů, i po spuštění 5G sítí jednotlivými operátory rychlost ve směru k uživateli skutečně výrazně narostla. Z rychlostí okolo 40 Mb/s u LTE skáčeme na minimálně 200 Mb/s. Testovaly se 5G v jedoucím metru a i zde dosahují rychlosti okolo úžasných 50 Mb/s. Operátoři navíc do ukončení aukce a rozdělení nových frekvenčních pásem používají technologii DSS (Dynamic Spectrum Sharing), kdy LTE i 5G fungují ve společném pásmu a prostředky jsou dynamicky rozdělovány mezi uživatele obou technologií. V rámci prvních testování v ideálním prostředí dosáhly přímo v mobilu rychlostí přes 500 Mb/s.

Opravdu nám LTE nestačí?

Dnes nutné videohovory, příjemné streamování Netflixu, posílání fotek a videí odkudkoli, natož surfování po webových stránkách – to vše jsou činnosti, na které LTE s běžnou rychlostí okolo 40 Mb/s bohatě stačí. Nebuďme ale slepí a dívejme se do budoucnosti. Ta není nikterak daleko a než se jí dočkáme, připomeňme si: Technologie EDGE spuštěná teprve před patnácti lety je dnes naprosto nedostačující. Budou-li datové nároky ze strany uživatelů narůstat podobnou rychlostí, nachází se LTE právě v poločase svého života a během pěti let její kapacity stačit nebudou. Je třeba si uvědomit, že nejde ani tak o rostoucí nároky jednoho uživatele, ale především o významně rostoucí počet takových uživatelů na jednom místě. Vzdát se budování 5G – z jakýchkoli důvodů – je jako vzdát se v říjnu náklaďáku dřeva s tím, že v kůlně je přece dřeva ještě minimálně na měsíc.

Autor: JKC

Návrat do speciálu