5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

Sieć komórkowa składa się z wielu elementów, które współpracują ze sobą, aby zapewnić łączność między różnymi urządzeniami. W skrócie, działanie sieci komórkowej opiera się na podziale obszaru geograficznego na komórki, które są obsługiwane przez poszczególne stacje bazowe. Łączność pomiędzy stacją bazową a urządzeniem abonenckim (np. smartfonem) odbywa się z wykorzystaniem fal radiowych. Jest to łączność dwukierunkowa: stacje bazowe nadają i odbierają sygnały od smartfonów, a te – odbierają i nadają sygnały do stacji bazowej.

Podstawowym elementem systemu jest stacja bazowa, która pełni rolę nadajnika i odbiornika sygnałów radiowych. Stacje bazowe są rozsiane na pewnym obszarze geograficznym i tworzą sieć wzajemnych połączeń, tzw. sieć komórkową. Każda stacja bazowa jest w stanie obsłużyć określoną liczbę urządzeń abonenckich znajdujących się w jej zasięgu.

Kiedy np. dzwonimy lub wysyłamy wiadomość z naszego telefonu komórkowego, sygnał jest przesyłany do najbliższej stacji bazowej. Stacja bazowa odbiera ten sygnał, przetwarza go i za pomocą tzw. sieci szkieletowej przekazuje dalej do tej stacji bazowej, która obsługuje telefon komórkowy, z którym chcemy się połączyć.

Stacja bazowa jest zatem kluczowym elementem infrastruktury sieci komórkowej. Składa się z kilku głównych komponentów, które zapewniają jej funkcjonowanie. Oto kilka z tych elementów:

Antena: Antena stacji bazowej zamienia sygnał docierający z nadajnika na falę elektromagnetyczną, a odebraną falę elektromagnetyczną – na sygnał, który jest przekazywany do odbiornika. W bardzo dużym uproszczeniu można powiedzieć, że antena pełni rolę odbiornika i nadajnika sygnałów radiowych. Anteny są umieszczane na wieży, maszcie, dachu, kominie albo innej konstrukcji wsporczej w taki sposób, aby zapewnić jak największy zasięg.

Urządzenia radiowe: Są to urządzenia odpowiedzialne za przetwarzanie i przesyłanie sygnałów radiowych między urządzeniami mobilnymi a siecią telekomunikacyjną. Urządzenia radiowe są wyposażone w multipleksery, modulatory, demodulatory, kodery, radiowe moduły nadawcze i odbiorcze oraz inne komponenty niezbędne do przetwarzania sygnałów. Urządzenia radiowe odpowiadają za zarządzanie mocą nadawanego sygnału radiowego, sterowanie jakością połączenia i komunikację z innymi elementami sieci.

Kontroler stacji bazowych: Kontroler stacji bazowych pełni rolę centralnego punktu zarządzania stacjami bazowymi w danym obszarze. Jest odpowiedzialny za kontrolę nad przepływem danych, alokację zasobów, monitorowanie jakości połączeń i zarządzanie ruchem w sieci. Kontroler stacji bazowych jest połączony z urządzeniami radiowymi i centralą telekomunikacyjną.

Centrala telekomunikacyjna: Centrala telekomunikacyjna to główny punkt kontrolny sieci komórkowej. Zarządza ona wszystkimi połączeniami i przesyła informacje między różnymi elementami sieci. Centrala telekomunikacyjna obsługuje również funkcje takie jak autoryzacja użytkowników, rozliczenia i zarządzanie danymi abonentów.

Łącza transmisyjne: Łącza transmisyjne to infrastruktura, która umożliwia przesyłanie danych między różnymi elementami sieci komórkowej. Mogą to być światłowody, kable miedziane, fale radiowe lub satelitarne połączenia. Łącza transmisyjne zapewniają szybką i niezawodną transmisję danych w sieci.

Wszystkie te elementy współpracują ze sobą, aby umożliwić sprawne działanie sieci komórkowej. Stacje bazowe są lokowane w ściśle określonych miejscach wytypowanych na etapie planowania radiowego w taki sposób, aby zapewnić odpowiedni zasięg sygnału i obsługę użytkowników w danym obszarze. Dzięki temu sieć komórkowa może efektywnie przekazywać dane, obsługiwać połączenia głosowe i umożliwiać dostęp do różnych usług mobilnych.

Sieć komórkowa wykorzystuje różne standardy transmisji w celu skutecznego przesyłania danych. Standard GSM (Global System for Mobile Communications), określany mianem 2G, został wprowadzony jako pierwszy standard dla cyfrowych sieci komórkowych. Obejmował on głównie transmisję głosową. Następnie pojawił się standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), określany mianem 3G, który wprowadził transmisję danych w technologii szerokopasmowej. Pozwoliło to na korzystanie z Internetu na telefonach komórkowych i przesyłanie danych w szybszy sposób. Kolejny ważny standard to LTE (Long Term Evolution), określane mianem 4G, który dostarczał jeszcze szybsze połączenia internetowe i umożliwiał korzystanie z bardziej zaawansowanych aplikacji mobilnych.

Obecnie, w erze 5G, sieci komórkowe wykorzystują standard 5G NR (New Radio). 5G oferuje niewiarygodnie wysoką przepustowość, niskie opóźnienia i większą niezawodność w porównaniu do poprzednich generacji. Ma to ogromne znaczenie dla rozwoju innowacyjnych technologii, takich jak samochody autonomiczne, inteligentne miasta, telemedycyna i Internet rzeczy (IoT).

Sieci komórkowe nie powstały jednak w jeden dzień. Ich rozwój to długa historia, pełna innowacji i przełomów technologicznych. Pierwsze eksperymenty z komunikacją bezprzewodową miały miejsce już w XIX wieku, ale prawdziwy przełom nastąpił w drugiej połowie XX wieku.

W 1973 roku Martin Cooper, inżynier pracujący w firmie Motorola, dokonał pierwszego połączenia telefonicznego przy użyciu przenośnego telefonu komórkowego. To wydarzenie zapoczątkowało erę komunikacji mobilnej. Pierwsze systemy komórkowe oparte były na sygnałach analogowych, które stopniowo ewoluowały w kierunku cyfrowej transmisji.

W 1981 roku firma NTT w Japonii wprowadziła pierwszą komercyjną sieć komórkową, która działała w oparciu o technologię cyfrową. Kolejne lata przyniosły wprowadzenie standardu 2G, który umożliwił przesyłanie głosu i danych w formie cyfrowej. Wraz z rozwojem telefonów komórkowych z kolorowymi ekranami i możliwością wysyłania wiadomości tekstowych, sieć komórkowa zyskała na popularności.

W następnych latach nadszedł czas na 3G, który wprowadził rewolucję w przesyłaniu danych. To otworzyło drogę do połączeń internetowych na telefonach komórkowych i rozwoju aplikacji mobilnych. Następnie przyszła era 4G, która dostarczała jeszcze szybsze połączenia internetowe i umożliwiała korzystanie z zaawansowanych aplikacji, takich jak transmisje wideo na żywo.

Sieć komórkowa odegrała ogromną rolę w naszym życiu. Dzięki niej jesteśmy w stałym kontakcie z najbliższymi, możemy korzystać z różnych usług i informacji w dowolnym czasie i miejscu. Telefony komórkowe stały się nieodłącznym elementem naszego życia codziennego, a brak łączności komórkowej może nas skutecznie odciąć od świata.

Sieć komórkowa odegrała również kluczową rolę w rozwoju biznesu i gospodarki. Dzięki łączności komórkowej możemy prowadzić zdalne spotkania, zarządzać projektami, korzystać z aplikacji biznesowych i wiele więcej. Sieć komórkowa jest niezwykle ważna również w sytuacjach kryzysowych i klęskach żywiołowych, umożliwiając szybką komunikację i koordynację działań ratunkowych.

Sieć komórkowa jest nieodłącznym elementem naszego codziennego życia. Dzięki niej jesteśmy w stałym kontakcie z innymi, mamy dostęp do informacji i usług w dowolnym miejscu i czasie. Telefon komórkowy, jako główne narzędzie łączności, ewoluował od prostych urządzeń do zaawansowanych komputerów kieszonkowych. Kolejne generacje sieci komórkowych 2G, 3G, 4G i obecnie 5G, umożliwiają coraz szybszą i bardziej niezawodną transmisję danych.

Rozwój sieci komórkowych był niezwykle dynamiczny. Od pierwszego przenośnego telefonu komórkowego w 1973 roku do obecnej technologii 5G, widzieliśmy nieustanny postęp technologiczny. Sieć komórkowa odegrała kluczową rolę w naszym życiu, zarówno pod względem osobistym, jak i biznesowym.

W przyszłości możemy spodziewać się jeszcze większego rozwoju sieci komórkowej, wraz z wprowadzeniem łączności 6G i dalszym udoskonaleniem technologii. Będzie to otwierać nowe możliwości i przyczyniać się do dalszej transformacji naszego społeczeństwa i gospodarki.

O projekcie

Projekt „Sprawna telekomunikacja mobilna jako klucz do rozwoju i bezpieczeństwa" realizowany przez Ministerstwo Cyfryzacji we współpracy z Instytutem Łączności - Państwowym Instytutem Badawczym w ramach Programu Operacyjnego Polska Cyfrowa Działanie 3.4. Kampania ma na celu zwiększenie świadomości Polaków w zakresie działania, wykorzystania, bezpieczeństwa i znaczenia mobilnych sieci telekomunikacyjnych, a tym samym usług (w tym publicznych) opartych o te sieci. W ramach projektu zrealizowane zostaną działania w następujących obszarach: walka z dezinformacją, edukacja, podstawy prawne procesu inwestycyjnego, bezpieczeństwo i jakość życia.