5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

Każde pasmo natomiast jest podzielone na mniejsze fragmenty zwane zakresami, a te z kolei – mogą być jeszcze podzielone na podzakresy. Dla każdego zakresu / podzakresu częstotliwości definiuje się przeznaczenie i sposób użytkowania. Przeznaczenie określane jest przez rodzaje służb radiokomunikacyjnych, które mogą określony zakres / podzakres używać. Wybrane przykłady służb radiokomunikacyjnych przedstawiono poniżej:

• radiodyfuzja naziemna lub satelitarna: oznacza przeznaczenie dla systemów rozsiewczych naziemnych i satelitarnych, takich jak telewizja, radiofonia i inne;

• ruchoma lądowa: oznacza przeznaczenie dla systemów radiokomunikacji ruchomej lądowej np. telefonii komórkowej, systemów dyspozytorskich, itp.;

• stała: oznacza przeznaczenie dla systemów radiowych o stałych lokalizacjach stacji radiowych, np. linie radiowe;

• satelitarna stała lub ruchoma (ziemia-kosmos i kosmos-ziemia): oznacza przeznaczenie dla systemów satelitarnych w określonych relacjach;

• amatorska: oznacza przeznaczenie do użytkowania w radiokomunikacji amatorskiej.

Sposób użytkowania częstotliwości określa rodzaj użytkowników, w tym:

• cywilne: oznacza użytkowanie przez podmioty cywilne – przedsiębiorców telekomunikacyjnych i inne podmioty dla potrzeb własnych lub ustawowych;

• rządowe: oznacza użytkowanie przez np. wojsko, służby bezpieczeństwa państwowego i publicznego (np. Policję, Straż Graniczną i inne);

• cywilno-rządowe: oznacza współużytkowanie częstotliwości przez ww. podmioty.

Należy podkreślić, że zapotrzebowanie w radiokomunikacji na częstotliwości radiowe jest większe niż dostępne ich zasoby. W związku z tym częstotliwości stanowią tzw. zasób deficytowy, nazywany także dobrem rzadkim lub skończonym. Wobec powyższego przeznaczanie i użytkowanie zakresów i podzakresów częstotliwości wymaga stosownych regulacji, w tym harmonizacji przeznaczenia oraz wykorzystania. Jest to regulowane:

• w skali światowej – przez Sektor Radiokomunikacji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU-R, ang. International Telecommunication Union – Radiocommunication Sector) w formie Regulaminu Radiokomunikacyjnego;

• w skali regionalnej  – w Europie przez Europejską Konferencję Administracji Pocztowych i Telekomunikacyjnych (CEPT, fr. Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications) w formie Europejskiej Tablicy Przeznaczeń i Wykorzystania Częstotliwości (ECA);

• w skali krajowej – w Polsce przez Radę Ministrów w formie rozporządzenia Rady Ministrów w sprawie Krajowej Tablicy Przeznaczeń Częstotliwości (KTPCZ); aktualnie obowiązuje Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 27 grudnia 2013 r. w sprawie Krajowej Tablicy Przeznaczeń Częstotliwości (Dz. U. z 2014 r. poz. 161 wraz późn. zmianami: Dz.U. z 2017 r. poz. 920 i Dz.U. z 2019 r. poz. 1777).

Skuteczna współpraca w zakresie ww. regulacji i harmonizacji przeznaczeń oraz wykorzystania częstotliwości, umożliwia realizację potrzeb m.in. w zakresie budowy i rozwoju międzynarodowych systemów łączności ruchomej (IMT, ang. International Mobile Telecommunications), do których zaliczają się także istniejące systemy telefonii komórkowej 2G/3G/4G, a także wdrażany 5G.

Do gospodarowania częstotliwościami radiowymi na obszarze Polski, na podstawie ustawy Prawo telekomunikacyjne, uprawniony jest Prezes Urzędu Komunikacji Elektronicznej (UKE), który w szczególności:

• wydaje zarządzenia w sprawie planów zagospodarowania częstotliwości dla poszczególnych zakresów, w których szczegółowo określa sposoby wykorzystania częstotliwości uwzględniając przeznaczenia zgodnie z KTPCZ;

• w formie decyzji administracyjnych dokonuje rezerwacji częstotliwości i wydaje pozwolenia radiowe dla wnioskodawców, uprawniające ich do dysponowania i używania częstotliwości, oraz nadzoruje zgodność wykorzystania częstotliwości z obowiązującymi przepisami i normami, a także dokonanymi rezerwacjami i wydanymi pozwoleniami.

Projekty planów zagospodarowania częstotliwości i rezerwacji częstotliwości udostępniane są przez UKE do publicznych konsultacji, co daje możliwość zgłaszania uwag i wniosków przez zainteresowane podmioty.

System 5G jest kolejną generacją powszechnie stosowanych od wielu lat systemów radiokomunikacyjnych ruchomych lądowych, które wszyscy znają i z których korzystają na co dzień, czyli systemów telefonii komórkowej. Elementy infrastruktury w tym systemie są połączone za pomocą światłowodów tworząc sieć 5G (sieć telekomunikacyjną piątej generacji). Jest to nowy standard telekomunikacyjny, który ma umożliwić pięćdziesięcio-, a nawet stukrotne zwiększenie prędkości transmisji w porównaniu do obecnie wykorzystywanej sieci 4G. Sieć 5G ma przyspieszyć m.in. rozwój Internetu rzeczy, usług telemedycyny, autonomicznych pojazdów, czy inteligentnych miast. Jednym z kluczowych warunków wdrażania 5G jest zapewnienie odpowiednich zasobów częstotliwości.

Technologia sieci 5G umożliwia wykorzystanie częstotliwości z różnych pasm. Zgodnie z aktualnym stanem normalizacji sieci 5G oraz dostępnością częstotliwości dedykowanych do jej funkcjonowania, przewiduje się wykorzystanie trzech pasm częstotliwości. Pasma te są umownie określane jako: 700 MHz (694 – 790 MHz); 3,6 GHz (3,4 – 3,8 GHz) i 26 GHz (24,25 – 27,5 GHz). Maksymalne zasoby częstotliwości w tych pasmach wynoszą odpowiednio: 2 × 30 MHz (część pasma), 400 MHz i 3250 MHz. Należy podkreślić, że podlegają one harmonizacji na terenie Europy, a także w wielu krajach na świecie, co oznacza, że użytkownicy terminali ruchomych będą mogli mieć dostęp do usług sieci 5G na terenie różnych krajów.

Dodatkowo możliwe jest uzupełnienie ww. zasobów częstotliwości dla sieci 5G, poprzez przeprowadzenie tzw. refarmingu pasm. Polega to na wycofaniu lub ograniczeniu dotychczasowego wykorzystania przez operatorów części lub całości zakresów częstotliwości będących w ich rezerwacji (np. 1,8 GHz; 2,1 GHz; 2,6 GHz) i aktualnie wykorzystywanych w sieciach 2G/3G/4G, a następnie przeznaczenie ich na potrzeby sieci 5G. Jednak z uwagi na to, że operatorzy dysponują niedużym zbiorem tych zasobów, a dodatkowo przeznaczenie ich chociażby w części na potrzeby sieci 5G spowodowałby spadek prędkości w działających sieciach, do budowy w pełni wydajnych sieci 5G konieczne jest pozyskanie nowych częstotliwości. Przykładem zastosowania refarmingu pasm i wykorzystania częstotliwości dotychczas zajętych na potrzeby innych systemów jest uruchomienie przez Polkomtel sieci 5G w paśmie 2,6 GHz. Operator od 2009 roku jest dysponentem częstotliwości w zakresie od 2,57 GHz do 2,63 GHz, który dotychczas wykorzystywany był między innymi do świadczenia usługi LTE w technologii TDD (ang. Time Division Duplex).

Przykładem działań w tym obszarze jest ogłoszenie przez Prezesa UKE w dniu 7 kwietnia 2020 r. postępowania konsultacyjnego dotyczącego opracowania nowego planu zagospodarowania częstotliwości w zakresach: 1900 – 1980 MHz oraz 2110 – 2170 MHz. W ramach projektu tego planu przewidziane jest wydzielenie czterech bloków częstotliwości po 30 MHz (każdy blok złożony z dwóch zakresów po 15 MHz) z przeznaczeniem dla sieci 2G/3G/4G i sieci 5G, na zasadzie współużytkowania:

• blok 1 – zakres 1920 – 1935 MHz oraz 2110 – 2125 MHz;

• blok 2 – zakres 1935 – 1950 MHz oraz 2125 – 2140 MHz;

• blok 3 – zakres 1950 – 1965 MHz oraz 2140 – 2155 MHz;

• blok 4 – zakres 1965 – 1980 MHz oraz 2155 – 2170 MHz.

Sposób wykorzystania ww. zakresów częstotliwości jest i będzie uwarunkowany bardzo zróżnicowanymi właściwościami propagacji fal oraz wielkością ich zasobów.

Kierunek łącza	Bloki częstotliwości planowane dla systemów szerokopasmowych [MHz]
Nr bloku	1	2	3	4	5	6
łącze w górę	703 – 708	708 – 713	713 – 718	718 – 723	723 – 728	728 – 733
łącze w dół	758 – 763	763 – 768	768 – 773	773 – 778	778 – 783	783 – 788
	Ograniczenia w obszarach przypisanych do lokalizacji nadajników DVB-T  kanał nr 50 (3 lokalizacje) i kanał nr 57 (jedna lokalizacja)

Częstotliwości pasma 3,6 GHz (3,4 – 3,8 GHz) umożliwiają uzyskanie zasięgu łączności do kilku kilometrów od stacji bazowej (mniej niż ok. 5 km). Charakteryzują się słabą penetrację sygnału radiowego wewnątrz budynków. Jednak, w odróżnieniu od pasma 700 MHz, zasób częstotliwości jest zdecydowanie większy, co umożliwia uzyskanie dużych przepustowości – nawet ok. 10 krotnie większych względem sieci 4G. Z tego powodu pasmo to nazywane jest pasmem pojemnościowym i zapewnia parametry wymagane do jednoczesnej obsługi wielu podłączonych urządzeń. Ponadto pasmo (z pewnymi ograniczeniami) jest już dostępne od dawna i może być z powodzeniem wykorzystywane do budowy sieci 5G na obszarach dużych miast o gęstej zabudowie do transmisji znacznych ilości danych. Dodatkową zaletą sieci 5G pracujących w tym paśmie jest wprowadzanie bardzo małych opóźnień w transmisji danych (na poziomie pojedynczych milisekund), co ma istotne znaczenie dla obsługi urządzeń Internetu rzeczy.

Częstotliwości pasma 26 GHz obejmują zakres od 24,25 GHz do 27,5 GHz. Udostępnienie częstotliwości w tym zakresie wymaga wprowadzenia zmian użytkowania w KTPCZ. Projektowane dotychczas zmiany mają umożliwić dystrybucję czterech bloków po 200 MHz z zakresu 26,5 – 27,3 GHz. Częstotliwości z tego zakresu umożliwią uzyskanie bardzo dużych przepustowości przy bardzo małych opóźnieniach transmisji (rzędu kilku milisekund). Jednak należy się spodziewać, że zasięgi łączności dla terminali ruchomych w terenie otwartym nie przekroczą 500 m. Zatem planowane jest ich wykorzystanie głównie na potrzeby Internetu rzeczy i łączy stałych, określanych jako "radiowy światłowód”.

Udostępnianie częstotliwości dla operatorów sieci telekomunikacyjnych świadczących usługi publiczne, poprzedzane jest aukcją ogłaszaną przez Prezesa UKE. Prawomocne wyniki aukcji będą podstawą do dokonania rezerwacji częstotliwości dla podmiotów, które spełniły warunki uczestnictwa i zaoferowały najwyższą cenę. Warto zaznaczyć, że aukcje są obecnie najczęściej stosowaną formą sprzedaży częstotliwości w Polsce i na świecie.

Udostępnienie częstotliwości operatorom dla potrzeb budowy sieci 5G w Polsce będzie realizowane sukcesywnie, w pierwszej kolejności w paśmie 3,6 GHz, a następnie w pasmach 700 MHz oraz 26 GHz – po wprowadzeniu stosownych zmian w KTPCZ.

 

---

Autor: Henryk Parapura – Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy