V omrežjih za mobilne uporabnike je (skoraj) vse v antenah

Marsikateri znani vojskovodja je imel občutek, kje je ‘prelomna točka’ v bitki. Od Napoleona v bitki pri Borodinu do Horatia Nelsona v bitki pri Cape Trafalgar in ne nazadnje Erwina Rommel-a na Soški fronti. Mi, ki na srečo nismo imeli takšnih izkušenj, se lahko zanesemo na enostavno pravilo razvidno iz teh dogodkov. Tam, kjer so v določenem trenutku največji premiki, so obenem tudi največje žrtve in odločitev o izidu dogodka.

 

Če to pravilo prenesemo na področje ponujanja telekomunikacij storitev, postane očitno, da je bodočnost telekomunikacijskih sistemov odvisna od inovacij in rešitev na področju ponujanja storitev za mobilne uporabnike. Druge storitve in sistemi se bodo morali prilagoditi izidu ‘bitke’ za najbolj sodobna omrežja za mobilne uporabnike. Marsikatera rešitev ne bo preživela testa resničnosti.

 

Tisti, ki ste do sedaj bili prepričani, da 5G omrežje za mobilne uporabnike pomeni samo večje število anten na strehah gasilskih domov ter hribih zraven mest in avtocest, boste presenečeni nad možnimi alternativami. Vsaj dve sta. LEO (Low Earth Orbit) z uporabo satelitov na višinah okrog 800 km in HAP (High-Altitude Platforms) z uporabo brezpilotnih letal na višinah okrog 25 km. Najbolj znan sistem LEO je Starlink, ki je ravno v nastajanju.

 

Mobilne širokopasovne povezave do vsakogar

 

Pravzaprav sama arhitektura(e) v 5G mobilnih omrežjih ne bodo enake kot prej, ker bo to prva arhitektura, ki bo združevala TN (Terrestial Networks) in NTN (Nonterrestrial Networks), vključno z višinskimi platformami (HAP) z uporabo brezpilotnih letal (UAV) in sateliti na nizki zemeljski orbiti (LEO), v enotno omrežje. Takšna hibridna arhitektura bo omogočila resnično vseprisotne mobilne širokopasovne povezave do vseh kotičkov tudi v hribovitih deželah, kot je Slovenija. Hibridna TN/NTN 5G omrežja za mobilne uporabnike odpirajo nove priložnosti ponujanja storitve za operaterje tudi v ruralnih krajih, kjer se je do zdaj realizacija sodobnega širokopasovnega omrežja zdela predraga. Možnosti novih storitev segajo od poslovnih aplikacij, kot so kmetijstvo in gozdarstvo, do storitve industrijskega IoT, logistike in zdravstvenega varstva na daljavo, če naštejemo le nekatere.

 

Omrežja NTN imajo svojo evolucijsko pot, ki jo je potrebno ‘prehoditi’ preden je mogoče doseči popolno integracijo. Izzivov je ogromno, od investicij v terminalno opremo, do proračuna povezav in zmanjšanja RF motenj ter visokih Dopplerjevih premikov radijskih signalov. Vse rešitve izzivov na koncu izhajajo iz antenske tehnologije. Napredne inteligentne rešitve anten, vključno s ključnimi dosežki, kot so na primer večsmerna (multibeam) razširljiva digitalna fazna antenska polja (array), so bistvenega pomena za zagotovitev ekonomske upravičenosti NTN sistemov in možnosti brezhibne vključitve v TN omrežja 5G. Da bi 5G omrežje delovalo in zagotovilo dodatno vrednost, bo potrebna vključitev celotnega telekomunikacijskega ekosistema – od operaterjev do različnih sistemskih integratorjev.

 

OpenRoaming zagotavlja globalno Wi-Fi omrežje

In kje so Wi-Fi omrežja v tem ekosistemu? Zahvaljujoč pobudi Wireless Broadband Alliance (WBA) OpenRoaming je prihodnost videti svetla. Tehnološka osnova so preverjeni standardi Hotspot 2.0. Potrebno je bilo več kot desetletje trdega dela, da je v začetku maja 2020 prišlo do uresničitve pobude. OpenRoaming povezuje ponudnike dostopnih omrežij v okviru infrastrukture javnih ključev in ustvarja globalno omrežje povezanih in varnih Wi-Fi omrežij. Uporabnikom ni treba več čez utrujajoče ročne postopke pri povezovanju z javnim omrežjem Wi-Fi. OpenRoaming omogoča preprosto samodejno povezavo in nemoten dostop do Wi-Fi za uporabnike mobilnih naprav z izkušnjo podobno dostopu do javnega mobilnega omrežja 4G ali 5G.

 

Da bi se Wi-Fi uveljavil v tako zahtevnem okolju, mora zagotavljati storitve na enakem ali višjem nivoju kot omenjeni sistemi, pri manjših investicijskih stroških. Sodeč po znanih funkcionalnostih novih Wi-Fi 6 in Wi-Fi 6E sistemskih platformah in uporabljenih tehnologijah je to realen cilj. Tudi v primeru Wi-Fi 6 je antenska tehnologija ‘state of the art’ se pravi MU-MIMO (multi-user multiple-input multiple-output) z možnostjo fokusiranja radijskega snopa anten (beamforming) na posamezne uporabnike. Takšne antene zagotavljajo ne samo večje kapacitete prenosa posameznim uporabnikom in bolj kvalitetne storitve, temveč tudi ponujanje novih storitev določanja lokacije uporabnika.

 

Delovanje MU-MIMO za radijski signal od Wi-Fi dostopovne točke proti uporabniškem terminalu (downlink) je bilo prvič predstavljeno v drugi generaciji radijskih postaj 802.11ac. Pametni telefoni v skladu s standardom 802.11ac (Wi-Fi 5) so bili predstavljeni na trgu, je pa res, da se funkcionalnost MU-MIMO tehnologije v podjetniškem okolju redko uporablja. Verjetno manj kot 20 odstotkov pametnih telefonov podpira MU-MIMO. Vendar se bo število uporabniških terminalov z možnostjo MU-MIMO povečalo skozi čas, saj morajo radijski moduli v skladu s standardom Wi-Fi 6 vsebovati funkcionalnost MU-MIMO.

 

Funkcionalnost MU-MIMO

 

Ključna razlika med Wi-Fi 5 (802.11ac) MU-MIMO in Wi-Fi 6 MU-MIMO je število uporabniških terminalov MU-MIMO, ki komunicirajo z Wi-Fi dostopovno točko hkrati. Wi-Fi 5 je omejen na skupino MU-MIMO s samo štirimi uporabniškimi terminali. Wi-Fi 6 je zasnovan tako, da podpira do 8×8:8 MU-MIMO v obe smeri prenosa (med dostopovno točko in uporabniškimi terminali), kar omogoča, da lahko komunicira z do osem uporabniških terminalov hkrati in zagotavlja bistveno višjo podatkovno prepustnost.

 

Kakšno število radijskih snopov podpira Wi-Fi dostopovna naprava v veliki meri določi nivo investicije za realizacijo Wi-Fi projekta. V dokumentaciji (data sheet) je ta informacija zapisana s tremi ali petimi številkami. Če planirate projekt, je dobro razumeti pomen posameznih številk. V sistemu MU-MIMO se prva številka vedno nanaša na oddajne antene (TX), druga pa na sprejemne antene (RX). Tretja številka predstavlja, koliko edinstvenih tokov podatkov je mogoče poslati za (ali sprejeti od) enega uporabnika (SU – single user). Četrta številka navaja, koliko tokov za več uporabnikov (MU) je mogoče prenesti. Peta številka predstavlja skupino MU-MIMO oz. koliko uporabnikov sprejema hkrati.

 

Pri obratovanju Wi-Fi sistemov je pomembno razumeti, da gre za distribuiran sistem, v katerem je kvaliteta ponujanja storitev odvisna od medsebojnega sodelovanja Wi-Fi dostopovnih točk, ki tvorijo sistem. Pri pravilnem načrtovanju Wi-Fi omrežja je vrednost obsega in kvalitete ponujenih storitev višja kot vrednost zbira storitev posameznih Wi-Fi dostopovnih točk.

 

 

Če se vam delovanje MU-MIMO v Wi-Fi 6 in 6E sistemih zdi kompleksno, pomislite, da se bodo v 5G omrežjih za mobilne uporabnike koristile tudi antene mMIMO. Mali ‘m’ je kratica besede ‘massive’. Takšne antene bodo imele tudi 64 oddajnih in 64 sprejemnih snopov ali celo več. Postaviti takšno anteno na antenski stolp je stvar dobre logistike. Razviti takšno anteno, ki bo dovolj lahka in majhna za montažo v satelit ali UAV letalo, je precej večji izziv.

 

Kateri sistemi za ponujanje storitev mobilnim uporabnikom bodo doživeli usodo Napoleona po bitki pri Borodinu in kateri uspeh Rommel-a na Soški fronti, bo pokazal čas. Za tiste, ki bi se radi bolj seznanili s ključnimi faktorji, ki so omogočili preboj na Soški fronti, priporočam dnevnik Erwina Rommel-a. Če pa je med bralci kdo, ki meni, da ima dovolj razvit občutek za napoved prihodnosti, bom vesel vsakega argumentiranega mnenja.