5G-verkko on kuituverkko

 

5G-verkko on kuituverkko

Aikaisempi julkaisumme käsitteli tietoliikenneverkkoon tulevaisuudessa kohdistuvia kaistanleveysvaatimuksia. Tarkastelun lopputuloksena oli, että muilla tekniikoilla kuin valokuiduilla käyttöpisteeseen asti rakennettu verkko ei pysty vastaamaan näihin haasteisiin, erityisesti kun virtuaalilasit keh

ittyvät ja yleistyvät. Monet ovat kuitenkin skeptisiä kotiin asti tuotavien kuitujen tarpeellisuudesta, sillä tulevaisuuden 5G-mobiiliverkko tulee tarjoamaan yli 1 Gbps –tiedonsiirtonopeuden. Tämän artikkelin tarkoituksena on perustella, miksi näkemyksemme mukaan 5G-verkko tulee olemaan kuituverkko ja miten tähän tarpeeseen voidaan nykypäivänä varautua.

5G-verkon taajuudet, läpäisy ja kantavuus

Seuraavan sukupolven 5G-mobiiliverkon tulisi tarjota yli 1 Gbps:n tiedonsiirtonopeus, erittäin pieni verkkoviive, huomattavasti suurempi tukiaseman kapasiteetti ja parannus käyttäjän kokemassa palvelunlaadussa. Yleisin visio tämän saavuttamiseksi on uusien yli 6 GHz:n taajuusalueiden käyttöönotto.

Nykyinen 4G-verkko toimii pääosin 0,8 GHz:n, 1,8 GHz:n ja 2,6 GHz:n (800 Mhz, 1800 MHz ja 2600 MHz) taajuusalueilla. Näistä parhaimman kantaman ja läpäisyn tarjoaa 0,8 GHz:n taajuus, ja toisaalta paras tiedonsiirtonopeus saavutetaan 2,6 GHz:n taajuudella, kantaman ja läpäisyn sisätiloihin jäädessä heikommiksi. Tämän lisäksi WiFi-verkot toimivat 2,4 GHz:n ja 5 GHz:n taajuusalueilla. Taajuusalue 6 GHz – 300 GHz sisältää valtavan määrän kaistaa, ja mikäli sitä saadaan vapautettua sääntelystä 5G-verkon käyttöön, voidaan tiedonsiirtonopeuksissa sekä kaistan käyttötehokkuudessa saavuttaa parhaimmillaan tuhansien kertojen parannus. Korkeampien taajuuksien (pienempien aallonpituuksien) käytössä tulee kuitenkin vastaan merkittäviä ongelmia säteilyn huonoon läpäisykykyyn liittyen.

Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus on 6 GHz – 300 GHz -alueella millimetrien kokoluokkaa (50 mm – 1 mm). Millimetriaaltoja voidaan käyttää ulkotiloissa suoralla näköyhteydellä ja suuritehoisilla lähettimillä korkeintaan noin kilometrin yhteysvälillä, mutta realistisempi yhteysväli on satoja metrejä. Millimetriaallot kokevat suurta vaimennusta ja sirontaa (suunnanmuutosta) mikäli suoraa näkölinjaa ei ole.

Millimetriaallot läpäisevät huonosti seiniä ja muita esteitä. Korkeammilla taajuuksilla signaalin läpäisyn voi estää pelkästään jo laitetta pitelevä käsi. Tämän vuoksi nykysovelluksissa yhteysväli on sisätiloissa metrien tai korkeintaan kymmenien metrien suuruusluokkaa. Millimetriaallot kuitenkin heijastuvat ja siroavat pinnoista, minkä takia mobiilikommunikaatio on mahdollista myös ilman suoraa näköyhteyttä.

 
Screen-Shot-2016-06-15-at-00.44.57-768x405.png

Kuituverkon yleisrakenne.

 

Lähetin- ja vastaanotintekniikka ja verkon alueellinen rajaus

Millimetrien aallonpituusalueella myös lähetin- ja vastaanotinantennit ovat kokoluokaltaan millimetrejä, jolloin niitä on helpompi sijoitella ympäristöön.  Antennin pienuus mahdollistaa myös pienikokoisten antennistojen integroimisen mikropiirille. Tällaista antennistoa voidaan suunnata ilman liikkuvia osia, jolloin yhteyden laatua voidaan ylläpitää reaaliajassa suuntaamalla lähetin ja vastaanotin siihen suuntaan, josta signaali heijastuu vastaanottimeen parhaiten.

Millimetriaaltojen heikolla kantamalla ja läpäisykyvyllä on myös hyvät puolensa, sillä se tekee verkoista paikallisempia ja yksityisempiä. Tämä mahdollistaa myös saman taajuuskaistan käytön useammassa paikassa yhtäaikaisesti, jolloin kaistan ruuhkautumien esimerkiksi kerrostaloissa ei ole yhtä suuri ongelma kuin nykyisissä verkoissa.

Mobiilitukiasemat 

Edellä mainitut eri taajuuksien läpäisy- ja kantavuusominaisuudet asettavat selkeitä rajoituksia koko verkon rakentamiseen. Läpäisyrajoituksista kuitenkin seuraa, että 5G mobiilitukiasemien määrä tulee moninkertaistumaan, jotta verkon kattavuus saadaan riittäväksi.

Jotta mobiilitukiasemista ja taajuuksista saataisiin maksimaalinen kaistahyöty, on parasta jättää kaikki saatavilla olevat taajuudet tukiaseman ja päätelaitteiden väliseen käyttöön. Näin ollen jokaiselle tukiasemalle tulisi tuoda oma kiinteä verkkoyhteys, joka nykyteknologialla on paras toteuttaa valokuidulla sen kaistaleveyden sekä häiriövastustuksen tuomien etujen johdosta.

Verkon rakenne kaupungeissa

Kaupunkialueiden tukiasemien arvellaan sijoittuvan esimerkiksi katuvalaisinpylväisiin ja tulevan osaksi katuvalaisuverkkoa. Koska rakennuksien seinät aiheuttavat läpäisylle ongelmia, tulee rakennuksen sisään asennettavaksi mobiilitukiasemia. Jokainen näistä tukiasemista tulee tarvitsemaan johdinyhteyden, joka suurella todennäköisyydellä toteutetaan kuitujohtimilla.

Tietoliikenneverkon rakentamisessa merkittävä osa rakentamisen kokonaiskustannuksista koostuu maanrakennustöistä. Kaupunkialueiden rakentaminen on tälläkin hetkellä erittäin aktiivista. Tulevaisuudessa kasvavaan kuitutarpeeseen voidaan muun rakentamisen yhteydessä varautua asentamalla mikrokanavat, joihin voidaan tarpeen mukaan myöhemmin asentaa kuitua ilman uusia maanrakennustöitä.

Verkon rakenne esikaupungeissa ja haja-asutusalueilla

Esikaupunki- ja haja-asutusalueilla merkittävimmäksi tarpeeksi arvioidaan jäävän kiinteistöihin tuotava leveäkaistainen valokuituyhteys mobiilitukiasemalla tuottamaan riittävät SaaS- ja viihdepalvelut alueen asukkaille ja liikkeenharjoittajille heidän asuin- tai liiketilojensa tarpeiden kattamiseksi.

Esikaupunkialueilla ja haja-asutusalueillakaan ei ole todennäköistä riittävää käyttäjätarvetta katuvalaisuun liitettäville mobiilitukiasemille vaan nämä tarpeet tullee täytetyksi nykyisen 4G-verkon turvin.

 
GM_Plast_tausta-768x370.jpg

Rakenna valmius mikrokanavilla.

 

Miten valmistautua 5G verkon vaatimuksiin nykypäivänä?

Kuitumääriä tullaan lisäämään tulevaisuudessa merkittävästi aina runkoverkosta kiinteistöihin asti. Mikrokanavatekniikka mahdollistaa rakennus- tai saneerausvaiheessa pitkäaikaisen valmiuden rakentamisen. Valmiilla putkilla saadaan kuidun jälkiasennustyön kustannukset merkittävästi pienemmiksi, ja myös asennus on mittavasti nopeampaa perinteisiin johdinasennustapoihin verrattuna.

Rakentamisen aikana asennettavat johdinkanavareitit maksavat itsensä tulevaisuudessa takaisin, ja mahdollistavat verkkokapasiteetin kysynnän mukaisen kasvattamisen merkittävästi pienemmin kustannuksin.

Omatoimisuutta ja synergiaa yli perinteisten toimialojen

hköyhtiöt - Suomessa sähköyhtiöt uusivat tällä hetkellä 20 kv:n jakeluverkkoa siirtämällä ilmajohtoja maakaapeleiksi. Sähköverkon omistajilla olisikin oiva mahdollisuus asentaa kuituvalmius mikrokanavilla samaan aikaan sähköverkon maakaapeloinnin kanssa. Asentamalla tyhjää mikrokanavaputkea sähköverkon uusimisen yhteydessä, sähkölaitokset voisivat tulevaisuudessa vuokrata tai myydä nämä johdinkanavat operaattoreiden tai paikallisverkkoyhtiöiden käyttöön.

Paikallisverkot - Maataloudessa on perinteisesti ollut käytössä paljon maanrakennukseen soveltuvaa konekalustoa, jonka avulla oman alueen kuituverkon rakentaminen voidaan tehdä edullisin kustannuksin. Tietoomme on tullut myös muutamia sähköyhtiöitä, jotka ovat mahdollistaneet paikallisille verkonrakentajille kuituverkon rakentamisen sähköverkon maanrakennustöiden yhteydessä.

Uskomme, että vahva tietoliikenneverkko tulee olemaan tulevaisuudessa suurin infravaikuttaja alueellisessa kehityksessä ja tästä syystä haluamme rohkaista jokaista Suomalaista osallistumaan laadukkaan ja kustannustehokkaan kuituverkon rakentamiseen. Olemme luonnollisesti käytettävissänne ja vastaamme mielellämme kysymyksiinne osoitteessa: info@jarkeva.fi.

 

 

Järkevä – Ratkaisut / Cogent – Solutions

Henri Memonen

Hallituksen puheenjohtaja

 

Ja

 

Antti Aalto

Väitöskirjatutkija

Tampereen teknillinen yliopisto, Optiikan laboratorio