Litt grunnleggende radioteknikk
Den grunnleggende egenskapen til radiobølger, er hvor fort de svinger – frekvensen. Frekvens oppgis i antall svingninger per sekund, med enheten Hertz (Hz). Ved høye frekvenser prefikser vi denne med tusen, millioner og milliarder svingninger: kilohertz kHz, megahertz MHz og gigahertz GHz.
I denne sammenhengen omtales radiofrekvenser over 1 GHz som «mikrobølger», mens radiofrekvenser over 30 GHz kalles «millimeterbølger». En generell regel er at jo lavere frekvens et radiosignal har, i vår sammenheng frekvenser under 1 GHz, desto større rekkevidde og gjennomtrengingskraft har det. I motsatt ende, med frekvenser over 8-10 GHz og opp i millimeterområdet, vil radiobølgene ha mindre og mindre rekkevidde og gjennomslagskraft. De høyeste frekvensene som brukes av 5G i dag har for eksempel problemer med å komme seg gjennom veggene og vinduene til moderne kontorbygg. Samtidig vil radiokommunikasjon i høyere frekvenser ha høyere ytelse, med tanke på antall bits per sekund de klarer å bære, og dermed også lavere forsinkelser per bit.
Et sammenhengende område med radiofrekvenser satt av til ett formål, kaller radiospesialistene for et «spektrum», som i sin tur deles opp i mindre intervaller for å bære separat trafikk – radiokanaler, eller bare «kanaler». Bredden av kanalen, vanligvis oppgitt i MHz, definerer hvor mye data kanalen kan transportere. I Wi-Fi er den grunnleggende kanalbredden 20 MHz, der flere kanaler kan slås sammen for å oppnå høyere båndbredde, og dermed kapasitet.
Frekvensspektrum i de lavere områdene dekker som regel langt mindre båndbredde enn i de høyere områdene, så dermed er det langt færre tilgjengelige kanaler i lave bånd. Dette er den andre grunnen til at både Wi-Fi og 5G har høyest kapasitet i de aller høyeste båndene.
Den store forskjellen
En av de største grunnleggende forskjellene mellom Wi-Fi og 5G er spektrumene i bruk. Wi-Fi bruker ulisensierte frekvensbånd, altså frekvensområder som er satt av til fri bruk for alle som ønsker det, så lenge de bruker typegodkjent utstyr. Dermed kan alle som trenger trådløs kommunikasjon lokalt, bare kjøpe inn utstyr uten å måtte søke om konsesjon på bruken av radiosambandene.
Fordelen med dette er at Wi-Fi-utstyr produseres og leveres i store antall, og har gjort det siden slutten på 90-tallet, da slikt utstyr kom på markedet. Det gjør prisene lave, og takket være et kontinuerlig standardiseringsarbeid så snakker alt dette utstyret med hverandre.
Ulempen med å bruke ulisensiert spektrum er at alle disse radiosenderne kan forstyrre hverandre. Dette er særlig aktuelt i 2,4 GHz-båndet, der store mengder av forskjellig radioutstyr, som heller ikke nødvendigvis snakker Wi-Fi, kan forstyrre det trådløse lokalnettet. Det er ikke anbefalt å bruke et slikt radiospektrum til kritisk kommunikasjon, slik som telemedisin.
For mobilnettene er situasjonen motsatt. Mobiloperatørene bruker kun lisensiert spektrum, slik at de er alene om bruken av en spesifikk kanal i et gitt geografisk område. Dette gjør det mye enklere å implementere ulike tjenesteklasser og kvalitetsnivåer, noe tids- og oppetidskritisk kommunikasjon er avhengige av.
Mobilnettene opererer også i langt flere spektrum, med store forskjeller i frekvensområdene i bruk. I Norge dreier det seg om frekvensbånd fra 700 MHz helt opp til flere titalls GHz i nær framtid. Dette gjør at operatørene kan tilpasse bruken av spektrum. Frekvenser under 1 GHz har stor rekkevidde, og vil typisk brukes langs hovedveiene og på sjøen. I motsatt ende, i 26 og 42 GHz-båndene, kan operatøren levere svært høy ytelse til et stort antall samtidige brukere på et lite geografisk område, som en messehall eller en sportsarena.
Ulempen er prisen. Utstyr for mobilkommunikasjon, særlig basestasjonene som utgjør stamnettet i radiodelen av nettverket, men også brikkene i de mobile enhetene, er dyre. Volumet er lite, og dermed går stykkprisen opp. Dette gjelder også for mikro- og nanoceller, designet for innendørs bruk for å gi høykapasitets dekning, for eksempel i en kontorbygning.
Frekvenstillatelsene koster også store penger. Nasjonal kommunikasjonsmyndighet auksjonerte i 2021 ut 5G-tillatelser i 2,6 og 3,6 GHz-båndene, og da betalte for eksempel Telenor godt over en milliard kroner for til sammen 200 MHz båndbredde i disse spektrumene. Det er klart at dette er penger som operatørene fakturerer videre til sine kunder. Til sammenligning betaler man altså ingen ting for verken anskaffelse eller bruk av de ulisensierte frekvensene til Wi-Fi.
Avansert kommunikasjon
5G handler om langt mer enn rå ytelse. Ekstremt lav forsinkelse, svært kort oppkoblingstid, mekanismer for å implementere tjenesteklasser og muligheten for å segmentere nettverket i såkalte «slices», er også egenskaper som karakteriserer standarden.
På bakgrunn av dette har den internasjonale teleunionen ITU-T definert tre nye brukssområder for 5G. De er:
- Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Dette er en videreutvikling av 4G mobilt bredbånd, med raskere oppkoblinger, høyere ytelse og mer kapasitet. Dette er tiltenkt databehovet for mange brukere på et lite område, slik som stadioner, messehaller og bysentrum.
- Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC): Dette utnytter 5Gs robusthet og pålitelighet. Dette brukes av virksomhetskritiske datautvekslinger, som i fabrikker og prosessanlegg, sykehus og andre steder, der uavbrutt dataoverføring er avgjørende.
- Massive Machine To Machine Communications (mMTC): Dette er nettverket for Tingenes Internett, IoT. Her utnyttes muligheten 5G har for å koble opp inntil en million enheter per celle, slik at store sensornettverk kan kommunisere mot serverne sine.
I tillegg har 5G selvfølgelig også arvet grunnleggende egenskaper fra sine forgjengere, slik som avbruddsfri overlevering av en enhet som beveger seg fra en celle til en annen, og støtte for at klientenheter som er i bevegelse i stor hastighet klarer å kommunisere.
Det er lett å se at selv om både Wi-Fi og 5G handler om trådløs datakommunikasjon, så dreier det seg om to vidt forskjellige måter å løse dette på. Derfor er ikke premisset om at disse teknologiene kan fullstendig erstatte hverandre helt sant. Disse teknologiene har overlappende egenskaper, men i tillegg har de sine egne spesialiteter som gjør dem best egnet til sine oppgaver.
Svaret på spørsmålet «5G eller Wi-Fi?» må derfor bli «Ja takk, begge deler!».
