5G sítě

Co vlastně znamená „5G“ a proč vzniklo

5G je pátá generace mobilních sítí definovaná v rámci 3GPP (rodina standardů „NR“ – New Radio a 5GC – 5G Core). Je navržena tak, aby kromě vyšší propustnosti (eMBB) poskytla i ultra nízkou latenci a vysokou spolehlivost (URLLC) a efektivní připojení masy zařízení internetu věcí (mMTC). Oproti 4G/LTE přináší novou rádiovou vrstvu, cloudově-native jádro, síťové řezy (network slicing) a těsnější integraci s edge computingem.

Architektura: NSA vs. SA a 5G Core

• NSA (Non-Standalone): 5G NR pro downlink/uplink a 4G EPC jako kotva pro signalizaci. Výhoda rychlý start, nevýhoda omezené funkce (bez plného slicingu a nativního 5GC).
• SA (Standalone): 5G NR + 5GC. Umožňuje plné využití 5QI, slicing, autentizaci SUCI/SUPI a nízkou latenci s UPF na edge.

5G Core (5GC) je službově orientovaná architektura (Service-Based Architecture, SBA) s mikroservisy (AMF, SMF, UPF, PCF, UDM, AUSF aj.). Komponenty komunikují přes HTTP/2 a TLS, škálují se elasticky v Kubernetes/NFV prostředí. User Plane Function (UPF) lze umístit blíže uživateli (MEC), čímž se zkracuje cesta k aplikaci.

Spektrum, pásma a numerologie NR

• FR1 (Sub-6 GHz): 410–7125 MHz, typicky pásma 600/700/800/900/1800/2100/2600/3500 MHz. Výhodou je dosah a indoor pokrytí.
• FR2 (mmWave): ~24–52 GHz (např. 26, 28, 39 GHz). Extrémní kapacita a šířky kanálů (100–400 MHz), ale krátký dosah a citlivost na překážky.
• Šířky kanálů: FR1 až 100 MHz (v praxi 40/60/80/100), FR2 až 400 MHz.
• Numerologie (μ): subcarrier spacing 15·2^μ kHz (μ=0..4), umožňuje škálovat latenci a koexistenci TDD konfigurací.

Duplex a sdílení spektra

• FDD: oddělený uplink/downlink, vhodné pro nižší pásma a pokrytí.
• TDD: časové dělení UL/DL, preferováno v 3,5 GHz a mmWave díky symetrickému provozu a Massive MIMO.
• DSS (Dynamic Spectrum Sharing): dynamické sdílení 5G/4G v témže FDD pásmu – rychlé rozšíření pokrytí, s kompromisem v efektivitě.

Rádiová vrstva: Massive MIMO, beamforming a O-RAN

5G využívá Massive MIMO (typicky 32T32R až 64T64R v C-bandu), které přes řízené svazky (beamforming) zvyšuje SNR a kapacitu. Digitální a hybridní beamforming doručují multidimenziální řízení paprsku v prostoru i čase. Otevřené rozhraní O-RAN (Open RAN) standardizuje oddělení DU/RU/CU a rozhraní eCPRI, přináší RIC (Near/Non-RT) pro xApps/rApps a vendor-agnostické nasazení.

Backhaul, fronthaul a topologie

• Fronthaul: RU–DU přes eCPRI (Ethernet) s nároky na latenci/jitter; pro mmWave a mMIMO je běžné centralizované/tzv. cloud RAN (vCU/vDU).
• Backhaul/midhaul: optika (preferovaná), případně mikrovlnné spoje v E-bandu (70/80 GHz) pro rychlé rollouty.
• Topologie: makro + small cells (indoor/outdoor) pro hustotu; plánování zahrnuje 3D mapy, clutter, penetrační zisky a synchronizaci (GNSS/PTP).

SLA a KPI: co 5G reálně nabízí

QoS v 5G: 5QI, GBR/Non-GBR a slicing

Toky jsou mapovány na 5QI (5G QoS Identifier) s danými parametry (Packet Delay Budget, Packet Error Rate). Pro kritické služby se využívá GBR, pro běžná data Non-GBR. Network slicing vytváří logické „virtuální sítě“ s vlastními politikami, bezpečností a kapacitami; orchestruje se napříč RAN/transport/core (SMO/OSS, NSSMF).

Bezpečnost: od identity po šifrování

• SUCI/SUPI: ochrana identity UE (maskování IMSI přes veřejný klíč domovské sítě).
• Šifrování: NAS/RRC/UP šifrování (NEA/NIA), end-to-end TLS mezi SBA službami.
• Segmentace: izolace řezů, Zero Trust principy, supply-chain hardening (O-RAN open rozhraní).
• Monitoring: telemetrie, detekce anomálií, DPI s ohledem na soukromí a právo.

Edge a MEC: kde se rodí nízká latence

Multi-access Edge Computing přenáší aplikace a UPF k okraji sítě (CO/POP, někdy přímo do kampusu). V praxi to umožní průmyslové řízení, AR/VR, privátní CDN a lokální breakout. Klíčové jsou API pro orchestraci, lokální DNS, cache, a bezpečné připojení k podnikovým doménám.

Privátní 5G a průmysl

Podniky nasazují privátní 5G (licencované, sdílené či lokální spektrum; někde NR-U v nelicencovaném pásmu) pro deterministické řízení, bezpečnost a kvalitní mobilitu uvnitř areálů. Modely: zcela on-prem, hybrid (RAN on-prem, jádro cloud), nebo „slice as a service“ od operátora.

Energetická efektivita a udržitelnost

• Sleep/Deep-sleep TRX, mikro-hibernace nosných, adaptivní TDD UL/DL poměry.
• AI řízení RAN: predikce zátěže, dynamické vypínání nosných, řízení paprsků podle provozu.
• Hardware: účinnější PAs, GaN, integrované RFIC, a vyšší účinnost napájení a chlazení.

Plánování a měření: od mapy k PIM a kPI

1. Radioplán: volba pásem, hustota buněk, indoor coverage, interference management.
2. Drive/Walk testy: logování (CQI/RSRP/RSRQ/SS-SINR), beam management, handover a latence.
3. Interference: PIM, TDD synchronizace, koordinace sousedů, SON/AI optimalizace.
4. KPI: dostupnost, průměrná/percentilová rychlost, latence, retence, VoNR kvalita, zkušenost FWA.

VoNR a hlasové služby

VoNR (Voice over NR) vyžaduje SA, IMS a odpovídající pokrytí/parametry. V NSA scénáři se hlas často realizuje jako EPS Fallback do LTE/VoLTE. Testují se přechody, SRVCC a kvalita kodeků (EVS).

5G-Advanced (Rel-18/19) a cesta k 6G

• 5G-Advanced: další vylepšení MIMO, AI-native RAN, RedCap (Reduced Capability) pro lehčí IoT, duplexní inovace, lepší positioning (cm-úroveň).
• Směřování k 6G: sub-THz výzkum, integrační sensing-communication (ISAC), ještě těsnější edge a federované učení sítě.

Use-cases: od spotřebitelů po průmysl 4.0

• Spotřebitel: eMBB (streaming, cloud gaming), FWA jako alternativa k DSL/koaxu, AR aplikace.
• Průmysl: AGV/AMR robotika, prediktivní údržba, videoinspekce s nízkou latencí, privátní 5G s deterministickým řízením.
• Města: chytrá doprava (V2X), bezpečnostní kamery s edge AI, kritická komunikace.
• Zdravotnictví: telemedicína, vzdálená asistence, bezpečný přenos obrazových dat.

Integrace s IT: SDN/NFV a automatizace

5G je softwarově řízená síť: SDN pro programovatelný transport, NFV pro virtualizaci funkcí (vCU/vDU/5GC), CI/CD pro rychlé releasy. Automatizace (closed-loop SON, intent-based orchestrace) minimalizuje OPEX a zkracuje TTM nových služeb.

Regulace, standardizace a spolupráce

Nasazení 5G ovlivňuje alokace spektra (národní aukce, sdílení, lokální licence), povolovací procesy výstavby (mast guidelines), bezpečnostní požadavky, roamingové dohody a interoperabilita zařízení certifikovaná v rámci GCF/PTCRB. Otevřená rozhraní (O-RAN) posilují ekosystém inovací a více-vendor prostředí.

Praktické tipy pro implementaci

• Zacilte na business case: FWA, enterprise a privátní 5G často přinášejí rychlejší návratnost než čistě retail eMBB.
• Edge-first pro nízkou latenci: přesuňte UPF a aplikační workloady na MEC, definujte měřitelné SLA.
• Design na spolehlivost: redundance napájení a transportu, synchronizace, monitoring a automatizovaná remediace.
• Security by design: segmentace řezů, správné politiky 5QI, certifikace dodavatelů a SBOM.
• Průběžná optimalizace: AI/ML pro plánování a SON, dynamická konfigurace beamů a TDD patternů.

Rozdíly 4G vs. 5G v kostce

Závěr

5G není jen „rychlejší LTE“. Je to platforma, která spojuje rádiové inovace (Massive MIMO, numerologie NR), cloud-native jádro a edge computing do jednotné, programovatelné infrastruktury. Pro operátory to znamená příležitost vytvářet garantované služby a řezy pro průmysl, pro podniky pak možnost nasadit mobilní konektivitu s parametry pevné sítě. Následující roky v duchu 5G-Advanced přidají AI-native řízení a vyšší efektivitu – a připraví půdu pro 6G.