V roku 2008 3GPP prišla so špecifikáciou štvrtej generácie bezdrôtovej celulárnej siete Release 8, známou pod pojmom 4G, ktorá je aktuálne najrozšírenejšou celulárnou sieťou na svete. Prvá 4G sieť bola uvedená do prevádzky v roku 2009 vo Švédskom meste Štokholm, a v Nórskom meste Oslo pod názvom LTE. Pri prechode na 4G bolo potrebné, aby zariadenie plne podporovalo danú špecifikáciu, nestačila iba výmena SIM karty. Oproti predchádzajúcim generáciám má 4G oveľa menší dosah, hlavne čo sa týka dostupnosti vo vnútorných priestoroch, dôvodom sú vyššie frekvencie na ktorých 4G vysiela.

Vedelo sa že 3G, a dokonca ani 4G siete nebudú schopné podporovať v takej veľkej miere technológie ako IoT, preto sa ku 5G už od začiatku pristupovalo s touto myšlienkou. Prvé 5G siete však boli, prípadne stále sú závislé od existujúcich 4G sieti, pretože aj keď sieť vysielala na frekvenciách 5G, tak jadro architektúry bolo stále založené na 4G.[V4]

Zjednodušená architektúra 4G mobilnej bunkovej siete [V12]

Obr. V2: Zjednodušená architektúra 4G mobilnej bunkovej siete [V12].

Vo väčšine prípadov každá nová generácia stavia na technológii tej predchádzajúcej, pričom sa snaží vylepšiť v každom smere, a 5G nie je výnimkou. Hlavné faktory ktoré sa 5G snaží oproti svojmu predchodcovi vylepšiť sú hlavne tie, ktoré sú prospešné pre koncových užívateľov, a ktoré umožnia naplno rozšíriť technológie ako napríklad internet vecí. Porovnanie vybraných vlastností je možné vidieť v tabuľke 1. Je dôležité poznamenať, že rôzne zdroje uvádzajú rôzne hodnoty, pričom sa ako autoritatívne zdroje berú špecifikácie od 3GPP. Hodnoty nachádzajúce sa v tabuľke pochádzajú z viacerých zdrojov, pričom do úvahy boli brané zdroje, kde sa rovnaké hodnoty vyskytovali opakovane.

4G

5G

Odozva

10 až 50 milisekúnd

Menej ako 5 milisekúnd

Potenciálna rýchlosť
sťahovania

1 Gigabit za sekundu

20 Gigabitov za sekundu

Bázové stanice

Bunkové veže

Malé bunky

Maximálna šírka pásma

20 MHz

400 MHz

Hustota zariadení

4000 zariadení na km2

1 milión zariadení na km2

Spektrálna efektivita

~15 bps/Hz

~30 bps/Hz


Okrem toho sú v prípade 5G aj vylepšenia ako napríklad oveľa dlhšia výdrž batérií v zariadeniach pre internet vecí (až o 10 rokov viac ako v prípade 4G), 100-násobný nárast v prenosovej kapacite oproti 4G, a podpora masívneho internetu vecí.[V7][V1] Z hľadiska architektúry predstavujú jednotlivé časti návrhu 4G siete rôzne obmedzenia z hľadiska rozširovania možností podporovaných 4G sieťou, ako napríklad statické rozloženie zariadení dodávateľa, alebo používanie monolitickej funkcionality na miestach používaných predchádzajúcimi generáciami mobilných sietí. Medzi najväčšie slabiny sa radí nízka flexibilita, zbytočná zložitosť, a centralizovaná žívateľská a riadiaca rovina.[V9]

Nízka flexibilita

Aj napriek tomu že sú 4G siete oveľa viac prispôsobiteľné ako 3G siete, tak je výrazne obmedzená flexibilita danej siete. Medzi najväčšie slabiny patrí spomínané statické rozloženie zariadení dodávateľa, používanie proprietárnych zariadení, respektíve všeobecne používanie drahého a proprietárneho vybavenia, používanie nepružných signalizačných protokolov so stavovou informáciou, a fakt že rekonfigurácia a aktualizácia je možná len pri intenzívnej integrácii v rámci prevádzkovateľov siete. EPC prvky sú ovládané cez štandardizované rozhranie, a nie je možné ich ovládať cez otvorené rozhranie, alebo prostredníctvom API, aj napriek tomu že štandardy k týmto rozhraniam nie sú utajené. To má za následok že aktualizácia vybavenia často vyžaduje jeho výmenu aj napriek tomu, že staré vybavenie je stále vhodné pre väčšinu účelov, čo má za dôsledok vysoké kapitálové náklady pre rozširovanie siete a pre zavedenie nových služieb, a všeobecne vysoké prevádzkové náklady pre správu siete.[V9]

Zbytočná zložitosť

Z pohľadu funkcionality 4G architektúra uvádza rozdelenie užívateľskej a riadiacej roviny, avšak tieto roviny sú často v sieti spájané, čo má za následok že jedno zariadenie nesie premávku užívateľskej roviny, a zároveň spravuje signalizačné správy riadiacej roviny, čo spôsobuje zvýšenú odozvu pre obidve roviny. Ďalším problémom je využívanie GTP tunelov. Tieto tunely vychádzajú z predchádzajúcich generácií, a umožňujú prepojenie rôznych typov sietí rôznych generácií, avšak pridávajú na komplexnosti siete, a obmedzujú jej škálovateľnosť, čo má za následok zvýšené náklady pre mobilných operátorov.[V9]

Centralizovaná užívateľská a riadiaca rovina

Ďalším limitom pre 4G siete je využívanie centralizovanej užívateľskej a riadiacej roviny. Výhodou tohto riešenia je mobilita 3. sieťovej vrstvy, a umožňuje jednoduchú implementáciu spätnej kompatibility s predchádzajúcimi generáciami mobilných sietí, čo má však za následok že sú potrebné ad hoc riešenia na určenie geografickej lokácie užívateľských zariadení v takej presnosti, aby ju bolo možné použiť na prispôsobenie služieb.[V9]