هرآنچه باید راجع به تکنولوژی شبکه‌های 5G بدانید

بعد از بالغ بر یک دهه توسعه، تکنولوژی 5G بالاخره دارد تبدیل به واقعیت می‌شود. طی چند سال اخیر، اپراتورهای مخابراتی شروع به ارائه سرویس‌های ‌5G در شهرهایی منتخب کرده‌اند و موبایل‌های حاوی چیپ‌های 5G هم مدتیست که سر از بازار درآورده‌اند. از سوی دیگر انتظار می‌رود طی سال‌های آتی، شاهد عرضه گسترده‌تر شبکه‌های 5G و همینطور موبایل‌های سازگار با آن باشیم.

با این همه، به نظر می‌رسد که علی‌رغم تمام این پیشرفت‌ها، مصرف‌کنندگان و عموم مردم بیشتر از اینکه به پاسخ رسیده باشند، سوالات متعددی در ذهن‌شان شکل گرفته است. برای برخی سوال است که 5G چه زمانی در دسترس قرار می‌گیرد، برخی دیگر می‌خواهند بدانند کدام موبایل 5G گزینه بهتری به حساب می‌آید و در نهایت هم این مباحثه وجود دارد که کدام اپراتور مخابراتی بهترین سرویس 5G را ارائه می کند.

شما سوالاتی دارید و ما هم پاسخی برای آن‌ها. بنابراین این شما و این هرآنچه که لازم است درباره شبکه‌های 5G بدانید.

5G چیست؟

قبل از اینکه به سراغ چگونگی کارکرد شبکه 5G برویم، احتمالا بهتر باشد که بگوییم 5G اصلا چیست. جزییات فنی بسیار زیادی وجود دارد که جلوتر به آن‌ها خواهیم پرداخت، اما تا آن زمان، بیایید موضوع را به شکلی مختصر تشریح کنیم.

5G نسل بعدی پهنای باند موبایل است که در نهایت به جایگزینی برای اتصالات ‌4G LTE تبدیل می‌شود. با دستیابی به شبکه 5G، می‌توان منتظر سرعت دانلود و آپلود به مراتب بالاتر از سرعت کنونی بود. علاوه بر این، لتنسی -یعنی مدت زمانی که طول می‌کشد تا دستگاه با شبکه‌های مخابراتی وایرلس تعامل کند- به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد.

5G چطور کار می‌کند؟

حالا که می‌دانیم شبکه 5G چیست، بیایید درک کنیم که دقیقا چطور کار می‌کند و چطور متفاوت از 4G LTE سنتی ظاهر می‌شود. اول هم درباره طیف صحبت می‌کنیم.

طیف

برخلاف LTE، شبکه 5G روی سه طیف باندی متفاوت کار می‌کند. اگرچه این موضوع آنقدرها مهم به نظر نمی‌رسد، اما تاثیری قابل توجه بر استفاده روزانه شما از این اینترنت خواهد گذاشت.

طیف باند پایین - این را می‌توان طیف پایین‌تر از ۱ گیگاهرتز هم توصیف کرد. اپراتورهای مخابراتی ایالات متحده، معمولا از این باند برای شبکه‌های LTE استفاده می‌کنند و پهنای باند تقریبا به طور کامل اشباع شده. اگرچه طیف باند پایین پوششی عالی داشته و از دیوار هم عبور می‌کند، مشکلی بزرگ به وجود می‌آورد: سرعت پیک دیتا از ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه بالاتر نمی‌رود.

تی-موبایل یکی از بازیکران کلیدی حوزه طیف باند پایین است. این اپراتور در مزائده سال ۲۰۱۷ کمیسیون ارتباطات فدرال آمریکا، بخش عظیمی از طیف ۶۰۰ مگاهرتز را برای خود کرد و به کمک آن، یک شبکه 5G گسترده در سراسر کشور ساخت.

طیف باند میانی - این باند سرعت بیشتر و لتنسی کمتر نسبت به باند پایین را به ارمغان می‌آورد. با این همه، به خوبی از ساختمان‌ها عبور نمی‌کند. در طیف باند میانی، می‌توان منتظر پیک سرعت ۱ گیگابیت بر ثانیه بود.

اپراتور اسپرینت بخش اعظمی از طیف‌ باند‌های میانی بلا استفاده را در آمریکا برای خود کرده و با تکنولوژی Massive MIMO به دنبال بهبود نرخ عبور از ساختمان‌ها و پوشش است. Massive MIMO مجموعه‌ای از آنتن‌های مختلف را درون یک جعبه واحد جای می‌دهد و آن جعبه روی یک برج مخابراتی قرار می‌گیرد تا به صورت همزمان، اینترنت برای چندین کاربر مخابره شود.

اسپرینت از سوی دیگر از تکنولوژی Beamforming استفاده می‌کند که منجر به بهبود شبکه 5G در طیف میانی منجر می‌شود. این تکنولوژی، سیگنالی واحد و متمرکز را به سمت هر کاربر می‌فرستد و سیستم‌های مختلف هم دائما سیگنال ها را پایش می‌کنند تا اختلالی در عملکرد پیش نیاید.

طیف باند بالا - این باند بالاترین پرفورمنس ممکن را روی 5G دارد، اما ضعفی بزرگ هم به همراه می‌آورد. معمولا به این باند mmWave گفته می‌شود که می‌تواند به سرعت پیک ۱۰ گیگابیت بر ثانیه برسد و لتنسی بسیار پایینی هم دارد. بزرگ‌ترین مشکل اینست که معمولا محدوده بسیار محدودی را پوشش می‌دهد و به سختی از دیوارها و ساختمان‌ها عبور می‌کند. این یعنی برای ساخت یک شبکه موثر باند بالا، نیازمند انبوهی از آنتن‌ها خواهید بود.

AT&T، تی-موبایل و ورایزن همگی به سراغ طیف باند بالا رفته‌اند. از آن‌جایی که طیف باند بالا پوشش و نفوذ را فدای سرعت بالا می‌کند، تمام این پراتورها به سراغ آنتن‌های کوچک و متعدد رفته‌اند.

شبکه 5G چقدر سریع است؟

اتحادیه ارتباطات بین‌المللی (ITU) آژانسی در ایالات متحده است که به صورت تخصصی، استانداردهای فنی تکنولوژی‌های ارتباطی را توسعه داده و تعیین می‌کند. در سال ۲۰۱۲ میلادی، ITU برنامه‌ای به نام «آی‌ام‌تی برای ۲۰۲۰ و فراتر از آن» (یا به اختصار IMT-2020) استارت زد که کارش پژوهش روی پیش‌نیازهای 5G و فراهم‌آوری آن‌هاست. بعد از سال‌ها تلاش مداوم، این آژانس گزارشی فراهم آورد که در سال ۱۳ پیش‌نیاز 5G لیست شده است.

به محض اینکه پیش‌نیازهای 5G تعیین شدند، پروژه همکاری نسل سوم (3GPP) که یک همکاری بزرگ میان سازمان‌های استانداردهای مخابراتی به حساب می‌آید، شروع به تعیین استانداردهای 5G کرد. در ماه دسامبر ۲۰۱۷، سازمان 3GPP استانداردهای غیر مستقل (NSA) را تعیین کرد و در ماه ژوئن ۲۰۱۸ هم به سراغ استانداردهای مستقل (SA) رفت.

استانداردهای مستقل و غیر مستقل همگی مشخصاتی یکسان دارند، اما استانداردهای NSA روی شبکه‌های LTE کنونی پیاده‌سازی می‌شوند و استانداردهای SA به هسته شبکه نسل بعد ارتباط دارند. اپراتورها فعلا کارشان را با NSA شروع کرده‌اند و این یعنی مصرف‌کنندگان در محیط غیر 5G، دوباره به شبکه 4G LTE متصل می‌شوند.

بیایید برخی از این استانداردها را با یکدیگر مرور کنیم:

پیک نرخ دیتا: 5G قرار است سرعت دیتای به مراتب بالاتری ارائه دهد. پیک نرخ دیتا می‌تواند در داون‌لینک به ۲۰ گیگابیت بر ثانیه و در آپ‌لینک به ۱۰ گیگابیت بر ثانیه به ازای هر بیس استیشن موبایل برسد. حواستان باشد که این سرعتی نیست که با اتصال به شبکه 5G دریافت می‌کنید (مگر اینکه اتصالی مخصوص داشته باشید) و این سرعت میان تمام کاربران هر آنتن به اشتراک گذاشته می‌شود.

سرعت دنیای واقعی: درحالی که پیک نرخ دیتا در 5G واقعا تحسین‌برانگیز به نظر می‌رسد، سرعت واقعی آن میزان نخواهد بود. هر کاربر می‌توان منتظر دستیابی به سرعت دانلود ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و آپلود ۵۰ مگابیت بر ثانیه باشد.

لتنسی: لتنسی -یعنی مدت زمان انتقال دیتا از یک نقطه به نقطه دیگر- باید در شرایط ایده‌آل معادل ۴ میلی‌ثانیه باشد و در شرایطی که نیاز به بالاترین سرعت ممکن است، به ۱ میلی‌ثانیه برسد. برای مثال به شرایطی فکر کنید که پزشکان در حال جراحی از راه دور هستند.

بهینگی: رابط‌های کاربری رادیویی باید به هنگام استفاده از نظر مصرف انرژی بهینه باشند و وقتی استفاده نمی‌شوند هم مصرف انرژی کاهش یابد. به صورت ایده‌آل، یک رادیو باید بتواند در عرض ۱۰ میلی‌ثانیه، به حالت کم‌مصرف سوییچ کند.

بهینگی طیفی: بهینگی طیفی به معنای «استفاده بهینه از طیف یا پهنای باند، به گونه‌ایست که بیشترین میزان اطلاعات با کمترین ارور ارتباطی مخابره شود». 5G قرار است بهینگی اندک بیشتری نسبت به LTE داشته باشد.

حمل‌پذیری: با از راه رسیدن 5G، بیس استیشن‌ها باید قادر به جابه‌جایی با سرعت ۰ تا ۳۱۰ مایل بر ساعت باشند. این یعنی بیس استیشن باید با گستره وسیعی از حرکات آنتن سازگاری داشته باشد - حتی درون قطاری که با سرعت بالا حرکت می‌کند. اگرچه چنین کاری به آسانی با شبکه‌های LTE انجام می‌شود، این میزان از حمل‌پذیری روی شبکه‌های امواج میلی‌متری جدید چالش‌برانگیز خواهد بود.

تراکم اتصالاتی: 5G باید بتواند از دیوایس‌های متصل بیشتری نسبت به LTE پشتیبانی کند. در استانداردها آمده که 5G باید بتواند از ۱ میلیون دستگاه متصل در هر کیلومتر مربع پشتیبانی کند. این رقمی بسیار بزرگ است که دیوایس‌های اینترنت اشیا هم در آن در نظر گرفته‌ شده‌اند.

5G قادر به چه کاریست؟

بهبود پهنای باند

روی آوردن به 5G بدون هیچ تردید،‌ نحوه تعامل روزانه ما با تکنولوژی را تغییر خواهد داد و در عین حال اگر بخواهیم به استفاده از پهنای باند موبایل ادامه دهیم، توسعه‌اش کاملا ضروری تلقی می‌شود.

اپراتورهای مخابراتی اکنون دیگر ظرفیت چندانی در شبکه‌های LTE کلان‌شهرها ندارند. در برخی شهرها، کاربران به همین زودی شاهد کاهش سرعت در اوقات شلوغ روز هستند. 5G طیف باندهای فراوانی را وارد ماجرا می‌کند که شرایط را کاملا تغییر می‌دهند.

اتومبیل‌های خودران

می‌توان منتظر بود که اتومبیل‌های خودران به اندازه آنتن‌های 5G راه خود را به خیابان‌های ایالات متحده باز کنند. در آینده، اتومبیل‌ها می‌توانند در جاده با یکدیگر تعامل کنند و اطلاعاتی نظیر وضعیت جاده و سایر اتومبیل‌های را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. این یعنی اگر یک اتومبیل ترمز ببرد، ممکن است شما از این شرایط باخبر شده و هنگام رسیدن به اتومبیل جلویی، از بروز یک فاجعه جلوگیری شود. چنین ارتباطاتی، جان هزاران نفر را نجات خواهد داد.

امنیت عمومی و زیرساخت

5G به شهرها اجازه خواهد داد که عملکردی بهینه‌تر داشته باشند. شرکت‌های خدماتی می‌توانند به راحتی سنسورها را از راه دور پایش کرده و و هنگام وقوع اتفاقاتی مانند آب گرفتگی یا قطع برق، به سرعت کارگران شهرداری و خدماتی را باخبر کنند.

کنترل از راه دور

از آن‌جایی که شبکه 5G لنتسی بسیار پایینی دارند، کنترل از راه دور ماشین‌آلات سنگین به حقیقت تبدیل خواهد شد. اگرچه هدف اصلی از این کار کاهش خطر در محیط‌های سمی است، تکنیسین‌های ضمنا می‌توانند از هر نقطه از جهان، برای شرکتی در یک نقطه دیگر از جهان کار کنند.

اینترنت اشیا

یکی از هیجان‌انگیزترین و مهم‌ترین جنبه‌های 5G، موارد استفاده‌اش در اینترنت اشیا است. اگرچه ما در حال حاضر سنسورهایی داریم که می‌توانند با یکدیگر تعامل کنند، معمولا نیازمند انبوهی از منابع مختلف و استفاده از ظرفیت‌های محدود دیتا در شبکه LTE هستند. با سرعت بالای 5G و لتنسی پایین آن، اینترنت اشیا تازه به آن چیزی تبدیل می‌شود که از ابتدا قرار بود شود.