پس از گذشته چند سال از معرفی اینترنت 4G، سرویس‌دهندگان مخابراتی چند ماه اخیر را صرف پیاده سازی شبکه‌های اینترنت 5G کرده‌اند. این نسل از اینترنت قرار است با سرعت شگفت‌انگیزی که دارد، زندگی مردم دنیا را تغییر دهد. فناوری ۵G به عنوان جدیدترین شبکه دسترسی به اینترنت در بسیاری از کشور‌ها در حال گسترش است و سازندگان تلفن همراه درحال به روزرسانی دستگاهای تولیدی برای ارائه این فناوری هستند.
مصطفی جرفی، فرارو-پس از گذشته چند سال از معرفی اینترنت 4G، سرویس‌دهندگان مخابراتی چند ماه اخیر را صرف پیاده سازی شبکه‌های اینترنت 5G کرده‌اند. این نسل از اینترنت قرار است با سرعت شگفت‌انگیزی که دارد، زندگی مردم دنیا را تغییر دهد. فناوری 5G به عنوان جدیدترین شبکه دسترسی به اینترنت در بسیاری از کشور ها در حال گسترش است و سازندگان تلفن همراه درحال به روزرسانی دستگاهای تولیدی برای ارائه این فناوری هستند.
نسل اول شبکه های تلفن همراه در سال 1982 معرفی و در سال 1990 تکمیل گشت. 1G بر پایه فناوری «سامانه پیشرفته تلفن های همراه» (AMPS) توسعه یافت و مکالمه صوتی را به ارمغان آورد. سرعت 2.4 کیلوبیت بر ثانیه و سیگنال های آنالوگ، از ویژگی های این نسل بودند. اما 1G مشکلاتی مانند امنیت پایین شبکه، اندازه بزرگ تلفن های همراه و ظرفیت پایین باتری را به همراه داشت.
نسل دوم برای حل مشکلات یاد شده پا به عرصه گذاشت و توانست تا حدودی موفق عمل کند، اما عدم توانایی در مدیریت داده های پیچیده مانند ویدیوها و نیاز به سیگنال های قوی دیجیتالی برای کارکرد درست، باعث شد که نسل های بعدی نیز از راه برسند.
به ارمغان آوردن سرعت بالای دیتا، هدف اصلی ارائه نسل سوم (3G) بود. سرعت انتقال داده به 14 مگابیت بر ثانیه رسید و کاربران توانستند مکالمات ویدیویی را تجربه کنند. با این حال مسائلی مانند اندازه بزرگ تلفن های هوشمند و قیمت بالای آنها هنوز حل نشده باقی مانده بودند.
در نسل چهارم(4G)، نوبت به LTE (Long Term Evolution) رسید تا سرعت اینترنت به 100 مگابیت بر ثانیه افزایش پیدا کند. امکان تماشای محتوای ویدیویی با کیفیت بالا، استفاده همزمان از وای فای و وایمکس و هزینه پایین به ازای هر بیت، از مزایای این نسل به شمار می رفت. نسل چهارم بسیار خوب عمل کرد و ضعف های چندانی به همراه نداشت، اما نسل بعدی نیز در راه بود.
تکنولوژی 5G یک استاندارد صنعتی است که جایگزین استاندارد رایج کنونی یعنی 4G LTE خواهد شد. مانند دیگر شبکه ها، 5G از سیستمی بر پایه چندین سلول که به بخش های متعدد تقسیم شده تشکیل گشته است. هر کدام از این بخش ها به واسطه امواج رادیویی، داده های کدگذاری شده ارسال می کنند. نسل پنجم ارتباطات سیار سلولی، سرعت انتقال داده را تا 20 گیگابیت بر ثانیه افزایش می دهد و تمرکز اصلی در فناوری 5G، ایجاد ارتباطات بی سیم بدون محدودیت و با کیفیت خارق العاده است.
سرعت و دسترسی، فاکتورهای کلیدی در ایجاد یک تجربه کاربری خوب تلفن همراه و برنامه های کاربردی محرمانه در زمان واقعی می باشد. فن آوری 5G، به عنوان مسیری برای اتصال به اینترنت سریع تر و افزایش دسترسی به دستگاه حتی در مکان های دور افتاده، بدون آسیب رساندن به امنیت دستگاه ها و داده های تبلیغ شده است. این اتصال نسل جدید، به عنوان راه حل محدودیت اتصال امروز شناخته می شود. البته هدف این استاندارد صرفا افزایش سرعت اتصالات اینترنتی تلفن های هوشمند نیست. این استاندارد، اینترنت بی سیم بسیار پر سرعتی را در همه جا و برای همه چیزها از جمله خودروهای متصل، خانه های هوشمند و ابزارهای اینترنت اشیا (IoT)، فراهم خواهد کرد. در آینده تلفن هوشمند شما و تمام ابزارهای مجهز به اتصالات سلولی به جای فناوری 4G LTE از استاندارد 5G استفاده خواهند کرد. ویژگی های نسل پنجم را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
1) پشتیبانی عالی از (WWWW (wireless world wide web
2) سرعت و ظرفیت بسیار بالا
3) توزیع داده ها در حد و اندازه های گیگابیت
4) به ارمغان آوردن روزنامه های دیجیتالی و تماشای برنامه ها با کیفیت بی نظیر
5) شفافیت در ارتباط صوتی و تصویری
استاندارد 5G برای دستیابی به این سرعت های فوق العاده از تکنولوژی های متعددی بهره می گیرد. مجله IEEE Spectrum توضیحات فنی بسیار دقیقی در این رابطه ارائه کرده است که به ارائه خلاصه ای از آن بسنده می کنیم. اگر ما بخواهیم پوشش فناوری G5 را به دو دسته تقسیم کنیم باید آن را به صورت باند کوتاه یا متوسط و موج میلی متری یا mmWave در نظر بگیریم. دسته اول از فرکانس‌های پایین‌تر از ۶ گیگاهرتز استفاده می‌کند و دسته دوم فراتر از این آستانه می‌رود. در هر دو دسته سرعت شبکه بسیار بیشتر از 4G LTE است.
استاندارد جدید از یک باند بسامد رادیویی کاملا جدید از 4G استفاده می کند. 5G امواج میلی متری، که در فرکانس های بین 30 و 300 گیگاهرتز منتشر می شوند را به کار می گیرد، در حالی که در گذشته از باندهای کمتر از 6 گیگاهرتز استفاده می شد. در گذشته از فرکانس های مذکور صرفا برای برقراری ارتباط میان ماهواره ها و سیستم های رادار استفاده می شد. اما امواج میلی متری قادر به عبور آسان از ساختمان ها یا سایر اشیا سخت و محکم نیستند، از این رو 5G برای حل این مشکل از ”Small Cells“ یا به تعبیری ”سلول های کوچک“ کمک خواهد گرفت؛ سلول های کوچک در حقیقت ایستگاه ها بسیار کوچکی هستند که می توان در مناطق متراکم شهری آنها را در فواصل 250 متری قرار داد. به این ترتیب معضل عدم پوشش مناسب در این مکان ها مرتفع خواهد شد.
ضمنا این ایستگاه ها از فناوری massive MIMO یا ”ورودی و خروجی انبوه“ هم استفاده می کنند. MIMO مخفف واژه های Multiple-Input-Multiple-Output است. ممکن است شما یک روتر بی سیم خانگی مجهز به فناوری MIMO داشته باشید که با به کارگیری آنتن های متعدد، قادر به تعامل همزمان با ابزار بی سیم مختلف باشد؛ در این حالت نیازی نیست روتر ابتدا تعامل با یکی از ابزارها را به پایان رسانده و گفتگو با ابزار بعدی را شروع نماید. در فناوری ورودی و خروجی انبوه از تعداد بسیار زیادی آنتن در هر کدام از ایستگاه ها استفاده می شود. ضمنا آنتن ها به منظور هدایت بهتر سیگنال ها از فناوری بیم فورمینگ (Beamforming) استفاده می کنند. با به کارگیری این فناوری موجب هدایت دقیق سیگنال بی سیم به ابزارها و کاهش تداخل برای سایر ابزارها می شود.
ایستگاه های 5G در قالب سامانه هایی کاملا دو طرفه اجرا شده و به همین خاطر قادر به ارسال و دریافت همزمان در یک فرکانس مشترک هستند. در حال حاضر ایستگاه ها مجبور به تغییر بین حالت های ارسال و دریافت هستند که این امر موجب کندی پروسه تبادل داده ها خواهد شد. این ها صرفا تصویری کوچک از برخی فناوری های به کار گرفته شده در 5G برای افزایش سرعت تبادل اطلاعات بود.
توانایی های نسل پنجم تنها به شبکه و سرعت اینترنت محدود نمی شود؛ در آینده ای نه چندان دور، بشر با استفاده از 5G زندگی بسیار هوشمندتری خواهد داشت. در ادامه کاربرد فناوری 5G در بخش های گوناگون را مرور می کنیم.
همانطور که قبلا اشاره شد، نسل پنجم شبکه های تلفن همراه دارای پهنای باند زیاد و نرخ تاخیر بسیار کم است؛ بنابراین می توانیم انتظار داشته باشیم خانه ها بیش از پیش هوشمند شوند.تولید کنندگان دستگاه های هوشمند، در حال تهیه استانداردهای لازم برای توسعه 5G در خانه ها هستند. با استفاده از این فناوری لوازم خانه با سرعت بسیار بالا و تنها با یک پروتکل بی سیم، به هم متصل شده و به خوبی کار می کنند. ویژگی LPWAN (low-power wide-area network) نسل پنجم، لوازم منزل را قادر می سازد که با عبور از شبکه های خانگی، به طور مستقیم به هم اتصال پیدا کنند. بنابراین دستگاه ها در عملکرد خود پایداری بیشتری خواهند داشت. امنیت خانه ها نیز تحت تاثیر فناوری 5G قرار خواهد گرفت. کنترل نقاط دوردست راحت تر از قبل خواهد شد و تکنولوژی نظارتی نیز از راه خواهد رسید؛ به لطف 5G اتصال کم قدرت بین دوربین های امنیتی و تجهیزات مشابه، فراهم خواهد شد.
نسل پنجم قادر است حمل و نقل کالا، مدیریت ناوگان دریایی را متحول کند. به لطف 5G رهگیری لحظه ای و آنی کالا ها در مسیر رسیدن به مشتری میسر خواهد شد و خریداران می توانند هر لحظه سفارش خود را ببینند. شرکت های چینی و سوئدی یونیکام و اریکسون، در حال ساخت بندری هوشمند در کیندائوی چین هستند. طبق گفته ها فناوری 5G می تواند تا 70 درصد هزینه های جاری بنادر را کاهش دهد. نسل پنجم قرار است به واسطه نرخ تاخیر بسیار پایین و ارتباط پایدار و آنی، 30 دوربین امینتی کیفیت بالا را به هم متصل کرده و از این طریق، بندر را به صورت هوشمند کنترل کند. همچنین جرثقیل ها نیز از این فناوری استفاده خواهند کرد تا کانتینرها به راحتی و از اتاق کنترل جا به جا شوند.
فناوری 5G می تواند جنبه های مختلفی از زندگی شهری را تحت تاثیر قرار دهد از جمله: مدیریت انرژی، مدیریت آب، تغییرات آب و هوایی، چراغ های هوشمند، کنترل ترافیک، پیش بینی موقعیت های اضطراری.
نسل پنجم می تواند افراد در سراسر دنیا را با کیفیتی بی نظیر به هم متصل کند؛ به گونه ای که پزشکان قادر خواهند بود به صورت آنی با بیماران در تماس بوده و حتی از راه دور جراحی انجام دهند. وسایل و تجهیزات پزشکی در آینده و با استفاده از شبکه 5G به هم متصل شده و کارهایی مانند عکسبرداری اچ دی و تجزیه و تحلیل هوشمند، قابل انجام خواهند بود. این قابلیت ها تنها بخشی از مزایای استفاده از 5G در صنایع مختلف است. در آینده ماشین های بدون سرنشین با اجزای خیابان و حتی تابلوها در ارتباط خواهند بود و موقعیت های مختلف را تجزیه و تحلیل می کنند. باید صبر کنیم و ببینیم این فناوری چه زمانی همه گیر شده و در اختیار عموم قرار خواهد گرفت.
مشکلات و چالش هایی که نسل پنجم شبکه های تلفن همراه با آن مواجه است را می توان در چارچوب زیر بررسی کرد:
تدوین استانداردهای گوناگون: استفاده از 5G هنوز در بسیاری از حوزه ها دستورالعمل مشخصی ندارد و باید در این زمینه کارهایی صورت بگیرد. سازگاری با نسل های قبلی شبکه نیز موضوع دیگری است که باید به آن توجه شود.
پلتفرم مشترک: هنوز معماری یکپارچه ای برای استفاده 5G در صنایع مختلف وجود ندارد. برای تعامل هرچه بهتر و همچنین به اشتراک گذاری دانش در این زمینه، باید پلتفرمی مشترک ایجاد گردد.
توسعه زیرساخت ها: یکی از بزرگترین چالش های پیش روی 5G، توسعه زیرساخت ها و نصب آنتن های مورد نیاز است. فناوری نسل پنجم به باندهای با فرکانس بالاتر نیاز دارد، اما در چنین فرکانس هایی سیگنال ها نمی توانند فواصلی به اندازه نسل چهارم را طی کنند؛ همین امر اتصال های ضعیف را به همراه خواهد داشت.
نسل پنجم شبکه ها به طور حتم، تحولی عظیم در صنعت مخابرات و ارتباطات ایجاد می کند. تمامی صنایع و کسب و کارها از این فناوری سود برده و در آینده ای نه چندان دور شاهد شکوفایی هرچه بیشتر گوشی های هوشمند خواهیم بود.
