تا سال‌های آینده یکی از اتفاقات مهم تکنولوژی که زندگی انسان در بسیاری عرصه‌ها را متحول خواهد کرد، تکنولوژی شبکه اینترنت 5G است. پیشرفتی مهم در صنعت ارتباطات که از هم‌اکنون نیز نشانه‌های آن در اقصی‌نقاط دنیا مشاهده می‌شود. 5G، نسل پنجم فناوری ارتباط بی‌سیم یا وایرلس است که ارزش‌هایی مانند سرعت بیشتر، تاخیر کمتر و پایداری بهتر را با خود به همراه دارد. این تکنولوژی، طیف وسیعی از صنایع از ارتباطات گرفته تا خرده‌فروشی و کسب‌وکارها را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
اما شبکه 5G دقیقا چیست؟ چه تفاوتی با نسل‌های پیشین خود داشته و چه پتانسیل‌هایی دارد؟ در این مقاله ضمن پاسخ به این سوالات، به ذکر جزئیات دیگر اجرایی این فناوری مانند مناطق تحت پوشش آن در دنیا و ایران می‌پردازیم. با ما همراه شده و با یکی از مهم‌ترین ترندهای تکنولوژی در سال‌های آینده آشنا شوید.
به‌طورساده 5G، نسل پنجم تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم شبکه تلفن همراه است که سرعت دانلود و آپلود بالاتر، ارتباط پایدارتر و ظرفیت بیشتری نسبت به نسل‌های قبلی یعنی 4G، 3G و غیره دارد. این شبکه، این پتانسیل را دارد که روش استفاده انسان از اینترنت، اپلیکیشن‌ها و شبکه‌های اجتماعی را به کلی تغییر دهد.
ظرفیت بیشتر و ارتباط آنی‌تر، دقیقا نیازهایی هستند که تکنولوژی‌های پیشروی دیگر مانند اینترنت اشیا، متاورس و هوش مصنوعی نیز به آنها نیاز دارند. به‌عنوان‌مثال اتومبیل‌های خودران، بازی‌های ویدئویی و اپلیکیشن‌های پخش زنده به ارتباط پایدار و بسیار سریعی نیاز دارند که درحال‌حاضر اینترنت‌های 4G فعلی به‌زحمت قادر به تامین آنها هستند.
علاوه بر اینها، حجم داده‌های تولیدشده توسط فناوری‌های جدید مانند اینترنت اشیا و هوش مصنوعی با داده‌هایی که تاکنون تولید شده‌اند، قابل‌مقایسه نیست. پیش‌بینی می‌شود حجم داده‌های دیجیتال تا آخر دهه‌ی ۲۰۲۰، تا چند صد زتابایت نیز برسد. زیرساخت شبکه‌ی تلفن همراه فعلی، اساسا برای چنین حجمی از داده طراحی نشده و نیازمند ارتقاء ظرفیت است. از شبکه اینترنت 5G یا نسل پنجم شبکه تلفن همراه به‌عنوان یکی از ستون‌های انقلاب صنعتی چهارم یاد می‌شود. انقلابی که اکنون، در حال گذراندن مراحل اولیه‌ی آن هستیم.
سازوکار شبکه 5G
سازوکار و نحوه‌ی عملکرد اینترنت 5G نیز مانند دیگر شبکه‌های سلولی در ابتدا با تقسیم مناطق جغرافیایی به واحدهایی به نام سلول همراه است. هر سلول، آنتن‌های محلی خودش را دارد که از طریق آنها، تمامی دستگاه‌های موجود در آن منطقه، با استفاده از امواج رادیویی به اینترنت و شبکه اینترنت 5G متصل می‌شوند.
لازم به ذکر است که فناوری به‌کاررفته در شبکه‌ی 4G یعنی Long Term Evolution یا به‌اختصار LTE پایه و اساس توسعه‌ی شبکه اینترنت 5G بوده است. اما برخلاف 4G، که برای ارسال سیگنال‌ها در مسافت‌های طولانی به برج‌های بزرگ و پرقدرت نیاز دارد، در مناطق تحت پوشش شبکه 5G، از تعداد زیادی ایستگاه‌های کوچک سلولی استفاده می‌شود. این ایستگاه‌ها به اندازه‌ی دکل‌های برق یا برج‌های مسکونی مرتفع هستند. آنها می‌توانند روی پشت‌بام ساختمان‌ها نیز نصب شوند.
باندهای میلیمتری اساس تحول سرعت در شبکه اینترنت 5G
افزایش سرعت اینترنت 5G با استفاده از امواج موسوم به میلیمتری (Millimeter Waves) محقق می‌شود. امواج میلیمتری یا mmWave فرکانس‌هایی بین ۳۰ تا ۳۰۰ گیگاهرتز دارند. تا پیش‌ازاین، از آنها تنها برای ارتباطات بین ماهواره‌ای و سیستم‌های راداری استفاده می‌شد.
برای استفاده از امواج میلیمتری، نصب تعداد زیادی سلول ارسال سیگنال کوچک که به آنها اشاره کردیم، ضروری است. چراکه برد حرکت این امواج، بسیار کوتاه است. این مسافت با تداخل شرایط آب‌وهوایی، ساختمان‌ها و درختان و دیگر موانع فیزیکی، کوتاه‌تر نیز می‌شود.
روشی که برای دور زدن اشیا موجود در مسیر امواج میلیمتری مطرح شده است، Brute-Force نام دارد. در این روش، چندین گره ارسال امواج در اطراف هر بلوک یا منطقه نصب می‌شوند. سپس با اتصال هر دستگاه مصرف‌کننده‌ی شبکه 5G به یک رابط Air، امکان انتقال آن بین گره‌ها فراهم می‌شود. به‌این‌ترتیب، کاربر با جابجا شدن در یک منطقه، از گره‌های متفاوتی سرویس می‌گیرد؛ بدون اینکه لزوما سرعت یا کیفیت اینترنتش تغییر کند.
دیگر باندهای مورداستفاده در شبکه اینترنت 5G
نسل‌های قبلی اینترنت بی‌سیم تلفن همراه، از باندهایی در طیف‌های فرکانسی پایین‌تر نسبت به امواج mmWaves استفاده می‌کردند که دلیل اصلی محدودیت سرعت آنها بود. شبکه اینترنت 5G همچنان از این امواج در مواردی که موانع موجود در مسیر حرکت امواج میلیمتری زیاد هستند، استفاده می‌کند. این امواج، فواصل بیشتری طی می‌کنند؛ اما سرعت و ظرفیت کمتری دارند و به آنها باندهای پایین و میانی طیف امواج رادیویی گفته می‌شود. فرکانس باندهای پایین، بین ۶۰۰ تا ۷۰۰ مگاهرتز و فرکانس باندهای میانی، ۲٫۵ تا ۳٫۵ گیگاهرتز است.
استفاده از این باندهای فرکانسی، به‌عنوان یک راه‌حل عملی‌تر برای چالش برد کوتاه و تداخل‌پذیری امواج mmWaves، نیز مطرح شده است. در‌حالی‌که دستیابی به استانداردهای اینترنت 5G در مناطق پرجمعیت تنها با امواج میلیمتری میسر است، در مناطق کم‌تراکم‌تر می‌توان از باندهای پایین و میانی استفاده کرد. آنها مسلما سرعت پایین‌تری دارند؛ اما درحال‌حاضر، راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه‌تر برای ارسال امواج در فواصل بلند محسوب می‌شوند. برد امواج پایین صادرشده از یک ایستگاه 5G تا صدها مایل نیز می‌رسد.
مشخصات اینترنت 5G
برخی از مهم‌ترین مشخصات شبکه اینترنت 5G عبارتند از:
- افزایش ۱۰۰۰ برابری حجم داده‌های تلفن همراه در هر منطقه
- افزایش تعداد دستگاه‌های متصل تا ۱۰۰ برابر ظرفیت فعلی
- افزایش ۱۰۰ برابری نرخ انتقال داده
- کاهش مصرف انرژی در دستگاه‌های موبایل تا ده برابر کمتر
- کاهش تاخیر EED یا پایان‌به‌پایان (End To End) تا پنج برابر کمتر
به‌عنوان کاربران عادی اینترنت، توجه به ارقام نیز می‌تواند درک ما از امکانات شبکه نسل پنجم تلفن همراه را بهتر کند:
- افزایش سرعت بالقوه‌ی انتقال داده تا ۲۰ گیگابایت بر ثانیه
- کاهش تاخیر انتقال داده تا پنج میلی‌ثانیه و کمتر
اما درحال‌حاضر و در بهترین حالت، سرعت اینترنت 5G تا ۲٫۱ گیگابیت بر ثانیه رسیده است. با همین سرعت که تنها حدود یک‌دهم آن چیزی است که 5G وعده می‌دهد، می‌توان ویدئوهای یوتوب با کیفیت 1080P را بدون بافر مشاهده کرد.
در نظر داشته باشید که به دلیل عدم استفاده از امواج mmWaves در همه‌ی مناطق تحت پوشش 5G به‌خصوص مناطق دور از شهر، ممکن است سرعت اینترنت تا حد شبکه‌ی 4G نیز افت پیدا کند. هرچه فاصله‌ی کاربر تا گره صادرکننده‌ی امواج میلیمتری کمتر باشد، کیفیت و سرعت اینترنت او نیز بهتر خواهد بود. البته حتی در مناطقی که همچنان از باندهای پایین و میانی برای ارائه‌ی خدمات اینترنت نسل پنجم استفاده می‌شود، سرعت دانلود بین ۳۰ تا ۲۵۰ مگابیت بر ثانیه است. عددی که نسبت به اینترنت 4G، همچنان یک ارتقاء قابل‌توجه محسوب می‌شود. سرعت دانلود اینترنت 5G با باندهای میانی نیز بین ۱۰۰ تا ۹۰۰ مگابیت بر ثانیه است.
مناطق تحت پوشش 5G
شرکت‌های تلفن همراه برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ اقدام به استفاده از شبکه اینترنت 5G کردند. هم‌اکنون در آمریکا بسیاری از مناطق تحت پوشش این تکنولوژی قرار گرفته‌اند هرچندکه نسل‌های قبلی، حتی تا 2G نیز همچنان در برخی مناطق این کشور استفاده می‌شود. مناطق تحت پوشش شبکه اینترنت 5G در دنیا در حال رشد فزاینده هستند. پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۵، میلیاردها نفر در دنیا مشترک این شبکه باشند.
از نظر عملیاتی از هر یک از امواج میلیمتری، پایین و متوسط مورداستفاده در نسل پنجم شبکه تلفن همراه در مناطق زیر استفاده می‌شود:
- امواج بلند یا mmWaves: مناطق پرتراکم شهری
- امواج میانی: در مناطق با تراکم متوسط یا مراکز خدمات عمومی مانند متروها
- امواج پایین: در مناطق بیرون شهر و روستایی
هم‌اکنون بخش‌های وسیعی از آمریکا، کانادا، اروپا، شرق آسیا و قاره‌ی استرالیا به همراه کشورهایی در آفریقا و نیز کشورهای حاشیه‌ی خلیج‌فارس تحت پوشش اینترنت 5G هستند. در زمان نگارش این محتوا، مطابق گزارش وبسایت nperf در کشور ما نیز شهرهای تهران، کرج، تبریز و مشهد برخی مناطق خود را تحت پوشش این شبکه درآورده‌اند.
ازجمله گوشی‌های پشتیبانی‌کننده از اینترنت 5G نیز می‌توان به مدل‌های زیر اشاره کرد:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy Note10+ 5G
- Samsung Galaxy A90 5G
- Xiaomi Mi MIX 3 5G
- Huawei Mate X
- Huawei Mate 30 Pro 5G
- OnePlus 7 Pro 5G
- Moto z3
مزایای تجاری و اقتصاد شبکه اینترنت 5G چیست؟
مزایای کاربری نسل پنجم شبکه تلفن همراه را تا به این قسمت از مقاله مرور کرده‌ایم. اما این تکنولوژی دقیقا چطور فعالیت‌های تجاری و اقتصادی را منتفع می‌کند؟ در این بخش به این سوال پاسخ می‌دهیم.
کاربرد 5G در خودروهای خودران
در خودروهای خودران، تکنولوژی‌هایی به‌کار می‌روند که به آنها راه‌حل‌های حرکتی مستقل گفته می‌شود. این راه‌کارها تاکنون و به دلیل تاخیر نسبتا بالای شبکه 4G نتوانسته‌اند بهطورکامل اجرا شوند. شبکه اینترنت 5G زمینه را برای تولید انبوه‌تر این خودروها فراهم می‌کند. برای این منظور، لازم است جاده‌ها نیز مجهز به فرستنده‌های رادیویی با استانداردهای این شبکه شوند. سرعت دریافت و انتقال توسط آنها به یک‌هزارم ثانیه نیز می‌رسد.
کمک به توسعه اینترنت اشیا
شبکه اینترنت 5G از پروتکل‌های اینترنت اشیا پشتیبانی می‌کند. با استفاده از این تکنولوژی، ارتباط میلیون‌ها دستگاه هوشمند مانند دوربین‌های مداربسته، حسگرها و لوازم خانگی به شکل سریع و بدون خطا برقرار می‌شود. آنها خواهند توانست در زمان واقعی، داده‌های خود را جمع‌آوری کرده و پردازش کنند. برای درک بهتر این موضوع باید بدانید که اینترنت اشیا چیست و چطور کار می‌کند؟
کمک به توسعه Web3 و بلاکچین
فناوری‌های واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) به‌شدت به انتقال سریع، بدون تاخیر و ایمن اطلاعات با حجم بالا نیاز دارند. آنها در سال‌های گذشته از محدوده‌ی کنسول‌های بازی خارج شده و به گوشی‌های تلفن همراه نیز راه یافته‌اند. شبکه اینترنت 5G امکان ارتباط بلادرنگ انواع هدست‌ها و عینک‌های هوشمند با محیط‌های متاورس را فراهم کرده و اضافه کردن لایه‌های دیجیتالی به اشیا را سریع‌تر و باکیفیت‌تر می‌کند.
علاوه بر این، نسل پنجم شبکه تلفن همراه بستری برای رشد سریع‌تر تکنولوژی بلاکچین فراهم می‌کند. این تکنولوژی، اساس بازار ارز دیجیتال است که سرعت و امنیت انتقال داده در آن اهمیت بسیار زیادی دارد.
شبکه اینترنت 5G در خدمت شهرهای هوشمند
هم‌اکنون نیز شهرهایی مانند لندن، آمستردام، نیویورک، سئول و سان فرانسیسکو به‌عنوان شهرهای دیجیتال شناخته می‌شوند. در این شهرها از تکنولوژی اطلاعات و ارتباطات (ICT) برای بهبود بازدهی عملیات اجرایی و خدمات استفاده می‌شود. کنترل ترافیک، کنترل وضعیت آلودگی هوا، خدمات شهرداری‌ها و غیره در این شهرها بیش از هر زمان دیگری وابسته به دریافت اطلاعات دیجیتال بر بستر اینترنت است. تمامی این موارد با ظهور شبکه اینترنت 5G کیفیت بیشتری داشته و عملی‌تر خواهند بود.
کمک اینترنت 5G به خدمات درمانی
یکی از نتایج قابل‌ملاحظه‌ی نسل پنجم اینترنت همراه ، کمک آن به انجام عملیات جراحی از راه دور است. با استفاده از این فناوری، نمایش داده‌ها و تصاویر زنده از داخل بدن با کیفیت عالی و حداقل HD با حداقل تاخیر همراه خواهد بود. موضوعی که در ایده‌ی جراحی از راه دور بسیار حیاتی است. علاوه بر این، شبکه اینترنت 5G به توسعه‌ی هرچه بیشتر گجت‌های پوشیدنی و خوراکی کمک کرده و داده‌های آنها را هرچه سریع‌تر در اختیار فرد یا پزشک او قرار می‌دهند.
مخترع شبکه اینترنت نسل پنجم کیست؟
نمی‌توان مخترع به‌خصوصی را برای شبکه اینترنت 5G نام برد؛ اما چندین شرکت شناخته‌شده در صنعت اینترنت تلفن همراه، مشارکت گسترده‌ای در توسعه‌ی آن دارند. کوالکام (Qualcomm) یکی از شناخته‌شده‌ترین آنهاست. این شرکت در توسعه‌ی نسل‌های قبلی اینترنت همراه نیز نقشی اساسی داشت. بسیاری از استانداردهای این تکنولوژی، توسط کوالکام تعریف شده‌اند.
از دیگر شرکت‌های پیشگام در توسعه‌ی 5G می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- اریکسون (Ericsson)
- هواوی (Huawei)
- سیسکو سیستمز (Cisco Systems)
- گوگل
- سامسونگ
- زدتی‌ای (ZTE)
- ان‌ویدیا (Nvidia)
همچنین شرکت Verizon مستقر در شیکاگوی آمریکا اولین شرکت مخابراتی بود که در سال ۲۰۱۹ یک شبکه‌ی تلفن همراه 5G در این شهر و نیز شهر مینیاپولیس راه‌اندازی کرد. در همان سال، شرکت Sprint اجرای آزمایشی شبکه اینترنت 5G را با موفقیت پشت سر گذاشت و تا دسامبر همان سال، شرکت‌های AT&T و T-Mobile نیز از فناوری 5G استقبال کردند.
مسیر اینترنت نسل پنجم تا تحقق کامل
شبکه اینترنت 5G برای تحقق کامل اهداف و شکوفایی حداکثر پتانسیل‌هایش هنوز مسیری چندساله در پیش روی خود دارد. لازم است که شرکت‌های بیشتری وارد این حوزه شوند؛ اما آنها نیاز دارند که از بازگشت سرمایه‌‌شان در مدت‌زمان مشخص، مطمئن باشند. این موضوع، بیش از هرچیز به توسعه‌ی استانداردهای لازم برای اجرای اینترنت 5G نیاز دارد. جایی که شرکت‌ها و پروژه‌های دانش‌بنیان تکنولوژی، مانند 3GPP با محقق‌شان، نقشی اساسی دارند.
درحال‌حاضر، آنچه پیشرفت 5G را کمی کند کرده، عدم سازگاری سیستم رادیویی آن با اپراتورهای موجود در شبکه‌های 4G است. با‌این‌حال، موسسات بسیاری مانند TBR پیش‌بینی می‌کنند که تا سال ۲۰۳۰، شبکه اینترنت 5G بهطورکامل از نسل‌های پیشین خود سبقت بگیرد.
توسط سئودو ۱۴۰۳©