بهرهبرداري آزمايشي از نسل پنجم شبکه تلفن همراه (5G) در حالي در کشورمان آغاز شده است که هنوز ترديدهاي زيادي در خصوص استانداردها و ساختارهاي درنظر گرفته شده براي اين تکنولوژي، حتي در ابعاد جهاني وجود دارد. با اين اوصاف، آشنايي با تعاريف، استانداردها و فناوريهاي ادغام شده در جديدترين نسل شبکه تلفن همراه، خالي از لطف نخواهد بود.
در حال حاضر نسل پنجم شبکه تلفن همراه که از آن به اختصار با عنوان 5G ياد ميشود توسط برترين اپراتورهاي تلفن همراه و حتي شرکتهاي فعال در حوزه تکنولوژي، در فاز آزمايش و بررسي قرار گرفته است. اين در حالي است که انتظار ميرود تا دو سال آينده، شاهد عرضه رسمي اين نسل از شبکه موبايل با مزاياي قابل توجه باشيم. از همين رو در کارسازنت، نگاهي دقيقتر به تعاريف، مفاهيم، استانداردها، مزايا و برآورد زمان بهرهبرداري از اين تکنولوژي خواهيم داشت.
مفاهيم اوليه
به زبان ساده، 5G، نسل پنجم شبکه تلفن همراه و کليه ارتباطات قابل انجام در اين بستر را دربر ميگيرد. 5G را بايد گامي نوين در حوزه تکنولوژي موبايل به حساب آورد که تجربه کاربران را از بهکارگيري گوشيها يا تبلتهاي هوشمند به منظور تبادل دادهها بهبود ميبخشد. اين تکنولوژي، با عرضه گسترده به بازار، بهبود سرعت را براي کاربران تا اندازهاي به همراه خواهد داشت که پيش از اين با عرضه شبکههاي LTE، در مقايسه با شبکههاي نسل سوم يا همان 3G شاهد بهبود تجربه کاربران بوديم.
5G در کنار سرعت بالا، پوش گستردهتر و پايداري بيشتر را نيز به همراه خواهد داشت. شبکه نسل پنجم حتي در بسياري از موارد جايگزين شبکههاي وايفاي خانگي خواهد شد. سرعت 5G تا حدي است که به عنوان مثالي ملموستر، با استفاده از آن، امکان دانلود فيلم ارباب حلقهها در چند ثانيه ممکن شده و حتي ميتوانيد استريم زنده محتويات را در پلتفرم واقعيت مجازي ممکن سازيد. 5G تاخير کمتر در ارتباطات صورت گرفته در بستر شبکه همراه را نيز به دنبال خواهد داشت.
نحوه عملکرد
شبکه 5G که در حال حاضر در دست توسعه قرار دارد در باند فرکانسبالاي طيف بيسيم يعني بين 30 تا 300 گيگاهرتز عمل ميکند که از آن با عنوان طيف موج ميليمتري ياد ميشود. امواج ميليمتري امکان انتقال بستههاي اطلاعاتي را با سرعت بسيار بالا داشته اما نميتوانند مشابه با امواج فرکانس پايينتري که در شبکههاي نسل چهارم شاهد هستيم جابهجا شوند. از همين رو، امواج ميليمتري با فرکانس بالا، مشکلاتي در برخورد با ديوارها، ساختمانها و ديگر موانع دارند.
در شبکهاي با فرکانس پايينتر نظير 4G LTE، آنتنها را ميتوان با فاصله بيشتر از هم بهکار بست و موانع نيز مشکل بزرگي به حساب نميآيند. اين در حالي است که هنگام بهرهبرداري از شبکههاي نسل پنجم، سرويسدهندهها و اپراتورها بايد از تعداد آنتنهايي به مراتب بيشتر از آنچه در حال حاضر شاهد هستيم استفاده کنند تا بتوانند دستيابي به پوششي مشابه با شبکههاي فعلي را ممکن سازند. با اين تفاسير، انتظار ميرود همزمان با بهرهبرداري از 5G، نصب آنتنهاي کوچکي را براي بهبود پوشش، در گوشه و کنار شهر شاهد باشيم.
William Webb نويسنده کتاب معماي 5G و سرپرست تيم فناوري شرکت OpenSignal معتقد است استانداردسازي کامل 5G به احتمال زياد تا پيش از 2018 ميلاي انجام نخواهد شد. از همين رو هرآنچه که تا پيش از رسيدن به زمان بهرهبرداري در حدود سال 2019 ميلادي در خبرها ميخوانيم يا ميشنويم، پيشنمايشي از مشخصات و قابليتهاي 5G بوده و تضمين صد درصدي نيست که در نمونه نهايي هم شاهد ادغام آنها باشيم.
در حال حاضر، روتر 5G که توسط سامسونگ در کنگره جهاني موبايل سال جاري ميلادي رونمايي شده است ميتواند نحوه بهرهبرداري از شبکه ارتباطي نسل پنجم را تا حد زيادي به نمايش بگذارد. روتر نسل پنج سامسونگ به نام Home Router، از آنتني استفاده ميکند که در قسمت بيروني پنجره منزل شما نصب شده و به روتر وايفاي داخل منزل شما متصل ميشود. اين آنتن، سيگنالهاي بيسيم حاصل از امواج ميليمتري شبکه نسل پنجم را دريافت ميکند. اين سيگنالها از طريق دکلهاي ويژهاي ارسال ميشوند که در ادامه به آنها اشاره خواهيم کرد.
اصطلاحات فني
در مطالب مرتبط با نسل پنجم شبکه تلفن همراه، به احتمال زياد با اصطلاحات فني متفاوتي روبرو خواهيد شد که دانستن آنها به درک بهتر مطلب خواهد انجاميد.
امواج ميليمتري (Millimeter Waves)
شبکههاي بيسيم امروزي با مشکل ويژهاي دست و پنجه نرم ميکنند و آن افزايش گستره اطلاعاتي است که توسط کاربران و دستگاههاي الکترونيکي مختلف، در مقايسه با گذشته، تبادل و مصرف ميشود. با وجود اين، همچنان از همان طيف فرکانس راديويي که تا پيش از اين، در اين بستر استفاده ميشده بهره گرفته ميشود. به اين ترتيب، شاهد کاهش پهناي باند براي کاربران خواهيم بود و همين امر به کاهش سرعت سرويسدهي و حتي بروز قطعي بيشتر در ارتباطات منجر خواهد شد.
يکي از راهکارهاي موجود براي حل اين مشکل، انتقال دادهها روي طيف جديدي است که تا پيش از اين براي سرويسهاي همراه استفاده نشده است. همين امر باعث شده سرويسدهندههاي مختلف بهرهبرداري از امواج ميليمتري را که از فرکانسهاي بالاتري بهره ميبرند آغاز کنند. امواج ميليمتري در فرکانسهايي بين 30 تا 300 گيگاهرتز منتشر ميشوند که در مقايسه با باند فرکانسي کمتر از 6 گيگاهرتز که در دستگاههاي همراه در گذشته استفاده ميشد قرار مي گيرند. اين امواج، از آن جهت موجهاي ميليمتري نامگذاري شدهاند که طول متفاوتي از يک تا ده ميليمتر دارند. در مقام مقايسه، امواج راديويي که در گوشيهاي هوشمند امروزي استفاده ميشوند چند ده سانتيمتر طول دارند.
تا به اينجاي کار، تنها اپراتورهاي سيستمهاي ماهوارهاي و راداري از امواج ميليمتري در پروژههاي مختلف استفاده کردهاند. با وجود اين، برخي سرويسدهندههاي همراه نيز استفاده از اين امواج را براي ارسال اطلاعات بين ايستگاههاي مختلف نظير دو نقطه مشخص ارتباطي آغاز کردهاند. با تمام احوال، استفاده از امواج ميليمتري براي برقراري ارتباط ميان کاربران دستگاههاي الکترونيکي همراه با يک ايستگاه نزديک آنها، راهکاري کاملاً جديد و متفاوت است.
ايراد اصلي بهکارگيري امواج ميليمتري آن است که نميتوانند عبور آساني را از موانعي نظير ساختمانها و ديوارها تجربه کنند. علاوه بر اين، امکان جذب آنها توسط شاخ و برگ درختان يا حتي باران هم وجود دارد. همين امر باعث شده شبکههاي نسل پنجم، دکلهاي سنتي تلفن همراه را با تکنولوژي جديدي به نام سلولهاي کوچک (Small Cells) غني کنند.
سلولهاي کوچک (Smart Cells)
سلولهاي کوچک در واقع ايستگاههاي مينياتوري قابل حملي هستند که براي ارائه عملکرد مطلوب، به انرژي حداقلي نياز دارند و ميتوان آنها را در هر فاصله 250 متري يا مقداري بيشتر و کمتر در شهرها نصب کرد. براي جلوگيري از تضعيف سيگنالها، اپراتورهاي مختلف ميتوانند هزاران نمونه از اين ايستگاهها را در هر شهر نصب کنند تا شبکهاي که مانند مجموعهاي از راهکارهاي قابل اعتماد، سيگنالها را از ديگر ايستگاههاي پايه دريافت کرده و به کاربران در هر منطقه ارسال ميکند، شکل گيرد.
آنتنهاي موجود در سلولهاي کوچک، در صورتي که امواج ميليمتري را جابهجا کنند ميتوانند به مراتب کوچکتر از آنتنهاي سنتي باشند. اين تفاوت اندازه، نصب سلولها را برفراز ساختمانها و ديگر نقاط مشخص، سادهتر خواهد کرد. اين زيرساخت متفاوت براي شبکهها ميتواند بهرهوري بيشتر از طيفها را به همراه داشته باشد.
ايستگاههاي پايه (Base Stations) در شبکه نسل پنجم تعداد آنتن بيشتري هم در مقايسه با ايستگاههاي پايه در شبکههاي همراه فعلي دارند تا بتوانند از تکنولوژي جديد ديگري به نام Massive MIMO استفاده کنند.
Massive MIMO
ايستگاههاي پايه در شبکههاي فعلي نسل چهارم از دوازده درگاه براي آنتنها بهره ميبرند تا تمامي ترافيک سلولار را مديريت کنند. در اين بين، هشت درگاه براي فرستندهها و چهار درگاه براي دريافت کنندهها درنظر گرفته شده است. اين در حالي است که ايستگاههاي پايه در شبکه نسل پنجم ميتوانند از صدها پورت پشتيباني کنند. به اين ترتيب، ميتوان تعداد آنتن بيشتري را در يک آرايه واحد جا داد. اين ساختار به معناي آن است که يک ايستگاه پايه امکان دريافت و ارسال سيگنالها را در هر لحظه، از مبدا تعداد به مراتب بيشتري از کاربرها خواهد داشت. همين امر باعث خواهد شد ظرفيت شبکههاي همراه تا ?? برابر يا حتي بيشتر، افزيش يابد.
اين تکنولوژي، Massive MIMO ناميده ميشود. MIMO به معناي چند ورودي، چند خروجي است. اين عنوان، سيستمهاي بيسيمي را شرح ميدهد که از دو يا تعداد بيشتر ارسال کننده و دريافتکننده براي ارسال و دريافت مقادير بيشتر دادهها به طور همزمان استفاده ميکنند. Massive MIMO شبکههاي تلفن همراه را با بهرهگيري از تعداد آنتن بيشتر، به سطح جديدي از استانداردها ارتقا ميدهد.
فرمدهي پرتوها (Beamforming)
قابليت شکلدهي به پرتوها در واقع سيستم ويژهاي براي ايستگاههاي پايه سلولار (Cellular Base Stations) به حساب ميآيد که بهينهترين مسير تحويل اطلاعات به يک کاربر مشخص را شناسايي کرده و در اين مسير، ميزان تداخل ايجاد شده در طول فرايند انتقال را کاهش ميدهد. بسته به وضعيت موجود و تکنولوژي در دسترس، راهکارهاي متفاوتي براي استفاده از اين سيستم در شبکههاي نسل پنجم درنظر گرفته شده است.
در خصوص امواج ميليمتري، شکلدهي به پرتوها، مجموعه متفاوتي از مشکلات را مرتفع ميکند. به عنوان مثال، سيگنالهاي سلولار به آساني توسط مجموعهاي از اشيا سد شده و در مسافتهاي طولاني، تضعيف ميشوند. در اين وضعيت، شکلدهي به پرتوها ميتواند با متمرکز کردن يک سيگنال موجود در مجموعهاي از پرتوها که به مقصد يک کاربر مشخص حرکت ميکنند، به جاي انتشار در چند جهت، به تقويت سيگنال کمک کرده و شانس رسيدن آن به کاربر را، آن هم بدون ايجاد تداخل افزايش دهد.
استانداردهاي متفاوت
در حال حاضر، سردرگمي عجيبي در خصوص طيف نهايي استانداردهاي قابل استفاده در بستر 5G وجود دارد. اپراتورهاي مطرح موبايل گمانهزنيهاي متفاوتي را در خصوص استفاده از سه دسته طيف باند پايين، متوسط و بالا انجام دادهاند. طيفهاي پايين و متوسط در واقع نمونههايي هستند که در حال حاضر در شبکههاي تلفن همراه استفاده ميکنيم اما طيف باند بالا بيشتر شبيه به سيگنالهاي وايفاي است. بدنيست بدانيد در حالت کلي، طيفهايي با باند پايين ميتوانند مسافت بيشتري را طي کنند اما به همان اندازه، اطلاعات کمتري را جابهجا ميکنند. در طرف مقابل، طيفهايي با باند بالا، اطلاعات بيشتري را حمل ميکنند اما به همان اندازه پوشش کمتري هم دارند.
ايده اصلي پيادهسازي 5G آن است تا تمامي طيفهاي فرکانس پايين، متوسط و بالا را باهم ترکيب کرده تا در نهايت امر، شبکه ايدهآلي را ايجاد کند. گزينه ايدهآل آن است تا از طيف فرکانسي سطح پايين به عنوان مثال، 700 مگاهرتز براي پوشش گستردهتر، از طيف فرکانسي متوسط به عنوان مثال، 5.3 گيگاهرتز براي ظرفيت بيشتر و از امواج ميليمتري براي دستيابي تاخير پايين استفاده شود. با استفاده از امواج ميليمتري با باند فرکانسي بالا ميتوان مشکلات مربوط به ايجاد تراکم بالا در شبکه را در محيطهاي شلوغ نظير ايستگاههاي قطار يا فرودگاهها مرتفع کرد.
بنابرگزارش انجمن جهاني موبايل (GSMA) دستيابي به شبکه 5G مسلتزم آن است تا تعداد زيادي از ملاحظات و استانداردهايي که در ادامه از نظر خواهيد گذراند رعايت شود:
1-ارتباطي با سرعت يک تا 10 گيگابيت بر ثانيه براي انتقال دادهها
2-تاخير يک ميليثانيهاي براي انتقال اطلاعات در مسير بسته مشخص شده
3-پهناي باند 1000 برابري به ازاي هر واحد مشخص شده مساحت
4- افزايش 10 تا 100 برابري تعداد دستگاههاي متصل
5-دسترسي 99.999 درصدي
6-پوشش 100 درصدي
7-کاهش 90 درصدي در مصرف انرژي شبکه
8- بهبود چشمگير صرفهجويي در مصرف انرژي براي مولفههاي مختلف حاضر در اين شبکه
از طرف ديگر، اتحاديه بينالمللي تکنولوژي (ITU) نيز مشخصاتي را اعلام کرده که از منظر اين مرجع، سرويسدهندهها براي دريافت تاييديههاي 5G بايد به نمايش بگذارند:
1-نرخ دانلود حداکثري 20 گيگابيت بر ثانيه
2-نرخ آپلود حداکثري 10 گيگابيت بر ثانيه
3-حداکثر نرخ بهرهوري طيفي در دريافت دادهها در يک باند فرکانسي مشخص، به ميزان 30 بيت بر ثانيه
4-حداکثر نرخ بهرهوري طيفي در ارسال دادهها در يک باند فرکانسي مشخص، به ميزان 15 بيت بر ثانيه
5- تجربه نرخ دانلود 100 مگابيت برثانيه توسط کاربران
6-تجربه نرخ آپلود 50 مگابيت بر ثانيه توسط کاربران
تفاوت با 4G و نسلهاي پيشين
مهمترين نکتهاي که بايد در خصوص 5G درنظر داشته باشيد آن است که عليرغم تمام اخبار و اطلاعاتي که به عنوان مثال در کنگره جهاني موبايل سال جاري ميلادي از اين تکنولوژي شنيديم يا جزئياتي که از سرعت بالاي ارتباط اينترنتي در اين نسل، در آزمايشهاي اوليه به گوش ميرسد و حتي با وجود تمام زيرساختهايي که توسط شرکتهاي مختلف ايجاد شده است 5G هنوز بهطور تمام و کمال به مرحله بهرهبرداري نرسيده است.
شبکه نسل پنجم از مشخصاتي متفاوت از آنچه در نسل قبل يا همان 4G شاهد بوديم بهره ميبرد اما هنوز بر سر جزئيات بهرهبرداري از اين شبکه جديد نيز اختلاف نظرهايي وجود دارد. در زمينه بهرهبرداري تجاري، همچنان در خصوص سرعت اينترنت يا محدوده پوشش و حتي کاهش زمان تاخير در انتقال دادهها، جمعبندي نهايي انجام نشده است. در ابعاد جهاني نيز شرکتهايي نظير ورايزون، AT&T، اينتل و کوالکام تستهاي ويژهاي را روي تکنولوژي 5G انجام دادهاند.
نسلهاي پيشين نظير 3G بدون شک تحولي ويژه را در ارتباطات به ثبت رساندهاند. شبکه نسل سوم، سيگنالها را از نزديکترين دکل همراه دريافت کرده و از آن براي برقراري تماس، انتقال پيام و تبادل دادهها استفاده ميکند.
شبکه 4G نيز عملکردي مشابه با 3G داشته اما ارتباط اينترنتي با سرعت بالاتر و تاخير پايينتر يعني فاصله زماني کمتر بين ايجاد عامل تاثيرگذار در شبکه و مشاهده تاثير را به همراه داشت. شبکه نسل چهارم يا 4G مدعي است که ارتباطي تا پنج برابر سريعتر را در مقايسه با سرويسهاي 3G فعلي پيش روي مشتاقان قرار ميدهد و از نقطهنظر تئوري نيز ميتواند رسيدن به سرعت دانلودي تا ??? مگابيت بر ثانيه را ممکن سازد.
برخي کارشناسان معتقدند ارتباطات وايفاي در بستر 5G ميتواند تا سه برابر سريعتر از 4G باشد و در قالب راهکار تک استريمه، سرعت پايه ??? مگابيت برثانيه، در قالب سيستم دو استريمه سرعت ??? مگابيت بر ثانيه و در قالب ترکيب سه استريمه نيز سرعت ?.? گيگابيت برثانيه را به راحتي به مرحله اجرا بگذارد.
سامسونگ در کنگره جهاني موبايل امسال، روتر خانگي 5G خود را پيش روي مشتاقان قرار داد که ميتواند دستيابي به سرعتي تا ? گيگابيت بر ثانيه (Gbps) را ممکن سازد. اين سرعت برابر با ??? مگابايت بر ثانيه است که امکان دانلود يک بازي ?? گيگابايتي را در مدت زمان دو دقيقه به شما داده يا با استفاده از آن ميتوانيد يک فيلم ??? گيگابايتي با رزولوشن 4K را در کمتر از چهار دقيقه دانلود کنيد. براي اينکه مقايسه دقيقتري از آنچه در قالب 5G پيش روي شما قرار ميگيرد با ترکيبي که در حال حاضر شاهد هستيم داشته باشيد، بدنيست بدانيد بر اساس گزارش بيزينس اينسايدر، متوسط سرعت اينترنت در ايالات متحده آمريکا در سال ???? ميلادي، ?? مگابيت بر ثانيه اعلام شده است که پس از تبديل، سرعت ?.? مگابيت بر ثانيه را به دست ميدهد.
مزايا و معايب
همانطور که گفتيم، 5G سرعتي به مراتب بالاتر را در مقايسه با 4G پيش روي مشتاقان قرار ميدهد. اين امر به بهرهوري هرچه بالاتر در قالب استفاده از اين راهکار در دستگاههاي سازگار، با سرعت دانلودي (از نقطه نظر تئوري) تا ?? هزار مگابيت برثانيه منجر خواهد شد. علاوه بر اين، پهناي باند بالاتر، دستيابي به سرعت دانلود بهينه را ممکن ساخته و امکان اجراي اپليکيشنهاي اينترنتي پيچيده و در ابعاد گستردهتر را روي دستگاههاي الکترونيکي همراه فراهم ميکند.
کاهش تاخير نيز به نحوي خواهد بود که به عوان مثال، وقفه کمتري را بين لمس دکمه اجرا و آغاز پخش محتويات از سرويسهاي آنلاين نظير نتفليکس شاهد خواهيد بود. اين کاهش تاخير براي برخي کاربران نظير گيمرها از اهميت بيشتري برخوردار خواهد بود.
شبکههاي 5G حتي ميتوانند به بهرهبرداري از تکنولوژيهاي نيازمند به پردازش سريع و زياد اطلاعات در بستر شبکه آنلاين، نظير خودروهاي مجهز به قابليتهاي خودران نيز سرعت ببخشند.
اين در حالي است که 5G از نقطه نظر منفي، هزينه بيشتر براي اجرا و بهرهبرداري را به همراه خواهد داشت. اگرچه گوشيهاي هوشمند مدرني که در آينده نزديک روانه بازار ميشوند سازگاري کاملي با اين استاندارد خواهند داشت اما دستگاههاي الکترونيکي قديميتر فاقد مولفههاي لازم براي بهرهگيري از اين تکنولوژي هستند.
از طرف ديگر، همانطور که مي دانيد دسترسي به ارتباط اينترنت بيسيم پايدار، به تعداد دستگاههايي که به يک کانال ارتباطي متصل هستند وابسته است. با اضافه شدن 5G به طيف ارتباطات بيسيم، احتمال تراکم بالا و ازدحام در محدودههاي فرکانسي مشخص، وجود خواهد داشت..
نياز به خريد گوشي هوشمند جديد
براي استفاده از شبکه 5G به خريد گوشيهاي هوشمند سازگار با اين استاندارد نياز خواهد بود. گوشيهايي که به احتمال زياد از چند آنتن مختلف بهره ميبرند و البته سرعت به مراتب بالاتري هم دارند.
زمان بهرهبرداري
در حال حاضر اپراتورهايي مانند AT&T و ورايزون بهرهبرداري آزمايشي از شبکههاي نسل پنجم را در دستورکار قرار دادهاند اما انتظار ميرود انتظار ميرود بهرهبرداري گسترده از اين شبکه، از سال ???? ميلادي آغاز شود. اين برنامه زماني، پيش از اين اواخر ???? تا اواسط سال ???? ميلادي را هدف گرفته بود. با وجود اين، اپراتورها و توليدکنندههاي تجهيزات مخابراتي موفق شدند به روند بهرهبرداري از اين شبکه، سرعت ببخشند.
چشمانداز بهرهبرداري در ايران
در اواخر شهريورماه سال 97، اپراتور دوم تلفن همراه کشورمان در قالب همکاري با شرکت سوئدي اريکسون، آزمايش نسل پنجم شبکه همراه را در دستورکار قرارداد. در اين آزمايش، مجموع دادههاي ارسالي در لحظه، به ?? گيگابيت بر ثانيه رسيد. اين اپراتور حدود يک سال قبل نيز توانسته بود دسترسي به سرعت ?.? گيگابيت بر ثانيه را ثبت کند. با وجود اين، هنوز تاريخ دقيقي براي اجراي طرحهاي بيشتر يا بهرهبرداري از تکنولوژي تکامليافته 5G در کشورمان اعلام نشده است.
نويسنده: سعيد برقيان
منبع: وب سايت کارساز نت
نشر و کپي برداري با ذکر منبع و نام نويسنده بلامانع مي باشد