درباره تکنولوژی 5G بیشتر بدانیم

کنگره جهانی موبایل 2017، از 27 فوریه آغاز شد و علاوه بر خبرهای پیرامون گوشی‌های هوشمند، اخبار مهمی در مورد شبکه‌ها و تکنولوژی 5G به‌همراه داشت. تکنولوژی 5G دقیقا چیست؟ آیا منظور از شبکه‌های 5G، همان شبکه‌های با سرعت گیگابیتی است؟ آیا این شبکه‌ها نسخه پیشرفته‌تر شبکه‌های LTE هستند؟ شرکت‌های AT&T و T-Mobile برای سرپوش گذاشتن روی عدم پشتیبانی از LTE، تکنولوژی +HSPA را به 4G تغییر نام دادند؛ آیا فناوری 5G نیز همانند کار این دو کمپانی، تنها یک حقه تبلیغاتی است؟ برای یافتن پاسخ این سوالات در ادامه با جی اس ام همراه باشید.

5G چیست؟

در ساده‌ترین تعریف، 5G نسل پنجم شبکه‌های سلولی است. 5G قدم بعدی در فناوری موبایل است که گوشی‌ها و تبلت‌های آینده از آن استفاده می‌کنند و سرعت آن در مقایسه با شبکه‌های LTE کنونی، مانند سرعت این شبکه‌ها در مقایسه با شبکه‌های 3G است.

نخستین نسل شبکه‌های موبایل که با نام 1G شناخته می‌شوند، حدودا سال 1982 معرفی شدند. سیستم این شبکه‌ها کاملا آنالوگ بود تا اینکه شبکه‌های 2G در سال 1991 معرفی شدند و از سیستم دیجیتال استفاده می‌کردند. شبکه‌های 2G، دیتای موبایل را در قالب فناوری‌های GPRS و EDGE ارائه کردند. حدود 10 سال پس از آن، شبکه‌های 3G راه‌اندازی شدند که سرعت دیتای بالاتری نسبت به شبکه‌های 2G ارائه می‌دادند. حدود 10 سال بعد، شبکه‌های LTE فعلی، چهارمین نسل شبکه‌ها لقب گرفتند؛ شبکه‌هایی که ما آن‌ها را 4G می‌نامیم که با مفهوم واقعی این شبکه‌ها، کمی مرتبط است. به لحاظ تاریخی، هر ده سال (یا کمی بیشتر) یک‌بار، نسل جدیدی از شبکه‌های موبایل عرضه می‌شود. شبکه‌های 5G احتمالا در مواردی مانند سرعت دیتا، یک جهش روبه‌جلو خواهند داشت.

چه زمانی شبکه‌های 5G عرضه می‌شوند؟

با توجه به اینکه هر ده سال یک‌بار نسل جدید شبکه‌های موبایل عرضه می‌شود، در بهترین حالت، شبکه‌های تجاری 5G در اوایل دهه 2020 در دسترس خواهند بود. عرضه تکنولوژی LTE (در ایالات‌متحده امریکا) تقریبا از سال‌های 2010-11 آغاز شد و یک محاسبه ریاضی ساده نشان می‌دهد باید در سال 2021 منتظر عرضه عمومی فناوری 5G باشیم. اگر ارائه‌دهندگان سرویس‌های شبکه، سازندگان مودم و اپراتورهای مخابراتی مطابق نقشه راه پیش‌بینی‌شده خود حرکت کنند، احتمالا پیش از سال 2021 نیز شاهد توسعه تکنولوژی 5G خواهیم بود. کوالکام برنامه‌ریزی کرده است نخستین محصولات 5G خود را تا المپیک زمستانی 2018 کره جنوبی به‌صورت عمومی عرضه کند. مانند جهش از 3G به LTE، برای بهره بردن از همه مزیت‌های تکنولوژی 5G، به یک گوشی سازگار با این فناوری نیاز دارید؛ برای ساخت گوشی‌های 5G هنوز زمان نیاز است و مسلما در کنگره جهانی موبایل 2017 منتظر یک گوشی با پشتیبانی کامل از 5G نیستیم.

تفاوت فناوری 5G و 4G چیست؟

مهم‌ترین نکته در مورد فناوری 5G این است که هنوز تکنولوژی "5G" رسمی وجود ندارد. مهم نیست در کنگره جهانی امسال چه می‌شنویم یا تست‌های سرعت تکنولوژی‌های جدید چقدر سریع هستند؛ تفاوت فناوری شبکه مورداستفاده شرکت‌های مختلف نیز مهم نیست؛ هنوز با فناوری 5G فاصله نسبتا زیادی داریم.

یک شبکه 5G قابلیت‌های بیشتری از شبکه 4G دارد اما هنوز حتی بر سر اهداف فنی آن توافقی انجام نشده است. Tom Wheeler رئیس سابق کمیته ارتباطات فدرال امریکا (FCC) تابستان گذشته گفت: «اگر کسی به شما می‌گوید از قابلیت‌هایی 5G مطلع است، حرفش را جدی نگیرید». انتظارات از تکنولوژی 5G تجاری، سرعتی در حد گیگابیت یا حتی چند ده گیگابیت و زمان عکس‌العمل پایین‌تر است، اما در حال حاضر نمی‌دانیم فناوری5G واقعا چگونه خواهد بود.

بااین‌وجود، ایده‌هایی درباره ویژگی‌هایی مورد انتظار از این فناوری وجود دارد. شرکت‌هایی نظیر ورایزن، ای‌تی‌اندتی، اینتل و کوالکام، در حال انجام آزمایش‌هایی برای رسیدن به فناوری 5G هستند و همین آزمایشات اولیه‌اند که احتمالا استانداردهای بین‌المللی رسمی این فناوری را شکل خواهند داد. یکی از ویژگی‌های ذکرشده برای تکنولوژی 5G، استفاده از باند انتقال موج میلی‌متری (mmWave) است که احتمالا راه‌حل کلیدی برای ارائه اینترنت سرعت‌بالای وعده داده‌شده در شبکه‌های 5G است.

تکنولوژی موج میلی‌متری چیست و چه مزیت‌هایی دارد؟

در فناوری سلولی، دیتا روی امواج رادیوی منتقل می‌شود و به سیگنال الکترومغناطیسی وابسته است که با فرکانس‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شود.هرچه فرکانس بالاتر باشد، طول موج کوچک‌تر است، بنابراین منظور از تکنولوژی موج میلی‌متری فناوری است که طول موج سیگنال‌های آن در حدود میلی‌متر است و به‌طورکلی در محدوده 30 گیگاهرتز تا 300 گیگاهرتز قرار دارد. FCC بخش‌هایی از باند فرکانسی محدوده موج میلی‌متری را در اختیار شرکت‌ها قرار داده است تا آزمایش‌ها خود را روی فناوری 5G انجام دهند.
تکنولوژی موج میلی‌متری ظرفیت دیتای بالاتری از ظرفیت فعلی را نوید می‌دهد. این قانونی ساده است که در فرکانس‌های بالاتر، امکان انتقال داده‌های بیشتری وجود دارد.

رادیوی FM که فقط صدا را منتقل می‌کند، معمولا از باند فرکانسی 87.5 مگاهرتز تا 108 مگاهرتز استفاده می‌کند اما LTE که باید داده‌های بزرگ‌تری را منتقل کند، از باند فرکانسی 700 مگاهرتز تا 2100 مگاهرتز استفاده می‌کند. فناوری موج میلی‌متری پهنای باند بیشتری ارائه می‌کند تا بهبودهای قابل‌توجهی نسبت به LTE شاهد باشیم. تکنولوژی موج میلی‌متری پیش‌ازاین در Starry Router استفاده شده است. (روند افزایش سرعت در طیف امواج الکترومغناطیسی تا طیف نور مرئی ادامه دارد و یکی از دلایل سرعت بالای تکنولوژی فیبر نوری همین است).

دیگر مزیت طول موج کوتاه فناوری موج میلی‌متری، امکان کوچک شدن ابعاد آنتن فرستند و گیرنده سیگنال است. این بدان معناست که در گوشی‌های مجهز به فناوری موج میلی‌متری می‌توان از چند آنتن برای باندهای موج میلی‌متری متفاوت استفاده کرد که موجب استفاده کارآمدتر از طیف موج موجود می‌شود و در زمان استفاده چند کاربر از دیتا موبایل، سرعت بیشتری را به ارمغان می‌آورد.

بااین‌حال، فناوری موج میلی‌تری چالش‌هایی خاص خود دارد. هر چه فرکانس بالاتر باشد، برد انتقال کوتاه‌تر است و زمانی که موج‌های با طول موج کوتاه، خط دید مستقیم نداشته باشند، مشکلات بیشتر می‌شود. تداخل موج‌ها در زمان برخورد با دیوارها، ساختمان‌ها، پنجره‌ها و حتی قطرات باران را نیز در نظر داشته باشید. رادیوهای قدیمی و فناوری سلولی به تعداد نسبتا کمی از برج‌های آنتن بزرگ‌تر نیاز دارند اما موج میلی‌متری به تعداد زیادی آنتن کوچک در شهرها و مناطق مورد نظر نیاز دارد تا به‌خوبی کار کند. آزمایش‌های 5G اولیه باید مشکلات تکنولوژیکی مانند این را کشف و حل کند.

آشنایی با Gigabit LTE، LTE Advanced و LTE Advanced Pro

هنوز چند سالی با عمومی شدن فناوری 5G فاصله داریم. تکنولوژی LTE سرعتی در حد گیگابیت بر ثانیه ارائه نمی‌کند اما ارائه این سرعت با فناوری‌های LTE Advanced و LTE Advanced Pro دور از ذهن نیست. فناوری LTE Advanced در حال حاضر در تعداد زیادی از گوشی‌ها موجود است و اپراتورهایی نظیر ورایزن، AT&T و اسپرینت، پشتیبانی از آن را در شبکه‌هایشان آغاز کرده‌اند. تکنولوژی LTE Advanced Pro قدم بعدی در تکامل LTE است که شاید اینترنت موبایل گیگابیتی را محقق کند و از طریق فناوری‌هایی چون MIMO و استفاده از طیف استفاده‌نشده در باند LTE-U با فرکانس 5 گیگاهرتز، زمینه را برای حضور 5G آماده سازد. فناوری LTE Advanced Pro قرار است به‌صورت گسترده جایگزین تکنولوژی‌های فعلی شود تا در زمان عرضه تکنولوژی 5G، برای مناطقی که هنوز به این فناوری مجهز نشده‌اند، سرعتی گیگابیتی ارائه دهد (زمانی که فناوری LTE به‌تازگی ارائه شده بود، فناوری +HSPA شبکه‌های 3G، به اتصال با سرعت بالا به‌صورت دائمی کمک می‌کرد).

فناوری LTE Advanced همچنین از یک تکنولوژی با نام تجمیع حامل برای رسیدن به سرعت بالاتر در شبکه‌های LTE فعلی استفاده می‌کند. در این تکنولوژی دیوایس به‌طور همزمان از چند باند LTE مختلف استفاده می‌کند تا پهنای باند و درنتیجه سرعت افزایش یابد. ازلحاظ تئوری LTE می‌تواند تا 5 کانال را باهم تجمیع کند تا به بهترین سرعت دست یابد اما در عمل، تاکنون تنها تجمیع تا سه کانال انجام شده است؛ کاری که اخیرا کمپانی اسپرینت انجام داد.

مشکل 4G یا انتظارات بیش‌ازحد

توجه به این نکته لازم است که انتظارات باید منطقی باشند. روی کاغذ برای فناوری LTE Advanced سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه و برای تکنولوژی LTE Advanced Pro سرعت 3 گیگابیت بر ثانیه در نظر گرفته شده است که قطعا در عمل چنین سرعتی ارائه نخواهند کرد. در حقیقت آنچه شما (و بخش تبلیغات اپراتورهای موبایل) در مورد تکنولوژی 4G یا LTE فکر می‌کنید، همان استانداردی نیست که در اتحادیه بین‌المللی مخابرات و 3GPP روی آن توافق شده است؛ طبق این استانداردها، یک شبکه 4G باید در زمان حرکت سرعت 100 مگابیت بر ثانیه و در زمان ثابت بودن موبایل، سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه ارائه دهد؛ مقادیری که شبکه‌های فعلی قطعا توان ارائه آن را ندارند (شاید فناوری‌های LTE Advanced و Advanced Pro، نامزدهای شبکه‌های موبایل نسل چهار "واقعی" باشند). بنابراین شاید رویای LTE گیگابیتی و 5G، کاملا مطابق وعده عملی نشود یا زمان بیشتری برای تحقق آن‌ها نیاز باشد.

در حال حاضر در چه نقطه‌ای قرار داریم؟

در کنگره جهانی موبایل ۲۰۱۷، سامسونگ و نوکیا اخبار زیادی در مورد تحولات جاری فناوری 5G منتشر کردند؛ کمپانی‌های تولید سخت‌افزار و همچنین شرکت‌های حوزه شبکه در حال فعالیت برای ساخت نسل پنجم شبکه هستند. این هفته چند خبر پیرامون این حوزه منتشر شد؛ ورایزن برنامه‌های خود را برای تست 5G با سخت‌افزار موج میلی‌متری در چند شهر امریکا اعلام کرد. کمپانی AT&T نیز اعلام کرد امسال شبکه 5G خود را آزمایش می‌کند. شرکت‌های اینتل، کوالکام و سامسونگ نیز تراشه‌های جدید خود با پشتیبانی از LTE گیگابیتی را معرفی کردند.

گرچه جزئیات دقیق شبکه‌های سلولی آینده هنوز کاملا مشخص نیست، اما یک چیز قطعی است: سرعت در این شبکه‌ها بسیار بالا خواهد بود.