ايتنا - آشنایی با مبانی 5G

آشنایی با 5G

نسل بعدی تکنولوژی موبایل واژگان خاص خودش را به همراه می‌آورد. در این مقاله ایتنا یک واژه‌نامه مختصر و مفید از اصطلاحات کلیدی پرکاربرد آن ارائه شده است.

شبکه‌های 5G دیوانه‌وار-سریع بسیار به کاربرد فراگیر نزدیک شده‌اند. متاسفانه این تکنولوژی با اصطلاحات پیچیده خاص خودش نیز همراه است.

تعریف 5G

اول از همه به سراغ تعریفی سریع از 5G می‌رویم:
5G نسل بعدی (پنجم) تکنولوژی ارتباطات همراه است که نویدبخش ارتقاء چشمگیر سرعت، پوشش و پاسخگویی شبکه‌های بی سیم است.
اما چقدر سریع؟ 10 تا 100 برابر سریع تر از ارتباط سیار معمول، و حتی سریع تر از هر چیزی که بتوانید با یک کابل فیبر نوری فیزیکی موجود در محل سکونتتان دریافت کنید. (شما قادر خواهید بود تا ظرف چند ثانیه مثلا یک فصل از سریال «چیزهای عجیب» را دانلود کنید).

کاربرد آن هم به صرفا شارژ فوق سریع ارتباط گوشی شما با شبکه محدود نمی‌شود؛ 5G به عنوان تکنولوژی اساسی لحاظ می‌شود که برای خودروهای خودران امکان ارتباط برقرار کردن با هم را فراهم می‌آورد، و یا افراد را قادر به استریم وایرلس محتوای واقعیت مجازی فوق وضوح بالا در هدست‌هایشان می‌سازد.
به عبارت دیگر قرار است کارهای عظیمی را امکان‌پذیر سازد.

زمان راه‌اندازی 5G

اولین شبکه‌های 5G در سال جاری میلادی (2018) توسط اپراتورهایی از جمله Verizon و AT&T راه‌اندازی خواهند شد، ولی دسترسی‌پذیری وسیع‌تر آن برای سال‌های 2019 تا 2020 پیش‌بینی شده است، یعنی زمانی که تجهیزات شبکه ارتقا داده شده و گوشی‌های سازگار با 5G عرضه شوند.

نسل پنجم ارتباطات

اصطلاحات 5G

5G NR

NR در این اصطلاح سرنام New Radio است.
نیازی نیست که اطلاعات زیادی درباره آن ورای این واقعیت داشته باشید که این نام استانداردی است که کل صنعت وایرلس پشت آن جمع شده، و در همین دسامبر 2017 [کمتر از یک سال پیش] مطرح گردید.

اهمیت آن از این جهت است که همه برای استفاده از شبکه 5G موبایلشان نیاز دارند بر روی زیرساخت واحدی باشند.

موج میلیمتری

همه شبکه‌های ارتباطات سیار از موج های هوایی برای انتقال داده‌ها از طریق هوا استفاده می‌کنند، و شبکه‌های استاندارد از این طیف در باندهای فرکانسی پایینتری مانند 700 مگاهرتز استفاده می‌کنند.
به طور کلی، هرچه باند یا فرکانس بالاتر باشد، سرعتی که به آن دست می‌یابید بیشتر خواهد بود. با این حال، پیامد فرکانس بالاتر برد کوتاهتر است.

برای دستیابی به سرعتهای فوق‌العاده بالای 5G، شما به طیف فرکانسی فوق‌العاده بالایی نیاز دارید. برد موج میلیمتری بین 24 گیگاهرتز تا 100 گیگاهرتز است.

مشکلی که درباره طیف فرکانسی فوق‌العاده بالا وجود دارد، سوای برد کوتاه، ظرافت بیش از حد آن است، مثلا کافیست یک برگ در باد در مسیر موج مورد نظر شما قرار بگیرد تا تداخل ایجاد شود، موانعی همچون دیوارها که بماند.
شرکت‌هایی مانند ورایزون در حال کار بر روی استفاده از ترفندهای نرم‌افزاری و پخش وسیع برای دور زدن این مشکلات و تثبیت ارتباطات هستند.

sub-6GHz

با توجه به مشکلات زیادی که باند بالا ممکن است با آنها مواجه شود (که در بخش «موج میلیمتری» توضیح داده شد)، اقداماتی برای استفاده از طیف در یک فرکانس به مراتب پایین‌تر، یا هر چیز کمتر از 6GHz، در جریان است.
مزیت مضاعف آن این است که اپراتورها می‌توانند از طیف موجود فعلیشان برای انتقال به شبکه‌های 5G استفاده کنند. به عنوان مثال، T-Mobile یک طیف 600MHz دارد که قصد دارد برای پشتیبانی تجهیزات 5G استقراریافته‌اش مورد استفاده قرار دهد. پیش از sub-6GHz، چنین کاری امکان‌پذیر نبود.
به این علت است که اپراتورها به شکل فزاینده‌ای به سراغ طیف فرکانسی پایین می‌روند.

ولی طیف فرکانسی پایین هم مشکل خودش را دارد: در فاصله زیاد، همان سرعت و ظرفیت طیف موج میلیمتری را ندارد.
از این رو، حالت ایده‌آل این است که اپراتورها از ترکیبی از این دو استفاده کنند.

برای دیدن تصاویری از تست میدانی 5G ورایزون اینجا کلیک کنید

تاخیر

شما این واژه را زیاد خواهید شنید.
تاخیر (Latency) زمان پاسخ بین زمانیست که بر روی یک لینک کلیک می‌کنید یا استریمینگ یک ویدئو بر روی گوشیتان را شروع می‌کنید، این درخواست را به شبکه ارسال می‌کنید، تا زمانی که شبکه به شما پاسخ می‌دهد و وبسایت مورد نظرتان را به شما نشان می‌دهد یا اجرای یک ویدئو را شروع می‌کند.

ممکن است مدت آن زیاد به نظر نرسد، ولی این زمان تاخیر ممکن است حدود 20 میلی‌ثانیه طول بکشد. با 5G، این تاخیر به 1 میلی‌ثانیه، یا حدودا فاصله زمانی آغاز تا پایان فلاش زدن در یک دوربین معمولی، کاهش می‌یابد.

این پاسخگویی برای چیزهایی مانند استریمینگ یک بازی ورزشی زنده در واقعیت مجازی یا برای یک جراح در نیویورک به منظور کنترل بازوهای رباتیک برای انجام یک عمل جراحی در سان فرانسیسکو جنبه حیاتی دارد.

Gigabit LTE

خبرهای فزاینده‌ای درباره Gigabit LTE به عنوان یک پیشگام 5G به گوش می‌رسد، که به ارائه سرعت‌های به مراتب بالاتر بر روی شبکه LTE موجود می‌پردازد. ولی کار ایجاد شبکه Gigabit LTE بنیان‌های لازم برای 5G را فراهم می‌آورد.

MIMO

این سرنام عبارت «چند ورودی، چند خروجی (multiple input, multiple output)» است.
ایده اساسی آن قرار دادن آنتن های بیشتر در گوشی‌ها و دکل های ارتباطات سیار است. و شما همیشه می‌توانید آنتن های بیشتری داشته باشید.
آنها شبکه Gigabit LTE سریعتر را تغذیه می‌کنند، و شرکتها آنچه با عنوان 4x4 MIMO شناخته می‌شود را مستقر می‌کنند، که در آن چهار آنتن در یک گوشی نصب می‌شود.

تجمیع فرکانسی

اپراتورهای وایرلس می‌توانند فرکانس‌های رادیویی مختلف را با هم ترکیب کنند تا گوشی‌هایی مانند Galaxy S8 سامسونگ بتوانند سریعترین و کم تراکمترین باند ممکن را انتخاب کنند. این را در قالب یک بزرگراه سه لاینه در نظر بگیرید که خودروها می‌توانند بسته به اینکه کدام لاین ترافیک کمتری دارد انتخاب لاین کنند.

QAM

این اصطلاحی بسیار فنی و سرنام تلفیق (مدولاسیون) تربیعی دامنه (quadrature amplitude modulation) است.
اما آنچه دانستنش برای شما مفید است اینکه این مدولاسیون امکان حرکت سریع‌تر ترافیک در مسیری متفاوت نسبت به تجمیع فرکانسی یا MIMO را فراهم می‌آورد.
آن مثال بزرگراه سه لاینه را مجددا در نظر بگیرید؛ با 256 QAM شما به جای خودروهای کوچک می‌توانید از تریلیهای بزرگ برای انتقال داده‌ها استفاده کنید.
MIMO، تجمیع فرکانسی و QAM هم اکنون در شبکه‌های 4G مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولی نقشی مهم در 5G هم بازی خواهند کرد.

شکل‌دهی پرتو (Beam forming)

این یک راه جهت‌دهی سیگنال‌های 5G در جهت مشخص است، که به طور بالقوه اتصال خاص خودتان را به شما می‌دهد. ورایزون از شکل‌دهی پرتو برای طیف موج میلیمتری استفاده می‎‌کند، تا بتواند موانعی مانند دیوارها یا درختها را دور بزند.

طیف بدون مجوز

شبکه‌های ارتباطات سیار همه بر چیزی متکی هستند که طیف مجوزدار شناخته می‌شود، که از دولت خریده و تحت مالکیت دارند.

ولی گذار به 5G با اذعان به این واقعیت همراه است که برای حفظ پوشش وسیع طیف کافی وجود ندارد. به همین خاطر اپراتورها به سراغ فرکانس‌های بدون مجوز می‌روند، که شبیه نوعی از امواج‌هوایی آزادی است که شبکه‌های وای‌فای ما از آنها استفاده می‌کنند.

تقسیم‌بندی شبکه (Network slicing)

تقسیم بندی شبکه عبارت است از قابلیت ارائه قطعه‌های مجزایی از طیف به دستگاههای خاص برای بهره‌مند شدنشان از اتصالی که به ان نیاز دارند.
به عنوان مثال، یک دکل ارتباطات سیار در آن واحد می‌تواند ضمن اینکه یک ارتباط کم‌انرژی‌تر کندتر را برای یک سنسور برای یک کنتور آب متصل به شبکه در خانه شما فراهم بیاورد، ارتباط سریع‌تر و با تاخیر کمتری را برای یک خودروی خودران که به صورت بلادرنگ در حال مسیریابی است تامین کند.