زمان تخمینی مطالعه: 13 دقیقه
نسل پنجم شبکههای ارتباطی (5G) مبتنی بر شبکههای ارتباطی سلولی یا موبایل است که سرعت و پهنای باند بیشتر، زمان تاخیر کمتر و قابلیت اتصال دستگاه‌های بیشتری را به شبکه به نسبت نسل‌های قبلی ارائه می‌دهد. نسل پنجم شبکههای ارتباطی، امکاناتی مانند پهنای باند بالا، ارتباطات دستگاه به دستگاه (M2M)، امکان استفاده گسترده‌تر از واقعیت افزوده، انجام بازی‌های آن‌لاین و ارتباطات بی سیم با کیفیت بالا را ارائه می‌کند. همچنین، نسل پنجم شبکههای ارتباطی به عنوان یک فناوری کلیدی نقش مهمی در پیشبرد و پیشرفت اینترنت چیزها، خودروهای خودران و شهرهای هوشمند دارد. در این مقاله، قصد داریم با چیستی و چرایی این فناوری آشنا شویم.
چه کشورهایی از این فناوری استفاده می‌کنند؟
در حال‌حاضر، نسل پنجم شبکههای ارتباطی در بسیاری از کشورها به طور فعال در حال استفاده هستند و بسیاری از کشورها نیز در حال توسعه این فناوری هستند. برخی از کشورهای پیشرو در استفاده از فناوری فوق به شرح زیر هستند:
– چین: با توجه به پیشرفت قابل توجه در توسعه شبکههای نسل پنجم، چین به‌عنوان یکی از کشورهای پیشرو در این زمینه شناخته می‌شود.
– کره‌جنوبی: کره‌جنوبی نیز یکی دیگر از کشورهایی است که در توسعه و استفاده از شبکههای نسل پنجم پیشرو است.
– ایالات متحده آمریکا: اپراتورهای بزرگ مخابراتی مثل ورایزن نقش تاثیرگذاری در استقرار تجاری این فناوری در ایالات متحده داشته‌اند و اکنون این کشور در زمینه استفاده از نسل پنجم شبکههای ارتباطی پیشتاز است.
– ژاپن: یکی از اولین کشورهای جهان بود که سرمایه‌گذاری روی تحقیق و استقرار این شبکه‌ها انجام داد و در بسیاری از شهرهای این کشور فناوری فوق را پیاده‌سازی کرد.
– اروپا: تقریبا بیشتر کشورهای اروپایی مثل فنلاند، سوئد، آلمان، انگلستان و غیره این فناوری را پیاده‌سازی کرده‌اند و جالب آن‌که روند تحقیق روی 6G را آغاز کرده‌اند.
آیا در ایران نیز کارهایی در ارتباط با توسعه شبکههای 5G انجام شده است؟
بله، در حال‌حاضر، ایران نیز در حال توسعه شبکههای 5G است. در سال ۱۳۹۸، اولین آزمایش نسل پنجم شبکههای ارتباطی (5G) توسط اپراتورهای ایرانسل و همراه اول در تهران انجام شد و در حال‌حاضر برخی از شرکت‌های دیگر نیز در فرآیند توسعه نسل پنجم شبکههای ارتباطی حضور دارند. به‌عنوان مثال، در سال ۱۴۰۰، شرکت ایرانسل اعلام کرد که سایت 5G خود را راه‌اندازی کرده و در برخی از مناطق کشور در دسترس قرار گرفته است. همچنین، اپراتورهای دیگر مانند همراه اول نیز اقدامات قابل‌توجهی در خصوص استقرار این فناوری در ایران انجام داده‌اند.
نسل پنجم شبکههای ارتباطی چه مزایایی در اختیار شرکت‌ها و کاربران قرار می‌دهد؟
نسل پنجم شبکههای ارتباطی (5G) با ارائه سرعت و پهنای باند بیشتر، زمان تاخیر کمتر و قابلیت اتصال به دستگاه‌های بیشتر، مزایای بسیاری برای کاربران و شرکت‌ها دارد و به برنامه‌هایی که نیازمند ترافیک سنگینی هستند، اجازه می‌دهد در کوتاه‌ترین زمان به ارسال و دریافت اطلاعات بپردازند. برخی از این مزایای این فناوری به شرح زیر است:
سرعت بالاتر: نسل پنجم شبکههای ارتباطی سرعت بالاتری نسبت به شبکههای 4G و 3G دارد که به معنای پهنای باند بیشتر، توانایی استریم کردن سریع‌تر فایل‌های چند رسانه‌ای و انجام فعالیت‌های آن‌لاین مثل ویدیو کنفرانس‌ها است.
زمان تاخیر کمتر: نسل پنجم شبکههای ارتباطی با تاخیر کمتری داده‌ها را انتقال میدهند که این به معنای پاسخ سریع‌تر به درخواست‌های کاربران و عملکرد بهتر برنامه‌های حساس به زمان مثل VoIP است.
قابلیت اتصال به دستگاه‌های بیشتر: نسل پنجم شبکههای ارتباطی قابلیت اتصال به دستگاه‌های بیشتری را نسبت به شبکههای قبلی دارند که این به معنای پشتیبانی بهتر از ارتباطات دستگاه به دستگاه است. همچنین، تجهیزات مصرفی بیشتری مثل گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و وسایل خانگی قابلیت اتصال به شبکه را دارند.
مصرف انرژی کمتر: نسل پنجم شبکههای ارتباطی مصرف انرژی کمتری دارند که همین مساله باعث شده تا دستگاه‌هایی مثل گوشی‌های هوشمند توانایی خدمت‌رسانی بیشتری به کاربران را در هنگام اتصال به این شبکه‌ها داشته باشند. یکی از دلایل این موضوع فاصله کم دکل‌هایی است که فرآیند ارسال و دریافت امواج را به شکل میلی‌متری انجام میدهند.
پشتیبانی از خودروهای خودران: نسل پنجم شبکههای ارتباطی به‌عنوان یک فناوری کلیدی در پشتیبانی از ارتباطات خودروهای خودران نقش دارد. با توجه به این‌که، خودروهای هوشمند برای هدایت باید اطلاعات بسیار زیادی را برای مراکزداده ارسال کرده و دریافت کنند، نیازمند شبکه‌هایی هستند که کمترین تاخیر را داشته باشند و اجازه دهند این خودروها در کسری از ثانیه تصمیمات کلیدی را اتخاذ کنند. رویکرد فوق به‌معنای بهبود ایمنی و تجربه سفر کاربران است
نسل پنجم شبکه تلفن همراه چطور کار می‌کند؟
نسل پنجم شبکه تلفن همراه بر مبنای پیشرفته‌ترین معماری شبکههای ارتباطی پایه‌گذاری شده است. نسل پنجم شبکههای ارتباطی چیزی نزدیک به 10 تا 20 برابر سریع‌تر از شبکه 4G است. شبکه جدید از طیف موج میلی‌متری استفاده می‌کند که توانایی پشتیبانی از دستگاه‌های بیشتری در یک منطقه جغرافیایی مشخص را دارد. به طور مثال، وقتی که از 4G استفاده می‌کنید، شبکه توانایی پشتیبانی از چهار هزار دستگاه الکترونیکی متصل به شبکه در هر کیلومتر مربع را دارد، در حالی‌که نسل پنجم شبکههای ارتباطی این رقم را به‌حدود یک میلیون دستگاه افزایش داده است.
نسل پنجم شبکههای ارتباطی به منظور پشتیبانی از این تعداد دستگاه، از فناوری تعمیم یافته چند ورودی و خروجی انبوه (Massive MIMO) استفاده می‌کند که سرنام Multiple Input Multiple Output (چند ورودی چند خروجی) است.
به بیان دقیق‌تر، آنتن‌های مخابراتی 5G که مجهز به فناوری MIMO هستند به شبکه مذکور اجازه میدهند در لحظه، داده‌های بیشتری را دریافت و ارسال کند و به دستگاه‌های بیشتری امکان اتصال به شبکه را بدهد.
یکی دیگر از ویژگی‌های شاخص این شبکه، ردیابی دقیق‌تر موقعیت مکانی کاربر است. در نسل‌های قبلی، امواج به شکل یکنواخت در ناحیه تحت پوشش توزیع یا به‌عبارت دقیق‌تر پخش می‌شدند، در حالی‌که شبکه 5G با شناسایی و ردیابی دقیق محل کاربر قادر است امواج را به طور مستقیم برای او ارسال کند.
فناوریهای ارتباطی و شبکی سنتی از فناوری خاصی که پروژکتورهای موج در یک منطقه نام دارد، استفاده می‌کنند. در معماری شبکههای 5G ، فناوری Massive MIMO بر روی زیرساخت‌های فعلی 4G نصب می‌شوند تا علاوه شبکه در مقایسه با نسل‌های قبلی بهبود پیدا کند.
نسل پنجم شبکههای ارتباطی، با استفاده از فرکانس‌های بالا، پهنای باند بیشتر و فناوریهای جدیدی مانند MIMO و Beamforming طراحی شده است تا بهبود قابل توجهی در سرعت انتقال داده‌ها، کاهش زمان تاخیر و افزایش پهنای باند و امنیت داده‌ها ایجاد کند. با استفاده از فرکانس‌های بالاتر نسبت به نسل‌های قبلی، پهنای باند به‌میزان قابل‌توجهی افزایش پیدا می‌کند. همچنین، فناوریهای کارآمدی مثل MIMO، تعداد آنتن‌های مورد استفاده در هر دستگاه و ایستگاه پایه را افزایش میدهند که باعث کاهش تداخل و افزایش سرعت انتقال داده‌ها می‌شود.
همچنین، با استفاده از فناوری Beamforming، سیگنال‌های فرستاده شده توسط دستگاه به صورت دقیق و مستقیم به دستگاه مقصد هدایت می‌شود که باعث بهبود کیفیت ارتباط و کاهش تداخل می‌شود.
در کل، نسل پنجم شبکههای ارتباطی با استفاده از ترکیبی از فناوریهای مختلف، مانند فرکانس‌های بالا، پهنای باند بیشتر، MIMO و Beamforming، امکان ارائه سرعت بالاتر، کاهش تاخیر و افزایش پهنای باند را در ارتباطات تلفن همراه فراهم می‌کند.
چه تفاوتی بین 5G و 4G وجود دارد؟
نسل چهارم و پنجم شبکههای ارتباطی در بسیاری موارد به یکدیگر شبیه هستند، با این‌حال، در برخی ویژگی‌های فنی تفاوت‌های قابل‌توجهی میان این دو شبکه وجود دارد.
سرعت انتقال داده‌ها: یکی از بزرگ‌ترین تفاوت‌های بین این دو شبکه، سرعت انتقال داده‌ها است. نسل پنجم شبکههای ارتباطی با پشتیبانی از فرکانس‌های بالا، پهنای باند بیشتر و فناوریهای جدیدی مانند MIMO و Beamforming، سرعت انتقال داده‌های بسیار بالاتری را نسبت به 4G فراهم می‌کند.
کاهش زمان تاخیر: نسل پنجم شبکههای ارتباطی زمان تاخیر را به میزان قابل‌توجهی کمتر کرده‌اند و اجازه داده‌اند کاربران به شکل روان‌تری از واقعیت مجازی،کنفرانس‌های ویدیویی و VoIP استفاده کنند.
افزایش پهنای باند: نسل پنجم شبکههای ارتباطی با استفاده از فرکانس‌های بالا، پهنای باند بیشتری را ارائه می‌کنند که به نوبه خود افزایش سرعت انتقال داده‌ها و کاهش زمان تاخیر را به‌همراه دارد.
پشتیبانی از تعداد بیشتری دستگاه: نسل پنجم شبکههای ارتباطی با استفاده از فناوریهای کارآمدی مثل مایمو (MIMO) قادر است هر زمان دستگاه‌های بیشتری به شبکه افزوده می‌شوند آنتن‌های بیشتری را مورد استفاده قرار دهد تا بالاترین سطح از سرعت و پهنای باند را در اختیار دستگاه‌ها قرار دهد.
افزایش توان شبکه: نسل پنجم شبکههای ارتباطی به لطف بهینه‌سازی‌های انجام شده در سطح شبکه، افزایش توان و پایداری بالاتر شبکه را به‌همراه دارند.
در مجموع، نسل پنجم شبکههای ارتباطی با استفاده از فناوریهای کارآمدی مثل فرکانس‌های بالا، MIMO و Beamforming، سرعت بالاتر، کاهش تاخیر و افزایش پهنای باند را ارائه می‌کنند که در مقایسه با 4G پیشرفت‌های قابل قبولی به شمار می‌روند.
اصطلاحات فنی اینترنت 5 جی
امواج میلی‌متری (Millimeter Waves)
امواج میلی‌متری (Millimeter Waves)، نوعی از امواج فراباند هستند که در فرکانس‌های بالا (30 تا 300 گیگاهرتز) قرار دارند. این امواج به دلیل پهنای باند بالا و قابلیت انتقال داده‌های بسیار بیشتر، به‌عنوان یک فناوری ارتباطی مهم در شبکههای 5G مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با وجود این که این امواج با فرکانس بالا قابلیت انتقال داده‌های بسیار بیشتر را فراهم می‌کنند، اما به‌دلیل قابلیت انتشار پایین، برای پوشش مناطق گسترده نیاز به تعداد بیشتری ایستگاه پایه دارند. همچنین، این امواج به‌دلیل نرخ انتشار نسبتا کمتر می‌توانند تداخل کمتری با سایر دستگاه‌ها داشته باشند.
اما، از طرفی این امواج به دلیل فرکانس بالای‌شان، توان توزیع بالای انتقال داده‌ها را دارند که باعث افزایش گرما می‌شوند که اکنون کارشناسان به‌دنبال راهکاری برای حل این مشکل هستند. بنابراین، برای استفاده از این امواج در شبکههای 5G، نیاز به استفاده از آنتن‌های خاصی با توان پایین و همچنین رعایت استانداردهای بهداشتی مربوط به تابش الکترومغناطیسی وجود دارد.
سلول‌های کوچک (Smart Cells)
سلول‌های کوچک (Smart Cells)، یکی از فناوریهای مورد استفاده در شبکههای 5G هستند. این سلول‌ها، به صورت ایستگاه‌های پایه کوچکی هستند که در محیط‌های شهری و ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و امکان ارتباط مستقیم با دستگاه‌های کاربری را فراهم می‌کنند.
در مقایسه با سلول‌های پایه بزرگ‌تر در شبکههای قبلی، سلول‌های کوچک دارای اندازه کوچک‌تر و توان کمتر هستند و به‌دلیل این مشخصه‌ها، برای پوشش مناطق گسترده نیاز به تعداد بیشتری از آن‌ها داریم. این سلول‌ها معمولا در ساختمان‌های بلند، ایستگاه‌های مترو، پل‌ها و تونل‌ها نصب می‌شوند که این مساله به‌دلیل افزایش توان و پوشش‌دهی بهتر شبکه به کاربران با هدف دست‌یابی به سرعت‌های بیشتر است. با استفاده از سلول‌های کوچک می‌توان پوشش‌دهی را در نواحی با جمعیت بالا، مانند مراکز شهری و فضاهای داخلی بهبود بخشید و هزینه‌های نصب و بهره‌وری را کاهش داد.
Massive MIMO چیست
Massive MIMO یا آنتن‌های چندگانه بزرگ (Massive Multiple-Input Multiple-Output)، یک فناوری ارتباطی مهم در شبکههای 5G هستند که با افزایش تعداد آنتن‌های مورد استفاده در ایستگاه‌های پایه، امکان انتقال داده‌های بیشتر و بهبود کیفیت ارتباط را فراهم می‌کنند.
در Massive MIMO، تعداد زیادی آنتن در ایستگاه‌های پایه استفاده می‌شود و این امر باعث بهبود کیفیت ارتباط با دستگاه‌های کاربری می‌شود. با این‌که تعداد آنتن‌ها در Massive MIMO بسیار بیشتر از MIMO سنتی است، اما هر آنتن با توان پایینی کار می‌کند و به همین دلیل، مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.
علاوه بر این، در Massive MIMO، از الگوریتم‌های هوشمندی استفاده می‌کند که باعث بهبود کیفیت خدمات ارتباطی و کاهش تداخل در شبکه می‌شود. به‌همین دلیل، Massive MIMO به‌عنوان یکی از فناوریهای مهم در شبکههای 5G مورد استفاده قرار می‌گیرد تا بهبود سرعت و پهنای باند شبکه را امکان‌پذیر کند.
فرم‌دهی پرتوها (Beamforming)
فرم‌دهی پرتوها (Beamforming)، یک فناوری مهم در شبکههای 5G است که با استفاده از آن امکان ارسال سیگنال‌های رادیویی به صورت جهت‌دار فراهم می‌شود. در واقع، فرم‌دهی پرتوها به‌معنای جهت‌دهی آنتن‌ها به سمت دستگاه‌های کاربری است تا سیگنال‌های رادیویی به صورت دقیق‌تری به این دستگاه‌ها ارسال شوند.
در فرم‌دهی پرتوها، به جای این‌که همه آنتن‌ها به صورت یک‌جا سیگنال‌ها را به دستگاه‌های کاربری ارسال کنند، آنتن‌ها به صورت هوشمند جهت‌دهی می‌شوند تا پرتوی رادیویی بهتری به دستگاه‌های کاربری ارسال شود. با این کار، امکان ارسال سیگنال‌های رادیویی با قدرت بیشتر و پایداری بیشتر به دستگاه‌های کاربری فراهم می‌شود و در نتیجه، سرعت و کیفیت ارتباط کاربران بهبود می‌یابد.
یکی از مزایای فرم‌دهی پرتوها، کاهش تداخل سیگنال‌های رادیویی است. با جهت‌دهی دقیق آنتن‌ها به دستگاه‌های کاربری، امکان کاهش تداخل با دستگاه‌های دیگر در اطراف آن‌ها وجود دارد. به‌همین دلیل، فرم‌دهی پرتوها به‌عنوان یکی از فناوریهای مهم در شبکههای 5G مطرح شده است و می‌تواند بهبود کیفیت و سرعت ارتباط کاربران را به همراه داشته باشد.
باند فرکانسی 5G
شبکههای 5G از باندهای فرکانسی مختلفی استفاده می‌کنند. این باندها شامل باندهای فرکانسی پایین (Sub-6 GHz) و باندهای فرکانسی بالا (mmWave) هستند.
باندهای فرکانسی پایین (Sub-6 GHz) در محدوده فرکانسی 600 مگاهرتز تا 6 گیگاهرتز قرار دارند و شامل باندهای فرکانسی 700 مگاهرتز، 800 مگاهرتز، 900 مگاهرتز، 1.8 گیگاهرتز، 2.1 گیگاهرتز، 2.3 گیگاهرتز، 2.6 گیگاهرتز و 3.5 گیگاهرتز است. این باندها معمولا برای پوشش مناطق گسترده و داخل ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و امکان ارتباط با سرعت بالاتر و بهبود کیفیت خدمات ارتباطی را فراهم می‌کنند.
باندهای فرکانسی بالا (mmWave) در محدوده فرکانسی 24 گیگاهرتز تا 100 گیگاهرتز قرار دارند و برای پوشش مناطق کوچک و برای ارتباطات با برد کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این باندها به‌دلیل دارا بودن پهنای باند بالا و سرعت بالای انتقال داده برای کاربردهایی مانند اینترنت چیزها (IoT) و ارتباطات بین دستگاه‌های هوشمند مناسب هستند.
به طور کلی، باندهای فرکانسی 5G با داشتن پهنای باند بیشتر و سرعت بالاتر، امکانات جدیدی را برای کاربران فراهم می‌کنند و به‌عنوان یکی از فناوریهای مهم در ارتباطات بی‌سیم مطرح مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بدون دیدگاه