۵G چیست و چه کاربردهایی دارد؟

به گزارش دانشجو، ۵G یا نسل پنجم یک استاندارد وایرلس، مانند ۴G است؛ اما هنوز تعریف مشخصی ندارد. انجمن بین‌المللی ارتباطات (ITU) تا نوامبر ۲۰۱۷ تعریف نهایی ۵G را اعلام نخواهد کرد، سازندگان چیپ هنوز سخت‌افزار لازم برای ۵G را تولید نکرده‌اند و شرکت‌های مخابراتی در حال تست استانداردها هستند.

اما این موانع باعث نشده‌اند شرکت‌ها رو به جلو حرکت نکنند. اپراتورهایی همچون ورایزن، AT&T و اسپرینت در حال تست شبکه‌های ۵G در شهرهای مختلف و سازندگانی همچون نوکیا، کوالکام و اینتل در حال تولید نمونه‌های اولیه تجهیزات ۵G هستند که در نهایت در گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دیگر محصولات استفاده خواهند شد. اما این شرکت‌ها هنوز نمی‌دانند چه زمانی ۵G به بازار عرضه خواهد شد یا حتی بر سر اینکه ۵G چه خواهد بود، اختلاف دارند.

۵G چیست؟

برای درک بهتر ۵G، شناخت نسل‌های قبلی فناوری‌های مخابراتی مانند ۳G، 2G و ۴G ضروری است. با عرضه فناوری ۲G در دهه ۹۰ میلادی، ارتباطات وایرلس تلفنی علاوه بر صوت، از پیامک نیز پشتیبانی کردند. ۳G انتقال داده را نیز به پیامک و تماس صوتی افزود و در نهایت، ۴G LTE سرعت و اطمینان‌پذیری این قابلیت‌ها را افزایش داد.

۵G بهبودهای زیادی نسبت به نسل قبل در تکنولوژی‌های حال حاضر می‌دهد؛ اما تکنولوژی‌های جدیدی نیز معرفی می‌کند. سازندگان هنوز بر سر تکنولوژی‌های نهایی موجود در ۵G توافق نکرده‌اند، اما مهم‌ترین تکنولوژی‌ها عبارتند از: سلول‌های کوچک، امواج میلی‌متری، MIMO، فیلترینگ فضایی و فول داپلکس.

برج‌های مخابراتی کوچکی وجود دارند که می‌توان آن‌ها را در مکان‌های دور از دید، مانند سقف خانه‌ قرار داد. این برج‌ها نیازی به انرژی زیادی ندارند و زمانی که به‌صورت کلاستر باشند، بهتر عمل می‌کنند. سلول‌های کوچک، داده‌ها را با استفاده از امواج میلی‌متری منتقل می‌کنند. طول موج امواج میلی‌متری از متوسط موج‌ها کوتاه‌تر و بازه فرکانسی آن‌ها بین ۳۰ تا ۳۰۰ گیگاهرتز است. این بازه فرکانسی از سیگنال‌های خارجی در امان است؛ اما قدرت بسیار کمی برای عبور از موانع فیزیکی دارد. در برخی موارد، تنها یک برگ درخت کافی است تا دانلود شما مختل شود.

امواج میلی‌متری محدودیت‌های زیادی دارند؛ اما برای MIMO مناسب هستند. MIMO یک سیستم وایرلس است که از چندین فرستنده رادیویی برای فرستادن و دریافت داده به‌صورت هم‌زمان استفاده می‌کند. شبکه‌های ۴G LTE فعلی از حداکثر ۸ فرستنده و ۴ گیرنده پشتیبانی می‌کنند؛ درحالی‌که برج‌های مخابراتی ۵G از ده‌ها فرستنده و گیرنده پشتیبانی خواهند کرد.

فرستنده رادیویی بیشتر به معنی تداخل بیشتر است و اینجا است که فیلترینگ فضایی وارد می‌شود. به‌طور ساده، می‌توان گفت فیلترینگ فضایی از الگوریتم‌هایی استفاده می‌کند تا حرکت امواج وایرلس را مدیریت کند و برای افزایش قدرت امواج، آن‌ها را در یک پرتو متمرکز می‌کند.

فناوری فول داپلکس (Full Duplex) سیگنال را بیش از پیش تقویت خواهد کرد. اکثر برج‌های مخابراتی و گوشی‌های هوشمند نمی‌توانند به‌صورت هم‌زمان داده را ارسال و دریافت کنند؛ اما گوشی‌های هوشمندی که از فناوری فول داپلکس بهره ببرند، خواهند توانست هم‌زمان داده را ارسال و دریافت کنند و این به معنای دوبرابر شدن پهنای باند است.

۵G در دنیای واقعی

اگر تست‌های فعلی را ملاک قرار دهیم، ۵G بسیار سریع خواهد بود. پیش‌نویس اولیه سند ITU خواهان حداقل سرعت دانلود ۲۰ گیگابیت بر ثانیه و سرعت آپلود ۱۰ گیگابیت بر ثانیه برای هر ایستگاه پایه است.

این سرعت بین همه کاربران برج مخابراتی تقسیم می‌شود؛ اما اپراتورهایی همچون AT&T، انتظار دارند ۵G باید سرعت بالایی داشته باشد. داو والتر، معاون مدیر ارتباطات و معماری رادیویی شرکت AT&T، در کنفرانس ۵G بروکلین در نیویورک گفت مهندسان این شرکت در سایت آزمایشی در شهر آستین تگزاس به سرعت ۶ گیگابیت بر ثانیه دست یافته‌اند. با این سرعت می‌توان یک فیلم ۴K با حجم ۱۰۰ گیگابایت را تنها در دو دقیقه و نیم دانلود کرد.

پیش‌نویس مشخصات ۵G خواهان زمان تأخیر کم است. ITU زمان تأخیر ۵G را ۵ میلی‌ثانیه می‌داند. در مقام مقایسه، زمان تأخیر ۴G LTE حدود ۲۰ میلی‌ثانیه است. زمان تأخیر کم ۵G خبر خوبی برای اپلیکیشن‌های چت ویدئویی و بازی‌های رایانه‌ای چندکاربره خواهد بود.

اما پوشش ۵G در حد ۴G LTE و حتی در حد ۳G نیز نخواهد بود. از بسیاری جهات، ۵G شبیه وای‌فای خواهد بود تا ارتباطات موبایلی. فرستنده‌های ۵G به‌جای برج‌های بلند، در مکان‌هایی نزدیک به زمین نصب می‌شوند. ۵G دامنه و برد نسل‌های فعلی را ندارد و اگر فرستنده پشت یک مانع مانند دیوار قرار گیرد، سیگنال را از دست خواهید داد. علت این است که امواج ۵G فرکانس بالایی دارند و طول موج آن‌ها کم است، در نتیجه، قدرت نفوذ به اشیایی مانند دیوار، پنجره و درخت ندارد. یکی از راه‌حل‌های این مشکل این است که در مکان‌های پر رفت و آمد مانند پارک‌، کافی‌شاپ‌ و فرودگاه‌، تجهیزات ۵G نصب شود. باسیل الکادی، مدیر بازاریابی کوالکام در این زمینه می‌گوید:

 ما در مورد مراکز شلوغ شهری در نیویورک و شیکاگو بحث می‌کنیم. شما ۵G را ابتدا در مراکز خرید و پارک‌ها خواهید دید.

جیسون الیوت، مدیر بازاریابی و امور شرکتی نوکیا، می‌گوید:

    اپراتورها باید در مورد برنامه خود بسیار محتاط باشند. اگر به نقشه‌ی هوایی منهتن نگاه کنید، خواهید دید که در خیابان‌های پهن بر خلاف خیابان‌های باریک، درختی وجود ندارد. پس اگر فرستنده‌ها در خیابان‌های پهن نصب شوند، در خیابان‌های باریک سیگنال خوبی دریافت نمی‌شود.

هات‌اسپات‌های ۵G از نظر اندازه بسیار متفاوت خواهند بود و برخی از مناطق نسبت به مناطق دیگر عملکرد بهتری خواهند داشت. الیوت می‌گوید: «شما در درون هات‌اسپات‌ها، هات‌اسپات‌هایی با سرعت بیشتر و زمان تأخیر کمتر خواهید داشت.»

این معایب باعث می‌شوند اپراتورها به پشتیبانی از ۴G LTE تا آینده‌ای نامعلوم ادامه دهند. الکادی می‌گوید:

بیشتر دستگاه‌های ۵G از ۴G LTE نیز پشتیبانی خواهند کرد. اگر کاربر از ناحیه پوششی ۵G خارج شود، از ۴G استفاده خواهد کرد. LTE باید وجود داشته باشد.

به همین دلیل، الکادی انتظار دارد ۴G LTE نیز در کنار ۵G به توسعه خود ادامه دهد. اسپرینت و اریکسون در حال کار روی ۴G LTE گیگابایتی هستند و تی‌موبایل نیز ادعا می‌کند که بخشی از شبکه‌اش از ۴G LTE گیگابایتی پشتیبانی می‌کند. الکادی می‌گوید:

 شبکه‌های LTE به تکامل خود ادامه خواهند داد. ما انتظار داریم تا دو سه سال آینده ۴G LTE با سرعت ۲ گیگابیت بر ثانیه در دسترس همگان باشد.

اینترنت پرسرعت خانگی

۵G حتی قادر است اینترنت پرسرعت در اختیار کاربران خانگی قرار دهد. در ماه فوریه امسال، ورایزن اعلام کرد که اواخر سال ۲۰۱۷ تست تکنولوژی ۵G را در پنج شهر آمریکا آغاز می‌کند. ورایزن با همکاری سامسونگ،‌ اریکسون، اینتل و کوالکام در خانه‌ها نقاط دسترسی ۵G نصب می‌کند که قادر به ارائه اینترنت پرسرعت گیگابایتی هستند.

ورایزن تنها شرکتی نیست که تست ۵G را در دستور کار خود قرار داده است. AT&T امسال DirecTV را به کاربران خانگی عرضه خواهد کرد. DirecTV در حال حاضر نام سرویس استریم تلویزیونی شرکت AT&T است؛ اما این شرکت قصد دارد DirecTV را به‌صورت یک بسته چهارگانه شامل سرویس تلویزیون، اینترنت ۵G خانگی، سرویس موبایل و سرویس تلفن ثابت عرضه کند.

این می‌تواند خبر خوبی برای کاربران باشد و حق انتخاب مصرف‌کنندگان را افزایش می‌دهد. بر اساس گزارش سال ۲۰۱۵ کمیسیون فدرال ارتباطات، ۵۱ درصد خانه‌های آمریکا برای تهیه اینترنت ۲۵ مگابیت بر ثانیه و بالاتر، تنها به یک اپراتور دسترسی دارند.

تمرکز بر ارائه ۵G برای خانه‌ها شاید بیشتر به دلیل تجهیزات باشد. سازندگان تراشه همچون اینتل و کوالکام، مودم‌های ۵G خود را اوایل سال ۲۰۱۷ معرفی کردند و پیشرفت‌هایی داشته‌اند، اما هنوز راه درازی در پیش دارند. الکادی می‌گوید:

 در بازه زمانی کم، استفاده از وایرلس آسان‌تر از ۵G خواهد بود. عمر باتری و دیگر مشکلات، چالش‌هایی برای توسعه ۵G خواهند بود.

۵G ارزان نخواهد بود و واضح است که اپراتورها دوست دارند بخشی از هزینه را بر گردن مشتریان بیندازند. تحلیلگران iGR معتقدند که توسعه و ساخت شبکه‌های ۵G به ۴۸ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری برای ارتقاء شبکه‌های LTE تا سال ۲۰۱۹ و ۵۶ میلیارد دلار برای نصب تجهیزات جدید ۵G بین سال‌های ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۵ نیاز دارد. شرکت سیسکو معتقد است که میزان مصرف داده اینترنت موبایل تا سال ۲۰۱۹، ۵۷ درصد افزایش خواهد داشت و میانگین قیمت طرح داده موبایل از ۵۱ دلار به ۱۱۹ دلار می‌رسد. ایان گیوت، رئیس iGR، می‌گوید:

اجرای ۵G هزینه بالایی خواهد داشت. بر خلاف تکنولوژی‌های وایرلس پیشین که بیشتر هزینه در رابط‌های هوایی بود، ۵G نیاز به سرمایه‌گذاری زیادی در مراکز داده و دفاتر مرکزی خواهد داشت. موفقیت ۵G به توانایی پشتیبانی از سرویس‌ها و اپلیکیشن‌هایی که به زمان تأخیر کم نیاز دارند و ارائه ویدئوها بستگی دارد.

کاربردهای ۵G

سرعت بالا و زمان تأخیر کم، پتانسیل آن را دارد تا صنایع گوناگون را دگرگون کند.

خودروها

خودروهای خودران یکی از مهم‌ترین عوامل رشد اینترنت ۵G خواهند بود. آینده‌نگران پیش‌بینی می‌کنند که خودروهای خودران بر بستر شبکه‌های با تأخیر کم، اطلاعاتی همچون مدیریت فضای ابری، اطلاعات سنسورها و محتوای چندرسانه‌ای را تبادل می‌کنند. بر اساس تحقیقات ABI Research، در آینده ۶۷ میلیون حساب کاربری به خودروهای ۵G اختصاص خواهد یافت که سه میلیون از آن‌ها مربوط به ارتباطات با زمان تأخیر کم در خودروهای خودران خواهد بود.

اینترنت اشیاء

بر اساس گفته‌های آشا کدی، مدیر کل استانداردهای موبایل در اینتل، ۵G اولین شبکه‌ای است که در هنگام طراحی آن، تطابق آن با اینترنت اشیاء در نظر گرفته شده است. او می‌گوید:

  شبکه‌ها و استانداردهای نسل بعدی برای حل چالش‌های ترکیب زیرساخت‌های ارتباطی و کامپیوتری لازم خواهند بود. در شبکه‌های ۵G، قابلیت‌های محاسباتی با قابلیت‌های ارتباطی ترکیب می‌شوند و به همین دلیل تریلیون‌ها دستگاهی که به اینترنت متصل هستند، نگران توان پردازشی نخواهند بود؛ چون شبکه خواهد توانست هر پردازشی را انجام دهد.

کدی آینده‌ای را تصور می‌کند که ساعت‌های هوشمند و تبلت‌ها با استفاده از سنسورهای حساس به مکان و محتوا، اطلاعات را با کسانی که در تقویم شما هستند به اشتراک می‌گذارند و در هنگام استفاده از سرویس‌هایی مبتنی بر مکان، در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند. در نهایت، هر چیزی از گجت‌های پوشیدنی گرفته تا محصولات اینترنت اشیاء مانند ماشین‌های لباسشویی، دوربین‌های ترافیک و حتی درخت‌هایی که سنسورهای کوچک دارند، با هم ارتباط خواهند داشت. او می‌گوید:

زیرساختی از ارتباطات و قدرت محاسباتی وجود خواهد داشت و هیچ کس دست خالی نخواهد ماند؛ چون بسیاری از قابلیت‌هایی که لازم دارند، در نزدیکی آن‌ها خواهد بود. حتی شارژ وایرلس نیز در این شبکه تجمیع می‌شود تا دستگاه‌ها پیوسته کار کنند. 

واقعیت مجازی و واقعیت افزوده

۵G باعث پیشرفت‌های زیادی در حوزه واقعیت مجازی و استریم ویدئو خواهد شد. اخیرا اپراتور اسپرینت، تورنمنت فوتبال آمریکایی Copa America را به‌صورت واقعیت مجازی وایرلس استریم کرد و هواوی دمویی از یک ویدئوی ۳۶۰ درجه که به‌صورت زنده بر بستر شبکه ۵G پخش شده بود، نشان داد.

اپلیکیشن‌های مبتنی بر فضای ابری

اپلیکیشن‌های وب و فضای ذخیره‌سازی ابری از ۵G بهره زیادی خواهند برد. الکادی می‌گوید:

فضای ابری به یک ضمیمه نامحدود حافظه گوشی هوشمند تبدیل خواهد شد. شما دیگر هیچ‌گاه نگران کمبود حافظه برای ذخیره عکس‌های خود نخواهید بود.

اپلیکیشن‌های فوری گوگل، اپلیکیشن‌های وب مبتنی بر فضای ابری که بسیار سریع در جستجوگر موبایل اجرا می‌شوند، از ۵G بهره زیادی می‌برند. با سرعت بالای شبکه، شما دیگر نگران زمان لود پایین نخواهید بود.

تا چه زمانی باید منتظر بمانیم؟

بیشتر اپراتورها ۲۰۲۰ را سال عرضه گسترده ۵G هدف‌گذاری کرده‌اند. اما برخی از اپراتورها مطمئن هستند که زودتر از ۲۰۲۰ می‌توانند شبکه‌های ۵G را راه‌اندازی کنند. AT&T قصد دارد دوره آزمایشی شرکت‌های کوچک و مجتمع‌های خانگی را در نیمه دوم سال ۲۰۱۷ گسترش دهد. الکادی، مدیر بازاریابی کوالکام، معتقد است که محصولات سازگار با ۵G امسال روانه بازار می‌شوند. او می‌گوید:

ما انتظار داریم در سال ۲۰۱۷ بین ۸ تا ۱۰ محصول سازگار با ۵G در سراسر دنیا ببینیم. ما طبق برنامه حرکت می‌کنیم. ۵G زودتر از آن چیزی که فکر کنید فرا خواهد رسید.