in , ,

كل شيء عن تقنية 5G: فهم أسرع شبكة ممكنة

5G

لقد جلب لنا كل جيل جديد من الإنترنت فوائد من نوعها. جلب لنا أول نوع من شبكات الشبكات اللاسلكية أول الهواتف المحمولة ، مما أتاح لنا التواصل بين المسافات الطويلة. سمحت لنا الشبكة اللاسلكية الثانية 2G بإرسال رسالة نصية سريعة ، وسمحت 3G لمستخدمي الهواتف المحمولة بالاتصال بالإنترنت على الفور. في الوقت الحالي ، يستخدم معظمنا شبكة 4G ، والتي جلبت لنا سرعة الإنترنت التي نتمتع بها اليوم. على الرغم من أن سرعة شبكة الجيل الرابع تبدو وكأنها تقنية متطورة وقد تكون كافية لإرضاء احتياجات المستخدم الحديثة. فما هي شبكة 5G ولماذا هو مطلوب؟

إن امتلاك المزيد والمزيد من الأجهزة المتصلة بالشبكة اللاسلكية يدفع شبكة 4G إلى أقصى حد لأنها يمكن أن توفر اتصالاً عبر الإنترنت فقط لعدد معين من الأجهزة. تم إنشاء شبكة 5G لتوفير نطاق ترددي رقمي أكبر بكثير للشبكة وجعلها أسرع من أي وقت مضى. ستكون قادرة على تخزين ما يصل إلى ألف مرة من الأجهزة الرقمية أكثر من الشبكات قبل 5G.

يمكن لمستخدمي اليوم توصيل كل جهاز تقريبًا في منزلهم بالإنترنت. ببساطة ، لا توجد مساحة كافية لتناسب شبكة 4G. لهذا السبب ، ستصبح شبكة 5G الطبقة الأساسية لهذه التقنيات المتطورة مثل إنترنت الأشياء ، والقيادة الذاتية ، والواقع الافتراضي ، وما إلى ذلك. ولكن كيف بالضبط شبكة 5G يختلف عن الآخرين؟

ما هي شبكة 5G؟ 

أحد العوامل الأساسية التي يجب أخذها في الاعتبار أثناء معرفة شبكة 5G ، هو أنه عندما يبدأ تشغيله بشكل كامل مع اتصالات شبكة سلكية كاملة السعة لن تكون هناك حاجة إليها. لن تحتاج الأجهزة مثل HDTV وأنظمة الأمان والأجهزة الذكية والمركبات التي يتم التحكم فيها تلقائيًا وغيرها الكثير إلى كابلات لتقديم الاتصالات أو أنواع أخرى من خدمات الترفيه.

في حين أنه من الآمن القول أن هذا النوع من الاتصال يسمى شبكة 5G ، فإنه ليس صحيحًا تمامًا أن نسميها بهذه الطريقة. تم استدعاء جميع الأجيال المختلفة من الإنترنت بطرق مختلفة.

شبكة الجيل الخامس اللاسلكية هي أحدث تكرار للتكنولوجيا الخلوية. تم تصميمه من قبل المطورين لتمكين سرعة أكبر واستجابة للشبكة اللاسلكية. إذا كنت تتساءل عن معنى جعل الإنترنت لديك أسرع ، فتخيل تنزيل الملفات ، وليس عشرات ميغابايت / ثانية ولكن عشرات غيغابايت / ثانية. إنها تجربة مختلفة تمامًا ، أليس كذلك؟ من المتوقع أن يكون زمن الانتقال أقل من 1 مللي ثانية أو أقل للاستخدامات التي تتطلب استجابة فورية.

لفهم أفضل لجلب 5G إلى الطاولة ، لا يكفي أن نعرف أنه يزيد فقط من السرعة والسعة والكمون. توفر شبكة الجيل الخامس الكثير من الميزات مثل تقطيع الشبكة. تتيح هذه الميزة فرصة لمزود الشبكة لإنشاء شبكات افتراضية متعددة ضمن نظام 5G. يوفر تقطيع الشبكة العديد من الاحتمالات الرائعة لمستخدمها. مع الإنترنت القادم لأنظمة الأشياء والسيارات المستقلة ، سيكون من الممكن توزيع اتصال الشبكة بين جميع الأجهزة بشكل أكثر دقة. على سبيل المثال ، ستحتاج السيارات المستقلة إلى استجابة أكثر بكثير من الأجهزة في المنزل ، وسيكون ذلك ممكنًا بسبب تشريح الشبكة.

أسس 5G

على الرغم من أن ملعب شبكة الجيل الخامس لا يزال يمثل أرضية غير مألوفة بالنسبة للعديد من العلماء ، إلا أن هناك قدرًا معينًا من التقنيات الجديدة التي بدأت تنمو باعتبارها أسس مجموعة 5G.

التقنيات الرئيسية التي تشكل شبكة 5G هي:

1- موجات ملليمتر

من المحتمل أن تكون آمنًا في القول إن شبكة 5G و Millimeter Waves يمكن استخدامها بشكل مترادف ولكن لا تزال هناك بعض الوجبات السريعة التي يجب معرفتها. كونه مجرد جزء واحد مما ستستخدمه تقنية 5G ، فإن موجات المليمتر الملتر مع ترددات “النطاق المنخفض” و “النطاق الفرعي 6 جيجاهرتز” ستخلق سرعات بيانات أسرع مع مجموعة كاملة من المزايا الأخرى للعملاء.

يشير المصطلح mmWaves نفسه إلى جزء معين من طيف الترددات الراديوية يتراوح بين 24 جيجاهرتز و 100 جيجاهرتز. كل من هذه الترددات تشترك في شيء واحد – طول الموجة قصير للغاية. الهدف من تكنولوجيا mmWaves هو استخدام الفجوة غير المستخدمة من تردد الموجة لزيادة مقدار عرض النطاق الترددي المتوفر في الشبكة بشكل كبير. المشكلة في ترددات الراديو 4G الحالية هي أنها مزدحمة بشدة مع العديد من الإشارات الأخرى ، وتهدف mmWaves لإصلاح ذلك. من ناحية أخرى ، في حين يمكن أن تساهم Millimeter Waves في تحقيق أحد الأهداف الرئيسية لشبكة 5G – زيادة كبيرة في السرعة في نقل البيانات ، تصبح مسافة النقل أقصر قليلاً.

لتلخيص الترددات ، يمكن أن تستفيد الترددات المنخفضة في زيادة السرعة ، بينما تزيد مسافة التردد العالي ولكنها توفر عمليات نقل أبطأ. إن السبب وراء اختيار العلماء لموجات mmW في تقنية 5G هو أنها يمكن أن تغطي مناطق أصغر ، مكتظة بالسكان ، والتي ستكون واحدة من أكبر الفوائد في العديد من المدن.

2- خلية صغيرة

التقنية الرئيسية الأخرى التي تلعب دورًا مهمًا في تقنية 5G هي Small Cell. في حين أن البنية التحتية للشبكة التقليدية الحالية لديها الكثير من القيود ، تهدف تقنية 5G إلى زيادة هذه القيود بشكل كبير. هذه مهمة قابلة للتحقيق للقيام باستخدام تقنية Small Cell. إنه نظام إرسال لاسلكي منخفض المدى أو منخفض الطاقة أو محطات قاعدة تغطي موقعًا جغرافيًا صغيرًا. يمكن أن تغطي أيضًا التطبيقات الداخلية أو الخارجية.

المحطات الأساسية ذات الخلايا الصغيرة قادرة على التعامل مع معدلات البيانات العالية للمستخدمين الفرديين ، وستلعب هذه التكنولوجيا دوراً هاماً في تقديم تطبيقات النطاق العريض المتنقل العالي السرعة وتطبيقات الكمون المنخفض بكفاءة. للحصول على فهم أفضل للخلايا الصغيرة وما هو 5G ، دعونا نلقي نظرة على ثلاثة أجزاء من تكنولوجيا SC.

Femtocells. هل هي محطة قاعدة متنقلة صغيرة مصممة لتوفير تغطية طويلة للتطبيقات التجارية والسكنية. هدفه هو حل مشكلة وصول مشغل الهاتف المحمول لأولئك الذين لديهم قوة إشارة ضعيفة في موقعهم.
Picocells. محطة قاعدة خلوية صغيرة تستخدم لتغطية مساحة صغيرة. مثال جيد على ذلك هو تغطية أماكن مثل المكاتب أو المحطات الداخلية أو الأماكن الأخرى التي تجمع الكثير من الأشخاص تحت سقف واحد.
Microcells. بالمقارنة مع femtocells و picocells ، تم تصميم microcells لتكون قادرة على دعم كمية أكبر من المستخدمين. نظرًا لقدرتها العالية على النقل ، يمكنها تغطية أماكن مثل المدن والمترو وجعلها “ذكية”.

3- خوادم MIMO5G ضخمة

الجزء الثالث مما هو 5G هو إخراج متعدد المدخلات ، أو غير ذلك ، المعروف باسم MIMO. إنها تقنية تختتم العديد من الطبقات ، ولكن يمكن أيضًا وصفها على أنها الاستخدام المتزامن للترددات الراديوية نفسها لإرسال إشارات مختلفة. وهذا يعني أنه في المحطات الأساسية ، يمكن أن ترسل عدة هوائيات إشارات ، ويمكن أن تستقبلها عدة هوائيات وتقسيمها في وقت واحد.

تميل شبكات MIMO القياسية إلى استخدام من اثنين إلى أربعة هوائيات لنقل البيانات ونفس الرقم لاستقبالها. لكن بينما نتحدث عن MIMO الهائل ، من المهم أن نعرف أن هذا النظام يمكنه تحمل عدد أكبر بكثير من الهوائيات أكثر من مجرد واحد. من خلال عدد أكبر ، فهذا يعني أنه بدلاً من اثنين أو أربعة ، فإن MIMO الضخم يمكنه زيادة عدد الهوائيات بعشرات.

في المحطات الأساسية ، تقوم خوارزميات MIMO الضخمة بإنشاء أفضل طرق نقل ممكنة عبر الهواء للوصول إلى مستخدمها. يستخدم تقنية تكوين الشعاع ، والتي سيتم وصفها قريبًا ، و MU-MIMO ، التي تعمل على توسيع السعة الإجمالية لكل محطة أساسية عن طريق تمكين الاتصال بأجهزة متعددة باستخدام نفس الموارد ، وإنشاء جانب موحد تقريبًا للجهاز.

تكوين الشعاع

من خلال المضي قدمًا في التقنيات التي تضاف إلى شبكة 5G ، يعد Beamforming عنصرًا مهمًا آخر في هذه العملية. إنها تقنية لاسلكية تستخدم تقنيات الهوائي المتقدمة في كل من الأجهزة المحمولة ومحطات الشبكات الأساسية لتركيز إشارة لاسلكية في اتجاه معين ، بدلاً من إرسالها عبر منطقة واسعة. مثال جيد على ذلك هو مقارنة ضوء مصباح يدوي مع مؤشر ليزر. بينما يضيء المصباح في مساحة واسعة من الغرفة ، فإن النقطة الموجهة بالليزر تهدف إلى نقطة معينة ، مثل Beamforming.

مع وجود كمية هائلة من عناصر الهوائي في النظام ، يمكن أن يصبح Beamforming إصدارًا ثلاثي الأبعاد لجهاز إرسال البيانات. يمكن لـ 3D Beamforming إنشاء حزم رأسية وأفقية وإرسالها إلى المستخدمين ، الأمر الذي سيؤدي في النهاية إلى زيادة معدلات البيانات والسعة لمستخدميها الذين يمكن أن يكونوا موجودين في مواقع مختلفة.

الازدواج الكامل

الأساس الخامس لشبكة 5G هو عملية Full Duplex. ما يحاول العلماء فعله في هذه التكنولوجيا ، هو الحصول على إرسال واستقبال في قناة تردد واحدة لتحسين الكفاءة الطيفية التي يمكن بلوغها. التحدي الرئيسي الذي يواجه العلماء هو أنه من الصعب إيجاد طريقة لتخفيف انخفاض الأداء الذي يفرضه التدخل الذاتي.

Full Duplex عبارة عن مجموعة من التقنيات مثل الإخماد السلبي والإلغاء التمثيلي النشط والإلغاء الرقمي النشط.

استخدامات شبكة 5G: الاتصال بين البلاد

على الرغم من أن تكاليف البنية التحتية لشبكة الجيل الخامس يمكن أن تكون هائلة ، وقد أظهر العملاء دائمًا عدم تحمل كبير لزيادة الضرائب ، فإن بعض التقنيات التي تأتي في طريقنا يجب أن يكون لها شبكة 5G كأساس أساسي لها. لإثبات الحاجة إلى شبكة 5G ، سيتعين على صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية إيجاد طريقة لإظهار قدرة 5G بدلاً من 4G.

دعنا نذهب إلى بعض الأمثلة عن السبب وراء أهمية الجيل الخامس في وقت قريب.

1- سيارات ذاتية القيادة. قد لا يبدو الاعتماد على التكنولوجيا لزيادة السلامة في الطرق أفضل فكرة ، لكن وجود زمن استغراب شبه صفري في نقل بيانات السيارات قد يخفف العديد من أخطار الطرق. ستلعب شبكة 5G دورًا مهمًا هنا بسبب سرعتها وتوصيلها الشامل.

2- الواقع الافتراضي والمضاف. ستلعب سرعة نقل البيانات في الواقع الافتراضي أو المعزز دورًا مهمًا في توفير بيئة حسية في الوقت الفعلي ، والتي يمكن تصديقها للمستخدم. لتوفير تجربة سلسة لتجربة الواقع الافتراضي والمعزز ، ستكون هناك حاجة إلى اتصال يمكنه إرسال بيانات تصل إلى 5 جيجابايت في الثانية.

3- حوسبة سحابية. الإنترنت هو أكثر من مجرد مكان للمحتوى ، بل هو أيضًا مُسهل الاتصال في الشبكات واسعة النطاق. ما تقدمه شركة 5G هو أن خدمات الحوسبة السحابية ستكون قادرة على الاقتراب من المستخدم أكثر مما هي عليه الآن. يشبه هذا ما تقوم به Edge Computing – تقريب الخوادم من العميل ، وبالتالي تقليل زمن الوصول الناتج عن المسافة. هذا يمكن أن يكون ميزة في المنافسة بين خدمات الاتصالات.

4- انترنت الأشياء. سوف تنبثق الثورة القادمة من العصر الرقمي مع اتصال زمن الوصول المنخفض لشبكة 5G. ستظهر أشياء مثل المطبخ والأمن والتنظيف المنزلي والأجهزة الأخرى بمساعدة شبكة الجيل الأحدث. سوف نرى زيادة في الكفاءة في أي وقت من الأوقات. ستمكن هذه التطبيقات من آلة إلى آلة السيناريوهات التي ستتولى الأجهزة فيها مثل هذه الأنشطة والصناعات مثل التصنيع.

5- رعاية صحية. إن الهدف الأكبر من إحداث ثورة في التكنولوجيا هو دائمًا تحسين حياة الناس ، والرعاية الصحية هي واحدة من أهم القضايا. إن التوصيلية المنخفضة الكمون لشبكة 5G ستغير العلاج السريري كما نعلم. لن يحتاج المواطنون في المناطق الريفية إلى الانتقال إلى المدن الكبرى لتلقي الرعاية الصحية المناسبة. ستتيح أحدث شبكة اتصال الفرصة لتلقي حلول ودعم فوريين من الجراحين من جميع أنحاء العالم.

نظرة عامة

لا يوجد إنكار لما سيفعله 5G في الاستفادة من مستخدميه. خلال تطور الشبكة ، جلبت لنا كل شبكة جيل العديد من الاحتمالات وجعلت حياتنا أكثر كفاءة وعالمية وأكثر ملاءمة. على الرغم من أن شبكة 5G موجودة بالفعل ، فإن تنفيذها وبناءها سيستغرق بعض الوقت للوصول إلى الجزء الأكبر من السكان.