شبکه 5G؛ دستاوردی دیگر از فناوری دنیای امروز

پیش‌بینی می‌شود که شبکه‌ی 5G انقلاب بزرگی در فناوری‌های گوشی‌های همراه به وجود آورد. چرا که این امکان را در اختیار کاربران قرار می‌دهد که با سرعت بالاتری به اینترنت دسترسی پیدا کنند ضمن این که دریچه‌ای نو به سوی کاربردهای جدید صنعتی باز کرده و به راه‌اندازی "شهرهای هوشمند" کمک خواهد کرد. گام مهم بعدی، دستیابی بهتر به فناوری‌های رو به رشد جهان است که تا تحقق این امر، مسیر زیادی باقی مانده است.

با این حال، شرکت‌ها و دولت‌های سراسر دنیا سعی بر این دارند تا با به کارگیری نکات دقیق، شبکه‌ی 5G تلفن همراه را در سطح وسیعی ارایه دهند. در ادامه به وضعیت فعلی این فناوری و روند رو به حرکت آن اشاره خواهیم کرد.

نگاهی به جزئیات

بر خلاف صحبت‌ها و سرمایه‌گذاری‌هایی که پیرامون شبکه‌ی 5G صورت گرفته است، هنوز هم مشخصات این فناوری در سطح جهانی تعریف نشده است. البته سازمان‌هایی مثل "اتحادیه‌ی بین المللی مخابرات" (ITU) و " اتحادیه‌ی نسل بعدی شبکه‌های موبایل" (MGMN) سعی بر آن داشته‌اند که ویژگی‌های شبکه‌ی 5G، تنها به عناوینی مثل سرعت انتقال داده‌ی ۱ گیگابیت بر ثانیه برای کاربران محلی به طور هم‌زمان، تاخیر کم، افزایش پوشش‌دهی و بهبود راندمان، محدود نشود. با این حال، می‌دانیم که حالت نهایی با آنچه که به عنوان وضعیت ایده‌آل تعریف می‌شود اختلاف زیادی خواهد داشت و هنوز هم بحث‌های جاری در مورد استاندارد جهانی 5G وجود دارد.

در حال حاضر فناوری، یکی از بزرگ‌ترین موانع راه تلقی می‌شود. محققان و متصدیان امر هنوز در حال بررسی معایب و مزایای تکنولوژی‌ها و سخت‌افزارهای متنوع برای سازگاری با استانداردهای 5G هستند. این تحقیقات در نظر دارند تا با بررسی انتشار امواج رادیویی میلی‌متری کوچک و فناوری انتشار امواج مایمو (MIMO)، افزایش باند لازم برای رسیدن به قابلیت‌های مورد نظر را فراهم کند. در این پژوهش، تکنینک‌هایی مانند تکرار کننده‌ی سلولی (cellular repeater) و ماکرو-تنوع (macro-diversity) با حفظ نرخ‌های بالای انتقال بیت ، اتصال دستگاه به دستگاه (D2D) را در مناطق بزرگ فراهم می‌کند. ضمن این که موارد دیگری مانند سازگاری تکنولوژی‌های قبلی با فناوری 5G سنجیده می‌شود. از این رو صنعت مخابرات با روی کار آوردن استانداردهایی مانند LTE Advanced Pro قصد دارد که پلی برای پر کردن شکاف‌های موجود ایجاد کند.

علاوه بر این، شبکه‌ی 5G قصد دارد تا امکان اتصال هم‌زمان هزاران دستگاه کم مصرف مربوط به اینترنت اشیا (IoT) را برقرار کند و گامی در جهت بهره‌وری انرژی بردارد. ضمن این که مواردی مانند برنامه‌نویسی، انتقال، پردازش و هماهنگی داده‌ها، در این مقوله جای بحث و بررسی دارد. از این رو با توجه به گستردگی کاربرد این فناوری، می‌توان درک کرد که چرا تاکنون یک توافق همه جانبه درباره‌ی استانداردهای این فناوری صورت نگرفته است و تحقیقات و بررسی‌ها همچنان ادامه دارد. از طرفی کمپانی‌های مختلف در تلاش هستند تا بخشی از مشکلات موجود را به شیوه‌ی خود حل کنند.

با این حال، توافقاتی هم بین توسعه‌دهندگان این شبکه پذیرفته شده است. فناوری 5G با استفاده از باندهای رادیویی فرکانس بالا، اجازه می‌دهد تا انتقال داده‌ها با سرعت بالاتری انجام شود. سیستم دسترسی و پوشش‌دهی شبکه شامل تعداد زیادی از فرستنده‌های کوچک‌تر است که بعضی از آن‌ها تنها چند بلوک را پشتیبانی می‌کنند تا عدم دستیابی به سیگنال‌های فرکانس بالا جبران شود. در بین دستگاه‌های مصرف کننده، گوشی‌های هوشمند با استفاده از فناوری‌هایی مانند carrier aggregation (اختصاص چند فرکانس حامل) و مایمو می‌توانند تحت پوشش ایستگاه‌های پایه‌ی متعددی قرار بگیرند ضمن این که توان کلی شبکه در این حالت افزایش پیدا می‌کند. از این رو با معرفی 5G، از پوشش‌دهی و سرعت بالای شبکه‌هایی مانند LTE، وای فای و طیف‌های باز، اطمینان حاصل خواهد شد.

توسعه‌ی 5G در ایالات متحده

در حالی که هنوز فاصله‌ی دوری با شناخت دقیق بازار 5G در سراسر دنیا داریم، بعضی از کشورها در حال برداشتن گام‌های اولیه هستند.

در اوایل ماه جولای سال جاری، ورایزون (Verizon) اولین شرکت مخابراتی در ایالات متحده است که به انتشار جزئیات ویژگی‌های شبکه‌ی 5G خود پرداخته است. این شرکت با بهره‌گیری از اسناد فنی و جزئیات مربوط به بررسی‌های صورت گرفته در تکنیک‌هایی چون پردازش آنتن‌های آرایه‌ای، فناوری‌های carrier aggregation و پهنای باند گسترده، اقدام به حرکت‌هایی در زمینه‌ی افزایش سرعت 5G می‌کند. این امیدواری وجود دارد که این تلاش‌ها بتواند به عنوان یک نقشه‌ی ساخت، نه تنها برای شبکه‌ی 5G بلکه دیگر حامل‌ها هم به کار رود.

ورایزون، با انتشار مشخصات ارتباطاتی خود در این مرحله، امیدوار است که بتواند تاثیری قوی بر تکنولوژی‌های مرتبط با استاندارد جهانی 5G بگذارد. پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که استاندارد جهانی 5G تا سال ۲۰۲۰ مشخص خواهد شد. هر چند که این احتمال وجود دارد که ورایزون در بین راه تغییر مسیر دهد. چرا که ورایزون هنوز در حال ادامه‌ی آزمایشات و بررسی‌های خود است. ضمن این که با دیگر توسعه‌دهندگان مطرح دنیا از قبیل شرکت‌های کی تی (KT Corporation)، سامسونگ و نوکیا هم همکاری دارد. در ثانی، به طور حتم بخشی از جنبه‌های شبکه‌ی 5G در اختیار مقامات دولتی خواهد بود.

هفته‌ی گذشته، کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) در ایالات متحده، رای به مجاز بودن طیف‌های وایرلس در فرکانس‌های بالای ۲۴ گیگاهرتز داد تا بدین منظور، بستر استفاده از فناوری‌های مربوط به 5G فراهم شود. این فرکانس‌ها می‌توانند دسترسی به باندهای ۲۸، ۳۷، ۳۹ و ۶۴ تا ۷۱ گیگاهرتز را پشتیبانی کنند. از طرفی طیف‌های پویا و طیف‌های باز هم تحت حمایت این فرکانس‌ها قرار می‌گیرند. نکته‌ی مهم دیگری که وجود دارد این است که FCC، فرکانس این باندها را به جای بخش‌های ۵ تا ۱۰ مگاهرتزی (که در حال حاضر برای شبکه‌های 4G استفاده می‌شود) به صورت بلوک‌های ۲۰۰ مگاهرتزی ارایه خواهد داد. این راهکار کمک می‌کند تا پهنای باند بیشتری برای حامل‌های 5G قرار بگیرد و به بهبود سرعت آن کمک کند. امروزه حداکثر باند فرکانسی شبکه‌های 4G LTE Advanced ۲۰ مگاهرتز است که آن هم در شرایط استفاده از حامل‌های اختصاصی چند آنتنه، تحقق پیدا می‌کند.

هر چند که باندهای فرکانس بالا کمک می‌کنند تا داده‌ها با سرعت بالاتری منتقل شوند اما به خوبی باندهای فرکانس پایین‌تر فعلی در دامنه‌های طولانی عمل نمی‌کنند. چرا که باندهای فرکانس بالا به راحتی می‌توانند در مواجهه با ساختمان‌ها مسدود شوند. از این رو FCC در رای نهایی خود محدودیت‌هایی در مورد فرکانس‌های باندهای 5G اعمال کرد. در حال حاضر، بیشتر پوشش‌های LTE در ایالات متحده باند فرکانسی معادل ۱ گیگاهرتز دارند. در صورتی که FCC رای به کاهش باندهای فرکانس 5G بدهد، به منظور فراهم آوردن پوشش کافی نیاز به افزایش ایستگاه‌های فرستنده‌ی کوچک‌تر است. در این صورت فقط در مناطق پر جمعیت راه‌اندازی این فناوری توجیه پیدا می‌کند. پس این احتمال وجود دارد که در سال‌های اولیه‌ی روی کار امدن 5G، مناطق روستایی سهمی از این فناوری نداشته باشند.

FCC در مصوبه‌ی دیگری لزوم جایگزینی خطوط قدیمی شبکه‌ی تلفن ثابت با دیگر خطوط سیمی (مانند کابل‌های فیبری) یا وایرلس مطرح کرد. ضمن این که جایگزین انتخاب شده بتواند با خدمات ضروری مانند پلیس ارتباط برقرار کند. روال کار این‌طور نشان می‌دهد که در سرمایه‌گذاری‌های مربوط به تکنولوژی‌های جدید مانند 5G، دست‌اندرکاران امر ترجیح می‌دهند که به جای استفاده از کابل‌های مسی و قدیمی به سراغ راهکارهای جدیدتر بروند.

یک روز پس از رای‌های صادره، کاخ سفید اعلام کرد که ۴۰۰ میلیون دلار بودجه جهت برنامه‌های تحقیقاتی به صندوق بنیاد ملی علوم اعطا کرده است. این کمک هزینه‌ی مالی جهت مقالات و پروژه‌های مرتبط با 5G در نظر گرفته شده است.

در حال حاضر این طور به نظر می‌آید که ایالات متحده یک رویکرد ترکیبی را در نظر گرفته است تا در روزهای اول روی کار آمدن 5G، نتایج مطابق با انتظارات باشد. بنا بر یک چارچوب زمانی، ورایزون و AT & T اعلام کرده‌اند که در سال ۲۰۱۷ شبکه‌ی 5G را به صورت آزمایشی بررسی می‌کنند و در سال ۲۰۲۰ این فناوری به صورت تجاری عرضه خواهد شد.

برنامه‌ی جهانی شبکه‌ی 5G

البته دیگر کشورهای جهان قصد ندارند تا منتظر باشند ایالات متحده اولین ارایه‌دهنده‌ی شبکه‌ی 5G باشد. چرا که با یک رقابت جهانی رو به رو هستیم. در حال حاضر، شرکت مخابرات ژاپنی ان‌تی‌تی دوکومو (NTT DoCoMo) در حال بررسی امکان استفاده از طیف موج میلی‌متری در سرعت‌های بالا است. این شرکت توانسته است این راهکار را در اولین 5G آزمایشی خود در سال گذشته ارایه دهد و در طول آزمایش سرعت انتقال داده را به ۳.۶ گیگابیت بر ثانیه برساند.در کره‌ی جنوبی هم، شرکت کی تی - که در حال حاضر همکاری نزدیکی با ورایزون در زمینه‌ی استاندارد‌های 5G دارد- در حال برنامه‌ریزی برای رونمایی از تکنولوژی 5G در المپیک ۲۰۱۸ پیونگ چانگ است.

چین هم در این میان خود را وارد بازی کرده است. آکادمی تحقیقات مخابراتی این کشور یک برنامه‌ی تحقیقاتی سه ساله ترتیب داده است تا بر روی موضوع شبکه‌ی 5G تمرکز شود. در انگلستان، دانشگاه سوری (Surrey ) یک مرکز نوآوری 5G برپا کرده است. از طرفی دانشگاه کمبریج هم اولین کتاب جامع در مورد این موضوع را با عنوان "شبکه‌ی 5G موبایل و فناوری ارتباطات ‌بی‌سیم" منتشر کرده است. در کنار این‌ها، دولت بریتانیا برنامه دارد دارد که تا سال ۲۰۲۲، امکان استفاده‌ی عمومی از فرکانس ۷۵۰ مگاهرتز در نسل بعدی ارتباطات برقرار شود. ضمن این که بودجه‌هایی در زمینه‌ی تحقیق و توسعه، در خصوص این موضوع در نظر گرفته است.

در اروپا اوضاع کمی پیچیده‌تر است. ۲۰ شرکت مخابراتی از جمله نوکیا، وودافون (Vodafone)، بی تی (BT) و دویچه تلکوم (Deutsche Telekom) از سرمایه‌گذاری در شبکه‌ی 5G ابراز رضایت کردند منوط بر این که قوانین بی‌طرفی شبکه‌ای از مواضع خود عقب‌نشینی کند. این گروه نگران است که دستاورد تلاش و سرمایه‌گذاری‌اش نتیجه‌ای از قوانین بی‌طرفی شبکه‌ای باشد. بسته به این که کمیسیون اروپا چه راهکاری برای رسیدگی به این وضعیت در نظر می‌گیرد، این مسئله می‌تواند مانع بزرگی در تنظیم جدول زمانی 5G کشورهای اروپایی ایجاد کند.

امروزه، هزینه‌ی انتقال ۱ گیگابایت داده در شبکه‌ی 4G معادل ۱ دلار است. طبیعتا با روی کار آمدن فناوری 5G این هزینه با افزایش قابل توجهی روبرو خواهد شد . به خصوص اگر برای راه‌اندازی این شبکه نیاز به استفاده از فرستنده‌های کوچک سلولی باشد و کاربران هم روند تماشای محتواهای ویدیویی با وضوح بالا را پیش بگیرند! بنابراین، به نظر می‌رسد که کسب و کار ارایه دهندگان نسل بعدی اینترنت شبکه، تفاوت‌های کوچکی با وضعیت فعلی داشته باشد.

 همچنان کارهای زیادی برای روی کار آمدن شبکه ی 5G وجود دارد که باید توسط شرکت‌ها و دولت‌ها انجام شود. از این رو آماده‌سازی 5G نیاز به تلاش مشترک سیاست‌گذاران و شرکت‌های فناوری دارد. رهاورد ظهور این فناوری، انتقال سریع‌تر داده‌ها و افزایش پهنای باند خواهد بود که کمک می کند دستگاه‌های بیشتری به یکدیگر متصل شوند و همین امر ارزش این تلاش‌ها را روشن‌تر می‌کند.

می‌توان انتظار داشت که نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم تا قبل از سال ۲۰۲۰ در دسترس کاربران قرار بگیرد. هر چند که در مورد بعضی از کشورها - خصوصا کشورهای بزرگی مانند ایالات متحده- فراگیر شدن این فناوری کمی طولانی‌تر خواهد بود.