تکنولوژی 5G چیست؟ همه چیز در مورد 5G به زبان ساده

5G یک فناوری کامل است که نزدیک به یک دهه از پروژه ساخت آن می گذرد. شرکت های مخابراتی از چند سال پیش برای انتخاب شهرهای پشتیبان 5G شروع به تحقیق و آزمون کردند و هم اکنون بسته به قابلیت های تلفن شما، دسترسی به اینترنت 5G تقریبا در دسترس است. فناوری 5G یا شبکه نسل پنجم ارتباط بی سیم یا وایرلس است که ارزش هایی مانند سرعت بیشتر، تاخیر کمتر و پایداری بهتر را با خود به همراه دارد.

فناوری ارتباطات از راه دور موبایل نسل پنجم یک تغییر بزرگ در شبکه‌های موبایل است که سرعت انتقال و دریافت داده نسبت به چیزی که حالا با شبکه‌های 4G تجربه می‌کنیم کاملا متفاوت است. حالا اپراتورهای بزرگ دنیا زیر ساخت های این فناوری را توسعه داده اند و در حال راه اندازی فناوری 5G هستند و بجز آمریکا، سوییس، ژاپن، چین، نروژ و استرالیا، کشورهای جهان سوم هم در حال تست این فناوری هستند.

اینترنت 5G چیست؟

5G، نسل پنجم تکنولوژی ارتباطات بی سیم شبکه تلفن همراه است که سرعت دانلود و آپلود بالاتر، ارتباط پایدارتر و ظرفیت بیشتری نسبت به نسل های قبلی یعنی 4G، 3G و … دارد. فناوری 5G خدمات اینترنت چند گیگابایتی و بی سیم را در خانه یا محل کار شما، بدون نیاز به WiFi، فعال می کند.

شبکه های 5G بسیار کارآمد هستند، ارتباطات بیشتری را در هر دکل انجام می دهند و سرعت بیشتری را ارائه می دهند. 5G همچنین برای کار با طیف وسیع تری از فرکانس های رادیویی (RF) طراحی شده است و امکانات جدیدی را در باند بسیار بالا mmWave (موج میلی‌متر) برای شرکت های مخابراتی فراهم می کند تا خدمات شبکه خود را گسترش دهند.

این شبکه، این پتانسیل را دارد که روش استفاده انسان از اینترنت، اپلیکیشن ها و شبکه های اجتماعی را به کلی تغییر دهد. ظرفیت بیشتر و ارتباط آنی تر، دقیقا نیازهایی هستند که تکنولوژی های پیشروی دیگر مانند اینترنت اشیا، متاورس و هوش مصنوعی هم به آن ها نیاز دارند. برای مثال اتومبیل های خودران، بازی های ویدئویی و اپلیکیشن های پخش زنده به ارتباط پایدار و بسیار سریعی نیاز دارند که در حال حاضر اینترنت های 4G نمی توانند آن ها را تامین کنند.

فناوری 5G چگونه کار می کند؟

5G یک سیستم دیجیتال جدید برای انتقال اطلاعات با سرعت بسیار بالا است. این فناوری 10 تا 20 برابر سریع تر از فناوری 4G کار می کند. این رابط جدید که از طیف موج میلی متر بهره می برد، امکان استفاده از دستگاه های بیشتری را در همان منطقه جغرافیایی فراهم می کند؛ مثلا 4G امکان پشتیبانی از حدود 4 هزار دستگاه در هر کیلومتر مربع را دارد، در حالی که 5G حدود یک میلیون دستگاه را پشتیبانی می کند.

به این ترتیب سرویس نتفلیکس، تماس های صوتی و یوتیوب بدون وقفه برقرار و پخش می شوند. همچنین 5G از یک فناوری دیجیتالی جدید به نام Massive MIMO استفاده می کند، که مخفف چندین ورودی و چندین خروجی است که نسل 5G همچنین از یک تکنولوژی دیجیتال جدید که ورودی خروجی انبوه (Massive MIMO) نام دارد، استفاده می کند.

عبارت MIMO مخفف Multiple Input Multiple Output (چند ورودی چند خروجی) است و در آن از اشعه های چند هدفه برای ردیابی کاربران در اطراف محل سلول (Cell Site) و افزایش پوشش دهی، سرعت و ظرفیت شبکه استفاده می شود. فناوری های شبکه که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند، مانند پروژکتور موج را در یک ناحیه منتشر می کنند اما میزان زیادی نور/سیگنال اتلاف می شود. این در حالی است که به دلیل نصف فناوری Massive MIMO و افزوده شدن روی زیر ساخت های 4G، عملکرد نسل 5G بهینه تر خواهد شد.

تفاوت 5G با 4G چیست؟

اینترنت 5G کامل کننده راه اینترنت 4G است. در مقایسه با شبکه های نسل سوم، 4G امکان پخش برنامه های ویدیویی با کیفیت غیر ممکن را ممکن کرد. به این معنی که در حال حاضر کاربران به برنامه های تلویزیونی زنده در حال حرکت دسترسی دارند و از سوی دیگر امکان برقراری تماس های صوتی و تصویری هم با سرعت بالا فراهم شده است.

اما تداوم روند رشد سیگنال های ویدیویی، منجر به افزایش ازدحام شبکه می شود. در واقع نسل 4G با محدودیت شدیدی در حجم اطلاعات مواجه است که می تواند با سرعت بالا در طول بلوک های طیفی منتقل شود.

یکی از مهم ترین تفاوت های شبکه 5G با 4G این است که ازدحام و شلوغی در شبکه 5G بی معنا است. به این ترتیب کاربران در ساعات اوج ترافیک برای دسترسی به اطلاعات دچار مشکل نمی شوند. از سوی دیگر 5G فناوری اینترنت اشیا (Internet of Things) را محقق می کند. به این ترتیب انسان ها و اشیاء پیرامون شان به شکل وسیعی به یکدیگر متصل می شوند.

انتظار می رود با ظهور جدیدترین نسل از شبکه های ارتباطی، صنایع مبتنی بر داده، شهرهای هوشمند و مدیریت زیرساخت ها با انقلاب بزرگی رو به رو شوند. چون این نوع از شبکه های مخابراتی می توانند تعداد بیشتری از ابزارهای ارتباطی را در یک ناحیه با امنیت و قابلیت اطمینان بیشتر و وقفه و اختلال بسیار کمتر به یکدیگر متصل کرده و مورد بهره برداری قرار دهند.

سرعت اینترنت 5G

وقتی کاربران با مرورگر گوشی های هوشمند خود کار می کنند، سرعت نقش مهمی برای آن ها دارد. در حال حاضر، میانگین سرعت اینترنت 4G حدود 45 مگابیت بر ثانیه است اما شرکت ها همچنان امیدوارند که سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه را عملی کنند.

در دنیای واقعی، می توانیم از اینترنت 5G انتظار ارائه ی 10 یا 20 برابر سرعت بیشتر را داشته باشیم. این سرعت مربوط به شبکه های 5G است که در کنار شبکه 4G فعلی ساخته و عملیاتی خواهد شد. شبکه های 5G تکی که از فرکانس های بسیار بالا بهره می برند، به راحتی می توانند سرعت بالای 1 گیگابیت بر ثانیه را عملی کنند. البته این شبکه ها حداقل چند سال دیگر ارائه می شوند.

سرعت اینترنت 5G در مودم

بهترین روش دسترسی به اینترنت 5G از طریق انواع گوشی موبایل، تبلت، دوربین سیم کارت خور و سایر تجهیزات سیم کارتی می باشد. مودم 5G هم یکی از تجهیزات سیم کارت خور است که برای دریافت و استفاده اشتراکی از اینترنت 5G کاربرد دارد.

امواج شبکه های وای فای و شبکه های 4G LTE در این بازه فرکانسی 25 تا 35 گیگاهرتز قرار دارند. با این امواج رادیویی، امکان پوشش مناطق نسبتا گسترده تحت شبکه با نرخ داده 100 تا 900 مگابایت در ثانیه وجود دارد که باند فرکانسی بالا در بازه 3001 تا 1000 قرار دارد.

از آنجا که سرعت اینترنت 5G تا چند گیگابیت در ثانیه می رسد و شبکه های 5G از تاخیر و نوسان خیلی پایین و پایداری خیلی بالا برخوردار هستند، استفاده از بستر برای دسترسی به شبکه اینترنت در اماکن مسکونی، اداری، تجاری، دانشگاهی، آموزشی، تحقیقاتی، کافی نت، گیم نت ها، صنعتی، هتل ها و رستوران ها بسیار کارآمد است. در آینده نه چندان دور، در بسیاری از این اماکن، مودم ADSL، مودم TD LTE و سیستم های اینترنتی زمینی و ماهواره ای با انواع مودم پر سرعت جایگزین خواهند شد.

باند های میلیمتری اساس تحول سرعت در شبکه اینترنت 5G

افزایش سرعت اینترنت 5G با استفاده از امواج موسوم به میلی متری (Millimeter Waves) محقق می شود. امواج میلی متری یا mmWave فرکانس هایی بین 30 تا 300 گیگاهرتز دارند. تا قبل از این، از آن ها فقط برای ارتباطات بین ماهواره ای و سیستم های راداری استفاده می شد.

برای استفاده از امواج میلی متری، نصب تعداد زیادی سلول ارسال سیگنال کوچک ضروری است؛ چون برد حرکت این امواج بسیار کوتاه می باشد. این مسافت با تداخل شرایط آب و هوایی، ساختمان ها و درختان و موانع فیزیکی دیگر کوتاه تر نیز می شود.

روشی که برای دور زدن اشیاء موجود در مسیر امواج میلی متری مطرح شده است، Brute-Force نام دارد. در این روش، چندین گره ارسال امواج در اطراف هر بلوک یا منطقه نصب می شوند. سپس با اتصال هر دستگاه مصرف کننده ی شبکه 5G به یک رابط Air، امکان انتقال آن بین گره ها فراهم می شود. به این ترتیب، کاربر با جا به جا شدن در یک منطقه، از گره های متفاوتی سرویس می گیرد؛ بدون این که لزوما سرعت یا کیفیت اینترنت او تغییر کند.

سایر باندهای مورد استفاده در شبکه اینترنت 5G

نسل های قبلی اینترنت بی سیم تلفن همراه، از باندهایی در طیف های فرکانسی پایین تر نسبت به امواج mmWaves استفاده می کردند که دلیل اصلی محدودیت سرعت آن ها بود. شبکه اینترنت 5G همچنان از این امواج در مواردی که موانع موجود در مسیر حرکت امواج میلی متری زیاد هستند، استفاده می کند.

این امواج، فاصله های بیشتری طی می کنند، اما سرعت و ظرفیت کمتری دارند و به آن ها باندهای پایین و میانی طیف امواج رادیویی گفته می شود. فرکانس باندهای پایین، بین 600 تا 700 مگاهرتز و فرکانس باندهای میانی 2/5 تا 3/5 گیگاهرتز است. استفاده از این باندهای فرکانسی، به عنوان یک راه حل عملی تر برای چالش برد کوتاه و تداخل پذیری امواج mmWaves، نیز مطرح شده است.

در حالی که دستیابی به استانداردهای اینترنت 5G در مناطق پر جمعیت فقط با امواج میلی متری مسیر است، در مناطق کم تراکم تر می توان از باندهای پایین و میانی استفاده کرد. آن ها سرعت پایین تری دارند، اما در حال حاضر راه حل مقرون به صرفه تری برای ارسال امواج در فواصل بلند محسوب می شوند. برد امواج پایین صادر شده از یک ایستگاه 5G تا صد ها مایل هم می رسد.

فناوری 5G چه زمانی ارائه می شود؟

شبکه های 5G از سال 2019 به طور جدی مستقر شدند، اما سال ها قبل زمینه برای شبکه نسل بعدی فراهم شد و معماری استاندارد 5G در سال 2016 ارائه شد. بدیهی است که هنوز 5G به اشباع کل بازار نرسیده است یا حتی بیشترین میزان استفاده از این فناوری در گوشی های هوشمند را نشان نمی دهد. اما با نگاهی به تاریخچه عرضه 4G می توان خوش بین بود که این فناوری هم کم کم به سر تا سر جهان تسلط پیدا می کند و فراگیر می شود. 4G برای اولین بار در سال 2009 به صورت تجاری مستقر شد و تا سال 2013 طول کشید تا در بسیاری از کشورها معیار اصلی ارتباطات باشد و بر شبکه های 3G قدیمی مسلط شود.

برای داشتن اینترنت 5G باید چه کار کنیم؟

ما برای این که بتوانیم از قابلیت های فناوری پر سرعت 5G بهره مند شویم، فقط به شرکت محابراتی نیاز نداریم. ما همچنین باید یک گوشی هوشمند 5G خریداری کنیم. در حال حاضر گوشی های هوشمند 5G بسیاری موجود است که می توانید آن ها را خریداری کنید. همچنین لازم به ذکر است که 5G از نظر مصرف انرژی، باتری بیشتری استفاده می کند. بنابراین عمر باتری گوشی های هوشمند می تواند بدتر هم بشود.

مزایای اینترنت 5G چیست؟

مزایای اینترنت 5G شامل موارد زیر است:

آنتن دهی در حرکت سریع

با شبکه 5G، ایستگاه های پایه باید حرکت از 0 تا 310 مایل در ساعت را پشتیبانی کنند. به این معنی است که ایستگاه پایه باید در طیف وسیعی از حرکات آنتن (حتی در قطار سریع السیر) کار کند. اگر چه این کار به راحتی در شبکه های LTE انجام می شود، اما چنین تحرکی می تواند در شبکه های جدید mmWave یک چالش باشد.

بهره وری

رابط های رادیویی هنگام استفاده باید از نظر انرژی کم مصرف باشند و در صورت عدم استفاده به حالت ذخیره انرژی بروند. در حالت ایده آل، موج رادیو باید بتواند در مدت زمان 10 میلی ثانیه به حالت کم انرژی تبدیل شود و دیگر از آن استفاده نشود.

سرعت 5G در دنیای واقعی

با این که حداکثر نرخ داده بسیار چشمگیر به نظر می رسد، سرعت واقعی مانند آن نخواهد بود. سرعت بارگیری کاربر 100 مگابیت بر ثانیه و سرعت بارگذاری 50 مگابیت بر ثانیه است.

تراکم اتصال در شبکه 5G

از نظر تراکم اتصال، شبکه 5G باید بتواند دستگاه های متصل بیشتری نسبت به 4G را پشتیبانی کند. کشورهای دارای استاندارد 5G باید بتوانند از 1 میلیون دستگاه متصل در هر کیلومتر مربع پشتیبانی کنند. این مجموعه عظیمی است که تعداد زیادی از دستگاه های متصل به اینترنت اشیاء (IoT) را در نظر می گیرد.

کارایی طیفی

کارایی طیفی در واقع استفاده بهینه از طیف یا پهنای باند است تا حداکثر مقدار داده با کمترین خطای انتقال قابل انتقال باشد. انتظار می رود که 5G دارای راندمان طیفی کمی بالاتر از LTE باشد.

حداکثر نرخ داده

فناوری شبکه 5G به طور قابل توجهی سرعت داده را افزایش می دهد. حداکثر نرخ داده می تواند به 20 گیگابایت بر ثانیه کاهش و 10 گیگابایت بر ثانیه در هر ایستگاه پایه تلفن همراه برسد. توجه داشته باشید که این سرعتی نیست که با 5G تجربه می کنید (مگر این که اتصال اختصاصی داشته باشید). در حقیقت، این سرعتی است که همه کاربران سلول از آن استفاده می کنند.

تاخیر

تأخیر، زمانی که برای انتقال داده ها از یک نقطه به نقطه دیگر لازم است، در شرایط ایده آل باید 4 میلی ثانیه و برای موارد استفاده با حداکثر سرعت 1 میلی ثانیه باشد.

آیا سرعت 5G به منطقه سکونت هم بستگی دارد؟

سرعت 5G در دنیای واقعی بسیار متفاوت خواهد بود. شبکه های Sub-6 باید بتوانند سرعتی معادل صدها گیگابایت در ثانیه ارائه دهند. اما در حال حاضر اتصالات می توانند از 50 مگابایت بر ثانیه تا 400 مگابایت بر ثانیه باشند.

مشخص کردن سرعت mmWave در دنیای واقعی کمی دشوار تر است چون mmWave در دنیای واقعی به سختی در دسترس می باشد. اگر اتفاقاً خود را در یک شبکه mmWave پیدا کنید، ممکن است بتوانید به سرعتی تا 4 گیگابایت بر ثانیه برسید. این سرعت چندین برابر سریع ترین شبکه های 4G است، اما بستر این اتصالات بسیار کم است و دسترسی گسترده به آن ها بسیار دشوار است.

در بسیاری از مناطق، اینترنت 5G به همان اندازه یا گاهی اوقات کند تر از 4G است. این معمولا به دلیل محدودیت در دسترس بودن طیف است، چون شرکت های مخابراتی سعی می کنند از یک دسته امواج رادیویی برای پشتیبانی هم زمان از شبکه های 4G فعلی و شبکه های 5G جدید استفاده کنند؛ این سرعت باید بهتر شود چون دستگاه های بیشتری به این فناوری مجهز می شوند و شرکت های مخابراتی شروع به تغییر زیر ساخت های خود می کنند.

آیا اینترنت 5G در مناطق روستایی هم ارائه می‌شود؟

در بسیاری از کشورها، ساکنان مناطق روستایی خواهان دستیابی به اینترنت پر سرعت تر هستند. اما اینترنت 5G راه حل این مشکل نخواهد بود، چون برای این فناوری از باندهای فرکانس بالا استفاده می شود که با وجود بهره گیری از ظرفیت زیاد، مناطق محدودی را پوشش می دهند. به همین علت، برای ارائه ی اینترنت 5G باید دکل ها و فرستنده های متعددی نصب شود که چنین هزینه ای برای مناطق روستایی چندان به صرفه نیست. شاید پس از گذشت چندین سال، دولت ها با ارائه ی مشوق های مالی، منجر به راه یابی این فناوری به مناطق روستایی شوند.