5G: كيف يبدو مستقبل شبكات الهاتف المحمول؟

تعتمد تقنية 4G المستخدمة حاليًا في جميع أنحاء العالم على قواعد معينة لمعايير قديمة جدًا، مثل نظام GSM الذي يعود تاريخه إلى بداية التسعينيات، ومنذ ذلك الحين، تنوعت الاستخدامات بشكل كبير، حيث عرفنا، إلى جانب المكالمات الهاتفية، وصول الرسائل النصية القصيرة (SMS). رسائل الوسائط المتعددة ثم الإنترنت عبر الهاتف المحمول.

خاصة منذ ظهور الهواتف الذكية، بدأت شبكات المشغلين في التشبع ولم تعد قادرة على تلبية الطلب المتزايد من العملاء.. وفي السنوات الأخيرة، شهدنا أيضًا انتشار الكائنات المتصلة. وتتطلب هذه الاتصال بالإنترنت، مع استهلاك منخفض للطاقة. في هذه الحالة، يكون التدفق ثانويًا. ومع ذلك، في شبكات الجيل الثاني والثالث والرابع، يتم التركيز على الإنتاجية، على حساب استهلاك الطاقة. وهنا يأتي دور 5G.

تركز تقنية 4G بشكل كبير على السرعة

لعدة أشهر، قرأنا في كل مكان أن 5G ستسمح بتحقيق سرعات أكبر من 10 جيجابت في الثانية. من المحتمل جدًا، لكن هذا ليس ما سيغير الوضع. لا تزال تقنية 4G تتمتع بإمكانيات قوية للتطوير من حيث السرعات. يمكننا أن نرى ذلك معمودم Snapdragon X16 الجديد من شركة كوالكوم، قادر على الوصول إلى 1 جيجابت في الثانية، وهو أكثر من كافٍ للغالبية العظمى من الاستخدامات. ستستمر تقنية 4G في التطور، وبالتالي سيكون من الممكن الوصول إلى 10 جيجابت في الثانية مع معيار LTE. ومع ذلك، فمن المتوقع أن يتم توفير 5G في مواضيع أخرى.

النقطة الأولى التي يجب تذكرها هي الاستهلاك. وكما رأينا في MWC العام الماضي،وكانت شركات الاتصالات تتحدث بالفعل عن خفض الاستهلاك، منذ صدور التقرير الأبيض عن تحالف NGMNأعرب عن رغبته في رؤيةامتدت استقلالية الهواتف الذكية إلى ثلاثة أيام.بالنسبة للأشياء المتصلة التي تستهلك القليل من الطاقة، فقد ذكروا أن عمر البطارية يصل إلى 15 عامًا. كيفية تحقيق هذا؟ في الوقت الحالي، لا يزال الأمر غامضًا تمامًا، ولكن هناك العديد من الخيارات: تقليل التدفق، وإنشاء فتحات يتم خلالها تشغيل الأجهزة،مثل لوراوآخرونسيجفوكس.

أما القضية الرئيسية الأخرى فهي زمن الوصول، أي الوقت الذي تستغرقه المعلومات للانتقال من مكان إلى آخر في العالم. في 4G، نحن نستغرق عدة عشرات من المللي ثانية في أفضل الأحوال. مع الألياف الضوئية، ينخفض ​​هذا الرقم إلى أقل من 10 مللي ثانية.

مسألة الكمون

ل5G،ويريد المهندسون خفض هذا الرقم، في بعض الحالات، إلى أقل من علامة المللي ثانية، خاصة في الحالات التي يكون فيها زمن الوصول ضروريًا. سيكون هذا هو الحال في المستقبل بالنسبة للسيارات المتصلة والمستقلة، والأضواء الحمراء، وخدمات الطوارئ، والطائرات بدون طيار المتصلة، والعمليات الطبية عن بعد، وما إلى ذلك.

في MWC 2016، أظهرت Samsung وDeutsche Telekom زمن وصول 5G مقابل زمن انتقال 4G. كان على الذراع الآلية أن تلتقط كرتين، حيث تم إرسال موضعهما في تقنية 4G لواحدة، مع زمن انتقال قدره 25 مللي ثانية، وفي 5G للأخرى، مع زمن انتقال قدره 0.75 مللي ثانية. وكما يمكنك أن تتخيل، لم يتمكن الروبوت إلا من الإمساك بكرة "5G".

تشبع الهوائي

وأخيرًا، فإن التحدي الرئيسي الأخير الذي ستواجهه تقنية الجيل الخامس هو تشبع الخلايا، بسبب وجود عدد كبير جدًا من الأجهزة المتصلة في نفس الوقت.ولذلك يأمل مختلف اللاعبين في عالم الاتصالات الاعتماد على الخلايا الصغيرة لحل مشكلة التشبع.. والفكرة هي مضاعفة هوائيات الترحيل في شكلخلايا صغيرةهوائيات صغيرة جدًا، يمكن وضعها في كل مكان تقريبًا في مراكز المدن والمنازل. يكفي زيادة عدد الهوائيات بشكل كبير، وبالتالي تغطية الشبكة، مع تقليل تشبع كل خلية.

هناك طريقة أخرى لتقليل التشبع تتمثل في مضاعفة الترددات المستخدمة بالإضافة إلى التشكيلات الجديدة. لذلك، بالفعل 4G،يتيح تعديل QAM256 الجديد زيادة الإنتاجية بنسبة 33% دون زيادة عرض الترددات المستخدمة. لنأخذ كمثال خلية ذات إنتاجية قصوى تبلغ 100 ميجابت في الثانية في QAM64. وبالتحويل إلى QAM256، تصبح سرعته القصوى 133 ميجابت في الثانية، وإذا استخدم كل مستخدمين 50 ميجابت في الثانية، فلا يزال هناك احتياطي لمستخدم ثالث.

كيف يخطط اللاعبون المختلفون لزيادة السرعات مع تقليل استهلاك الطاقة لأجهزة 5G؟ سؤال جيد. في الوقت الحالي، كل شيء ليس واضحًا تمامًا، كما سنرى.

لا يزال يتعين تحديد المعايير

إذا كانت لدى 4G معايير تسمح لمختلف المشغلين ومصنعي الهواتف الذكية بتقديم منتجات متوافقة مع بعضها البعض، فإن هذا ليس هو الحال بالنسبة لـ 5G حتى الآن. تعمل الجهات الفاعلة المختلفة على إيجاد أرضية مشتركة. وهكذا نجد 5GPP وهي شراكة بين القطاعين العام والخاص أنشأتها أوروبا والتي تجمع المصنعين والمشغلين ومصنعي معدات الشبكات والباحثين من جميع أنحاء العالم.

الهدف هو النجاح في خلق معيار مشتركبما في ذلك استخدام نطاقات التردد المشتركة. وهذا الهدف، إذا تحقق، سيضع حداً لصداع شراء هاتف في منطقة أخرى من العالم، حيث ستتمكن جميع الهواتف الذكية بعد ذلك من العمل على جميع الشبكات العالمية.

ولكن في الوقت الحالي، من الواضح أن معايير 5G غير موجودة ولا يمكن لأحد تعريف 5G حقًا ولا التقنيات والتقنيات المستخدمة للاستجابة لحالات الاستخدام التي رأيناها أعلاه. 3GPP، الذي ندين له بمواصفات معايير 3G و4G،عقدت ورشة عمل في سبتمبر الماضي. الفرصة لتعلم ذلكيجب إكمال المرحلة الأولى من المواصفات خلال النصف الثاني من عام 2018 (3GPP الإصدار 15) والمرحلة الثانية بحلول نهاية عام 2019 (3GPP الإصدار 16).

بشكل عام، يعتمد اللاعبون المختلفون بشكل كبير علىتم العثور على موجات ملليمتر بين نطاقي 30 و 300 جيجا هرتز. للمقارنة، يستخدم الجيل الرابع في فرنسا نطاقات تتراوح بين 700 و2600 ميجاهرتز. كلما زاد التردد المستخدم، كلما زاد الصبيب، على حساب اختراق المباني ومسافة الإرسال وبالتالي التغطية، ومن هنا الحاجة إلى استخدام الخلايا الصغيرة.

موجات ملليمتر لـ 5G

وقد بدأ بالفعل استخدام الموجات المليمترية، ولا سيما من قبل مزود خدمة الإنترنت Starry في بوسطن الذي يعد بسرعة تصل إلى 1 جيجابت في الثانية.ويخطط فيسبوك لاستخدام هذا النوع من الموجات أيضًا في مشروعه Internet.org. أخيراً،لدى فوجيتسو العديد من المشاريع في طور التنفيذ، بما في ذلك معموجات ملليمتر مما سمح للشركة المصنعة بالوصول إلى سرعة 56 جيجابت في الثانية(حوالي 7 جيجابايت/ثانية) عبر رابط لاسلكي في نطاقات تتراوح بين 72 و99 جيجا هرتز.

خلايا صغيرة للمدن

بالإضافة إلى الخلايا الصغيرة والموجات المليمترية، هناك تقنيتان أخريان من شأنها زيادة السرعات والتي نعرفها جيدًا بالفعل مع 4G. هذه هي MIMO وتجميع الناقل. MIMO هو تنفيذ عدة هوائيات داخل هوائيات الهاتف الذكي والراديو، لمضاعفة الإنتاجية بعدد الهوائيات.هذا العام، من المفترض أن نشهد ظهور أول هواتف ذكية بتقنية 4×4 MIMO، لا سيما مع مودم Snapdragon X16 من Qualcomm. ويمكن لشبكة 5G بعد ذلك استخدام أربعة هوائيات أكثر لزيادة السرعات. ومع ذلك، فإن مسألة الفضاء والاستهلاك سوف تنشأ.

تجميع الناقل

يعد تجميع الموجات الحاملة مبدأً معروفًا، لأنه يسمح للهاتف الذكي باستخدام نطاقات تردد مختلفة في نفس الوقت، من أجل زيادة الإنتاجية. وبالتالي، إذا كان النطاق الذي يبلغ عرضه 10 ميجاهرتز يجعل من الممكن الحصول على سرعة 100 ميجابت في الثانية، فإن تجميع النطاقين (على سبيل المثال 800 و1800 ميجاهرتز) بعرض إجمالي قدره 20 ميجاهرتز سيجعل من الممكن تحقيق السرعة 200 ميغابت في الثانية.يتم قياس عيوب التجميع من حيث التكلفة بالنسبة للمشغل،نظرًا لأن الأخير يضطر إلى نشر هوائيات مختلفة في كل مرة، ولكن أيضًا لشراء نطاقات تردد مختلفة بسعر مرتفع.

Beamforming: الترشيح المكاني

وأخيرًا، تقوم الشركات المصنعة للمعدات أيضًا بإجراء أبحاث لتحسين الإشارة بشكل أفضل اعتمادًا على موقع المستخدم بالنسبة للهوائي. تقنية نعرفها بالفعل في عالم الواي فاي معتكوين الشعاع.الهدف هو تركيز الإشارة في الاتجاه الصحيحعبر المعلومات التي يرسلها الهاتف الذكي إلى الهوائي. تتجنب هذه الطريقة استخدام كل الطاقة المتاحة للإرسال "بشكل أعمى" على أمل الوصول إلى الجهاز. هنا يتم استخدام الطاقة المتاحة في شعاع أضيق، مما يؤدي بعد ذلك إلى زيادة الإنتاجية. وهذا أيضًا يمنع الهاتف من استهلاك الكثير من الطاقة في محاولة تضخيم الإشارة.

5G: أين ومتى؟

لذلك لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يجد اللاعبون في عالم الاتصالات معيارًا لشبكة الجيل الخامس. الوقت ينفد، منذ ذلك الحينوفقًا للرئيس التنفيذي لشركة Nokia، من المفترض أن نرى عمليات النشر الأولى في عام 2017، مع زيادة تدريجية حتى عام 2020. والشيء المؤكد هو أنه في عام 2018، سيتمكن بعض العملاء من الاستفادة من 5G خلال دورة الألعاب الأولمبية الشتوية في كوريا الجنوبية في عام 2018.في Orange، التي تختبر 5G في فرنسا في بلفور على موجات ملليمترويقدر المسؤولون أن الاختبارات واسعة النطاق ستستمر في عامي 2017 و2018، ومن المتوقع نشرها تجاريًا في عام 2020.

في MWC، كانت العروض التوضيحية عملية، وهي إشارة إلى أن التقنيات أصبحت جاهزة تقريبًا، ولم يتبق سوى الجانب الإداري والتوحيدي. أظهرت شركة إريكسون محطة متحركة ذات إنتاجية تبلغ 10 جيجابت في الثانية على النطاق 15 جيجاهرتز والتي تتواصل مع محطة تدمج 8 وحدات تحتوي كل منها على 64 هوائيًا.

في T-Mobile، يمكننا أن نرى عرضًا لسرعة 10 ميجابت في الثانية مع زمن وصول قدره 1 مللي ثانية، ولكن أيضًا سرعة قصوى تبلغ 70 جيجابت في الثانية بفضل الموجات المليمترية وثلاث محطات MIMO.وتتوقع Verizon إجراء اختبارات هذا العام قبل البدء في نشر 5G في عام 2017.

يعيش 4G!

ومع ذلك، فإن تقنية 4G لم تمت بعد، حيث طرح مصنعو المعدات والمصنعون العديد من التقنياتوالتي قمنا بتغطيتها بالفعل في الماضي.وهذا هو الحال بشكل خاص بالنسبة لـ LTE-U (LAA في أوروبا)مما يجعل من الممكن دمج Wi-Fi مع 4G من أجل زيادة سرعات المستخدم بشكل كبير دون تنفيذ نطاقات تردد جديدة من جانب المشغل.يمكننا أيضًا أن نذكر بث LTEوالذي يسمح بإرسال نفس البث (الفيديو، التحديث، وما إلى ذلك) إلى آلاف المستخدمين دون تشبع الخلايا، أو LTE Direct الذي يسمح للأجهزة بالاتصال ببعضها البعض.

دعونا نتحدث أيضًا عن تقنية لم نتناولها بعد في أعمدتنا، وهي LSA (الوصول المشترك المرخص) الذي يسمح للاعبين المختلفين بمشاركة نفس التردد.نحن نتصور، على سبيل المثال، أن المشغلين قادرون على استخدام نطاقات التردد العسكرية(وخاصة نطاق 70 جيجا هرتز) في الأماكن والأوقات التي لا يحتاج إليها الجيش. وإذا لزم الأمر، يمكن للجيش استعادة السيطرة على الترددات في دقائق معدودة. يسمح LSA أيضًا للمشغلين بمشاركة نطاق التردد، وبالتالي تكاليف الشراء، ولماذا لا يسمح لشبكة MVNO أن يكون لها تردداتها الخاصة.