5G چیست و چه کاربردهایی دارد؟

زوميت/ 5G به‌سرعت در حال توسعه است و تمام صنايع را دگرگون خواهد کرد. در اين مقاله، جنبه‌هاي مختلف اين فناوري انقلابي را بررسي مي‌کنيم. نسل پنجم يا 5G يک استاندارد وايرلس، مانند 4G است؛ اما هنوز تعريف مشخصي ندارد. انجمن بين‌المللي ارتباطات (ITU) تا نوامبر ۲۰۱۷ تعريف نهايي 5G را اعلام نخواهد کرد، سازندگان چيپ هنوز سخت‌افزار لازم براي 5G را توليد نکرده‌اند و شرکت‌هاي مخابراتي در حال تست استانداردها هستند. اما اين موانع باعث نشده‌اند شرکت‌ها رو به جلو حرکت نکنند. اپراتورهايي همچون ورايزن، AT&T و اسپرينت در حال تست شبکه‌هاي 5G در شهرهاي مختلف و سازندگاني همچون نوکيا، کوالکام و اينتل در حال توليد نمونه‌هاي اوليه تجهيزات 5G هستند که در نهايت در گوشي‌هاي هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و ديگر محصولات استفاده خواهند شد. اما اين شرکت‌ها هنوز نمي‌دانند چه زماني 5G به بازار عرضه خواهد شد يا حتي بر سر اينکه 5G چه خواهد بود، اختلاف دارند. 5G چيست؟ براي درک بهتر 5G، شناخت نسل‌هاي قبلي فناوري‌هاي مخابراتي مانند 3G، 2G و 4G ضروري است. با عرضه فناوري 2G در دهه ۹۰ ميلادي، ارتباطات وايرلس تلفني علاوه بر صوت، از پيامک نيز پشتيباني کردند. 3G انتقال داده را نيز به پيامک و تماس صوتي افزود و در نهايت، 4G LTE سرعت و اطمينان‌پذيري اين قابليت‌ها را افزايش داد. 5G بهبودهاي زيادي نسبت به نسل قبل در تکنولوژي‌هاي حال حاضر مي‌دهد؛ اما تکنولوژي‌هاي جديدي نيز معرفي مي‌کند. سازندگان هنوز بر سر تکنولوژي‌هاي نهايي موجود در 5G توافق نکرده‌اند، اما مهم‌ترين تکنولوژي‌ها عبارتند از: سلول‌هاي کوچک، امواج ميلي‌متري، MIMO، فيلترينگ فضايي و فول داپلکس. برج‌هاي مخابراتي کوچکي وجود دارند که مي‌توان آن‌ها را در مکان‌هاي دور از ديد، مانند سقف خانه‌ قرار داد. اين برج‌ها نيازي به انرژي زيادي ندارند و زماني که به‌صورت کلاستر باشند، بهتر عمل مي‌کنند. سلول‌هاي کوچک، داده‌ها را با استفاده از امواج ميلي‌متري منتقل مي‌کنند. طول موج امواج ميلي‌متري از متوسط موج‌ها کوتاه‌تر و بازه فرکانسي آن‌ها بين ۳۰ تا ۳۰۰ گيگاهرتز است. اين بازه فرکانسي از سيگنال‌هاي خارجي در امان است؛ اما قدرت بسيار کمي براي عبور از موانع فيزيکي دارد. در برخي موارد، تنها يک برگ درخت کافي است تا دانلود شما مختل شود. امواج ميلي‌متري محدوديت‌هاي زيادي دارند؛ اما براي MIMO مناسب هستند. MIMO يک سيستم وايرلس است که از چندين فرستنده راديويي براي فرستادن و دريافت داده به‌صورت هم‌زمان استفاده مي‌کند. شبکه‌هاي 4G LTE فعلي از حداکثر ۸ فرستنده و ۴ گيرنده پشتيباني مي‌کنند؛ درحالي‌که برج‌هاي مخابراتي 5G از ده‌ها فرستنده و گيرنده پشتيباني خواهند کرد. فرستنده راديويي بيشتر به معني تداخل بيشتر است و اينجا است که فيلترينگ فضايي وارد مي‌شود. به‌طور ساده، مي‌توان گفت فيلترينگ فضايي از الگوريتم‌هايي استفاده مي‌کند تا حرکت امواج وايرلس را مديريت کند و براي افزايش قدرت امواج، آن‌ها را در يک پرتو متمرکز مي‌کند. فناوري فول داپلکس (Full Duplex) سيگنال را بيش از پيش تقويت خواهد کرد. اکثر برج‌هاي مخابراتي و گوشي‌هاي هوشمند نمي‌توانند به‌صورت هم‌زمان داده را ارسال و دريافت کنند؛ اما گوشي‌هاي هوشمندي که از فناوري فول داپلکس بهره ببرند، خواهند توانست هم‌زمان داده را ارسال و دريافت کنند و اين به معناي دوبرابر شدن پهناي باند است. 5G در دنياي واقعي اگر تست‌هاي فعلي را ملاک قرار دهيم، 5G بسيار سريع خواهد بود. پيش‌نويس اوليه سند ITU خواهان حداقل سرعت دانلود ۲۰ گيگابيت بر ثانيه و سرعت آپلود ۱۰ گيگابيت بر ثانيه براي هر ايستگاه پايه است. اين سرعت بين همه کاربران برج مخابراتي تقسيم مي‌شود؛ اما اپراتورهايي همچون AT&T، انتظار دارند 5G بايد سرعت بالايي داشته باشد. داو والتر، معاون مدير ارتباطات و معماري راديويي شرکت AT&T، در کنفرانس 5G بروکلين در نيويورک گفت مهندسان اين شرکت در سايت آزمايشي در شهر آستين تگزاس به سرعت ۶ گيگابيت بر ثانيه دست يافته‌اند. با اين سرعت مي‌توان يک فيلم 4K با حجم ۱۰۰ گيگابايت را تنها در دو دقيقه و نيم دانلود کرد. پيش‌نويس مشخصات 5G خواهان زمان تأخير کم است. ITU زمان تأخير 5G را ۵ ميلي‌ثانيه مي‌داند. در مقام مقايسه، زمان تأخير 4G LTE حدود ۲۰ ميلي‌ثانيه است. زمان تأخير کم 5G خبر خوبي براي اپليکيشن‌هاي چت ويدئويي و بازي‌هاي رايانه‌اي چندکاربره خواهد بود. اما پوشش 5G در حد 4G LTE و حتي در حد 3G نيز نخواهد بود. از بسياري جهات، 5G شبيه واي‌فاي خواهد بود تا ارتباطات موبايلي. فرستنده‌هاي 5G به‌جاي برج‌هاي بلند، در مکان‌هايي نزديک به زمين نصب مي‌شوند. 5G دامنه و برد نسل‌هاي فعلي را ندارد و اگر فرستنده پشت يک مانع مانند ديوار قرار گيرد، سيگنال را از دست خواهيد داد. علت اين است که امواج 5G فرکانس بالايي دارند و طول موج آن‌ها کم است، در نتيجه، قدرت نفوذ به اشيايي مانند ديوار، پنجره و درخت ندارد. يکي از راه‌حل‌هاي اين مشکل اين است که در مکان‌هاي پر رفت و آمد مانند پارک‌، کافي‌شاپ‌ و فرودگاه‌، تجهيزات 5G نصب شود. باسيل الکادي، مدير بازاريابي کوالکام در اين زمينه مي‌گويد: ما در مورد مراکز شلوغ شهري در نيويورک و شيکاگو بحث مي‌کنيم. شما 5G را ابتدا در مراکز خريد و پارک‌ها خواهيد ديد. جيسون اليوت، مدير بازاريابي و امور شرکتي نوکيا، مي‌گويد: اپراتورها بايد در مورد برنامه خود بسيار محتاط باشند. اگر به نقشه‌ي هوايي منهتن نگاه کنيد، خواهيد ديد که در خيابان‌هاي پهن بر خلاف خيابان‌هاي باريک، درختي وجود ندارد. پس اگر فرستنده‌ها در خيابان‌هاي پهن نصب شوند، در خيابان‌هاي باريک سيگنال خوبي دريافت نمي‌شود. هات‌اسپات‌هاي 5G از نظر اندازه بسيار متفاوت خواهند بود و برخي از مناطق نسبت به مناطق ديگر عملکرد بهتري خواهند داشت. اليوت مي‌گويد: «شما در درون هات‌اسپات‌ها، هات‌اسپات‌هايي با سرعت بيشتر و زمان تأخير کمتر خواهيد داشت.» اين معايب باعث مي‌شوند اپراتورها به پشتيباني از 4G LTE تا آينده‌اي نامعلوم ادامه دهند. الکادي مي‌گويد: بيشتر دستگاه‌هاي 5G از 4G LTE نيز پشتيباني خواهند کرد. اگر کاربر از ناحيه پوششي 5G خارج شود، از 4G استفاده خواهد کرد. LTE بايد وجود داشته باشد. به همين دليل، الکادي انتظار دارد 4G LTE نيز در کنار 5G به توسعه خود ادامه دهد. اسپرينت و اريکسون در حال کار روي 4G LTE گيگابايتي هستند و تي‌موبايل نيز ادعا مي‌کند که بخشي از شبکه‌اش از 4G LTE گيگابايتي پشتيباني مي‌کند. الکادي مي‌گويد: شبکه‌هاي LTE به تکامل خود ادامه خواهند داد. ما انتظار داريم تا دو سه سال آينده 4G LTE با سرعت ۲ گيگابيت بر ثانيه در دسترس همگان باشد. اينترنت پرسرعت خانگي 5G حتي قادر است اينترنت پرسرعت در اختيار کاربران خانگي قرار دهد. در ماه فوريه امسال، ورايزن اعلام کرد که اواخر سال ۲۰۱۷ تست تکنولوژي 5G را در پنج شهر آمريکا آغاز مي‌کند. ورايزن با همکاري سامسونگ،‌ اريکسون، اينتل و کوالکام در خانه‌ها نقاط دسترسي 5G نصب مي‌کند که قادر به ارائه اينترنت پرسرعت گيگابايتي هستند. ورايزن تنها شرکتي نيست که تست 5G را در دستور کار خود قرار داده است. AT&T امسال DirecTV را به کاربران خانگي عرضه خواهد کرد. DirecTV در حال حاضر نام سرويس استريم تلويزيوني شرکت AT&T است؛ اما اين شرکت قصد دارد DirecTV را به‌صورت يک بسته چهارگانه شامل سرويس تلويزيون، اينترنت 5G خانگي، سرويس موبايل و سرويس تلفن ثابت عرضه کند. اين مي‌تواند خبر خوبي براي کاربران باشد و حق انتخاب مصرف‌کنندگان را افزايش مي‌دهد. بر اساس گزارش سال ۲۰۱۵ کميسيون فدرال ارتباطات، ۵۱ درصد خانه‌هاي آمريکا براي تهيه اينترنت ۲۵ مگابيت بر ثانيه و بالاتر، تنها به يک اپراتور دسترسي دارند. تمرکز بر ارائه 5G براي خانه‌ها شايد بيشتر به دليل تجهيزات باشد. سازندگان تراشه همچون اينتل و کوالکام، مودم‌هاي 5G خود را اوايل سال ۲۰۱۷ معرفي کردند و پيشرفت‌هايي داشته‌اند، اما هنوز راه درازي در پيش دارند. الکادي مي‌گويد: در بازه زماني کم، استفاده از وايرلس آسان‌تر از 5G خواهد بود. عمر باتري و ديگر مشکلات، چالش‌هايي براي توسعه 5G خواهند بود. 5G ارزان نخواهد بود و واضح است که اپراتورها دوست دارند بخشي از هزينه را بر گردن مشتريان بيندازند. تحليلگران iGR معتقدند که توسعه و ساخت شبکه‌هاي 5G به ۴۸ ميليارد دلار سرمايه‌گذاري براي ارتقاء شبکه‌هاي LTE تا سال ۲۰۱۹ و ۵۶ ميليارد دلار براي نصب تجهيزات جديد 5G بين سال‌هاي ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۵ نياز دارد. شرکت سيسکو معتقد است که ميزان مصرف داده اينترنت موبايل تا سال ۲۰۱۹، ۵۷ درصد افزايش خواهد داشت و ميانگين قيمت طرح داده موبايل از ۵۱ دلار به ۱۱۹ دلار مي‌رسد. ايان گيوت، رئيس iGR، مي‌گويد: اجراي 5G هزينه بالايي خواهد داشت. بر خلاف تکنولوژي‌هاي وايرلس پيشين که بيشتر هزينه در رابط‌هاي هوايي بود، 5G نياز به سرمايه‌گذاري زيادي در مراکز داده و دفاتر مرکزي خواهد داشت. موفقيت 5G به توانايي پشتيباني از سرويس‌ها و اپليکيشن‌هايي که به زمان تأخير کم نياز دارند و ارائه ويدئوها بستگي دارد. کاربردهاي 5G سرعت بالا و زمان تأخير کم، پتانسيل آن را دارد تا صنايع گوناگون را دگرگون کند. خودروها خودروهاي خودران يکي از مهم‌ترين عوامل رشد اينترنت 5G خواهند بود. آينده‌نگران پيش‌بيني مي‌کنند که خودروهاي خودران بر بستر شبکه‌هاي با تأخير کم، اطلاعاتي همچون مديريت فضاي ابري، اطلاعات سنسورها و محتواي چندرسانه‌اي را تبادل مي‌کنند. بر اساس تحقيقات ABI Research، در آينده ۶۷ ميليون حساب کاربري به خودروهاي 5G اختصاص خواهد يافت که سه ميليون از آن‌ها مربوط به ارتباطات با زمان تأخير کم در خودروهاي خودران خواهد بود. اينترنت اشياء بر اساس گفته‌هاي آشا کدي، مدير کل استانداردهاي موبايل در اينتل، 5G اولين شبکه‌اي است که در هنگام طراحي آن، تطابق آن با اينترنت اشياء در نظر گرفته شده است. او مي‌گويد: شبکه‌ها و استانداردهاي نسل بعدي براي حل چالش‌هاي ترکيب زيرساخت‌هاي ارتباطي و کامپيوتري لازم خواهند بود. در شبکه‌هاي 5G، قابليت‌هاي محاسباتي با قابليت‌هاي ارتباطي ترکيب مي‌شوند و به همين دليل تريليون‌ها دستگاهي که به اينترنت متصل هستند، نگران توان پردازشي نخواهند بود؛ چون شبکه خواهد توانست هر پردازشي را انجام دهد. کدي آينده‌اي را تصور مي‌کند که ساعت‌هاي هوشمند و تبلت‌ها با استفاده از سنسورهاي حساس به مکان و محتوا، اطلاعات را با کساني که در تقويم شما هستند به اشتراک مي‌گذارند و در هنگام استفاده از سرويس‌هايي مبتني بر مکان، در مصرف انرژي صرفه‌جويي مي‌کنند. در نهايت، هر چيزي از گجت‌هاي پوشيدني گرفته تا محصولات اينترنت اشياء مانند ماشين‌هاي لباسشويي، دوربين‌هاي ترافيک و حتي درخت‌هايي که سنسورهاي کوچک دارند، با هم ارتباط خواهند داشت. او مي‌گويد: زيرساختي از ارتباطات و قدرت محاسباتي وجود خواهد داشت و هيچ کس دست خالي نخواهد ماند؛ چون بسياري از قابليت‌هايي که لازم دارند، در نزديکي آن‌ها خواهد بود. حتي شارژ وايرلس نيز در اين شبکه تجميع مي‌شود تا دستگاه‌ها پيوسته کار کنند. واقعيت مجازي و واقعيت افزوده 5G باعث پيشرفت‌هاي زيادي در حوزه واقعيت مجازي و استريم ويدئو خواهد شد. اخيرا اپراتور اسپرينت، تورنمنت فوتبال آمريکايي Copa America را به‌صورت واقعيت مجازي وايرلس استريم کرد و هواوي دمويي از يک ويدئوي ۳۶۰ درجه که به‌صورت زنده بر بستر شبکه 5G پخش شده بود، نشان داد. اپليکيشن‌هاي مبتني بر فضاي ابري اپليکيشن‌هاي وب و فضاي ذخيره‌سازي ابري از 5G بهره زيادي خواهند برد. الکادي مي‌گويد: فضاي ابري به يک ضميمه نامحدود حافظه گوشي هوشمند تبديل خواهد شد. شما ديگر هيچ‌گاه نگران کمبود حافظه براي ذخيره عکس‌هاي خود نخواهيد بود. اپليکيشن‌هاي فوري گوگل، اپليکيشن‌هاي وب مبتني بر فضاي ابري که بسيار سريع در جستجوگر موبايل اجرا مي‌شوند، از 5G بهره زيادي مي‌برند. با سرعت بالاي شبکه، شما ديگر نگران زمان لود پايين نخواهيد بود. تا چه زماني بايد منتظر بمانيم؟ بيشتر اپراتورها ۲۰۲۰ را سال عرضه گسترده 5G هدف‌گذاري کرده‌اند. اما برخي از اپراتورها مطمئن هستند که زودتر از ۲۰۲۰ مي‌توانند شبکه‌هاي 5G را راه‌اندازي کنند. AT&T قصد دارد دوره آزمايشي شرکت‌هاي کوچک و مجتمع‌هاي خانگي را در نيمه دوم سال ۲۰۱۷ گسترش دهد. الکادي، مدير بازاريابي کوالکام، معتقد است که محصولات سازگار با 5G امسال روانه بازار مي‌شوند. او مي‌گويد: ما انتظار داريم در سال ۲۰۱۷ بين ۸ تا ۱۰ محصول سازگار با 5G در سراسر دنيا ببينيم. ما طبق برنامه حرکت مي‌کنيم. 5G زودتر از آن چيزي که فکر کنيد فرا خواهد رسيد. مطالب جذاب، داغ و آموزشي فناوري اطلاعات در کانال تلگرامي «آي تي»