ویژگی‌های نسل ۵G ارتباطات-بخش اول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز،در این مطلب قصد داریم به بیان ویژگی‌های نسل ۵G ارتباطات بپردازیم و آن را از جنبه‌های مختلف بررسی کنیم.

نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی، که با نام ۵G شناخته می‌شود، بر اساس بازار داغ پیش‌بینی‌ها قرار است یک گام ترقی بزرگ در شبکه‌های موبایل باشد و سرعت دانلود و اشتراک اطلاعات به صورت بلادرنگ (Real Time) را به صورت نمایی افزایش دهد. تا اواخر سال ۲۰۲۰، چندین اپراتور موبایل نمونه اولیه ۵G را در چند شهر کشور انگلستان راه اندازی می‌کنند. در حال حاضر در سطح جهان هم نواحی خاصی به صورت آزمایشی از این نسل استفاده می‌کنند. در کشور‌های آمریکا، سوئیس، چین و ژاپن نیز کمپانی‌های مختلف در حال تلاش برای فراگیر کردن این شبکه‌ها هستند.

شرکت Ericsson در کشور سوئیس پیش‌بینی کرده است که تا سال ۲۰۲۴، ۱٫۵ میلیارد کاربر که حدود چهل درصد از جمعیت کل کره زمین را شامل می‌شود، تحت پوشش شبکه ۵G خواهند بود. اما این تکنولوژی چه تفاوتی با نسل قبل از خود یعنی ۴G دارد و به چه صورت فناوری‌های مختلف را تحت پوشش قرار می‌دهد؟

اصول کار شبکه ۵G

۵G یک سیستم دیجیتالی جدید برای انتقال بیت‌های داده از طریق هوا است. این شبکه با استفاده از یک رابط (Interface) رادیویی جدید ۵G، به همراه سایر تکنولوژی‌های نوین در این حوزه، قادر است تا از فرکانس‌های رادیویی بالاتری بهره ببرد. به عنوان مثال در نسل ۴G فرکانس کاری در محدوده زیر ۶ گیگا هرتز است در حالی‌که نسل ۵G از فرکانس‌های بسیار بالاتر در حدود ۳۰ گیگا هرتز تا ۱۰۰ گیگا هرتز استفاده می‌کند. این فرکانس بسیار بالا منجر به این امر می‌شود که داده‌های بسیار بیشتری در هوا و با سرعت بسیار بالاتری انتقال یابند و از ازدحام (Congestion) شبکه کاسته شود. همچنین تاخیر (Latency) شبکه به شدت افت می‌کند. تاخیر در شبکه برابر با مقدار زمانی قبل از شروع به انتقال داده است که هنوز فرآیند انتقال، دستورالعمل خاص خود را شروع نکرده است.

طیف موج میلی متری

رابط جدید در ۵G، که از طیف موج میلی متری (Millimetre Wave Spectrum) بهره می‌گیرد، شبکه را قادر می‌سازد تا در یک ناحیه جغرافیایی، تعداد بیشتری وسیله را تحت پوشش قرار دهد. در نسل ۴G، حدود ۴۰۰۰ وسیله در هر کیلومتر مربع می‌توانند تحت پوشش قرار گیرند، اما در نسل ۵G این مقدار به یک میلیون وسیله افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، تماس‌های صوتی و تصویری می‌توانند بدون ایجاد وقفه و اختلال در طول آن‌ها در یک فضای محدود برقرار شوند.

مقایسه پهنای باند طیف موج میلی متری در ۴G و ۵G

نسل ۵G همچنین از یک تکنولوژی دیجیتال جدید که ورودی خروجی انبوه (Massive MIMO) نام دارد، استفاده می‌کند. عبارت MIMO مخفف Multiple Input Multiple Output (چند ورودی چند خروجی) است و در آن از اشعه‌های چند هدفه برای ردیابی کاربران در اطراف محل سلول (Cell Site) و افزایش پوشش‌دهی، سرعت و ظرفیت شبکه استفاده می‌شود. تکنولوژی‌های شبکه که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند پروژکتور موج را در یک ناحیه منتشر می‌کنند، اما اتلاف نور/سیگنال بسیار بالایی دارند. در حالی که بخش عظیمی از عملکرد بهینه نسل ۵G به دلیل نصب تکنولوژی Massive MIMO و اضافه کردن آن روی زیر ساخت‌های ۴G موجود است.

تفاوت‌های نسل ۴G و ۵G

در مقایسه با شبکه‌های مخابراتی نسل سوم، نسل چهارم توانست عملکرد‌های غیر قابل اعمال توسط شبکه نسل سه، مانند برقرای تماس‌های صوتی و دریافت رشته‌های سیگنال ویدیوئی با کیفت نسبتا خوب را فراهم کند. به عنوان مثال، امروزه مشاهده کانال‌های تلویزیونی به صورت آنلاین به یک کارکرد عادی تبدیل شده است. اما تداوم روند رشد سیگنال‌های ویدیوئی، منجر به افزایش ازدحام شبکه می‌شود. در واقع نسل ۴G با محدودیت شدیدی در اندازه اطلاعاتی مواجه است که می‌تواند با سرعت بالا در طول بلوک‌های طیفی منتقل شود.

یک تفاوت عمده در دو نسل مخابرات ۴G و ۵G در این است که مشکل ازدحام در ۵G حذف می‌شود. این امر بدین معنی است که کاربران عملا حالتی را تجربه نخواهند کرد که در ساعت اوج ترافیک، گوشی دریافت سیگنال را به صورت کامل نشان دهد، اما حتی قادر به باز کردن یک صفحه اینترنت در مرورگر نباشند.

اما مهم‌ترین تفاوت ۴G و ۵G در این است که نسل ۵G دروازه‌ای برای عملی شدن تکنولوژی اینترنت اشیا (Internet of Things) است. در فناوری اینترنت اشیا، تمام انسان‌ها، وسایل و حتی حیونات در ابعاد وسیعی به یکدیگر متصل می‌شوند. آخرین نسل از ارتباطات، انتظار می‌رود تا صنایع مبتنی بر داده (Data-Driven Industries)، شهر‌های هوشمند (Smart Cities) و مدیریت زیرساخت‌ها (Infrastructure Management) را دچار انقلاب بزرگی کند؛ زیرا این نوع از شبکه‌های مخابراتی قادر است تعداد بیشتری وسیله را در یک ناحیه با امنیت و قابلیت اطمینان بیشتر و با وقفه و اختلال بسیار کمتر مورد بهره‌برداری قرار دهد.

در حالت کلی، به دلیل تکنولوژی‌های جدید و نیز طیف موج میلی متری مورد استفاده در نسل ۵G، سرعت بالاتر، تاخیر پایین‌تر، ظرفیت اتصال وسایل بیشتر، تداخل کمتر و بازده بالاتر از ویژگی‌های این شبکه‌ها است.

نصب آنتن‌های ۵G در آلمان