ما الفرق بين الجيل الرابع 4G والجيل الخامس 5G؟

هل تعلم أنه بحلول عام 2025، من المتوقع أن يتمكن 401 تيرابايت و16 تيرابايت من سكان العالم من الوصول إلى شبكة الجيل الخامس 5G؟ لقد كنا جميعًا متحمسين لإطلاق الجيل الرابع 4G، ويبدو الأمر كما لو كان بالأمس. ومع ذلك، فإن تقنية 5G تلوح في الأفق بالفعل. إن السرعة والكفاءة والقدرات التي اكتسبتها أجهزتنا المحمولة في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة مذهلة. لقد كان الجيل الرابع LTE هو معيار الصناعة للإنترنت السريع على الأجهزة المحمولة، مع استمرار تطور الاتصال المحمول، ولكن الجيل الخامس 5G أصبح بسرعة الجيل التالي من التكنولوجيا اللاسلكية. من المقرر أن تُحدث تقنية الجيل الخامس تحولاً في الاتصالات والتفاعلات الرقمية المشتركة مع إمكانات السرعات الفائقة والكمون المنخفض والاتصال الهائل للأجهزة.

ستقارن هذه المقالة بين تقنيتي 4G LTE و5G عبر معايير مختلفة مثل السرعة، ووقت الاستجابة، والتغطية، والتكلفة، والتطبيقات. ستعرف بالضبط كيف تختلف التقنيات المختلفة وأيها يلبي متطلباتك بشكل أفضل في النهاية.

ما هو 4G LTE؟

يرمز مصطلح "4G LTE" إلى "الجيل الرابع من التطور طويل الأمد" وهو معيار تقنية شبكة الهاتف المحمول لنقل البيانات عالية السرعة. وهي في الأساس أكثر أشكال تكنولوجيا شبكات الهاتف المحمول من الجيل الرابع تطوراً. "LTE" هو العنصر الأساسي الذي يشير إلى التقنية التي تجعل هذه السرعات العالية ممكنة.

بعد نقل البيانات، يعيد جهاز الاستقبال تجميع بتات البيانات المجزأة باستخدام مبادئ الوصول المتعدد لتقسيم التردد المتعامد (OFDMA). يتم إرسال العديد من حزم البيانات إلى نظام بروتوكول الإنترنت (IPS) عبر LTE. وهو قابل للتكيف لأنه يشتمل على تقنيات هوائي MIMO (مدخلات متعددة ومخرجات متعددة).

الميزات الرئيسية:

إنترنت محمول عالي السرعة: نظرياً، تبلغ السرعة القصوى لشبكة LTE 100 ميجابت في الثانية. وعملياً، تبلغ سرعته القصوى 15 ميجابت في الثانية.

منطقة تغطية واسعة: وعادةً ما يوفر ذلك تغطية إجمالية أوسع، نظرًا لأن الجيل الرابع 4G LTE يستخدم نطاقات تردد منخفضة إلى متوسطة التردد، والتي يمكن أن تذهب أبعد من ذلك ويمكنها اختراق الهياكل.

زمن استجابة منخفض للتطبيقات في الوقت الحقيقي: تضمن تقنية ODFMA المدعومة بتقنية ODFMA التي تدعم تقنية LTE زمن استجابة منخفض، وتقلل من التأخير عند إرسال أحمال البيانات الكبيرة.

التطبيقات:

• ربط أجهزة الاستشعار والأجهزة الذكية المختلفة لجمع البيانات وإدارتها.
• أصبحت الخدمات الصوتية والتطبيقات الأخرى الحساسة للوقت ممكنة بفضل انخفاض زمن الاستجابة.
• يمكن للمستخدمين التواصل في مدن أخرى وفي جميع أنحاء العالم والعمل عن بُعد بفضل تقنية LTE.

ما هو الجيل الخامس 5G؟

5G، أو "الجيل الخامس لشبكات الهاتف المحمول" هو أحدث معيار لتقنية الشبكات الخلوية. وهي توفر سرعات عالية ووقت استجابة أقل وسعة أكبر من الإصدارات السابقة مثل 4G. ويتحقق ذلك من خلال توفير نقل بيانات ذات نطاق ترددي عالٍ لمجموعة متنوعة من الأجهزة من خلال استخدام ترددات راديوية جديدة وأنظمة هوائيات متقدمة وبنية شبكات متطورة.

تستخدم تقنية الجيل الخامس، مثلها مثل تقنية الجيل الرابع LTE، تقنية OFDM وستعمل باستخدام نفس مبادئ الشبكات المتنقلة. ولتوفير مستوى أكبر من المرونة وقابلية التوسع، سيتم تحسين تقنية OFDM من خلال الواجهة الهوائية الجديدة للجيل الخامس NR (الراديو الجديد). لقد أتاحت العديد من استراتيجيات تصميم الواجهة الهوائية الجديدة للجيل الخامس NR، بما في ذلك تصميم إطار فرعي جديد قائم بذاته (TDDD) (ازدواجية تقسيم الوقت)، إمكانية توسيع نطاق الجيل الخامس.

الميزات الرئيسية:

سرعات عالية جداً: تستخدم تقنية الجيل الخامس 5G نطاقات تردد أعلى، مثل الموجات المليمترية (mmWave)، لزيادة سعة نقل البيانات. نظريًا، تبلغ السرعة القصوى لشبكة 5G 20 جيجابت في الثانية. وهي أسرع بكثير من السرعة القصوى للجيل الرابع، وهي 1 جيجابت في الثانية.

زمن استجابة منخفض للغاية: عند مقارنتها بالشبكات السابقة، تقلل شبكات الجيل الخامس بشكل كبير من زمن الاستجابة أو التأخير، وهو أمر ضروري للتطبيقات التي تتطلب استجابة في الوقت الفعلي.

اتصال الجهاز الضخم: من أجل تحسين جودة الإشارة والسعة في المناطق المزدحمة، تستخدم تقنية الجيل الخامس هوائيات "Massive MIMO". وهي تتضمن عناصر هوائي متعددة يمكنها إرسال واستقبال الإشارات إلى أجهزة متعددة في وقت واحد.

التطبيقات:

• تُستخدم تقنية 5G في تطبيقات مثل إنترنت الأشياء (IoT) والسيارات ذاتية القيادة وبث مقاطع فيديو عالية الجودة عالية الدقة.
• تتوسع تقنية 5G لتشمل نطاقاً واسعاً يشمل الجراحة عن بُعد، والسيارات بدون سائق، وتحسين استخدام النطاق العريض المتنقل.

مقارنة السرعة: 4G LTE مقابل 5G

للاستخدام اليومي، توفر تقنية 4G LTE سرعات تبلغ حوالي 100 ميجابت في الثانية، وهي كافية للبث وتنزيل الملفات الكبيرة ولعب معظم الألعاب عبر الإنترنت. ومع ذلك، توفر تقنية 5G سرعات أعلى بكثير. في ظل الظروف المثالية، يمكن أن تصل سرعات 5G إلى سرعات تصل إلى 20 جيجابت في الثانية، بسرعات أعلى من سرعة 4G LTE بما يتراوح بين 10 و100 مرة. تستمر شبكات 5G في التفوق على 4G LTE حتى في سيناريوهات العالم الحقيقي. تحدد أنواع النشر، النطاق المنخفض، أو النطاق المنخفض، أو النطاق المتوسط، أو النطاق العالي 5G هذا السلوك في 5G. تؤدي شبكات الجيل الخامس إلى هذه السرعات العالية بفضل تقنيتها المتقدمة، باستخدام نطاقات تردد أعلى لتمكين معدلات نقل بيانات أفضل.

وبفضل هذه التطورات، يمكن للمستخدمين الآن تنزيل فيلم عالي الدقة في غضون ثوانٍ والمشاركة في أنشطة في الوقت الفعلي مثل الألعاب عبر الإنترنت ومؤتمرات الفيديو دون أي تأخير تقريباً. لقد أحدثت تقنية الجيل الرابع LTE ثورة في تجربة الهاتف المحمول، ولكن تقنية الجيل الخامس تقدم أكثر بكثير من مجرد سرعات تنزيل أعلى. سيتم بناء العديد من التقنيات الجديدة، مثل إنترنت الأشياء (IoT) والسيارات ذاتية القيادة والمدن الذكية، على شبكة الجيل الخامس.

الكمون والاستجابة

عادةً ما يتراوح وقت استجابة شبكات 4G LTE بين 30 و70 مللي ثانية، وهو وقت استجابة منخفض بما يكفي لمعظم تطبيقات الهاتف المحمول، ولكنه قد يتسبب في تأخير ملحوظ في الألعاب أو مؤتمرات الفيديو.

يمكن أن ينخفض زمن انتقال 5G إلى 1 ميلي ثانية. تتميز شبكات الجيل الرابع LTE بزمن انتقال أعلى مقارنةً بشبكات الجيل الخامس (5G) بسبب بنية شبكتها، والتي هي أقل تحسينًا لتقليل التأخير في الإرسال. تم تصميم شبكات 5G مع معالجة أكثر كفاءة للبيانات وفواصل زمنية أقصر للإطار، مما يقلل من زمن الاستجابة. وهذا مثالي للتطبيقات ذات المهام الحرجة مثل الجراحة عن بُعد وأتمتة التصنيع في الوقت الحقيقي.

وفي التطبيقات التي يمكن أن يكون للتأخير البسيط فيها تأثير كبير على تجربة المستخدم، بما في ذلك الألعاب عبر الإنترنت ومؤتمرات الفيديو وتجارب الواقع المعزز، فإن زمن الاستجابة المنخفض الذي توفره تقنية الجيل الخامس يُترجم إلى أوقات استجابة أسرع. وستتطلب تطبيقات مثل الجراحة عن بُعد، ومعالجة البيانات في الوقت الفعلي في المدن الذكية، والسيارات بدون سائق هذه الاستجابة شبه الفورية. تهدف تقنية 5G إلى إدارة نقل البيانات في الوقت الفعلي بطريقة لا يمكن أن تكون 4G بسبب زمن الاستجابة المنخفض للغاية والسعة الهائلة.

التغطية والتوافر

نظرًا لأن تقنية 4G LTE تستخدم نطاقات تردد منخفضة إلى متوسطة التردد، والتي يمكن أن تذهب أبعد وتخترق الهياكل، فإنها غالبًا ما توفر تغطية شاملة أوسع مقارنةً بتقنية 5G. في حين أن 5G مصممة لدعم العديد من الأجهزة، فإن 4G LTE يمكنها أن تدير الكثير. نظرًا لأن نطاقات الترددات العالية هذه غير قادرة على المرور عبر العوائق، فإن 5G تقدم سرعات أعلى بكثير، خاصة في طيفها عالي التردد، بينما هي مقيدة بتغطية أوسع في بعض الأماكن.

مع استخدام تقنيات مثل MIMO الضخمة والخلايا الصغيرة، يمكن لشبكة الجيل الخامس 5G توصيل أكثر من مليون جهاز لكل كيلومتر مربع في وقت واحد. ومع هذا التحسن الكبير مقارنةً بأجيال شبكات الهاتف المحمول السابقة، تُعد شبكة الجيل الخامس 5G مثالية للأماكن ذات الكثافة العالية للأجهزة، مثل المدن الذكية أو الفعاليات الرياضية الكبيرة.

تُعد تقنية الجيل الخامس ذات النطاق الترددي العالي مفيدة في الصناعات التي تتطلب نطاقاً ترددياً عالياً والحد الأدنى من ازدحام الشبكة. ومع ذلك، تُعد تقنية الجيل الرابع LTE خياراً جيداً للتغطية والاتساق للعمليات في المناطق الأكثر تشتتاً أو النائية بسبب قدرتها على تجاوز العقبات والوصول إلى المواقع البعيدة.

تم تصميم شبكة الجيل الخامس 5G لدعم الصناعات المتصلة في المستقبل، بما في ذلك الأتمتة المدعومة بالذكاء الاصطناعي والروبوتات. 5G هو تطور الشبكة الذي يجب اختياره إذا كان من المتوقع أن تنمو صناعتك بسرعة وتتبنى أحدث التقنيات.

توافق الأجهزة والنظام البيئي

تُعد تقنية 4G LTE حاليًا أكثر تقنيات شبكات الهاتف المحمول شيوعًا، وتدعمها مجموعة كبيرة من الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة إنترنت الأشياء. على الرغم من محدودية الأجهزة المتوافقة مع تقنية 5G في الوقت الحالي، إلا أن الأجهزة المتوافقة مع هذه التقنية أصبحت أكثر فأكثر. ولأن هذه الأجهزة تستخدم تقنية جديدة، فإنها عادةً ما تكون أغلى ثمناً.

أصبحت الهواتف الذكية وأجهزة إنترنت الأشياء المزودة بقدرات الجيل الخامس 5G ذات الأسعار المعقولة أكثر فأكثر مع نمو البنية التحتية لشبكة الجيل الخامس. بالمقارنة مع LTE، فإن البنية التحتية للجيل الخامس أكثر تكلفة وتعقيداً. بالنسبة للشبكة الأساسية للإشراف على عمليات الشبكة، يلزم وجود بنية جديدة قائمة على السحابة. لذلك، من أجل بناء الشبكات وتشغيلها، ستتطلب شبكات الجيل الخامس 5G المزيد من التطوير والاستثمار أكثر من شبكات LTE.

التكلفة والقدرة على تحمل التكاليف

بين 4G LTE و5G، على الرغم من أن الفرق الدقيق في السعر يختلف باختلاف مقدم الخدمة والموقع، إلا أن 5G أغلى بشكل عام من 4G LTE. ويرجع ذلك إلى أن أحدث التقنيات تتطلب المزيد من الاستثمار في البنية التحتية. يؤدي ذلك إلى ارتفاع تكاليف باقة البيانات بالنسبة للمستهلكين، ولكن لا يزال 4G LTE خياراً أكثر فعالية من حيث التكلفة للمستخدمين الذين لا يحتاجون إلى السرعات الأعلى بكثير التي توفرها 5G.

• نشر الشبكة:

يعد نشر شبكة الجيل الخامس 5G أكثر تكلفة مقارنةً بصيانة البنية التحتية الحالية لشبكة الجيل الرابع LTE، مما قد يؤدي إلى زيادة الرسوم على العملاء.

• تكلفة الجهاز:

كما يمكن أن يكون لشبكة 5G تكلفة للأجهزة التي تتطلب إمكانات 5G، والتي عادةً ما تكون أغلى من الأجهزة التي تدعم شبكة 4G LTE.

• استخدام البيانات:

على الرغم من أن تقنية 5G توفر سرعات أعلى، إلا أنه بالنسبة للمستخدمين الذين قد يستخدمون كميات كبيرة من البيانات، قد يواجهون زيادة في التكلفة عند الانتقال إلى خدمات 5G.

كفاءة الطاقة والأثر البيئي

تستخدم شبكات الجيل الرابع 4G LTE الحديثة ميزات إدارة الطاقة لتحسين استخدام الطاقة، خاصةً عندما تكون في حالة الخمول، حيث يكون استهلاك الطاقة أقل بكثير. بشكل عام، تستهلك شبكات الجيل الرابع LTE طاقة أكثر من التقنيات الخلوية الأقدم مثل الجيل الثالث 3G بسبب سرعات البيانات الأسرع، والتي تتطلب مستويات طاقة أعلى عند نقل البيانات.

على الرغم من أن شبكات الجيل الخامس 5G أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من شبكات الجيل الرابع، إلا أنها قد لا تزال تستهلك الكثير من الطاقة بسبب زيادة سعة البيانات. ويرتفع استهلاك الطاقة أيضًا مع انتقال الموجات mmWave، والحوسبة الطرفية، وعندما تصبح تطبيقات مثل إنترنت الأشياء أكثر مشاركة mmWon. ومع ذلك، يقوم قطاع الاتصالات بتنفيذ الابتكار والتفكير خارج الصندوق للسماح بما يلي.

• التبريد الموفر للطاقة والشرائح ومعالجة البيانات لخفض استهلاك الطاقة الأساسي.
• إدارة ذكية وديناميكية للموارد الأساسية وشبكة النفاذ الراديوي لتقليل الهدر من خلال إعادة تشكيل الموارد غير المستخدمة بشكل انتقائي أو إيقاف تشغيلها بشكل انتقائي.
• إجراءات تركيب واختبار أفضل لإيجاد وإزالة الأسباب غير الفعالة لتداخل التغطية الخلوية وتداخل الترددات اللاسلكية وفقدان الإشارة.

اعتبارات الاستدامة:

تساعد شبكات الجيل الخامس في مبادرات الاستدامة من خلال دعم التقنيات الخضراء مثل الأتمتة الموفرة للطاقة والشبكات الذكية. تشير الدراسات إلى أنه من حيث بتات البيانات لكل كيلوواط، قد تكون شبكات الجيل الخامس أكثر كفاءة من شبكات الجيل الرابع بما يصل إلى 901 تيرابايت و16 تيرابايت. ومقارنةً بشبكات الجيل الرابع، فإن ذلك يستخدم إشارات أقل ويرسل البيانات بسرعة أكبر. وبحلول عام 2030، يمكن لشبكات الجيل الخامس أن تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمليارات الأطنان.

حالات الاستخدام: متى تختار الجيل الرابع LTE مقابل الجيل الخامس 5G

حالات استخدام الجيل الرابع 4G LTE:

• النطاق العريض المتنقل: استخدام الهواتف الذكية والحواسيب اللوحية للوصول إلى الإنترنت لأغراض مثل التصفح عبر الإنترنت وبث الفيديو واستخدام التطبيقات كثيفة البيانات.
• أجهزة إنترنت الأشياء في مناطق واسعة: ربط أجهزة الاستشعار المختلفة والأجهزة الذكية لجمع البيانات وإدارتها. وقد أدى معيار LTE نفسه إلى ظهور الفئة المنافسة المعروفة باسم NB-IoT (إنترنت الأشياء ضيق النطاق)، وهي مخصصة للاستخدام من آلة إلى آلة وشهدت ارتفاعًا كبيرًا في القبول.
• شبكات السلامة العامة: تزود المستجيبين الأوائل باتصال صوتي وبيانات سريع ويمكن الاعتماد عليه في حالات الطوارئ.
• الاتصال اللاسلكي الثابت: بالنسبة للمناطق التي تكون فيها خيارات النطاق العريض السلكي محدودة، يوفر الجيل الرابع 4G LTE اتصالاً موثوقاً بالإنترنت.

حالات استخدام 5G 5G:

• التطبيقات ذات النطاق الترددي العالي: تسمح سرعات البيانات العالية التي توفرها تقنية 5G بالبث السلس لملفات الفيديو الكبيرة بدقة 4K، والتي تتطلب سعة كبيرة. يمكن للجيل الخامس 5G توفير تجارب الواقع الافتراضي والواقع المعزز عالية الدقة والممكنة، والتي تتطلب في كثير من الأحيان بث فيديو بدقة 4K بنطاق ترددي كبير.
• الرعاية الصحية: التكنولوجيا القابلة للارتداء، والصحة الإلكترونية، والتشخيص والعمليات عن بُعد، ودعم الذكاء الاصطناعي للأفراد ذوي الإعاقة.
• المركبات ذاتية القيادة: في أقصر وقت ممكن، يجب أن تكون المركبات ذاتية القيادة قادرة على معالجة المعلومات وإجراء التعديلات اللازمة. ستتمكن أساطيل المركبات ذاتية القيادة من الحصول على التحديثات وإجراء التعديلات بفضل زمن الاستجابة المنخفض للغاية والقدرة والتغطية المحسنة.
• المدن الذكية: تستخدم الحكومات المحلية شبكات الجيل الخامس 5G لخدمة سكانها بشكل أفضل وتتبع المرافق العامة ومراقبة البنية التحتية للمدن.

حالات الاستخدام للشبكات الهجينة: يمكن أن تتمتع الشركات بمرونة حلول حافة الجيل الخامس وحلول حافة LTE في كل من المواقع المؤقتة والدائمة دون أي خسارة في السلامة أو الموثوقية أو أداء التطبيقات أو بساطة الإدارة. يتم توفير كل ما هو مطلوب لإبقاء الموظفين والتقنيات المهمة على اتصال من خلال حلول الشبكات الواسعة الهجينة (WAN).

الخاتمة

بفضل تغطيتها الواسعة وتكلفتها المنخفضة، لا يزال الجيل الرابع LTE هو أساس الاتصال عبر الهاتف المحمول، ولكن الجيل الخامس 5G يقدم تحسينات رائدة في السرعة ووقت الاستجابة والاتصال. يعتمد القرار بين 4G LTE و5G على التوافر والاحتياجات الفردية.

من الواضح أنه في النقاش الدائر حول شبكة 4G LTE مقابل شبكة 5G، يمكن أن يكون لكل شبكة مزاياها. سيعتمد الخيار الأفضل بالنسبة لك على احتياجاتك الخاصة. على الرغم من أن شبكة 5G تعدك باتصال أكبر بكثير، وزمن وصول أقل، وسرعات أعلى، إلا أن شبكة 4G LTE لا تزال خياراً موثوقاً وشاملاً للمناطق التي لا تحتاج حالياً إلى أحدث أداء. الشيء الأكثر أهمية هو التأكد من أن شبكتك قادرة على تلبية متطلبات الحاضر والمستقبل، بغض النظر عما إذا كنت تستعد للانتقال إلى تقنية 5G أو تحسين تقنية 4G LTE.