ما هو الجيل الخامس 5G وكيف سيغير العالم؟

يُشار إلى شبكة الجيل الخامس للهاتف المحمول باسم 5G. وهي تقنية لاسلكية جديدة تمامًا وشاملة ومتوافقة مع شبكات الجيل الأول والجيل الثاني والجيل الثالث و شبكات 4G. إن شبكة الجيل الخامس 5G في طريقها لتمثل الجيل التالي من الشبكات الخلوية اللاسلكية، بما يتجاوز الجيل الرابع الحالي من التطور طويل المدى (LTE). ومن المتوقع أن تقدم معدلات بيانات أعلى من 1 إلى 10 جيجابت في الثانية، واتساع نطاق أعلى للنطاق يصل إلى 4000 ميجابت في الثانية، وزمن استجابة أقل بمقدار 1 مللي ثانية، وكفاءة طاقة 901 تيرابايت في الثانية، وموثوقية 99.91 تيرابايت في الثانية، وسعة بيانات متنقلة تصل إلى 10 تيرابايت، وعمر بطارية أطول من شبكات الجيل الرابع. ومع خدمات النطاق العريض للبيانات والتطبيقات الفريدة من نوعها في الوقت الحقيقي، تعد شبكة الجيل الخامس بتلبية الطلبات المتزايدة للمستخدمين الذين يوفرون مليارات الاتصالات الموثوقة والاتصالات الضخمة لإنترنت الأشياء (IoT) المشتركة 1PT14T. وستكون قادرة على دمج العديد من التقنيات والتقنيات الحديثة التي لم تستطع الأجيال السابقة دعمها بسبب محدودية قدرتها وتوافقها.

من اخترع وامتلك 5G

5G جزء من الرحلة التطورية للشبكات اللاسلكية الخلوية. فهي ليست من اختراع أو ملكية أي شركة أو بلد معين، بل هي نتيجة للجهد المبذول من قبل مختلف الباحثين والمصنعين ومقدمي الخدمات. ال 3^𞸍 مشروع شراكة الأجيال (3GPP) هي المنظمة المسؤولة عن تحديد مواصفات كل تقنية خلوية بما في ذلك تقنية الجيل الخامس (5G). وهي تلعب دورًا مهمًا في تصميم شبكة الجيل الخامس (5G) بالنظر إلى تقنية الواجهة الهوائية اللاسلكية ومعايير الاتصالات المشتركة والطيف وطبقات الخدمة وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن صناعة الاتصالات في كل بلد تحاول بشكل حاسم أن تكون أول من يعلن عن النشر الكامل لشبكة الجيل الخامس وفقًا للمعايير المحددة من قبل 3GPP.

كيف يعمل الجيل الخامس 5G؟

في البداية، يتم نشر شبكة الجيل الخامس 5G على شبكات الجيل الرابع الحالية للإطلاق المشترك الأساسي. يُطلق على هذا الجزء من معيار شبكات الجيل الخامس 5G اسم Non-Standalone (NSA). وهو أشبه بقناة بيانات سريعة إضافية متصلة بالبنية التحتية الحالية لشبكات الجيل الرابع LTE لإدارة مستوى التحكم وحركة المرور الكثيفة. ومع تطور تقنية الجيل الخامس، ستجلب معها بنية أساسية جديدة لشبكة الجيل الخامس (5G) وتشغيل الشبكة بأكملها بمفردها، ويُشار إليها باسم شبكة الجيل الخامس المستقلة (SA).

التكنولوجيا ومبادئ التشغيل وراء تقنية الجيل الخامس 5G هي نفس تقنية الجيل الرابع LTE، ولكنها أكثر تطوراً. مثل الجيل الرابع، يستخدم الجيل الخامس تقنية تعدد تقسيم التردد المتعامد (OFDM) لإرسال البيانات واستقبالها بسرعة وكفاءة في استخدام الموارد. ترجع خدمات الشبكة المبتكرة والمحسّنة لشبكة الجيل الخامس إلى الراديو الجديد (NR) الذي يعد واجهة هوائية أكثر مرونة وقدرة وقابلية للتطوير والتوسع. وهي توفر خدمات النطاق العريض المتنقل عالية السرعة التي تحسن تجربة المستخدم وجودة الخدمة (QoS) بشكل ملحوظ.

بنية شبكة الجيل الخامس 5G

تتكون بنية شبكة الجيل الخامس 5G من جزأين رئيسيين:

1. شبكة الوصول اللاسلكي (RAN): 

تغطي شبكة النفاذ اللاسلكي جزء الوصول من الشبكة الذي يشمل الخلايا الصغيرة والخلايا الكلية والمحطات القاعدية (eNB) ومعدات الخلايا ومعدات المباني والمعدات المنزلية التي تُستخدم لنقل بيانات المستخدم إلى الشبكة الأساسية. ستعمل تقنية الجيل الخامس على تعزيز اتصال المستخدمين المتطرفين من خلال نشر العديد من الخلايا الصغيرة وخلايا الفيمتو وخلايا البيكو والخلايا متناهية الصغر فوق طبقة الخلايا الكلية، مما يوفر تغطية قوية للشبكة ويملأ الثغرات، خاصة عند حافة الخلية. ستعمل هذه الخلايا الصغيرة على نطاق تردد الموجات المليمترية (mmWave)، وهي ميزة جديدة للجيل الخامس ستكون مفيدة في المواقع التي تتطلب نطاق إشارة أقصر مثل محطات العمل.

ستعمل خلايا الماكرو بنفس الطريقة التي تعمل بها خلايا الجيل الرابع LTE، ومع ذلك، سيتم تحسين مستوى أداء الأبراج باستخدام تقنية تعدد المدخلات والمخرجات (ميمو). كما يوحي الاسم، تتكون تقنية MIMO من عدد كبير من الهوائيات التي تسمح بالإرسال والاستقبال المتعدد في وقت واحد. ويوفر تصميم الهوائي الضخم العديد من المزايا للمستخدمين ومقدمي الخدمات مثل توصيل عدد أكبر من المستخدمين، وتحسين استخدام موارد الشبكة، والوصول الأسرع، وإدارة أفضل لحركة البيانات، وزمن استجابة أقل.

2. الشبكة الأساسية:

الشبكة الأساسية للجيل الخامس 5G هي يتم تصميمها بطريقة تجعلها قادرة على دمج العديد من التقنيات المبتكرة القائمة على السحابة والتي من خلالها سيظل المستخدمون متصلين ببعضهم البعض افتراضيًا وإدارة جميع بياناتهم وعملياتهم عبر الإنترنت مع استجابة أسرع ومعدل فقدان بيانات أقل. تتضمن شبكة الجيل الخامس الأساسية أيضًا خوادم موزعة توفر الخدمات بشكل فوري مع زمن استجابة أقل. الشبكة الأساسية مسؤولة أيضًا عن إدارة الميزات الأساسية لشبكة الجيل الخامس بما في ذلك المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV) والشبكة المعرفة بالبرمجيات (SDN) وتقطيع الشبكة.

ما هي نطاقات ترددات 5G في العالم

لقد قدمنا ما هي نطاقات ترددات الجيل الخامس 5G بالتفصيل من قبل، في الوقت الحالي، يصل نطاق التردد التشغيلي لتقنية الجيل الرابع LTE إلى 6 GHz. ومع ذلك، ستكون تقنية 5G قادرة على العمل في نطاق تردد يتراوح بين 30 GHz إلى 300 GHz. وهذا هو السبب وراء سرعة الشبكة فائقة السرعة والاتصال المستمر. ومع ذلك، فإن نطاق الترددات الأولية لتقنية الجيل الخامس أقل من 6 GHz، خاصة بين 3.3 GHz إلى 3.8 GHz. ستعمل تقنية mmWave mmWave للجيل الخامس فوق 6 GHz، أي ما بين 26 GHz إلى 28 GHz. ستوفر تقنية mmWave نطاق تغطية أقصر وسعة أكبر لتلبية احتياجات أكبر عدد ممكن من المستخدمين بأداء أفضل بلا شك من الشبكات الخلوية السابقة. علاوة على ذلك، ووفقًا لبعض الأبحاث، ستعيد شبكات الجيل الخامس أيضًا استخدام نطاقات التردد المنخفض الحالية في المستقبل مع انخفاض استخدام الشبكات التقليدية بسبب عدم قدرتها على دعم تطبيقات وخدمات الجيل التالي.

الميزات الرئيسية للجيل الخامس 5G

سيكون الجيل الخامس 5G عصر الاتصال حيث سيكون كل شخص وكل شيء متصل ببعضه البعض بما في ذلك البشر والأجهزة والأشياء والآلات. تتألف هذه التقنية القادمة من العديد من الميزات التي تُعد المحرك الرئيسي وراء أدائها وكفاءتها العالية. دعونا نناقش بالتفصيل ما هي هذه الميزات:

1. MIMO الهائل MIMO

إنها إحدى الميزات المهمة لشبكات الجيل الخامس التي تتمتع بالقدرة على دعم عمليات إرسال واستقبال البيانات المتعددة في وقت واحد من خلال عدد كبير من الهوائيات. حجم الهوائيات الضخمة هوائي MIMO يشبه الجيل الثالث 3G التقليدي أو هوائيات 4G ولكن قدرتها ستكون أعلى بكثير مقارنةً بها. وهي تغطي نطاق تردد GHz الفرعي الأعلى (مثل 3.5 GHz) وتزوّد بمكاسب كبيرة في تعدد الإرسال لتحقيق سعة أكبر واتصال موثوق به.

2. Sub-6 GHz

يتضمن التردد دون 6 GHz ترددات متوسطة النطاق مثل Wi-Fi، تتراوح بين 3 إلى 6 GHz. هوائيات شبكة الجيل الخامس 5G سيستخدم هذا الطيف متوسط المدى في الغالب لأنه يمكّن الخلايا الصغيرة من توفير الخدمات في الأماكن المغلقة بالإضافة إلى البُنى العُقدية المتطورة القوية (eNB) لتلبية متطلبات التغطية الخارجية. ستعمل تقنية الجيل الخامس، التي تغطي مسافات أطول، في نطاق تردد منخفض مثل أقل من 800 MHz.

3. تشكيل الحزمة

من بين العديد من تقنيات الجيل الخامس الفعالة الأخرى, يلعب تشكيل الحزمة دورًا رئيسيًا في تمكين الشبكة من الأداء بأقصى إمكاناتها. فهو يسمح ل هوائيات 5G الموجهة لإرسال حزم اتجاهية ضيقة نحو جهاز المستخدم المحدد بعد اختيار قناة نقل البيانات الأكثر كفاءة المتجهة نحوه. يقلل تشكيل الحزمة أيضًا من التداخل مع المستخدمين القريبين بسبب الحزم المركّزة، وبالتالي توفير خدمات عالية الجودة وتغطية شاملة للشبكة. وتستخدم مصفوفة من الهوائيات المرحلية التي تركز الحزمة نحو الاتجاه المطلوب.

4. mmWave

كما نوقش من قبل، توفر الموجة mmWave نطاقًا تردديًا وترددًا عاليًا جدًا يتراوح بين 17 GHz و110 GHz. ونظراً لكونها تقنية قصيرة المدى، فسيتم نشرها في الغالب في المناطق المكتظة بالسكان لدعم أكبر عدد ممكن من المستخدمين بسرعتها وسعتها العالية وتخفيف التداخل.

5. تشريح الشبكة

ترجع قدرة شبكة الجيل الخامس على دعم عدد كبير من المستخدمين الذين يصلون إلى خدمات مختلفة في وقت واحد إلى تشريح الشبكة. يعمل تشريح الشبكة على إنشاء شبكات افتراضية متعددة فوق بنية مادية مشتركة. يتم بعد ذلك تخصيص هذه الشبكات الافتراضية لمستخدمين أو خدمات أو تطبيقات أو مشغلين محددين حسب متطلباتهم.

6. المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV)

وهو يسمح للبرامج الافتراضية على الأجهزة الجاهزة المتوافرة في السوق باستبدال وظائف الشبكة على الأجهزة المخصصة، مثل موازنات التحميل وأجهزة التوجيه وجدران الحماية. تبسط NFV وظائف الشبكة وتعزز تصميم الشبكة وتقديم الخدمات. وهي تمكّن مزودي الخدمة من إنشاء مثل هذه الخدمات التي تولد إيرادات أعلى وتزيد من الإنتاجية.

7. الشبكة المعرفة بالبرمجيات (SDN)

وهي تمكّن الجيل الخامس من تصميم الشبكة وإدارتها والتحكم فيها بكفاءة. تفصل شبكة SDN بين مستوى التحكم ومستوى إعادة التوجيه للشبكة، مما يسمح بالتحكم في الشبكة بشكل مباشر. وبكلمات أبسط، لم يعد مستوى التحكم مرتبطًا بأجهزة الشبكة ويمكن التحكم في تدفق البيانات خارجيًا من خلال كيان برمجي يسمى وحدة التحكم، يقع بين أجهزة الشبكة والتطبيقات.

أين يتم استخدام 5G؟

تشمل مجالات الخدمة الرئيسية الثلاثة للجيل الخامس 5G ما يلي: إنترنت الأشياء المعزز الضخموالنطاق العريض المتنقل والاتصالات المتنقلة ذات المهام الحرجة. يتم اختبار تقنية الجيل الخامس 5G ونشرها في العديد من المجالات لتوفير تطبيقات مختلفة وتعزيز أداء عملها. فيما يلي بعض التطبيقات المميزة للجيل الخامس 5G:

1. شبكة متنقلة عالية السرعة

ستوفر تقنية 5G تجربة استثنائية عالية السرعة مع نقل الصوت والفيديو في الوقت الفعلي. وستقلل بشكل كبير من زمن الاستجابة الذي يصل إلى 1 مللي ثانية وهو أمر بالغ الأهمية للقيادة الذاتية وتطبيقات المهام الحرجة. من التصنيع إلى صناعة الشحن، ستعمل كل المجالات بكفاءة في ظل شبكات الجيل الخامس للهاتف المحمول.

2. إنترنت الأشياء (IoT)

سوف يتطور إنترنت الأشياء بمساعدة تقنية الجيل الخامس 5G لأنها توفر سرعة فائقة وسعة فائقة لمئات وآلاف الأجهزة من أجل التواصل مع بعضها البعض والبقاء على اتصال طوال الوقت. ستعمل تقنية الجيل الخامس لإنترنت الأشياء على تحسين الطريقة التي يدير بها الأشخاص مهامهم الشخصية ومهام العمل جنبًا إلى جنب. كما ستسمح بالربط الشبكي الصناعي عالي السرعة وبث الفيديو والحوسبة المتنقلة. تشمل القطاعات المستفيدة من تقنية الجيل الخامس لإنترنت الأشياء السيارات، والنقل، والمدن الذكية، والمصانع الذكية، والزراعة الذكية، والمرافق الذكية، والشبكة الذكية، والزراعة، وتجارة التجزئة، والأمن، والمراقبة، والرعاية الصحية.

3. الترفيه والوسائط المتعددة

ستوفر شبكة الجيل الخامس 5G تجربة فيديو فائقة الوضوح من أي مكان حول العالم على جهازك المحمول. لن يستغرق تنزيل مقاطع الفيديو بدقة 4K أي وقت، كما سيتم بث الأحداث المباشرة في الوقت الفعلي حيث أن شبكة 5G قادرة على توفير 120 إطاراً في الثانية وجودة فيديو ذات نطاق ديناميكي أعلى (HDR) دون تخزين مؤقت.

الاختلافات بين الأجيال الخلوية السابقة والجيل الخامس 5G؟

تم تقديم شبكة الجيل الأول الخلوية 1G في عام 1984 بمعدل بيانات 2.4 كيلوبت في الثانية. كانت تقنية قائمة على التناظرية مع خدمة صوتية أساسية فقط. وجاء الجيل الثاني 2G في عام 1990 بمعدل بيانات 64 كيلوبت في الثانية. وقد أدخلت معايير رقمية وصُممت للصوت. ثم جاءت شبكة الجيل الثالث 3G في عام 1998 بمعدل بيانات 2 ميجابت في الثانية. وقدمت خدمات صوتية بالإضافة إلى خدمات النطاق العريض المتنقل للمستخدمين ولكن بجودة خدمة متدهورة. توفر شبكة الجيل الخامس 5G معدل بيانات وسعة أعلى بكثير مقارنة بالأجيال السابقة. وصلت شبكة 4G في عام 2011 بمعدل بيانات 100 ميجابت في الثانية. وقدمت بروتوكولات قائمة على بروتوكول الإنترنت وخدمات النطاق العريض عالية الجودة. من المتوقع أن يتفوق الجيل الخامس 5G القادم على جميع الأجيال السابقة بمعدل بيانات فائق السرعة يتراوح بين 10 و100 جيجابت في الثانية وزمن انتقال منخفض للغاية وعرض نطاق ترددي عالٍ.

ما مدى سرعة 5G؟

ستعتمد سرعة 5G المستقبلة في نهاية المستخدم على عوامل مختلفة مثل موقع المستخدم، وجهاز المستخدم، وعدد المستخدمين المتصلين بالشبكة في وقت واحد. ومع ذلك، هناك شيء واحد مضمون وهو أن معدل بيانات 5G سيكون أعلى بكثير من 4G/4G LTE. يدعم الجيل الرابع 4G معدل بيانات ذروة يبلغ 150 ميجابت في الثانية ومتوسط معدل بيانات يبلغ 10 ميجابت في الثانية. يدعم الجيل الرابع 4G LTE ذروة معدل البيانات بين 300 ميجابت في الثانية إلى 1 جيجابت في الثانية ومتوسط معدل البيانات بين 15 ميجابت في الثانية إلى 50 ميجابت في الثانية. في حين أنه من المتوقع أن تدعم تقنية الجيل الخامس 5G معدلات بيانات تصل إلى 20 جيجابت في الثانية في الذروة وأكثر من 100 ميجابت في الثانية في المتوسط. وهذا يعني أن تقنية 5G ستكون أسرع 100 مرة على الأقل من تقنية 4G LTE. ومع ذلك، هذه هي معدلات البيانات النظرية لشبكة 5G. ستكون معدلات البيانات الحقيقية مختلفة اعتمادًا على نمو ونوع شبكة 5G. وفقًا لتقرير Ookla التحليلي الذي تم جمعه في الربع الثاني من عام 2022، بلغت سرعة تنزيل شبكة الجيل الخامس في الولايات المتحدة 187.33 ميجابت في الثانية التي حققتها T-Mobile، حيث احتلت الصدارة. وجاءت شركة Verizon Wireless في المركز الثاني بسرعة تنزيل 113.52 ميجابت في الثانية، وجاءت AT&T في المركز الثالث بسرعة 71.54 ميجابت في الثانية. وبالتالي، من المتوقع أن يستغرق الجيل الخامس 5G بعض الوقت للوصول إلى معدلات الذروة العالية هذه نظرًا لأنه في مرحلة النشر الأولية حاليًا.

هل شبكة 5G متاحة الآن؟

على الرغم من أن النشر الأولي لشبكات الجيل الخامس قد بدأ بالفعل في العديد من الدول المتقدمة بما في ذلك كوريا الجنوبية والصين واليابان وأوروبا والولايات المتحدة الأمريكية، إلا أنه من المتوقع أن يتم نشرها بالكامل بحلول عام 2025، مع 3.6 مليار اتصال بشبكة الجيل الخامس. تتقدم الصين والولايات المتحدة في نشر شبكات الجيل الخامس بوتيرة أعلى بكثير مقارنة بالدول الأخرى.

الخاتمة

تعد شبكة الجيل الخامس 5G بإحداث ثورة في عالم الاتصالات المشتركة، وذلك بفضل ما تقدمه من سرعة اتصال عالية وتقنيات مبتكرة لم يسبق لها مثيل من قبل. ستجعل الناس أكثر قربًا من بعضهم البعض وتغير منهجية العمل في كل مجال، مما يجعلهم أكثر كفاءة وإنتاجية.