ما هي شبكة الجيل الخامس القياسية 5G Standard

يجب أن تقدم شبكة (5G) أداء تشغيليًا متزايدًا بشكل كبير وعلى سبيل المثال زيادة الكفاءة الطيفية ومعدلات بيانات أعلى وزمن انتقال منخفض، فضلاً عن تجربة مستخدم فائقة بالقرب من الشبكة الثابتة ولكنها توفر إمكانية تنقل وتغطية كاملة، كما تحتاج شبكة (5G) إلى تلبية النشر الهائل لإنترنت الأشياء ومع الاستمرار في تقديم مستويات مقبولة من استهلاك الطاقة وتكلفة المعدات ونشر الشبكة وتكلفة التشغيل، وتحتاج إلى دعم مجموعة متنوعة من التطبيقات والخدمات.

أساسيات شبكة الجيل الخامس القياسية

إنّ شبكة (5G Standard) مصممة لزيادة سرعة واستجابة الشبكات اللاسلكية بشكل كبير، ومع (5G) يمكن أن تنتقل البيانات المنقولة عبر اتصالات النطاق العريض اللاسلكية بسرعات متعددة جيجابت، مع سرعات ذروة ممكنة تصل إلى (20 جيجابت في الثانية) وفقًا لبعض التقديرات وتتجاوز هذه السرعات سرعات الشبكة السلكية، وكما تتيح زمن انتقال أقل من (5 مللي ثانية) أو أقل وهو أمر مناسب للتطبيقات التي تتطلب ملاحظات في الوقت الفعلي.

توفر شبكة (5G) الفرصة المطلقة لصناعة الأقمار الصناعية للخروج من مكانتها ولمقدمي خدمات الأقمار الصناعية لتقديم مجموعة أوسع بكثير من الخدمات، ومع تمكين مشغلي الهاتف المحمول والألياف من الاستفادة من اتصال الأقمار الصناعية؛ لتوسيع مناطق تغطيتهم وتفريغ شبكاتهم من خلال وظائف مثل الإرسال المتعدد والوصلة والتنقل، حيث يكون القمر الصناعي تقنية وصول أفضل.

يوفر ظهور ثورة الصناعة لترقية معايير إنترنت الأشياء (IoT) نتائج بارزة لأنظمة الاتصالات اللاسلكية المستقبلية المسماة (5G)، حيث يعاني تطوير أنظمة الاتصالات الخضراء (5G) من تحديات مختلفة للوفاء بمتطلبات زيادة قدرة المستخدم وسرعة الشبكة والحد الأدنى من التكلفة وتقليل استهلاك الموارد، بحيث سيؤدي استخدام معايير (5G) لتطبيقات الصناعة إلى زيادة أداء معدل البيانات وموثوقية الجهاز المتصل.

كما ازداد الطلب على أنظمة الرعاية الصحية الذكية في جميع أنحاء العالم، ومع ذلك فإنّ تصميم أنظمة اتصالات (5G) ينطوي على تحديات بحثية مثل الاستخدام الأمثل للموارد، وإدارة التنقل وفعالية التكلفة وإدارة التداخل والكفاءة الطيفية وما إلى ذلك، والتطور السريع للذكاء الاصطناعي (AI) عبر التنسيقات المختلفة يجلب تحسين الأداء مقارنة بالتقنيات التقليدية.

لذلك فإن إدخال الذكاء الاصطناعي في معايير (5G) سيعمل على تحسين الأداء بشكل أكبر مع مراعاة تطبيقات المستخدم النهائي المختلفة يقدم أولاً مسحًا للمصطلحات، مثل معيار (5G) وبعض الأعمال الحديثة للاتصالات اللاسلكية المستقبلية.

ملاحظة: “AI” هي اختصار لـ “Artificial Intelligence”.

ملاحظة:“IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.

أشكال شبكة 5G Standard

بدأ توحيد معايير (5G) في أوائل عام (2016م) تحت مظلة مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP)، وهو هيئة التقييس الرئيسية لأنظمة الاتصالات المتنقلة العالمية، كما تتوفر الموجة الأولى من المعايير من خلال الإصدار (15) من (3GPP) والموجة الثانية قيد التطوير، ويهدف إلى الاستمرار في التأثير على التعريف التكنولوجي لأنظمة الاتصالات المستقبلية (5G وما بعده) وبالتالي على المعايير من خلال بحثها المتقدم، كما تُحدد معايير (5G) كواحدة من المجالات الخمسة ذات الأولوية في إطار رقمنة.

وبالمثل بدأ تحديد طيف الجيل الخامس رسميًا في مؤتمر للاتصالات الراديوية لعام (2015) (WRC-15) لتحديد طيف مخصص لشبكات الجيل الخامس فوق (6 جيجاهرتز) بحلول عام (2019م)، وفي هذا السياق توفر أبحاث الاتحاد الأوروبي تقييم إمكانية تطبيق مختلف النطاقات قيد النظر، وكما يتم تنظيمه في (3) مراحل:

1. بنية شبكة الجيل الخامس المستقبلية

حققت المرحلة (1) من (PPP 5G) التي تغطي الفترة (2015-2017) ونتائج مهمة في تقنيات (5G) الأساسية وإلى جانب التطورات في أداء الراديو والشبكات الكلاسيكيين، كما ظهرت بنيات الشبكات الافتراضية التي تدعم شرائح الشبكة المصممة خصيصًا بالإضافة إلى الشبكات غير المتجانسة، أي “شبكة من الشبكات” بما في ذلك شبكات الأقمار الصناعية.

ملاحظة: “PPP” هي اختصار لـ “Point-to-Point Protocol”.

ملاحظة:“3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.

2. التحرك نحو العرض والتجارب مع إشراك الصناعات الرأسية

توسع المرحلة (2) من الشراكة بين القطاعين العام والخاص (5G) والتي تمتد للفترة (2017-2019) وهذه النتائج وتقيم علاقات أوثق بين مجتمع (5G) والصناعات الرأسية، وتستهدف المرحلة الثانية التوجه نحو إثبات المفاهيم والتجارب وهي تشمل بنشاط الصناعات الرأسية، والتي من المتوقع أن تكون جزءًا من المستخدمين الرئيسيين لشبكات الجيل الخامس في المستقبل.

3. منصات 5G من البداية إلى النهاية والتنقل المتصل والآلي

ستعمل الموجة الأولى من المرحلة (3) من (PPP 5G) على توحيد نتائج المراحل السابقة من خلال تكامل البنية التحتية التجريبية لشبكة (5G) من البداية إلى النهاية، والهدف الرئيسي هو الاستفادة من اتصال السيارة لإنشاء نظام بيئي كامل حول السيارات والمركبات، ولا يخدم فقط حالات الاستخدام المتعلقة بالسلامة ولكن أيضًا مجموعة غنية من التطبيقات، بما في ذلك الصيانة والتأمين والمعلومات الترفيهية ومساعدة السائق والقيادة الذاتية.

ستدعم الموجة الثالثة تنفيذ التجارب والإصدارات التجريبية المخصصة لإثبات إمكانية تطبيق شبكة (5G) لحالات استخدام الصناعات العمودية أي الوسائط والترفيه والصناعة والصحة والنقل والسيارات والطاقة، والتي تعمل على قمة (5G) منصات شاملة من الموجة الأولى، وستتناول الموجة الأخيرة التطور طويل المدى لأنظمة الاتصالات والتحقيق في التقنيات التي لم يتم تناولها بعد، أو لم يتم تناولها بالكامل في إطار شراكة (5G) بين القطاعين العام والخاص وتمهيد الطريق نحو أنظمة اتصال ذكية تتجاوز (5G).

لماذا نحتاج لشبكة الجيل الخامس القياسية 5G

• تتزايد حركة بيانات الهاتف المحمول بسرعة ويرجع ذلك في الغالب إلى تدفق الفيديو.

• باستخدام أجهزة متعددة يمتلك كل مستخدم عددًا متزايدًا من الاتصالات.

• سيتطلب إنترنت الأشياء شبكات يجب أن تتعامل مع مليارات أخرى من الأجهزة.

• مع تزايد عدد الهواتف المحمولة وزيادة انتقال البيانات تحتاج كل من الهواتف المحمولة والشبكات إلى زيادة كفاءة الطاقة.

• يتعرض مشغلو الشبكات لضغوط لتقليل النفقات التشغيلية، حيث يعتاد المستخدمون على الرسوم الجمركية الثابتة ولا يرغبون في دفع المزيد.

• يمكن لتكنولوجيا الاتصالات المتنقلة أن تتيح حالات استخدام جديدة وعلى سبيل المثال لحالات الكمون المنخفضة للغاية أو حالات الموثوقية العالية والتطبيقات الجديدة للصناعة، ممّا يفتح مصادر دخل جديدة للمشغلين أيضًا.

السيناريوهات الرئيسية لاستخدام شبكة 5G القياسية

حدد قطاع الاتصالات الراديوية سيناريوهات الاستخدام الرئيسية التالية للاتصالات المتنقلة الدولية لعام (2020م) وما بعده، وهي كالتالي:

• النطاق العريض المتنقل المحسّن (eMBB) للتعامل مع معدلات البيانات المتزايدة بشكل كبير وكثافة المستخدم العالية، وقدرة المرور العالية جدًا لسيناريوهات النقاط النشطة بالإضافة إلى التغطية السلسة وسيناريوهات التنقل العالية مع معدلات البيانات المستخدمة المحسّنة.

• اتصالات ضخمة من نوع الماكينة (mMTC) لإنترنت الأشياء، تتطلب استهلاكًا منخفضًا للطاقة ومعدلات بيانات منخفضة لأعداد كبيرة جدًا من الأجهزة المتصلة.

• اتصالات فائقة الدقة وذات زمن انتقال منخفض (URLLC) لتحقيق متطلبات السلامة الحرجة وتطبيقات المهام الحرجة.

ملاحظة:“mMTC” هي اختصار لـ “massive Machine Type Communications”.

ملاحظة: “URLLC” هي اختصار لـ “Ultra Reliable Low Latency Communications”.

ملاحظة: “eMBB” هي اختصار لـ “Enhanced mobile broadband”.

في النهاية، يوفر (5G) لمشغلي الشبكات قدرة تقديم خدمات جديدة لفئات جديدة من المستخدمين والجيل الخامس اللاسلكي (5G) هو أحدث تكرار للتقنية الخلوية.