متطلبات التوصيل في شبكات الجيل الخامس 5G

يُنظر إلى عام (2019) على أنّه عام انطلاق شبكات الجيل الخامس (5G)، حيث يعمل العديد من المشغلين العالميين على تسريع استثماراتهم في البنية التحتية الخاصة بهم لدعم حالات استخدام (5G) والخدمات، ممّا يوفر إمكانات كبيرة لكل من المستهلكين والشركات.

أساسيات التوصيل في شبكات 5G

يمكن لمشغلي الاتصالات الاستفادة من إمكانات الأداء العالي (لشبكة 5G) وتمكين المنتجات والحلول الجديدة لجميع عملائهم عبر قطاعات السوق التقليدية وغير التقليدية، ممّا يؤدي إلى توليد تدفقات إيرادات وأرباح جديدة، ومع ذلك فقد تم تصميم بنى شبكات المحمول الحالية لتوفير متطلبات الصوت والوسائط المتعددة والبيانات والوفاء بها، والتي أثبتت أنها منصة غير مرنة بما يكفي بسبب واجهات معقدة والعديد من ترقيات إصدار (3GPP).

مع طرح محدود لـ (5G) يمكن أن تصبح شبكة الجيل الخامس (5G) عامل التمكين الرئيسي لمجموعة واسعة من خدمات وتطبيقات الصناعة الجديدة والمبتكرة، ومع ذلك فإنّ تلبية حلول الاتصالات الجديدة يتطلب تلبية متطلبات تكنولوجية متنوعة ومعقدة، ومن المهم مراجعة المتطلبات التكنولوجية الفعلية لشبكة الجيل الخامس مقارنة بالأجيال السابقة.

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

مبدأ التوصيل في تقنية شبكات 5G

المثلث الذهبي لمتطلبات تقنية (5G) هو الكمون وكثافة الاتصال والإنتاجية، وللوصول إلى مستويات زمن الوصول أقل من (10 مللي ثانية)، سيتحدى قوانين الفيزياء وطبولوجيا تخطيط الشبكة ويُعد الكمون المنخفض مطلبًا أساسيًا لحالات استخدام الأعمال، والتي تتطلب اتصالات فورية وموثوقة للغاية مثل الإجراءات الجراحية عن بُعد والقيادة الذاتية الآلية.

كما يتم الانتقال إلى كثافة الاتصال، بحيث يمكن لشبكات الجيل الخامس أن توفر ما يصل إلى مليون اتصال لكل كيلومتر مربع، بحيث تدعم كمية كبيرة من الاتصالات المتزامنة بالشبكة مقارنةً بشبكة الجيل الرابع التي تبلغ كثافة الاتصال النموذجية (2000) اتصال لكل كيلومتر مربع.

مع زيادة شعبية تطبيقات إنترنت الأشياء مثل: التكنولوجيا الذكية القابلة للارتداء وتكنولوجيا المنزل الذكي والمدن الذكية والشبكات الذكية، تُعد كثافة الاتصال العالية لشبكة الجيل الخامس قدرة حيوية ستمكن من حالات استخدام الاتصال عبر الآلة (M-MTC) وتلبية متطلبات المجتمع الرقمي.

ملاحظة:“M-MTC” هي اختصار لـ “Massive Machine-Type Communications”.

مزايا عملية التوصيل في شبكات 5G

كانت أكبر ميزة في التطور من (3G) إلى (4G) هي زيادة الإنتاجية والمضي قدمًا مع (5G) سيكون هذا أيضًا عاملاً رئيسيًا، كما يتطلع الجيل الخامس (5G) إلى توفير سرعة نقل تصل إلى (10 جيجابت في الثانية) والتي ستمكن من استخدام حالات النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB)، ممّا يوفر منصة بنية تحتية للخدمات الجديدة مثل: (VR) و(AR) و(UHD).

لن يؤدي تنفيذ وتنفيذ المثلث الذهبي فقط إلى تقديم تجارب المستخدم الفائقة والحلول الجديدة تمامًا التي تعد بها شبكات الجيل الخامس، حيث هناك إجراءات وتقنيات ونماذج أعمال معينة يجب على المشغلين تبنيها وهذا يشمل الكفاءة الطيفية، بحيث سيلزم استخدام الطيف عند الترددات الأعلى مع عرض النطاق الترددي الأكبر؛ لتوفير السعة اللازمة لدعم عدد كبير جدًا من الأجهزة المتصلة ولتمكين سرعات أعلى في نفس الوقت الأجهزة المتصلة.

كما تُعد الكفاءة الطيفية أمرًا ضروريًا، حيث يبدأ المشغلون في نفاد سعة شبكاتهم، وسيتم تقديم (5G) في نطاقات تردد أعلى، مع توقع العديد من المشغلين نشر أنظمة (5G) الخاصة بهم في مستوى نطاق التردد (mmW)، وطيف الترددات الراديوية (RF) هو مورد طبيعي محدود ويدعم النمو المستمر للتقنيات والأنظمة والخدمات اللاسلكية.

ملاحظة:“mmW” هي اختصار لـ “Millimeter wave”.

ملاحظة: “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

ملاحظة:“UHD” هي اختصار لـ “Ultra high definition”.

ملاحظة:“eMBB” هي اختصار لـ “Enhanced Mobile Broadband”.

خصائص متطلبات التوصيل في شبكات 5G

نظراً لأنّ المقدار المتاح من طيف التردد الراديوي يصبح مشبعًا في البيئات عالية الكثافة، يجب مراعاة طرق كفاءة الطيف الجديدة، كما تستخدم تقنية (Massive MIMO) هوائيات متعددة لإرسال إشارات الموجات الحاملة في وقت واحد، مع أداء وظائف الإدخال والإخراج ضمن نفس تخصيص الطيف وجنبًا إلى جنب مع تشكيل الحزمة.

وهي تقنية تستخدم لتركيز الواجهات الراديوية في حزمة لإرسال الإشارات الاتجاهية واستقبالها وممّا يؤدي إلى زيادة التردد الراديوي الإجمالي، يمكن أن تؤدي كفاءة الطيف في النهاية إلى تحسين تجربة المستخدم وكما تقترب شبكة (5G) في عجلة من الأمر، ولكن شبكة الجيل القادم هذه ستكون مختلفة عن تلك الموجودة في الماضي.

لا يتعلق الأمر فقط بتقديم ميزات تقنية محسنة لتوفير نطاق ترددي أعلى للمستهلكين، وهو تغيير الطريقة التقليدية للعمل لمزودي الاتصالات، وتمكينهم من تقديم أنظمة بيئية جديدة تمامًا لحالات استخدامات الجيل الخامس الجديدة للعيش، ويمكن للأشخاص الذين يتبنون هذا التغيير أن يصبحوا أصحاب المصلحة الرئيسيين في سلسلة القيمة وسيكونون هم الفائزون الحقيقيون في عصر الجيل الخامس.

من المتوقع أن تتمتع شبكات الجيل الخامس المستقبلية بالقدرات على توفير معدلات بيانات عالية للغاية وتغطية سلسة، وكذلك عدد هائل من الأجهزة المتصلة وزمن انتقال منخفض وما إلى ذلك ومن أجل دعم عصر إنترنت الأشياء.

كما يُعد الأداء الديناميكي لشبكات الجيل الخامس ميزة أساسية للتحكم في بيئة الاتصالات الكثيفة والمتغيرة بسرعة، وبتم اعتماد المشكلات الفنية مثل موارد التردد المحدودة والتداخل واستهلاك الطاقة وإدارة الشبكة هي التحديات الرئيسية التي تواجه شبكات الجيل الخامس.

ملاحظة:“MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.

العلاقة بين الجيل الخامس وأحجام بيانات الهاتف المحمول

يرتبط النمو في أحجام بيانات الهاتف المحمول إلى حد كبير بشعبية تطبيقات الفيديو، ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في (5G)، ومع تقدم التكنولوجيا أصبحت التطبيقات تتطلب نطاقًا تردديًا أكثر من أي وقت مضى، وإذا تم أيضًا توصيل شاشات التلفزيون الكبيرة لاسلكيًا، فستحتاج (5G) إلى تقديم معدلات بيانات أعلى بكثير مقارنة بشبكة (4G) من أجل دعم الطلب على تطبيقات الفيديو.

لم يكن مصدر إلهام شبكة الجيل الخامس (5G) فقط في توفير نسخة أكثر كفاءة ومعدل بيانات أعلى من الجيل الرابع، كما هو واضح في (3GPP)، فإنّ (5G) أيضًا تدور حول تمكين أنواع جديدة من التطبيقات وفي المجتمع الرقمي، سيستفيد المستهلكون والحكومات والشركات والصناعات من الاتصالات المتنقلة لتحسين جميع أنواع العمليات.

هذه ما يسمى بالقطاعات “الرأسية”، غالبًا ما تستخدم تطبيقات محددة مع مجموعة متنوعة من المتطلبات على الاتصالات المتنقلة، وبدلاً من تصميم تقنية لاسلكية محددة لكل من هذه التطبيقات الرأسية ومن المتوقع أن تكون تقنية (5G) مرنة بما يكفي لدعم جميع أنواع التطبيقات وحتى معًا على شبكة واحدة.

في النهاية، تمثل (5G) تحولًا أساسيًا في الدور الذي تلعبه تقنيات الشبكات اللاسلكية في المجتمع، حيث تتطور بشكل طبيعي وتقدم ميزات تكنولوجية متقدمة، مثل زيادة سرعات البيانات وأوقات انتقال منخفضة وكفاءات طيفية.