تصویر: داده‌های تلفن همراه چقدر سریع دریافت خواهند شد؟ al تاکیدpirit / Shutterstock.com
 
هر دهه یا بیشتر، صنعت بی سیم، استاندارد جدید ارتباطات سلولی را تنظیم می‌کند که می‌تواند اطلاعات بیشتری را با سرعت بیشتری منتقل کند. دور بعدی که تاکنون در حال توسعه است، "5G" نامیده می‌شود زیرا این پنجمین نسل بزرگ این استانداردها برای رمز گذاری و انتقال داده‌ها از امواج رادیویی است.
 
نسل اول، که به صورت عطف به ما سبق 1G نامیده می‌شود، یک سیستم کاملاً آنالوگ برای انتقال صدا بود. در مقابل، تلفنهای 2G صدا و داده را به صورت دیجیتالی منتقل می‌کردند. نسل‌های بعدی، 3G در 2000 و 4G در سال 2010، پیشرفت‌هایی فنی را صورت دادند که سرعت داده‌ها را از 200 کیلو بیت در ثانیه به صدها مگابیت در ثانیه رساند. با ورود به سال 2020، انتظار می رود 5G یک – و شاید حتی تا ده - گیگا بیت در ثانیه را انتقال دهد.
 
قادر شدن به ارسال و دریافت بسیار سریع حجم عظیمی از اطلاعات، به سرعت فرصت‌های جدیدی را برای سیستم‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی و همچنین اتوماسیون باز می‌کند.
 
به عنوان مثال، اتومبیل‌های خود ران می‌توانند با یک دیگر، با علائم جاده، و علائم ترافیک، و گارد ریل‌های محافظ و سایر عناصری که رانندگان انسانی به راحتی می‌بینند ارتباط برقرار کنند. این امر به یک جهش فنی اضافی نیاز دارد - کاهش آنچه که "تأخیر" نامیده می شود یعنی کاهش تأخیر بین ارسال سیگنال و زمان دریافت آن تا حداکثر 1 میلی ثانیه. (اگر سرعت داده‌های شبکه را تشبیه کنیم که دهانه یک شلنگ باغ چقدر وسیع است، مدت زمان تأخیر، زمانی است که از لحظه باز کردن شیر تا احظه‌ای که آب بیرون می‌آید طول می‌کشد.)
 
دستیابی به نرخ‌های بالای داده با تأخیر کم، نیاز به یک سری تغییرات فنی دارد، از جمله ارسال داده‌ها با استفاده از فرکانس‌های رادیویی بالاتر و طراحی آرایه آنتن‌ها برای کاهش تداخل بین بسیاری از دستگاه‌ها که همگی در همان زمان ارتباط برقرار می‌کنند. به اینها اضافه کنید تا تشکیل یک شبکه 5G با ایستگاه‌های پایه خیلی بیشتر – که هر کدام از نظر فیزیکی از یک برج سلولی فعلی کوچکتر هستند و بسیار نزدیک‌تر در کنار هم قرار می‌گیرند. ایستگاه‌های پایه 5G می‌توانند به جای هر 1 تا 5 کیلومتر مورد نیاز برای 4G در هر 250 متر قرار بگیرند.
 
علاوه بر این، سیستم‌های 5G امکان ارائه اتصالات قابل اعتماد به تعدادی انبوه از دستگاه‌های بی سیم را به طور همزمان فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، این می‌تواند تعداد زیادی دستگاه "اینترنت اشیاء" در حال استفاده، نظارت بر مواد مغذی موجود در خاک برای کشاورزان، مکان‌های بسته بندی برای شرکت‌های حمل و نقل، و علائم حیاتی را برای بیماران بیمارستان فراهم کند.
 
شبکه‌های 5G  اولیه در حال حاضر در برخی از شهرهای ایالات متحده آمریکا در حال گسترده شدن است. المپیک آینده قرار است اولین نمایشگاه از طیف کاملی از فناوری 5G  را ارائه دهد. بین اکنون و پس از آن - و حتی فراتر از آن - شرکتهایی که شبکه‌های 5G  را راه اندازی می‌کنند، در حالی که این شبکه هنوز در حال تکامل است، فناوری‌های جدیدی را به کار می‌گیرند، همان طور که در مورد نسل‌های قبلی چنین شده است.
 
کاربران موبایل امروز سرعت داده‌ها و سرویس قابل اطمینان‌تری می‌خواهند. نسل بعدی شبکه‌های بی سیم 5G  نوید تحویل آن و چیزهای دیگر را می‌دهد. اگر چه در حال حاضر، 5G هنوز در مراحل برنامه ریزی است و شرکت‌ها و گروه‌های صنعتی در تلاشند تا بفهمند که دقیقاً چه خواهد بود، اما همه آنها با یک چیز موافق هستند: با افزایش تعداد کاربران تلفن همراه و تقاضای آنها برای داده، 5G باید ترافیک بسیار بیشتری را با سرعت بسیار بالاتر از ایستگاه‌های پایه‌ای که شبکه‌های سلولی امروز را تشکیل می‌دهند، اداره کند.
 
برای دست یابی به این هدف، مهندسان بی سیم در حال طراحی مجموعه‌ای از فناوری‌های کاملاً جدید هستند. در کنار هم، این فناوری‌ها داده‌هایی با تأخیر کمتر از یک میلی ثانیه (در مقایسه با حدود 70 میلی ثانیه در شبکه‌های 4G امروزی) ارائه می دهند و سرعت بارگیری حداکثر را تا 20 گیگا بایت بر ثانیه افزایش می‌دهند (در مقایسه با 1 گیگا بایت بر ثانیه در 4G).
 
در حال حاضر، هنوز مشخص نیست که در طولانی مدت کدام فناوری‌ها بیشترین کار را برای 5G انجام می‌دهند، اما چند مورد مورد علاقه اولیه پدیدار شده‌اند. پیشگامان شامل امواج میلی متری، سلول‌های کوچک، MIMO ی کلان، دوبلکس کامل و شکل دهی پرتو هستند.
 

سلول‌های کوچک

سلول‌های کوچک، ایستگاه‌های پایه کوچک مینیاتوری قابل حمل هستند که برای کار به حداقل قدرت احتیاج دارند و می‌توان آنها را در هر 250 متر یا در همین حدود در کل شهرها قرار داد. برای جلوگیری از افت سیگنال‌ها، حامل‌ها می‌توانند شهری را با هزاران عدد از این ایستگاه‌ها وشش دهند. با افزایش تعداد کاربران تلفن همراه و تقاضای آنها برای داده، 5G باید ترافیک بسیار بیشتری را با سرعت بسیار بالاتر از ایستگاه‌های پایه‌ای که شبکه‌های سلولی امروز را تشکیل می‌دهند، اداره کند. آنها با هم، یک شبکه متراکم را تشکیل می‌دهند که مانند یک تیم رله عمل می‌کند، سیگنال‌هایی مانند میزانه (برای تحریک سیگنال‌های بعدی) را صادر می‌کند و داده‌ها را در هر مکان به کاربران منتقل می‌کند.
 
در حالی که شبکه‌های سلولی سنتی نیز به وجود تعداد زیادی از ایستگاه‌های پایه تکیه کرده‌اند، دستیابی به عملکرد 5G به یک زیر ساخت حتی بیشتری نیاز دارد. خوشبختانه، به خاطر انتقال امواج میلی متری کوچک، آنتن‌های لازم در سلول‌های کوچک می‌توانند بسیار کوچکتر از آنتن‌های سنتی باشند. این تفاوت در اندازه باعث می‌شود سلولها به طور غیرمترقبه‌ای بر روی تیرهای سبک‌تر و بالای ساختمانها چسبیده شوند.
 
علاوه بر این، این ساختار شبکه‌ای کاملاً متفاوت باید استفاده هدفمند و کارآمدتری را فراهم کند. داشتن ایستگاه‌های بیشتر به این معنی است که فرکانس‌هایی که یک ایستگاه برای ارتباط با دستگاه‌ها در منطقه پخش کوچک خود استفاده می‌کند، می‌تواند توسط یک ایستگاه دیگر در یک منطقه متفاوت مورد استفاده قرار گیرد تا به مشتری دیگری خدمت کند. اگر چه مشکلی وجود دارد: تعداد زیاد سلولهای کوچک مورد نیاز برای ایجاد شبکه 5G ممکن است تنظیم آن برای استفاده تا مناطق روستایی را غیر عملی سازد.
 
منبع: جان رابایی - University of California, Berkeley