با اصطلاحات و عبارت‌های فنی 5G آشنا شوید

امروزه اغلب عاشقان دنیای فناوری با جدیت به‌دنبال اخبار توسعه‌ی فناوری 5G هستند و اهمیت آن را در آینده‌ی تمامی صنایع مهم و حیاتی می‌دانند. البته شیوع همه‌گیری ویروس کرونا و بحران‌های آن نیز از توسعه‌ی فناوی مانع نشد و پیاده‌سازی زیرساخت‌های 5G با سرعت چشمگیری در حال انجام است؛ درنتیجه، می‌توان پیش‌بینی کرد در آینده‌ی نه‌چندان دور، نسل جدید ارتباط‌های مخابراتی به فناوری مرسومی در میان مردم تبدیل شود.

فناوری 5G اصطلاحات فنی متعددی دارد که جزئیات و قابلیت‌های بخش‌های متنوع آن را نشان می‌دهد و آشنایی با این اصطلاحات برای کاربران جالب خواهد بود. به‌هرحال، وقتی درک کلی از عبارت‌های مرسوم فناوری داشته باشید، در استفاده‌ی روزمره نیز با آگاهی بیشتری عمل خواهید کرد. درادامه‌ی این مطلب زومیت، معنای عبارت‌های مصطلحی را بررسی می‌کنیم که درباره‌ی فناوری 5G شکل گرفته‌اند.

پیش از شرح معانی و اصطلاح‌های نسل پنجم ارتباط‌های مخابراتی، بد نیست باردیگر نسل کنونی را بررسی کنیم. 4G یا نسل چهارم ارتباط موبایلی امروزه به‌عنوان مرسوم‌ترین نوع اتصال داده‌ی کاربران موبایلی شناخته می‌شود. این فناوری در سال ۲۰۱۰ معرفی شد. نسل سوم یا 3G با تمرکز روی بهبود تماس‌های صوتی و پیام‌رسانی معرفی شد؛ اما 4G اولین‌بار با تمرکز روی اتصال داده افزایش سرعت را هدف قرار داده بود و ارتباطی سریع‌تر از اتصال‌های مرسوم پهن‌باند خانگی را ارائه کرد. همین تمرکز روی سرعت داده باعث شد اقتصاد جدیدی حول اپلیکیشن‌های نیازمند به اینترنت شکل بگیرد. سرویس‌های محبوبی همچون اوبر حاصل اوج‌گیری سرعت اتصالی بودند که با 4G ممکن شده بود. از دستاوردهای دیگر 4G می‌توان به اوج‌گیری خدمات آنلاین دیگر همچون پخش زنده‌ی اینترنتی و بازی‌های سنگین آنلاین اشاره کرد.

همان‌طورکه می‌دانید‌، نسل پنجم فناوری بی‌سیم موبایلی به‌نام 5G شناخته می‌شود. اگر 4G روی افزایش سرعت متمرکز شده بود، 5G تلاش می‌کند سرعت کنونی را چندبرابر کند و اتصال دستگاه‌های بیشتری با استفاده از آن ممکن خواهد شد. بهبود کیفیت اتصال مخابراتی و ارائه‌ی سرعت‌های متنوع بسته به نیاز گجت‌های متصل به شبکه از دستاوردهای دیگر 5G محسوب می‌شود. به‌عنوان مثال، گوشی هوشمند متصل به شبکه‌ی 5G به پهنای باند زیادی نیاز دارد تا فعالیت‌هایی همچون بازی آنلاین یا استریم زنده به‌خوبی در آن انجام شود؛ درحالی‌که دستگاه ATM به پهنای باند زیادی نیاز ندارد و تنها اتصال دائمی و پایدار برای آن اهمیت پیدا می‌کند.

اضافه‌شدن عبارت NR به 5G، استاندارد آن را نشان می‌دهد. NR یا New Radio به توضیح خاصی نیاز ندارد و تنها باید بدانید به استانداردی NR می‌گویند که کل صنعت خدمات بی‌سیم طبق آن فعالیت می‌کند. اهمیت استاندارد آنجا مشخص می‌شود که همه را در مسیری هم‌گرا در توسعه‌ی 5G قرار می‌دهد. اپراتورهایی همچون AT&T و T-Mobile امروز از 5G NR پیروی می‌کنند. اپراتور مشهور دیگر، ورایزن، پیش از تدوین استاندارد، توسعه و پیاده‌سازی 5G را شروع کرده بود؛ به‌همین‌دلیل، ابتدا از 5G NR پیروی نمی‌کرد؛ اما اکنون تمامی فرایندهای جایگزینی اینترنت پهن‌باند و شبکه‌ی موبایلی خود را با NR هماهنگ کرده است.

اگر سرعت را به‌عنوان مشهورترین مزیت شبکه‌ی جدید در نظر بگیریم، به‌گواه بسیاری از کارشناسان، کاهش تأخیر (Latency) آینده‌ی فناوری خواهد بود که نوآوری‌های متعددی قطعا در آن صورت خواهد گرفت. تأخیر را می‌توان همان زمان لگ دانست که از زمان کلیک‌کردن روی لینک یا شلیک‌کردن در بازی آنلاین رخ می‌دهد. پینگ یا همان فاصله‌ی زمانی ارسال داده به سرور و دریافت پاسخ نیز با کاهش تأخیر بهبود پیدا می‌کند. قطعا در گفت‌وگوهای آنلاین متوجه تأخیر در ارسال و دریافت پیام‌ها شده‌اید. این زمان به‌دلیل جابه‌جایی فیزیکی رخ می‌دهد که سیگنال‌ها تجربه می‌کند.

زمان تأخیر در شبکه‌های کنونی حداقل ۲۰ میلی‌ثانیه گزارش می‌شود. شاید این زمان بسیار ناچیز به‌نظر برسد؛ اما در رخدادهایی که به واکنش و پاسخ سریع نیاز دارید، قطعا تأثیرگذار خواهد بود. به‌عنوان مثال، گیمر آنلاین در بازی حساسی همچون فورت‌نایت تمایل دارد هر فعالیتش با واکنش سریع شخصیت همراه شود. کارشناسان ادعا می‌کنند با همه‌گیرشدن 5G، زمان تأخیر به یک میلی‌ثانیه کاهش پیدا می‌کند. به‌هرحال تأخیر در ارتباط با اشخاص و سرورهایی با فاصله‌ی بسیار زیاد، همچنان به‌عنوان مشکل وجود خواهد داشت.

طیف موج (Spectrum) را می‌توان نکته‌ی حیاتی صنعت خدمات بی‌سیم دانست. امواج رادیویی همان‌طورکه ارسال و دریافت سیگنال را در شبکه‌های رادیویی ممکن می‌کند، برای اتصال داده‌ی موبایل هم استفاده می‌شود. البته قطعا شما در گوشی هوشمند به تنظیم موج برای دریافت سیگنال داده نیازی ندارید؛ زیرا گوشی هوشمند به‌صورت خودکار به‌گونه‌ای تنظیم شده است که در فرکانس مناسب فعالیت کند. اپراتورهای خدمات بی‌سیم با استفاده از طیف موج، داده‌ها را ازطریق هوا منتقل می‌کنند. آن‌ها در طول دوران فعالیت، پیشرفت‌های درخور‌توجهی کرده‌اند و استفاده از طیف، روز‌به‌روز بهینه‌تر می‌شود.

اپراتورهای خدمات بی‌سیم طیف اختصاصی خود را در شبکه‌های 3G و 4G دارند و همه‌ی آن‌ها تلاش می‌کنند طیف بیشتری برای عرضه‌ی وسیع‌تر 5G به‌دست آورند. به‌طور‌کلی، هرچه باند یا فرکانس بیشتر باشد، سرعت بیشتری دردسترس اپراتور قرار می‌گیرد. البته افزایش فرکانس با کاهش دامنه‌ی دسترسی نیز همراه می‌شود و باید مقدار بهینه را انتخاب کرد. درمقابل، با کاهش فرکانس دامنه‌ی دسترسی بزرگ‌تری خواهید داشت؛ اما حداکثر سرعت دردسترس کاهش پیدا می‌کند.

اصطلاح موج میلی‌متری (Millimeter Wave) یکی از طیف‌های موجی با فرکانس زیاد محسوب می‌شود که در گستره‌ی ۲۴ تا ۱۰۰ گیگاهرتز قرار می‌گیرد. هرگاه اخبار و اطلاعاتی درباره‌ی سرعت‌ بسیار زیاد اتصال 5G می‌شنوید، احتمالا اتصال در این طیف موجی مدنظر بوده است. از مشکلات طیف موج با فرکانس زیاد علاوه‌بر پوشش کوتاه، ظرافت و حساسیت بسیار زیاد آن خواهد بود؛ به‌طوری‌که حتی کوچک‌ترین اختلال‌ها هم در عملکرد این اتصال مزاحمت ایجاد می‌کنند. شرکت‌هایی همچون ورایزن تلاش می‌کنند با راهکارهای نرم‌افزاری، مشکلات موجود بر سر راه طیف موج میلی‌متری را حل کنند. درنهایت، می‌توان طیف موج میلی‌متری را مانند اتصال‌های وای‌فای با سرعت بسیار سریع دانست که تنها در محیط داخلی کاربرد دارد و منطقه‌ی چندان بزرگی را پوشش نمی‌دهد.

از سال‌ها پیش، اپراتورها برای راه‌اندازی شبکه‌های 3G و 4G از طیف باند پایین استفاده می‌کنند. به‌عنوان مثال، سهم عمده‌ای از شبکه‌ی 4G روی طیف موج ۷۰۰ مگاهرتز فعالیت می‌کند. فعالان صنعت طیف موج‌هایی با باند پایین را بیش از سایر طیف موج‌ها می‌پسندند؛ چون قابلیت دسترسی در فواصل بسیار دور و عبور از موانعی مانند دیوار را دارد. دسترسی در فواصل دور در اتصال باند پایین با ضعف‌هایی همراه می‌شود. برای مثال، اگر موج میلی‌متری را در سمتی با لوله‌ی پهنای باند بزرگ در نظر بگیریم، طیف باند پایین در سمت مقابل قرار دارد که حداکثر سرعت محدودی به کاربر نهایی ارائه می‌کند.

طیف باند میانی همان‌طور‌که از نامش برمی‌آید، بین دو باند قبلی قرار می‌گیرد. این باند به‌عنوان انتخاب متعادل و عالی شناخته می‌شود؛ چون ترکیبی از سرعت و منطقه‌ی زیرپوشش مناسب را دراختیار کاربر قرار می‌دهد. امروزه، اکثر اپراتورهای بین‌المللی از طیف باند میانی استفاده می‌کنند. گفتنی است اپراتورهای ایالات متحده به این طیف از امواج هوایی دسترسی ندارند؛ درنتیجه، آن‌ها تصمیم گرفتند روی فناوری سریع‌تر باند میلی‌متری سرمایه‌گذاری کنند.

در ایالات متحده، تنها T-Mobile به طیف موج میانی ۲/۵ گیگاهرتز دسترسی دارد که آن را از Sprint خریده است. درواقع، همین طیف یکی از دلایلی بود که T-Mobile را برای خرید رقیب تشویق کرد. هیچ باند طیفی را نمی‌توان کاملا برتر از دیگران در نظر گرفت و اپراتورها می‌دانند برای ارائه‌ی خدمات متنوع، به هر سه باند نیاز دارند.

این اصطلاح عموما برای ترکیب باندهای پایین و میانی استفاده می‌شود. زمانی‌که برخی از اپراتورهای پیش‌گام مشغول بررسی باندهای میلی‌متری بودند، اصطلاح Sub-6 متولد شد تا استفاده از طیف‌های کنونی (میانی و پایین) را برای پیاده‌سازی اتصال 5G شرح دهد.

اپراتور آمریکایی AT&T اصطلاحی به‌نام 5G E، مخفف 5G Evolution، دارد که به‌نوعی نسخه‌ی ارتقایافته‌ی 4G LTE همان شرکت محسوب می‌شود و در مسیر توسعه‌ی 5G است. اصطلاحی که اپراتور آمریکایی مطرح کرد، در گوشی‌های هوشمند ابتدای سال ۲۰۱۹ به دفعات دیده شد. همین رویکرد باعث شد برخی مصرف‌کنندگان با ابهام و سردرگمی درباره‌ی قابلیت‌های گوشی هوشمند روبه‌رو شوند؛ به‌گونه‌ای که برخی از آن‌ها تصور می‌کردند اتصال کامل 5G را در گوشی هوشمند دراختیار دارند. درواقع، 5G E تفاوت کاملا مشهودی با 5G دارد و بسیاری از کاربران به‌دلیل ابهام‌زایی از AT&T شکایت می‌کردند.

اصطلاحی که AT&T برای اتصال 4G خود به‌کار برد،‌ شکایت رقبا را هم در پی داشت. اسپرینت به‌دلیل همین اصطلاح از AT&T شکایت کرد که البته ظاهرا حل‌و‌فصل شد. سازمان‌های گوناگون نیز از شرکت خواستند استفاده از عبارت 5G E را متوقف کند؛ هرچند هنوز آیکن آن در گوشی‌های هوشمند خریدشده از اپراتور دیده می‌شود. درنهایت، شرکت آمریکایی حتی از تولد اصطلاح ابهام‌زا احساس غرور هم کرد؛ اما امروزه همه می‌دانند 5G E با وجود ارائه‌ی سرعت بیشتر، فاصله‌ی زیادی با 5G دارد.

این‌ها عبارت‌هایی هستند که اپراتورها برای مشخص‌کردن اتصال 5G در طیف میلی‌متری به‌کار می‌برند. شرکت‌های ورایزن و AT&T هرکدام اصطلاح فنی خود را دارند که با وجود مجزاکردن سرویس‌ها و کاربردهای بازاریابی خاص برای خود شرکت‌ها، شاید موجب سردرگمی کاربران شود.

اشتراک‌گذاری پویای طیف (Dynamic Spectrum Sharing) به اپراتور امکان می‌دهد از طیف کنونی که برای 4G استفاده می‌شود، برای نسل پنجم ارتباط‌های مخابراتی هم استفاده کند. اگر شبکه‌ی بی‌سیم را مانند آزادراهی چندلاینه تصور کنید، DSS به اپراتور امکان می‌دهد هنگام استفاده از نسل‌های ارتباطی، خطوط متنوع را به 4G یا 5G اختصاص دهد.

DSS‌ به اپراتورهایی همچون AT&T و ورایزن که طیف موج کافی را در باندهای میانی و پایین دراختیار ندارند، امکان می‌دهد انواع گوناگونی از اتصال 5G را به کاربران ارائه ‌کنند. درنهایت، اگرچه فناوری مذکور به T-Mobile هم کمک شایانی می‌کند، آن‌ها با خرید اسپرینت در ماه آوریل، طیف موج‌های بسیار زیادی در باند میانی و پایین به‌دست آوردند.

این عبارت که خلاصه‌ی 5G Standalone است، به شبکه‌ی 4G LTE به‌عنوان پشت‌صحنه‌ی عملیاتی نیازی ندارد. چنین اتصالی به‌عنوان «5G واقعی» هم شناخته می‌شود و قطعا تأخیر کمتر به‌همراه سرعت بیشتر را برای اپراتور به‌همراه دارد.

این عبارتی است که درمقابل اصطلاح قبلی قرار می‌‌گیرد (5G non-standalone) و از پشت‌صحنه‌ی 4G برای ارائه‌ی نسل جدید ارتباطی استفاده می‌کند. اپراتورها با بهره‌برداری از شبکه‌ی موجود، می‌توانند خدمات و بهبودهای جدید به دستگاه‌های کنونی متصل به شبکه ارائه کنند.

پوشش ارتباط سلولی سنتی با استفاده از برج‌های مخابراتی عظیم ممکن می‌شد که رادیوها و آنتن‌های متعددی روی آن‌ها نصب بود. این آنتن‌ها می‌توانند سیگنال را تا فواصل بسیار دور ارسال کنند؛ درنتیجه، شرکت‌های زیرساختی مخابراتی به نصب و استفاده از تعداد زیادی از آن‌ها نیازی نخواهند داشت. Small Cell در سمت دیگر رویه قرار می‌گیرد و همان‌طورکه از نامش برمی‌آید، با سلول‌های مخابراتی کوچک روبه‌رو خواهیم بود. این رادیوهای کوچک ابعادی به‌اندازه‌ی کوله‌پشتی دارند و می‌توان آن‌ها را در مکان‌های متعدد از لامپ‌های خیابانی تا دیرک‌ها و ستون‌ها مرسوم و حتی روی سقف خانه‌ها نصب کرد.

اصطلاح MIMO مخفف عبارت Multiple Input Multiple Output است. به‌طورکلی، می‌توان معنای عبارت را با اضافه‌کردن آنتن‌های بیشتر به گوشی هوشمند و برج‌های سلولی مخابراتی تفسیر کرد. اضافه‌کردن آنتن فرایند چندان دشواری برای تولیدکنندگان نخواهد بود و شرکت‌های تولیدکننده فناوری موسوم به 4x4 MIMO را در نظر دارند تا از چهار آنتن در گوشی هوشمند استفاده کنند.

اپراتورهای خدمات بی‌سیم می‌توانند چند باند فرکانس رادیویی را باهم ترکیب کنند؛ درنتیجه گوشی‌های هوشمند امکان خواهد داشت سریع‌ترین و خلوت‌ترین باند را برای اتصال انتخاب کند. این مفهوم را می‌توان به آزادراهی سه‌لاینه تشبیه کرد که خودروها بسته به خلوت‌بودن لاین‌ها، یکی را برای حرکت انتخاب می‌کند. برای شرح اصطلاح مذکور، عبارت فرکانس دوگانه (Dual Frequency) هم استفاده می‌شود.

یکی از عبارت‌های فنی است که به‌عنوان مخفف Quadrature Amplitude Modulation استفاده می‌شود. این اصطلاح توضیحات تخصصی پیچیده‌ای دارد که در حوصله‌ی مقاله‌ی حاضر نمی‌گنجد. به‌عنوان کاربر، تنها باید بدانیم QAM حرکت سریع‌تر ترافیک را درمقایسه‌با دو فناوری قبلی ممکن می‌کند. مثال آزادراه را به‌یاد بیاورید. با استفاده از مفهومی همچون 255QAM، به‌جای استفاده از خودروهای کوچک برای جابه‌جایی داده، از تریلرهایی با ظرفیت چشمگیر بهره می‌برید. سه اصطلح آخر هم‌اکنون هم در شبکه‌های 4G استفاده می‌شوند؛ اما در 5G نقشی حیاتی‌تر و مهم‌تر ایفا خواهند کرد.

Gigabit LTE را به‌طور‌خلاصه می‌توان پیش‌زمینه‌ای برای 5G دانست. این نوع شبکه اتصالی سریع‌تر از 4G مرسوم ارائه می‌کند؛ اما به زیرساخت‌های 5G نیاز دارد. تجهیزات سخت‌افزاری همچون مودم داده‌ی X24 از کوالکام توانایی استفاده از Carrier Aggregation و فناوری‌های دیگر را دارد تا حداکثر سرعت دانلود را به دو گیگابیت‌برثانیه برسانند. چنین سرعت دانلودی برای دریافت یک فصل کامل سریال در هشت ثانیه کافی خواهد بود! البته در دنیای واقعی، Gigabit LTE سرعت دانلود ۲۰۰ تا ۶۰۰ مگابیت‌برثانیه ارائه می‌کند که بازهم از سرعت دانلود 4G مرسوم (۱۰۰ تا ۳۰۰ مگابیت‌برثانیه) بیشتر خواهد بود. همان‌طورکه گفته شد، اتصال 5G E از شرکت AT&T، نوعی Gigabit LTE بود.

این عبارت نشان‌دهنده‌ی روشی است که برای هدایت سیگنال‌های 5G به جهتی خاص استفاده می‌شود. با استفاده از فناوری مذکور، می‌توان اتصال اختصاصی موردنیاز را به‌دست آورد. به‌عنوان مثال، ورایزن با استفاده از همین فناوری، مشکلاتی همچون عبور از موانع مانند دیوار را در شبکه‌ی میلی‌متری خود حل می‌کند.

شبکه‌های مخابراتی سلولی همگی از مفهومی به‌نام طیف تحت‌مجوز استفاده می‌کنند و برای استفاده از هر طیف، باید آن را از دولت خرید. با اوج‌گیری پیاده‌سازی شبکه‌ی نسل پنجم، شرکت‌ها به این نتیجه رسیدند طیف تحت‌مجوز کافی برای پوشش مناسب دراختیار آن‌ها قرار ندارد. امروزه اپراتورها برای پیاده‌سازی شبکه‌های خود از طیف‌هایی خارج از سیستم مجوزدهی دولتی هم استفاده می‌کنند.

از میان طیف‌های مذکور می‌توان به موج‌های رادیویی عمومی استفاده کرد که شبکه‌های وای‌فای طبق آن‌ها عمل می‌کند. چنین عملکردی البته انتقادهایی نیز به‌همراه دارد؛ چون اصولا طیف‌های خارج از مجوز امنیتی کمتر از طیف‌های تحت‌کنترل و حفاظت‌شده دارند.

این اصطلاح به توانایی اپراتور در استفاده از برش‌های خاصی از طیف موج گفته می‌شود که برای ارائه‌ی اتصال مناسب به همه‌ی دستگاه‌های موجود در شبکه کاربرد دارد. به‌عنوان مثال، برج مخابراتی می‌تواند با به‌کارگیری فناوری برشی، اتصالی با قدرت و سرعت کمتر را به حسگر IoT و در همان زمان، اتصالی سریع‌تر با تأخیر کمتر به خودرو خودرانی در نزدیکی خود ارائه کند.

اصطلاحات ذکرشده در این مقاله، اصطلاح‌‌های مرسومی است که برای شرح مشخصات و قابلیت‌های شبکه‌ی 5G استفاده می‌شود. قطعا اصطلاح‌های فنی متعدد دیگری هم وجود دارد که متخصصان شبکه برای توسعه‌ی فناوری‌ها به‌کار می‌گیرند. آشنایی کاربران عادی با اصطلاح‌های مرسوم می‌تواند در انتخاب شبکه‌ی ارتباطی و تجهیزات متصل به نسل پنجم ارتباط مخابراتی سودمند باشد.