نگاهی به نسل پنجم شبکه تلفن همراه؛ 5G و مسائل پیرامون آن

از حدود ۱۰ سال پیش مراحل تحقیقاتی نسل پنجم شبکه تلفن همراه که با نام 5G شناخته می‌شود، آغاز شد و اکنون به صورت محدود در نقاط مختلف جهان راه‌اندازی شده است. در مطلب پیش‌رو به باندهای فرکانسی این فناوری، پشتیبانی ناهمسان گوشی‌های هوشمند از سطوح مختلف این فناوری و در نهایت وضعیت کنونی این شبکه در ایران، نگاهی خواهیم انداخت. با ترنجی همراه باشید.

فناوری 5G از باندهای فرکانسی مختلفی استفاده می‌کند که در گستره طیف الکترومغناطیسی قرار دارند؛ این باندها شامل باندهای پایین (Low)، باندهای متوسط (Mid) و باندهای بالا (High) می‌گردند.

باند پایین

باندهای پایین، رنج فرکانسی زیر ۱ گیگاهرتز دارند و در گذشته برای ارتباطات مختلف رادیویی، انتقال تصویر و همچنین نسل‌های مختلف شبکه تلفن همراه استفاده می‌شدند. در فناوری 5G نیز این باند حضور دارد. ویژگی برتر این باند، گستره پوشش وسیع آن است که تنها با یک آنتن می‌تواند بیش از صدها کیلومتر مربع را پوشش دهد و از این بابت با تعداد نسبتا کمی آنتن می‌توان پوشش بسیار گسترده‌ای را در منطقه ایجاد کرد. علت این پوشش گسترده به توانایی فرکانس‌های این باند در نفوذ به ساختمان‌ها، درخت‌ها و دیگر موانع در مسیر امواج بر می‌گردد.

در سمت راست آیفون ۱۱ پرو متصل به شبکه LTE اپراتور T-Mobile و در سمت چپ OnePlus 7T Pro 5G McLaren متصل به باند پایین شبکه 5G اپراتور T-Mobile

از طرف دیگر ضعف این باند در سرعت انتقال داده کم آن خلاصه می‌شود که نمی‌تواند حداکثر پتانسیل فناوری 5G را نمایان کند. رنج حدودی گستره فرکانسی این باند بین ۶۰۰ مگاهرتز تا ۱ گیگاهرتز می‌باشد و حداکثر سرعت انتقال داده نیز در حالت ایده‌آل ۳۰۰ مگابیت بر ثانیه و در شرایط واقعی حدود ۵۰-۲۵۰۰ مگابیت بر ثانیه است. در واقع سرعت انتقال داده در این باند که کمترین سطح از فناوری 5G می‌باشد، با فناوری 4G در بهترین حالت آن، برابری می‌کند. در نتیجه با اتصال به این باند 5G نباید انتظاری بیشتر از 4G در حالت ایده‌آل آن، داشت. فرکانس‌های پراستفاده در این باند، ۶۰۰، ۷۰۰ و ۸۰۰ مگاهرتز می‌باشند.

باند متوسط

باند متوسط همانطور که از اسم آن پیداست در بین باند پایین و باند بالا قرار می‌گیرد. رنج فرکانسی این باند که عموما Sub-6GHz نیز نامیده می‌شود، از ۱ گیگاهرتز شروع و به ۶ گیگاهرتز ختم می‌شود. این باند توانایی انتقال داده بیشتری را نسبت به باند پایین دارا می‌باشد اما به همان میزان گستره کمتری را پوشش می‌دهد. دلیل این، در توانایی کمتر رنج فرکانسی این باند در عبور از اشیا و موانع خلاصه می‌گردد. با این‌حال با یک آنتن می‌توان در مناطق شهری تا چندین کیلومتر مربع را پوشش داد. فرکانس‌های پر استفاده در این باند، در رنج ۱.۸ گیگاهرتز تا ۴.۷ گیگاهرتز قرار دارند.

تست سرعت باند متوسط 5G اپراتور Sprint در سمت راست و تست سرعت باند پایین 5G اپراتور T-Mobile در سمت چپ

این احتمال وجود دارد که بعضی کشورها یا اپراتورها به کلی از ارائه شبکه 5G بر پایه باند پایین اجتناب کنند و باند متوسط را حداقل استاندارد برای ارائه 5G در نظر بگیرند. در آمریکا اپراتور Sprint در حال ارائه شبکه 5G بر روی باند فرکانسی ۲.۵ گیگاهرتز می‌باشد در حالی که کشورهای دیگر اغلب از گستره فرکانسی ۳.۵ تا ۳.۷ گیگاهرتز برای ارائه این شبکه استفاده می‌کنند.

ادعاهایی از طرف اپراتورها و سازندگان گوشی همراه مبنی بر ارائه شبکه 5G در باند متوسط با حداکثر سرعت ۲ گیگابیت بر ثانیه مطرح شده است، اما در حال حاضر اپراتورها قادر به ارائه حداکثر سرعت ۶۰۰ تا ۹۰۰ مگابیت بر ثانیه در این باند هستند. سازندگان تراشه نیز امیدوار هستند در چیپ‌ست‌های آینده خود نرخ انتقال داده ۵ گیگابیت بر ثانیه را در این باند عملی کنند. هواوی هم در سوئیس با ثبت سرعت دانلود ۳.۶۷ گیگابیت بر ثانیه در شبکه 5G بر روی باند متوسط، توانست رکوردی جدید در این زمینه به جای بگذارد. در حال حاضر سرعت انتقال داده بر پایه این باند را می‌توان بین ۲۵۰ مگابیت بر ثانیه تا ۱ گیگابیت بر ثانیه در نظر گرفت.

در پایان می‌توان اینگونه نتیجه گرفت که سرعت انتقال داده در شبکه ‌5G بر پایه باند متوسط، در بدترین حالت برابر با سرعت انتقال داده بر پایه باند پایین است.

باند بالا

بهترین سرعت انتقال داده با شبکه 5G توسط باند بالا که به امواج میلی‌متری (mmWaves) هم مشهور است، میسر می‌شود. به ادعای بعضی اپراتورها، «5G واقعی» تنها با این باند قابل ارائه است. در حال حاضر از این باند به صورت محدود استفاده می‌شود. گستره فرکانسی این باند از ۲۴ گیگاهرتز شروع و به ۶۰ گیگاهرتز ختم می‌شود، با این‌حال گستره فرکانس امواج میلی‌متری تا ۳۰۰ گیگاهرتز ادامه دارد. دلیل نامگذاری امواج میلی‌متری، به طول موجِ امواج این فرکانس بر می‌گردد که در مرتبه میلی‌متر قرار دارند.

با این باند می‌توان بیشترین ظرفیت انتقال داده را تجربه کرد. مشکلی که در سر راه استفاده از این باند وجود دارد، در واقع مسافت پوشش کم آن است که به دلیل توانایی بسیار پایین این امواج در نفوذ به نوع خاصی از دیوارها، پنجره‌ها و حتی درخت‌ها می‌باشد. از این‌رو فناوری‌هایی مانند MIMO و Beam-Forming به کار گرفته شده‌اند که تا حدی قادر به کم کردن این مشکلات هستند.

انتقال داده گیگابیتی با امواج میلی‌متری

اخیرا رنج مسافت آنتن‌های باند بالا به بیش از ۱.۵ کیلومتر افزایش یافته که البته در مناطق شلوغ شهری به کمتر از یک کیلومتر کاهش پیدا می‌کند. هم‌اکنون سرعت انتقال داده در این باند بین ۱ تا ۳ گیگابیت بر ثانیه است و با پیشرفت فناوری‌های مربوطه، انتظار می‌رود به ۱۰ تا ۲۰ گیگابیت بر ثانیه نیز افزایش یابد. کوالکام و سامسونگ ادعا می‌کنند با مودم تعبیه شده در جدیدترین تراشه‌هایشان، می‌توانند به سرعتی حدود ۷ گیگابیت بر ثانیه در این باند دست یابند. در ادامه چند جدول از باندهای فرکانسی مختلف قرار داده شده است.

فرکانس‌های آزاد در مناطق مختلف جهان که می‌توانند برای باند متوسط به کار روند

فرکانس‌های در نظر گرفته شده برای باند بالای شبکه 5G در مناطق مختلف جهان

لیستی از فرکانس‌های مختلف باند بالا، به همراه اطلاعات مفیدی نظیر اسم اختصاری‌شان و نام باند

پشتیبانی ناهمسان گوشی‌های 5G از باندهای مختلف

مسئله دیگری که در این میان قابل توجه است، پشتیبانی گوشی‌های هوشمند 5G، از سطوح مختلف شبکه 5G می‌باشد. در واقع این مسئله زمانی مهم‌تر می‌گردد که برای مثال کاربری، گوشی هوشمند 5G خریده باشد که تنها از امواج میلی‌متری پشتیبانی می‌کند در حالی که در آن منطقه، شبکه 5G فقط بر بستر باندهای پایین و متوسط ارائه گردد. حالت‌های دیگری هم وجود دارد که در مجموع باعث سردرگمی خریداران می‌شود.

گوشی هوشمند سونی اکسپریا 1 مارک ۲ تنها از باندهای پایین و متوسط 5G پشتیبانی می‌کند در صورتی که سونی اکسپریا پرو علاوه بر این از امواج میلی‌متری (باند بالا) نیز پشتیبانی می‌کند. مثال‌های دیگری هم وجود دارند، برای نمونه گلکسی اس ۲۰ 5G تنها از باندهای پایین/متوسط پشتیبانی می‌کند در حالی که گلکسی اس ۲۰ پلاس/الترا 5G از امواج میلی‌متری هم پشتیبانی می‌کنند. ال‌جی V60 ThinQ 5G تنها از باند پایین/متوسط پشتیبانی می‌کند و نسخه‌ای از این گوشی که توسط اپراتور Verizon با نام ال‌جی V60 ThinQ 5G UW ارائه می‌شود، علاوه بر باندهای دیگر از امواج میلی‌متری نیز پشتیبانی می‌کند.

بنابراین اگر با گوشی همانند V60 ThinQ 5G به اپراتور Verizon وصل شوید که شبکه 5G را تنها بر بستر امواج میلی‌متری ارائه می‌کند (همانطور که گفته شد V60 ThinQ 5G از امواج میلی‌متری پشتیبانی نمی‌کند)، قادر به متصل شدن به شبکه 5G نخواهید بود و LTE بهترین گزینه‌تان خواهد بود. در پایین لیستی از گوشی‌های هوشمند 5G و باندهای پشتیبانی‌شده توسط آن‌ها آورده شده است:

در این میان گلکسی اس ۲۰ پلاس/الترا 5G، نسبت به دیگر گوشی‌ها، از باندهای فرکانسی بیشتری پشتیبانی می‌کنند و کاملترین گزینه هستند. حال بیایید نگاهی بیندازیم به وضعیت شبکه 5G در ایران.

5G در ایران

در حال حاضر شبکه 5G تنها به صورت تحقیقاتی در ایران دایر شده است و هنوز به مرحله استفاده انبوه نرسیده است. پیش‌بینی می‌شود طی دو تا سه سال آینده پشتیبانی از 5G در ایران بهبود یابد و امکان اتصال به این شبکه در کلانشهرها مهیا گردد. حدود ۱ ماه پیش (۱ مرداد ۱۳۹۹) ایرانسل از نسل پنجم شبکه تلفن همراه (5G) در ایران رونمایی کرد.

به گفته ایرانسل این شبکه در باند فرکانسی ۳۵۰۰ مگاهرتز توسعه یافته است و احتمالا در روزهای آتی با تجمیع فرکانسی (Aggregation)، تست سرعت ۳ گیگابیت بر ثانیه نیز برای اولین بار در ایران انجام شود. احتمالا ایرانسل و دیگر اپراتورهای تلفن همراه، تمرکز اصلی خود را بر روی ارائه شبکه 5G بر بستر باندهای پایین و متوسط قرار دهند و سپس در سال‌های آینده به سمت امواج میلی‌متری حرکت کنند.

تست سرعت شبکه 5G ایرانسل

در نهایت به زودی با ارزان‌شدن گوشی‌های هوشمند مجهز به تکنولوژی 5G در سال‌های آینده و بهبود عملکرد آنتن‌های 5G، به خصوص در باند بالا، شاهد فراگیری این فناوری در دنیا و ایران خواهیم بود. دیدگاه شما در این‌باره چیست؟‌ آیا اکنون زمان مناسبی برای خرید گوشی هوشمند مجهز به 5G است؟