تکنولوژی 5G چیست و تأثیر آن بر ارتباطات

در دنیای امروز، سرعت پیشرفت فناوری به‌قدری بالا است که هر نسل جدید از نوآوری‌ها می‌تواند کل ساختار ارتباطی، اقتصادی و اجتماعی جوامع را دگرگون کند. یکی از مهم‌ترین این پیشرفت‌ها، تکنولوژی 5G یا نسل پنجم شبکه‌های ارتباطی سیار است. این فناوری، گامی فراتر از 4G برداشته و به‌عنوان بستری حیاتی برای تحقق انقلاب صنعتی چهارم (Industry 4.0) شناخته می‌شود. اما 5G دقیقاً چیست، چگونه کار می‌کند و چه تأثیری بر آینده ارتباطات دارد؟ در ادامه به این پرسش‌ها پاسخ می‌دهیم.

5G مخفف "نسل پنجم ارتباطات بی‌سیم" است. این فناوری تمرکز اصلی آن بر سرعت بسیار بالا، تأخیر بسیار پایین (Latency)، ظرفیت اتصال انبوه دستگاه‌ها و پایداری ارتباطات است. 5G از فرکانس‌های جدید، به‌ویژه باند میلی‌متری (mmWave)، و همچنین فناوری‌هایی مانند MIMO گسترده و Beamforming برای بهینه‌سازی پوشش و کیفیت شبکه بهره می‌برد. 5G، جدیدترین استاندارد ارتباطی است که پس از نسل‌های قبلی یعنی 1G (آنالوگ)، 2G (دیجیتال پایه)، 3G (اینترنت موبایل) و 4G (اینترنت پرسرعت و خدمات چندرسانه‌ای) معرفی شده است. این فناوری با هدف ارتقای کیفیت ارتباطات بی‌سیم و فراهم‌سازی زیرساختی برای فناوری‌های نوین، توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) و پروژه 3GPP توسعه داده شده است. فناوری 5G نه‌تنها تجربه کاربری را متحول کرده، بلکه باعث پیشرفت‌هایی چون اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی، خودروهای خودران و شهرهای هوشمند به شمار می‌رود.

تکنولوژی 5G نه‌تنها نتیجه یک نوآوری ناگهانی نیست، بلکه حاصل دهه‌ها تحقیق، توسعه و نیاز روزافزون به سرعت و ظرفیت بیشتر در شبکه‌های بی‌سیم است. برای درک بهتر اینکه چگونه 5G به‌وجود آمد، باید نگاهی به روند تکامل نسل‌های قبلی ارتباطات سیار و نقش نهادهای بین‌المللی در توسعه استانداردهای این فناوری بیندازیم.

نسل اول این تکنولوژی 1G بود که در دهه 1980 به وجود آمد و کاربردش در آن زمان بیشتر تماس‌های صوتی آنالوگ بود. نسل بعدی این تکنولوژی 2G بود که حدود ده سال بعد در دهه 1990 به وجود آمد و از آن در تماس دیجیتال و پیامک (SMS) استفاده میشد. نسل سوم یعنی 3G در اوایل قرن بیستم به دنیا عرضه شد و نتیجه ی آن اینترنت موبایل و انتقال داده بود. نسل چهارم از این تکنولوژی بزرگ و گسترده در حوالی سال 2010 عرضه شد که نام آن را 4G یا LTE گذاشتند این نسل همراه با اینترنت بسیار پر سرعت و VoIP بود که تحولات بزرگی را در جهان به ثبت رساند. و در نهایت آخرین نسل حال حاضر دنیا که آن را 5G نام گذاری کردند در در سال 2018 عرضه شد.

تحقیقات ابتدایی روی فناوری‌های پایه‌ای برای 5G که در بین سال های (۲۰۱۲–۲۰۱۵) توسط شرکت‌هایی مانند Ericsson، Huawei، Nokia، Qualcomm و مراکز دانشگاهی آغاز شد. تمرکز این تحقیقات روی مواردی مانند: طیف فرکانسی میلی‌متری (mmWave)، فناوری Massive MIMO، کاهش Latency و الگوریتم‌های پیشرفته مدیریت شبکه بود.

در مرحله بعد سازمان 3rd Generation Partnership Project (3GPP) که مسئول توسعه استانداردهای جهانی برای ارتباطات سیار است در سال ۲۰۱۶ اولین مشخصات فنی اولیه برای 5G را در قالب Release 15 منتشر کرد. در مراحل بعدی، Release 16 و 17 نیز توسعه یافتند تا کاربردهایی مانند خودروسازی، صنعت، حمل‌ونقل، و واقعیت مجازی را پشتیبانی کنند.

در سال 2018 شرکت‌های مخابراتی در کشورهای پیشرفته مانند آمریکا، کره جنوبی، چین، ژاپن و کشورهای اروپایی، شروع به آزمایش شبکه‌های 5G در مقیاس محدود کردند. این آزمایش‌ها در ابتدا برای اینترنت پرسرعت خانگی (Fixed Wireless Access) و سپس برای موبایل توسعه یافتند.

ودر نهایت کره جنوبی در آوریل ۲۰۱۹ اولین کشور جهان شد که 5G را به‌صورت گسترده تجاری راه‌اندازی کرد و ایالات متحده، چین و کشورهای اروپایی نیز بلافاصله در رقابت راه‌اندازی شبکه‌های 5G قرار گرفتند. همچنین پیش بینی میشود تا سال ۲۰۲۵ بیش از ۲ میلیارد کاربر در جهان به شبکه‌های 5G دسترسی داشته باشند.

نهادهای بین‌المللی مانند ITU (اتحادیه بین‌المللی مخابرات) در تدوین مفاهیم اولیه و تخصیص طیف فرکانسی، 3GPP در استانداردسازی فنی و انتشار نسخه‌های رسمی و GSMA در هماهنگی بین اپراتورها و تسهیل همکاری جهانی نقش داشتند. و شرکت‌های فناوری مانند Qualcomm در توسعه چیپست‌ها و مودم‌ها، Huawei، Ericsson، Nokia در زیرساخت‌های شبکه، Samsung، Intel، MediaTek در تجهیزات سخت‌افزاری و Apple، Xiaomi، Oppo در تولید گوشی‌های مجهز به 5G نقش مهمی داشتند.

چند تا از فناوری‌های کلیدی در پشت 5G که میتوان به آن اشاره کرد: 

1. استفاده از فرکانس‌های بالاتر (mmWave)

بر خلاف نسل‌های قبلی که بیشتر از باندهای فرکانسی زیر 6 گیگاهرتز استفاده می‌کردند، 5G از طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها از جمله باند میلی‌متری (24 تا 100 گیگاهرتز) بهره می‌برد. این باندها امکان انتقال داده با سرعت بسیار بالا را فراهم می‌کنند.

2. فناوری MIMO گسترده (Massive MIMO)

در این فناوری، تعداد زیادی آنتن در فرستنده و گیرنده استفاده می‌شود که باعث افزایش ظرفیت شبکه، بهبود کیفیت ارتباط و کاهش تداخل می‌شود.

3. Beamforming (جهت‌دهی هوشمند امواج)

به جای ارسال سیگنال در همه جهات، سیگنال به‌طور متمرکز و دقیق به سمت کاربر هدایت می‌شود، که هم کیفیت ارتباط را افزایش می‌دهد و هم مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.

4. Network Slicing (برش شبکه)

با استفاده از این فناوری، می‌توان یک شبکه 5G را به چندین شبکه مجازی مستقل تقسیم کرد تا خدمات خاص برای کاربردهای مختلف مثل سلامت، صنعت، خودرو و... فراهم شود.

تأثیرات 5G بر ارتباطات و زندگی بشر

1. ارتباطات شخصی سریع‌تر و با کیفیت‌تر

سرعت دانلود تا 10 گیگابیت بر ثانیه و تاخیر کمتر از 1 میلی‌ثانیه، تجربه کاربر از اینترنت موبایل را متحول می‌کند. تماشای فیلم‌های 8K، تماس‌های ویدیویی 360 درجه و بازی‌های ابری (Cloud Gaming) بدون تأخیر ممکن می‌شود.

2. تحول در صنایع مختلف

5G امکان کنترل دقیق و لحظه‌ای تجهیزات را در صنایع فراهم می‌کند. در کارخانه‌ها، می‌توان ربات‌ها و ماشین‌آلات را از راه دور با دقت بالا کنترل کرد. در صنعت نفت و گاز، نظارت لحظه‌ای و واکنش سریع به حوادث امکان‌پذیر می‌شود.

3. پیشرفت پزشکی از راه دور

با کاهش تأخیر ارتباطی، امکان جراحی رباتیک از راه دور توسط پزشکان متخصص فراهم می‌شود. همچنین مانیتورینگ بیماران از طریق دستگاه‌های متصل به 5G می‌تواند زندگی افراد را نجات دهد.

4. تحول در حمل‌ونقل و خودروهای خودران

برای خودروهای بدون راننده، سرعت واکنش شبکه حیاتی است. 5G ارتباط میان خودروها (V2V) و زیرساخت‌های شهری (V2I) را فراهم می‌کند و موجب کاهش تصادفات و بهینه‌سازی ترافیک می‌شود.

5. رشد اینترنت اشیاء (IoT)

با قابلیت اتصال میلیون‌ها دستگاه به یک شبکه، 5G پایه‌گذار شهرهای هوشمند، خانه‌های هوشمند و کشاورزی دقیق است. از سنسورهای محیطی گرفته تا یخچال هوشمند، همه می‌توانند به شبکه متصل شوند.

6. تحول در آموزش

واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) در آموزش‌های پزشکی، صنعتی و علمی گسترش یافته‌اند. دانش‌آموزان می‌توانند از طریق شبیه‌سازهای پیشرفته در کلاس‌های تعاملی شرکت کنند.

راه‌اندازی و توسعه اولیه 5G در ایران

• آغاز رسمی: اولین سایت 5G ایران در اول مرداد ۱۳۹۹ (22 ژوئیه 2020) توسط ایرانسل و با حضور رئیس‌جمهور وقت افتتاح شد. این سایت در محل پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات تهران راه‌اندازی شد که آغاز رسمی 5G در ایران بود.

• آزمایش‌های پیشین: ایرانسل از شهریور ۱۳۹۶ (سپتامبر 2017) آزمایش شهری 5G را آغاز کرده بود، شامل استقرار کامل شبکه End‑to‑End .

ایرانسل (MTN Irancell)

• پس از افتتاح نخستین سایت، پروژه‌ای برای نصب ۴۶۰ سایت جدید آغاز شد که شامل استان‌هایی مانند تهران، خوزستان، فارس و… بود.

• طبق آخرین آمار سال ۱۴۰۳، ایرانسل بیش از ۱۱۴۱ سایت فعال 5G دارد و با همراه اول رقابت نزدیکی دارد.

همراه اول (MCI)

• اولین سایت 5G همراه اول در ۴ اسفند ۱۳۹۹ (22 فوریه 2021) در مشهد افتتاح شد و تا ۱۰ اسفند همان سال اولین سایت تهران را فعال کرد؛ سرعتی حدود ۳.۶ گیگابیت بر ثانیه به نمایش گذاشت.

• تا پاییز ۱۴۰۳، همراه اول بیش از ۱۱۶۷ سایت 5G را راه‌اندازی کرده و پیشتاز حوزه بوده است .

مجموعاً +۱۸۶۹ سایت فعال 5G در کشور وجود دارد که بر اساس گزارش نهاد رگولاتوری، سهم بازار مشترکان اپراتور اول ۵۳٪ و ایرانسل ۴۳٪ است. وزیر ارتباطات (عیسی زارع‌پور) در خرداد ۱۴۰۲ اعلام کرد که تا پایان ۱۴۰۴ حداقل ۱۰٪ از ترافیک ارتباطات سیار باید بر بستر 5G باشد و در آن زمان، ۶۰۰ سایت فعال گزارش شده بود. همراه اول پوشش 5G را در شهرهای بزرگی مانند تهران، مشهد، اصفهان، شیراز، تبریز، قم، اهواز و بسیاری شهرهای دیگر توسعه داده است؛ تا اوایل ۱۴۰۳ تعداد سایت‌ها به حدود ۱۲۰۰ سایت رسیده است .

و در نهایت نتیجه ای که میگیریم این است که تکنولوژی 5G نه‌تنها سرعت و کیفیت ارتباطات را ارتقاء می‌دهد، بلکه ساختار جامعه، صنعت، آموزش و سلامت را دگرگون می‌سازد. این فناوری، دروازه‌ای است به سوی دنیایی هوشمند، متصل و کارآمدتر. با این حال، بهره‌برداری کامل از آن نیازمند سرمایه‌گذاری هوشمندانه، تنظیم مقررات دقیق و فرهنگ‌سازی در سطح کاربران است. 5G دیگر آینده نیست؛ واقعیتی است که اکنون در حال شکل دادن به زندگی ماست.