شبكات الجيل الخامس للمستقبل

شبكات الجيل الخامس للمستقبل

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​


مسابقة التصوير الفوتوغرافي لمنتدى القمة ال​​عالمية لمجتمع المعلومات لعام 2018، العدسات التجسيمية في مختبر التشفير (Coding Garage)، المكسيك​
​

نظرة عامة

• ​ترسم طلبات المستهلكين معالم تطور خدمات النطاق العريض المتنقلة. وستلزم حلول مبتكرة لاستيعاب الزيادات المتوقعة في الحركة، التي تقدر بما بين 10 أمثال و100 مثل في الفترة بين عامي 2020 و2030، ولاستيعاب نمو عدد الأجهزة والخدمات وكذلك الطلب على تعزيز القدرة على تحمل التكاليف وتحسن تجربة المستعمل. ويُتوقع أن يصل عدد الأجهزة الموصولة بالإنترنت إلى 50 ملياراً في أي وقت ابتداءً من عام 2025 فصاعداً.
• الجيل الخامس من تكنولوجيات الاتصالات المتنقلة – 5G - يُتوقع أن تقوم تكنولوجيات الجيل الخامس بتوصيل الأشخاص والأشياء والبيانات والتطبيقات وأنظمة النقل والمدن في بيئات اتصالات ذكية موصولة شبكياً. وينبغي أن تنقل كمية هائلة من البيانات نقلاً أسرع بكثير، وأن توصل عدداً كبيراً جداً من الأجهزة على نحو موثوق، وأن تعالج كميات كبيرة جداً من البيانات بأقل تأخير.
• من المتوقع أن تدعم تكنولوجيات الجيل الخامس تطبيقات من قبيل المنازل والمباني الذكية والمدن الذكية والفيديو ثلاثي الأبعاد والعمل واللعب في الحوسبة السحابية والخدمات الطبية عن بُعد والواقع الافتراضي والواقع المزيد والاتصالات الكثيفة من آلة إلى آلة للأتمتة الصناعية. وتواجه شبكات الجيل الثالث والجيل الرابع حالياً تحديات في دعم هذه الخدمات.
• وعلى الرغم من التحديات التي تكتنف المسوغات التجارية ونطاق الاستخدام، فإن هذه الخواص الوظيفية الجديدة والخدمات الجديدة تستلزم طريقة جديدة لنشر الخدمات المتنقلة المتقدمة، وكذلك نُهُجاً جديدة لجعل تكنولوجيات الجيل الخامس تعمل سوياً في البيئات الصناعية بواسطة الاتصالات من آلة إلى آلة أو إنترنت الأشياء (IoT)، أو مع المركبات الموصولة.
• ويُتوقع أن يستمر تطوير الاتصالات المتنقلة الدولية -2020 (IMT-2020) ، وهو الاسم المستخدم في الاتحاد لمعايير الجيل الخامس، ابتداءً من عام 2020 فصاعداً، إذ تجرى بالفعل تجارب على الجيل الخامس وأنشطة ما قبل المرحلة التجارية للمساعدة في تقييم التكنولوجيات المرشحة والنطاقات الترددية التي يمكن أن تُستخدم لهذا الغرض. ويُتوقع أول نشر تجاري واسع النطاق للجيل الخامس يوماً ما بعد استكمال مواصفات الاتصالات المتنقلة الدولية -2020.
• ويؤدي الاتحاد الدولي للاتصالات دوراً رائداً في إدارة الطيف الراديوي ووضع معايير قابلة للتطبيق عالمياً للاتصالات المتنقلة الدولية -2020. ويسعى الاتحاد لتقديم لوائح دولية مستقرة وطيف كافٍ ومعايير مناسبة للاتصالات المتنقلة الدولية -2020 والشبكة الأساسية لإنجاح عمليات نشر الجيل الخامس على الصعيدين الإقليمي والدولي. وفي  ​المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية لعام 2019 (WRC-19) للاتحاد الدولي للاتصالات، توصل أصحاب المصلحة العالميون إلى بناء توافق في الآراء من أجل تحديد طيف إضافي للاتصالات المتنقلة الدولية -2020.
• والغرض من الجيل الخامس تسريع وتيرة تحقيق جميع أهداف التنمية المستدامة (SDG) البالغ عددها 17 هدفاً، بدءاً من تقديم طاقة نظيفة بأسعار معقولة وصولاً إلى القضاء التام على الجوع.

التحديات والحلول: بناء شبكات الجيل الخامس للمستقبل

عند نشر استعمال شبكات الجيل الخامس ينبغي لها أن تقدم مزيداً من السرعة والقدرة لدعم الاتصالات الكثيفة من آلة إلى آلة وأن تقدم خدمة ذات كمون (تأخير) منخفض وموثوقية عالية للتطبيقات الحرجة زمنياً. واستناداً إلى التجارب التي أجريت حتى الآن، بدأت شبكات الجيل الخامس في إظهار أدائها العالي في سيناريوهات مختلفة مثل المناطق الحضرية الكثيفة والنقاط الساخنة داخل المباني.

وبهذه الأهداف الطموحة، تواجه شبكات الجيل الخامس تحديات كبيرة. إذ تتطلب زيادة السعة ومعدلات البيانات التي يعد بها الجيل الخامس المزيد من الطيف وتكنولوجيات أكثر كفاءة بكثير في استخدام الطيف، تفوق ما يُستخدم حالياً في أنظمة الجيل الثالث (3G) والجيل الرابع (4G).

وسوف يأتي جزء من هذا الطيف الإضافي من نطاقات ترددية أعلى من 24 GHz، مما ينطوي على تحديات كبيرة. ويتمثل التحدي الأول في خصائص الانتشار الجوهرية للموجات الملليمترية. ذلك أن هذه الموجات الراديوية تنتشر على مسافات أقصر بكثير من تلك التي تنتشر عليها في النطاقات الترددية المتوسطة (بين 1-6 GHz) والمنخفضة (أقل من 1 GHz).

وبالتالي، ستتطلب تغطية منطقة معينة زيادة كبيرة في عدد محطات القاعدة مما سيزيد من تعقيد البنية التحتية، بما في ذلك الحاجة إلى نشر معدات راديوية في مرافق الشوارع، مثل أضواء إشارات المرور وأعمدة الإنارة وأعمدة المرافق وإمدادات الطاقة.

ويتمثل التحدي الآخر في وصلات توصيل الجيل الخامس بين محطات القاعدة والشبكة الأساسية (الوصلات الوسيطة)، وهي تعتمد على تكنولوجيات الألياف البصرية والتكنولوجيات اللاسلكية. وتُتطلب أعمال جديرة بالاعتبار لتنفيذ خدمات الألياف البصرية وضمان تيسر حلول الوصلات الوسيطة اللاسلكية ذات السعة الكافية، مثل الوصلات الميكروية والساتلية، مع احتمال الاستعانة بأنظمة محطات المنصات عالية الارتفاع (HAPS) حيثما تُنشر.

علاوة على ذلك، فإن الطيف مورد شحيح وقيم للغاية، وتشتد منافسة متزاحمة على الطيف على المستويات الوطنية والإقليمية والدولية. ونظراً لأن الطيف الراديوي مقسم إلى نطاقات ترددية موزعة على مختلف خدمات الاتصالات الراديوية، لا يجوز استخدام أي نطاق إلا للخدمات التي يمكن أن تتعايش فيما بينها دون التسبب بتداخل ضار على الخدمات المجاورة.

وتبحث دراسات قطاع الاتصالات الراديوية في تشارُك الخدمات المتنقلة وتوافقها مع عدد من خدمات الاتصالات الراديوية الأخرى القائمة، لا سيما خدمات الاتصالات الساتلية والتنبؤ بالطقس ومراقبة موارد الأرض وتغير المناخ وعلم الفلك الراديوي. 

وتدعو الحاجة إلى اعتماد لوائح وطنية ودولية وتطبيقها على الصعيد العالمي لتجنب التداخل بين خدمات الجيل الخامس وهذه الخدمات ولإنشاء نظام بيئي متنقل قابل للحياة في المستقبل - مع خفض الأسعار من خلال وفورات الحجم في السوق العالمية وتمكين قابلية التشغيل البيني والتجوال. 

ولذلك كان من المهم تحديد الطيف الإضافي الذي سيستخدمه الجيل الخامس وتنسيقه على الصعيدين العالمي أو الإقليمي. ولأسباب مماثلة، يلزم دعم التكنولوجيات الراديوية المستخدمة في أجهزة الجيل الخامس بمعايير منسقة عالمياً.

 

مساهمة الاتحاد الدولي للاتصالات

يؤدي الاتحاد دوراً رائداً في إدارة الطيف الراديوي ووضع معايير قابلة للتطبيق عالمياً للاتصالات المتنقلة الدولية -2020. وتدعم أنشطته وضع وتنفيذ لوائح ومعايير دولية لضمان أمن شبكات الجيل الخامس وقابليتها للتشغيل البيني، وتشغيلها دون التسبب في تداخل ضار على الخدمات المجاورة أو التعرض لتداخل ضار منها.

وبناءً على خبرته في تصميم معايير الاتصالات المتنقلة الدولية (IMT) في شبكات الجيل الثاني والجيل الثالث والجيل الرابع، يلتئم في الاتحاد شمل كبار المهندسين والخبراء في تكنولوجيات شبكات الاتصالات المتنقلة والثابتة للعمل على الجيل الخامس والأجيال المقبلة من خدمات النطاق العريض المتنقلة.

وفي إطار برنامج الاتصالات المتنقلة الدولية -2020 لدى الاتحاد، يضع أعضاء الاتحاد المعايير الدولية الرامية لتحقيق شبكات الجيل الخامس حسنة الأداء.

وفي المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية لعام 2019 (WRC-19)، حدد المندوبون في المؤتمر نطاقات تردد إضافية للاتصالات المتنقلة الدولية مما سيؤدي إلى تسهيل تنمية الشبكات المتنقلة من الجيل الخامس (5G). وقد حدد المؤتمر نطاقات التردد 24,25 - 27,5 GHz و37-43,5 GHz و45,5 - 47 GHz و47,2 - 48,2 GHz و66 - 71 GHz من أجل نشر شبكات الجيل الخامس واتخذ تدابير أيضاً لضمان الحماية المناسبة لخدمات استكشاف الأرض الساتلية بما في ذلك خدمة الأرصاد الجوية والخدمات المنفعلة الأخرى في النطاقات المجاورة.

وبدأ عدد من الدول تجارب الجيل الخامس، والنتائج قيد التقييم. وفي العديد من مناطق العالم، وُضعت استراتيجيات نشر الجيل الخامس. وبدأ بعض هيئات التنظيم مزادات لبيع تراخيص تشغيل شبكات الجيل الخامس في النطاقات الترددية الموزعة في لوائح الراديو (RR) للخدمة المتنقلة البرية. ويُتوقع أول نشر تجاري واسع النطاق للجيل الخامس بعد استكمال مواصفات الاتصالات المتنقلة الدولية -2020.