مع اقتراب طرح الجيل الخامس ، تظل الأسئلة قائمة

قبل أسبوعين ، حضرت قمة بروكلين 5 جي في كلية الهندسة بجامعة نيويورك ، حيث أدهشني التقدم الذي تم إحرازه نحو بناء شبكات الجيل الخامس والشكوك التي لا تزال قائمة حول استخدامات واقتصادات 5 جي بشكل عام.

أكد لي العديد من الحاضرين أنني سأستخدم في الواقع جهاز 5G بحلول قمة العام المقبل ، وكان معظمهم مقتنعين أننا سنحتاج إلى شبكات جديدة للتعامل مع الزيادات في حركة المرور.

تذكر أن 5G ليست تقنية واحدة ، ولكن مجموعة متنوعة من التقنيات تعمل معًا. ويغطي نطاقًا واسعًا من الطيف من النطاق المنخفض (مثل 600 ميجا هرتز) ، والذي يمكنه السفر لمسافات طويلة ولكن بسرعات أبطأ نسبيًا ؛ إلى منتصف النطاق (مثل 2.5 أو 3.5 جيجا هرتز) ؛ إلى النطاق العريض (مثل 28 أو 39 جيجا هرتز ، والتي تسمى أحيانًا موجة ملليمتر أو مم ويف) ، والتي يمكن أن تكون سريعة جدًا - لقد سمعت المهندسين يتحدثون عن سرعات نظرية تبلغ 5 جيجابت في الثانية أو أكثر - لكن لا ينتقل كثيرًا.

يتم تحديد معايير المحمول في الغالب من قبل هيئة معايير 3GPP ، وهي مجموعة تضم جميع اللاعبين الرئيسيين في النظام البيئي المتنقل العالمي ، والتي طورت المعايير الأساسية للجيل الثالث 3G (كما يوحي الاسم) و 4G LTE (الأصل في المدى الطويل تطور معيار الجيل الثالث 3G). عادةً ما يتم اعتماد هذه المعايير في النهاية من قبل هيئة معايير الاتصالات في الاتحاد الأوسع. تقوم شركة 3GPP بإصدار إصدارات جديدة من معاييرها على أساس سنوي تقريبًا ، وتتجه نحو مواصفات 5G التي تركز على ثلاثة مجالات رئيسية هي: النطاق العريض المتنقل المحمول (eMBB) ، الاتصالات منخفضة الموثوقية الفائقة (URLLC) ، والاتصالات الهائلة من نوع الماكينة (MMTC).

الأول ، هو ما نفكر فيه عادةً باعتباره تطبيقًا للمستهلكين - مما يجعل هواتفنا تعمل بشكل أسرع - وهذا ما ستستند إليه معظم عمليات نشر الجيل الخامس الأولي. (سيتم أيضًا نشر بعض الشبكات المبكرة للشبكات اللاسلكية الثابتة). المجالان الآخران - URLLC و mMTC - مخصصان في الغالب للتطبيقات الصناعية أو التجارية ، على الرغم من أنهما يمكن أن يكون لهما تطبيقات للمستهلكين ، وظللت أسمع عن المركبات المستقلة ذات VR المحمولة ، رغم أن ذلك يبدو وكأنه أكثر من تطبيق المتخصصة بالنسبة لي.

ولكن قد تكون هذه التطبيقات الصناعية والتجارية التي تتطور حقًا مع معايير الجيل الخامس ؛ بعد كل شيء ، نحن نشاهد بالفعل هواتف واعدة "gigabit LTE" على شبكات 4G ، ومن الصعب تصور أي التطبيقات ستتطلب مزيدًا من السرعة للمستهلكين الأفراد. ومع ذلك ، قد يكون من الضروري تصميم السرعة والشبكة الإضافية التي وعدت بها شركة 5G لمجرد التعامل مع زيادة حركة المرور. سأتحدث أكثر عن حالات الاستخدام في مشاركتي التالية.

الشبكات جاهزة للذهاب

لاحظت ميليسا أرنولدي ، رئيسة التكنولوجيا والعمليات في AT&T Communications ، الحاجة إلى الشبكات التي تتعامل مع المزيد من الحركة بكفاءة أكبر ، بغض النظر عن التطبيق. وقالت إن شبكة الهاتف المحمول للشركة شهدت نمو حركة البيانات بنسبة 360،000 في المئة منذ عام 2007 ، وليس هناك "علامات على تباطؤ". يمثل الفيديو حاليًا أكثر من نصف عدد الزيارات ، وتتوقع أن يرتفع هذا الرقم إلى 75 بالمائة بحلول عام 2020.

قال أرنولدي إن 5G ضرورية لإدارة حركة المرور هذه ، وكذلك لتمكين التطبيقات مثل الواقع المعزز والظاهري ، والمركبات ذاتية الحكم ، والطائرات بدون طيار ، مشيرًا إلى أن السيارات ذاتية القيادة تحتاج إلى إمكانية اتصال عالية الموثوقية وقرب من الكمون في الوقت الفعلي - وهذا أقل من الناحية المثالية 5 ميلي ثانية.

وقال أرنولدي إن معالجة حركة المرور هذه ستتطلب شبكات محددة بالبرمجيات ، مشيرا إلى أن AT&T كانت المحرك الرئيسي وراء ONAP (Open Network Automation Platform). وتتوقع أن تقوم AT&T بنقل 65 بالمائة من عدد الزيارات على الشبكات المعرفة بالبرامج بحلول نهاية العام.

تعتزم شركة AT&T أن تكون أول شركة طيران أمريكية توفر معيار 5G للهواتف المحمولة بحلول نهاية العام ، في 12 مدينة. ناقشت تجربة تجريبية في مجال البيع بالتجزئة تديرها الشركة في واكو ، تكساس ، والتي تضمنت مئات المستخدمين في متجر للبيع بالتجزئة لتوضيح كيف يمكن لـ MMWave العمل في مثل هذه البيئة ، والطيارين في كالامازو وساوث بيند ، حيث أنشأت الشركة نهاية كاملة 5G وشهدت الشبكة أن إشارات mmWave يمكن أن توفر سرعات 1 جيجابت في الثانية بسرعة تصل إلى 900 قدم دون أي تأثير بسبب الطقس وإشارات اختراق المواد أفضل من المتوقع.

وقال أرنولدي إن السرعة مثيرة ، لكن الكمون هو التغيير الكبير. ووصفت بعد ذلك التطبيقات ، مثل البيع بالتجزئة ، مع الواقع الافتراضي والغامر وزيادة لافتات رقمية بدلا من العارضات ؛ الرعاىة الصحية؛ تصنيع؛ التمويل ، مع أشياء مثل أجهزة الصراف الآلي التي تقدم الفيديو عبر 5G اللاسلكية الثابتة ؛ السلامة العامة؛ والنقل.

وصف بيل ستون ، نائب رئيس قسم تطوير وتخطيط التكنولوجيا في Verizon ، 5G كحل متعدد الأغراض يتيح للمشغلين "الاستفادة من البرامج وتقطيع الشبكة لحالات الاستخدام المختلفة". بالنسبة إلى Verizon ، ستكون الشبكات اللاسلكية الثابتة أول شريحة للشبكة ، ولكنها مجرد حالة استخدام واحدة ، وسيتبعها بسرعة النطاق الترددي العريض للأجهزة المحمولة.

ساعد دعم Verizon لمنتدى Verizon 5G Tech في تسريع عملية 3GPP ، وعلى الرغم من أن منتجات Verizon الأولى لن تكون قائمة تمامًا على المعايير ، فقد كانت تهدف إلى الانتقال إلى معيار 3GPP بسرعة كبيرة. وأكد خطط الشركة لاستخدام قطع أكبر من الطيف حيثما أمكن ذلك ، وزيادة كثافة الخلايا الصغيرة ، والانتقال إلى MIMO (الهوائيات المتعددة) الضخمة في نطاقات mmWave ، وكذلك زيادة عدد الهوائيات في النطاقات الأخرى.

قال ستون إن Verizon تتوقع أن تحصل على المرتبة الأولى من خلال شبكة لاسلكية ثابتة 5G ، وأشارت إلى أنه في الاختبارات يمكنها بالفعل تقديم خدمة بسرعة 80 جيجابت في الثانية على بعد 2000 قدم من العقدة. لكنه قال إن الشركة تعتمد على وجود شبكة واحدة فقط ، مع شرائح متعددة ، وأن أولوية الشركة هي "المحمول ، المحمول ، المحمول". ومع النظر إلى أبعد من ذلك ، قال إن سحابة تدعم تقنية 5G و "حافة ذكية" ، بالإضافة إلى تطبيقات الأتمتة الصناعية ، ستقود حالات استخدام جديدة.

تحدث Seizo Onoe ، كبير مهندسي التكنولوجيا في NTT Docomo ، عن كيفية شراكة Docomo مع صناعات معينة - السيارات والسكك الحديدية والبناء والرعاية الصحية ، وما إلى ذلك - على متن شركة 5G. وقال إنه يمكن تقديم حجة لإدخال 5G حتى لو كانت التطبيقات الجديدة غير مؤكدة ، لمجرد أن المشغلين يمكنهم رؤية زيادة سعة البيانات مع تحسين التكلفة لكل بت.

كرر Onoe حجته من العام الماضي ، وهو أن الجيل السابق غالباً ما يزدهر قبل إطلاق الجيل التالي ، كما حدث مع الجيل الثالث 3G المحسّن (HSPA +) قبل إطلاق 4G LTE ، وأن الصناعة لم تشهد نجاحًا كبيرًا من الناحية التاريخية حتى مع عدد الأجيال. ولكن ، اقترح أن التعاون عبر الصناعة يمكن أن يغير ذلك ، ونحن نرى تطوير تطبيقات جديدة.

كنت مهتمًا جدًا بفكرته بأن الجيل الخامس قد يكون الجيل الأخير عندما يتعلق الأمر بالانجازات التكنولوجية الكبيرة. قال Onoe إنه على الرغم من أن تقنية معينة قد حددت كل جيل من الأجيال السابقة ، فإن 5G هي في الواقع مزيج من التقنيات ، لذلك يمكن أن يكون 5 هو الرقم النهائي ما لم نتمكن من اختراع طفرة تكنولوجية جديدة. ومع ذلك ، أشار إلى أن "حيل التسويق" قد تعني أننا سنرى رقمًا في المستقبل ، وفي حين أنه قد يكون حيلًا ، إلا أنه "الحرية".

تطور 5G

حصلت العديد من العروض التقديمية على مزيد من التفاصيل حول التكنولوجيا والمعايير ، وكيف تتطور هذه العروض.

أوضحت Peiying Zhu ، زميل Huawei ، كيف وافقت 3GPP حاليًا على الإصدار 15 من معيارها ، بما في ذلك الإصدار غير المستقل (NSA) ، الذي يصف كيف يمكن لأجهزة 5G أن تعمل على شبكة تعتمد في الغالب على نفس البنية التحتية مثل 4G LTE الشبكات. وقالت إن العمل يتحرك بسرعة نحو إصدار مستقل (SA) من هذا المعيار (واحد حيث تم تصميم كل من أجهزة الراديو وجوهر الشبكة ل 5 G) ، كما هو العمل على الإصدار 16 ، الذي سيضيف المزيد من الميزات.

وقال تشو إن الإصدار 15 يدعم في الغالب عرض النطاق الترددي المتنقل (eMBB) ، في حين أن الإصدارات الأحدث يجب أن تناسب مجموعة واسعة من متطلبات إنترنت الأشياء ، بما في ذلك "الاتصالات الموثوقة للغاية والكمون المنخفض ، والوصول اللاسلكي الثابت ، والاتصالات الهائلة من نوع الماكينة".

يتضمن الإصدار 15 "5G New Radio" ، مع مجموعة متنوعة من الميزات الجديدة ، وتحدث تشو عن تأثير التغييرات المختلفة. وناقشت كيف أظهرت الاختبارات التي أجريت باستخدام الطيف 3.5 جيجا هرتز تحسنًا في تجربة المستخدم بمقدار 10 أضعاف ، حيث كان عُشر الكمون وعشر التكلفة لكل جزء من الحلول الحالية ، مما يجعل 5G مؤثرًا جدًا للنطاق العريض المتنقل المتنقل. وناقش تشو التفاصيل الأخرى التي قد تكون جزءًا من الإصدار 16 أو الإصدارات الأحدث من المواصفات التي ستمكن التطبيقات الأخرى.

ناقش Mikael Höök ، مدير أبحاث الراديو لأبحاث إريكسون ، تطور المعيار أثناء توجهه نحو رؤية ITU-2020. تحدث عن كيف أن الراديو الجديد "فائق النحافة" (بمعنى أنه يقلل من التداخل ويقلل من القدرة عند عدم الاستخدام) ، مع توفير التوافق الأمامي أيضًا ، بحيث يمكن إضافة إمكانات جديدة. ولاحظ أيضًا كيف يمكنه استخدام هوائيات متعددة ، وتحدث بصوت منخفض ، وقال إن نطاق الطيف الواسع سيوفر الكثير من القدرات المختلفة.

أكد Höök أن هذا يمكن أن يعمل في العديد من التطبيقات المختلفة ، من توفير تغطية سريعة للغاية في الشوارع والساحات المزدحمة ، إلى توفير اللاسلكي الثابت في بيئات الضواحي. تحدث أيضا عن أتمتة المصنع.

في حلقة نقاش تلت ذلك ، كان هناك الكثير من النقاش حول ما إذا كان الراديو الجديد مناسبًا لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) ، مع ذكر Höök معايير 4G الحالية - مثل NB-IOT - وغيرها ، بما في ذلك Zhu و Nokia Antti Toskala ، نتحدث عن حالات استخدام إنترنت الأشياء الجديدة التي قد تتطلب نطاق ترددي أعلى أو زمن وصول أقل.

في البيئة الصناعية ، حاول بعض أعضاء اللجنة الإجابة على سؤال حول كيفية مقارنة 5G بمعايير IEEE 802 (Wi-Fi) ، والتي تعمل عادة على طيف غير مرخص. قال Höök إنه في بعض الحالات ، يكون الطيف غير المرخص جيدًا بما يكفي ، لكن ليس عندما تحتاج إلى "خمسة من الموثوقية". أشار Toskala إلى ميزات مثل مصادقة 3GPP والخدمات التي تقدمها شركات الاتصالات لمقدمي الخدمات ، لكن البعض من الجمهور دفعوا إلى هذا. تحدث تشو عن كيفية تصميم 5G للتعايش ، بحيث يمكن للمعايير المستندة إلى 5G و 802 العمل في نفس المواقع.

في معرض حديثه عن 5G في الهواتف الذكية ، قال أرون غوش من AT&T ، مدير مجموعة التكنولوجيا اللاسلكية المتقدمة لمختبرات AT&T ، إنه لا يزال هناك مسألة نموذج أعمال ، لأن LTE تعمل بشكل جيد. قال Ghosh إن 5G تدور حول قضايا الأعمال الأخرى ، كما هو الحال في السيارات المستقلة ، حيث يمكن أن يساعد وجود عدد كبير من السيارات المتصلة في مجالات مثل تجنب الاصطدام. ولكن وافق جميع أعضاء الفريق تقريبًا على أنه ينبغي لنا أن نتوقع أن تدعم الهواتف في المستقبل القريب كلاً من شبكات الجيل الخامس والجيل الرابع LTE ، بالإضافة إلى طيف mmWave والطيف التقليدي (دون 6 جيجاهرتز).

اتفق جميع أعضاء الفريق إلى حد كبير مع إيان وونغ من الصكوك الوطنية ، الذين قالوا إن "موجة الملليمتر تعمل بشكل أفضل من المتوقع". يبدو أن العديد منهم يتفقون مع تشو ، الذي قال إنه سيكون من الجيد أن يكون هناك نطاقات عالمية لـ 5G ، ودعت إلى الحصول على 3.5 جيجاهيرتز كواحدة من هذه النطاقات.

5G وما بعدها

بينما تستعد شركة 5G لإطلاقها لأول مرة ، تستمر الأبحاث في الارتقاء به إلى المستوى التالي. تحدث العديد من المتحدثين عن الخطوات القليلة التالية في المعايير ، لكن آخرين كانوا أكثر تركيزًا على الأبحاث المستقبلية.

تحدث ثياجا نانداجوبال ، نائب مدير قسم مؤسسات الحوسبة والاتصال (CCF) في المؤسسة الوطنية للعلوم ، عن الأبحاث المهمة التي تجري في الجامعات والمختبرات الوطنية ، لكنه أضاف أن هناك "وادي الموت" بين هذه المؤسسات و الشركات. لمحاولة سد هذه الفجوة ، أنشأت NSF برنامجًا يسمى المنصات الخاصة بالبحوث اللاسلكية المتقدمة (PAWR) ، حيث يساهم كل من اتحاد الصناعة و NSF بمبلغ 50 مليون دولار لإنشاء أربع منصات على مستوى المدينة لإجراء اختبارات للجيل التالي أنظمة لاسلكية. تم تصميم هذه المنصات لتوفير وصول مفتوح للباحثين لاختبار الأفكار للأنظمة الجديدة.

أول نظامين في سولت لايك سيتي ونيويورك. في سولت ليك سيتي ، تقوم جامعة يوتا وجامعة رايس بإنشاء مشاريع تُعرف باسم POWDER (منهاج البحث التجريبي القائم على البيانات اللاسلكية المفتوحة) و RENEW (نظام بيئي قابل لإعادة التكوين للجيل التالي من الشبكة اللاسلكية).

في نيويورك ، يُطلق على المشروع اسم COSMOS (اختبار الشبكات اللاسلكية المحسّنة عبر السحابة المحسَّن والمعروف باختبار النشر على نطاق المدينة) ، والذي ستتم إدارته بواسطة NYU Wireless و Columbia و Rutgers. تم تصميم COSMOS لاختبار مجموعة متنوعة من التقنيات الجديدة في بيئة حضرية معقدة. من المقرر تعيين منصتين أخريين بحلول يوليو 2019.

وبالفعل في المؤتمر ، أشار تيد رابابورت من جامعة نيويورك تاندون والمدير المؤسس لشركة نيويورك اللاسلكية ، إلى أنه أعجب بسرعة اعتماد تقنية mmWave. كتب بعض الأوراق المبكرة حول هذا الموضوع ، وكان له دور فعال في تأسيس NYU Wireless في عام 2012 ومؤتمر Brooklyn 5G في عام 2014. ثم قال ، كان هناك تشكك فيما إذا كانت mmWave قد تنجح ؛ تم قبولها منذ ذلك الحين وهي في طريقها للتسويق.

وردا على سؤال حول ما إذا كان تكاثر الخلايا الصغيرة بتكنولوجيا mmWave يمكن أن يكون مصدر قلق جديد للصحة ، قال رابابورت إنه بينما "لا يمكن أن تثبت سلبا" ، فإن ترددات الراديو المستخدمة هي ستة أوامر بحجم أقل من التردد اللازم للإشعاع المؤين من هذا النوع. التي أنشأتها الأشعة السينية (التي ترتبط مع زيادة احتمال الاصابة بالسرطان). بالإضافة إلى ذلك ، أشار إلى أن الخلايا الصغيرة والهوائيات الاتجاهية تقلل من كل من قوة حدوث الإصابة ، وأشار لي إلى دراسة للمعاهد الوطنية للصحة شارك في كتابها بعنوان "آمنة للأجيال القادمة" التي تحمل هذا الأمر.

في وقت لاحق ، أطلعني Rappaport على أنه يقوم هو وآخرون في الجامعة بأمور مثل استخدام طيف 140 جيجا هرتز لإجراء اتصالات أسرع ، وربما لبعض المعايير المستقبلية. وكان آخرون في المؤتمر يتحدثون أيضًا عن GHz 90 وترددات أعلى في النطاق D-Band.

كل هذا يتوقف على وجهة نظرك؛ من ناحية ، قد تقترب 5G من خط النهاية ، من حيث الاستعداد أخيرًا للإطلاق. ولكن من ناحية أخرى ، من نواح كثيرة بدأت للتو.