الجيل الخامس

التشغيل في طيف غير مرخص

وفي هذا السياق، مثل LTE في الطيف غير المرخص، ستدعم الجيل الخامس NR كذلك التشغيل في الطيف غير المرخص (NR-U). إلى جانب الوصول بمساعدة الترخيص (LAA) من LTE الذي يمكّن شركات النقل من استخدام هذا الطيف غير المرخص لتعزيز أدائهم التشغيلي للمستعملين، في الجيل الخامس NR ستدعم عملية NR-U المستقلة غير المرخصة والتي ستسمح بإنشاء شبكات الجيل الخامس NR جديدة في بيئات مختلفة دون الحصول على ترخيص تشغيلي في الطيف المرخص، مثلًا للشبكة الخاصة المحلية أو تقليل حاجز الدخول لتوفير خدمات الإنترنت الجيل الخامس للجمهور.

الطيف

وعلى صعيد آخر، اعتبارًا من مارس 2019، هناك 52 دولة وإقليمًا ومناطق إدارية خاصة ومناطق متنازع عليها وتبعيات تفكر رسميًا في تقديم نطاقات طيف معينة لخدمات الجيل الخامس للأرض، تعقد مشاورات بشأن تخصيصات الطيف المناسبة لـ الجيل الخامس، وقد حجزت الطيف لـ الجيل الخامس، أعلنت عن خطط لبيع الترددات (بمزاد الطيف الترددي) أو أنها خصصت بالفعل نطاقًا لاستخدام شبكات الجيل الخامس

ومن ناحية أخرى، تم تخصيص كميات كبيرة من الطيف الراديوي الجديد (نطاقات التردد الجيل الخامس NR) للجيل الخامس. مثلًا، في يوليو 2016، حررت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) كميات هائلة من عرض النطاق الترددي في طيف النطاق الترددي العالي غير المستغل للجيل الخامس. ضاعف اقتراح حدود الطيف (SFP) كمية الطيف غير المرخص لموجة المليمتر إلى 14 جيجاهرتز وخلق أربعة أضعاف كمية الطيف المرن للاستخدام المحمول الذي رخصته لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) حتى الآن في مارس 2018، وافق المشرعون في الاتحاد الأوروبي على فتح 3.6 و 26 نطاقات GHz بحلول عام 2020.

ترميز القناة

من جانب آخر، لقد تغيرت تقنيات تشفير القنوات لـ الجيل الخامس NR من أكواد Turbo في الجيل الرابع إلى الرموز القطبية (نظرية الترميز) لقنوات التحكم و LDPC (أكواد التحقق من التكافؤ منخفض الكثافة) لقنوات البيانات.

أجهزة الجيل الخامس

علاوةً على ذلك، في مارس 2019، أصدرت الرابطة العالمية لموردي الهواتف المحمولة أول قاعدة بيانات في الصناعة لتتبع عمليات إطلاق أجهزة الجيل الخامس في جميع أنحاء العالم. في ذلك، حدد GSA 23 بائعًا أكدوا توافر أجهزة الجيل الخامس القادمة مع 33 جهازًا مختلفًا بما في ذلك المتغيرات الإقليمية. كانت هناك سبعة عوامل شكلية لجهاز الجيل الخامس مُعلن عنها: (الهواتف (× 12 جهازًا)، نقاط الاتصال (× 4)، معدات مقرات العملاء الداخلية والخارجية (× 8)، الوحدات النمطية (× 5)، الدونجل والمحولات (× 2))، ومحطات USB (× 1)). بحلول أكتوبر 2019، ارتفع عدد أجهزة الجيل الخامس المعلنة إلى 129، عبر 15 عامل شكل، من 56 بائعاً.

ومن ناحية أخرى، في 6 مارس 2020، تم إطلاق أول هاتف ذكي على الإطلاق يعمل بتقنية الجيل الخامس Samsung Galaxy S20 . بحسب ـ Business Insider، تم عرض ميزة الجيل الخامس على أنها أغلى مقارنة بـ الجيل الرابع؛ يبدأ الخط بسعر 1000 دولار أمريكي، مقارنةً بجهاز Samsung Galaxy S10e الذي بدأ بسعر 750 دولارًا أمريكيًا. في 19 مارس، أعلنت HMD Global، الشركة المصنعة الحالية للهواتف التي تحمل علامة نوكيا، عن Nokia 8.3 الجيل الخامس، والتي زعمت أنها تتمتع بنطاق أوسع من توافق الجيل الخامس من أي هاتف آخر تم إصداره حتى ذلك الوقت. يُزعم أن النموذج متوسط المدى، بسعر أولي في منطقة اليورو يبلغ 599 يورو، يدعم جميع نطاقات الجيل الخامس من 600 ميغاهرتز إلى 3.8 جيجاهرتز.

تقنية

إضافةً إلى ذلك، في 13 أكتوبر 2020، أعلنت Apple عن iPhone 12 وiPhone 12 Pro، الخط الأول من هواتف Apple لدعم اتصال الجيل الخامس. تعاونت Apple مع Verizon لتمكين خطط الجيل الخامس على iPhone 12.

التوفر

وفي السياق ذاته، في ساحة شرائح الجيل الخامس IoT، اعتبارًا من أبريل 2019، كانت هناك أربع شرائح مودم الجيل الخامس تجارية ومعالج / منصة تجارية واحدة، مع توقع المزيد من عمليات الإطلاق في المستقبل القريب.

SDN / NFV

من جانب آخر، في البداية، تم تصميم تقنيات الاتصالات الخلوية المتنقلة في سياق توفير الخدمات الصوتية والوصول إلى الإنترنت. اليوم يميل عصر جديد من الأدوات والتقنيات المبتكرة نحو تطوير مجموعة جديدة من التطبيقات. تتكون مجموعة التطبيقات هذه من مجالات مختلفة مثل إنترنت الأشياء (IoT) وشبكة المركبات المستقلة المتصلة والروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بُعد وأجهزة الاستشعار غير المتجانسة المتصلة لخدمة التطبيقات متعددة الاستخدامات. في هذا السياق، برز تقطيع الشبكة كتقنية للجيل الخامس رئيسية لتبني نموذج السوق الجديد هذا بكفاءة.

بحوث

إضافةً إلى ذلك، في جميع أنحاء العالم على شبكة الإنترنت اللاسلكية (WWWW)، أي شاملة التطبيقات المستندة إلى ويب لاسلكي والتي تشمل القدرة للوصول إلى الوسائط المتعددة الكاملة وراء سرعات الجيل الرابع.

علاوةً على ذلك، توفير تفشي شبكة Ubiquitous computing الحوسبة في كل مكان: يمكن في نفس الوقت أن يكون المستعمل متصلا بعدة تكنولوجيات وصول لاسلكية ويتحرك بسلاسة بينهما (انظر وسائل الإعلام المستقلة تسليم أو العمودي تسليم، IEEE 802.21، من المتوقع كذلك أن تكون المقدمة من النشرات الجيل الرابع المستقبلة. انظر كذلك multihoming). ويمكن الوصول إلى هذه التكنولوجيات تكون 2.الجيل الخامس، 3G، الجيل الرابع، أو شبكات المحمول الجيل الخامس، واي فاي، WPAN، أو أي تكنولوجيا أخرى للوصول مستقبلية. في الجيل الخامس، أو أية مفاهيم قد يتم تطويرها في مسارات نقل البيانات المتزامنة المتعددة.

كذلك، ب IPv6، حيث يزور الرعاية يتم تعيين العنوان IP المحمول بحسب الموقع وشبكة الإتصال.

وفي السياق ذاته، تداخل طبقات البروتوكول أو ما يسمى التصميم متداخل الطبقات Cross layer

كذلك، شبكات كثيفة واسعة النطاق المعروف كذلك باسم خدمة ضخمة MIMO الموزعة لتوفيرخلايا خضراء صغيرة مرنة الجيل الخامس Green Dense Small Cells

وفي هذا الصدد، تكنولوجيا الإدراك الراديوي، المعروفة كذلك باسم الراديوية الذكية: تتيح تقنيات الراديو المختلفة للمشاركة في نفس الطيف بكفاءة من خلال إيجاد تكييف الطيف غير المستعمل وتعديل مخطط انتقال إلى متطلبات التكنولوجيات التي تتقاسم الطيف في الوقت الحالي. هذه الديناميكية إدارة موارد الراديو ويتحقق بطريقة التوزيع، وتعتمد على الراديوية المعرفة بالبرمجيات انظر كذلك IEEE 802.22 القياسية لشبكات المناطق الإقليمية لاسلكي.

• على ارتفاعات عالية محطة منصة الستراتوسفير نظم (HAPS).
• أجهزة يمكن ارتداؤها مع قدرات الذكاء الاصطناعي.
• واحد معيار عالمي موحد.
• عالم لاسلكي حقيقي مع عدم وجود قيود أكثر مع قضايا الوصول والمناطق.

وعلى صعيد آخر، فضاء ألكسندر ثيوفيل فانديرموند جزئي والتردد بالتقسيم (VFDM): خطة تعديل للسماح بالتعايش مع الخلايا الكبرى والخلايا الراديوية الإدراكية الصغيرة في شبكة ذات مستويين LTE/الجيل الرابع .

• انظر كذلك
• جيل أول
• جيل ثان
• جيل ثالث
• جيل رابع
• جيل سادس
• إشعاع الهاتف المحمول والصحة
• إشعاع الأجهزة اللاسلكية والصحة

وفي هذا الصدد، تتمحور حول المستعمل (أو بدأالهاتف الخلية المطور ) مفهوم الشبكة بدلا من بدأ المشغل (كما في 1G) أو مطور نظام البدأ (كما في المعايير 2G، 3G الجيل الرابع)

ومن جهة أخرى، الحيوي مخصصا الشبكات اللاسلكية (DAWN), أساسا متطابقة مع المحمول المخصص الشبكة (MANET), شبكة متقاطعة لاسلكية (WMN) أو شبكات لاسلكية، جنبا إلى جنب مع هوائي ذكي، تنوع تعاونى ومرنة التشكيل.

كذلك، المفاهيم الأساسية المقترحة في الأوراق العلمية حول مناقشة الجيل الخامس وما بعدها الاتصالات اللاسلكية لشبكات جيل رابع هي:

ومن ناحية أخرى، المجموعة التتابعية التعاونية : قضية رئيسية في أنظمة ما بعد الجيل الرابع هو جعل معدلات بت عالية متوفرة في الجزء الأكبر من الخلية، خصوصا للمستعملين في مواقف تتعرض لها من بين الكثير من المحطات القاعدية. في البحوث الحالية، وتعالج هذه المشكلة عن طريق تكرار الخلوي وتقنيات التنوع الكلي، المعروف كذلك باسم فريق التتابع التعاوني، وكذلك . شعاع النفاذ المتعدد بتقسيم

نقل الفيديو اللاسلكي لتطبيقات البث

من جانب آخر، اختبرت سوني إمكانية استخدام شبكات الجيل الخامس المحلية لاستبدال كبلات واجهة رقمية تسلسلية (SDI) المستعملة في الوقت الحالي في كاميرات الفيديو.

الأجزاء الأكثر عرضة وهدفا للتهديدات

علاوةً على ذلك، بما أن البنية المعمارية لشبكة الجيل الخامس ستعتمد على عناوين الإنترنت (ipv6) فهي ستكون عرضة للهجمات (عبر تلك العناوين) الشائعة على شبكة الإنترنت مثل الهجمات التي تستهدف أنظمة التشغيل لأجهزة الشبكة المركزية لمزود الخدمة (DOS attaks) التي تُعتبر من أخطر التهديدات، ولتجنب الخروقات الأمنية للشبكة الناجمة عن استخدام الهواتف الذكية داخل بيئة العمل يجب إجراء مسح دوري لهواتف الموظفين باستخدام برامج الحماية، ولكن هذا النهج يعتبر مكلفا للشركات، فالحلول المبتكرة يجب أن تحقق التوازن بين التكلفة والفعالية، لذلك يتم أخذ عينات من الهواتف الذكية بشكل دوري لفحصها ويتم قياس ذلك على بقية الأجهزة بما يسمى بقياس التمثيل الأمني للهواتف الذكية.

من جانب آخر، أهداف المهاجمين عادة ما تكون معدات المستعملين وشبكات الوصول والشبكة النواة لمزود الخدمة:

وفي هذا الصدد، الشبكة النواة لمزود الخدمة (Mobile Operator’s Core Network):

وفي هذا الصدد، في الجيل الخامس ستكون الأجهزة الذكية وأجهزة التابلت جزءا رئيسيا من الحياة اليومية، وهذه الأجهزة ستوفر مجموعة كبيرة من الميزات الهامة التي تمكن المستعملين من الوصول لعدد كبير من الخدمات الشخصية عالية الجودة. ومن المتوقع زيادة عدد هذه الأجهزة في المستقبل مع ازدياد حجم البيانات وامكانيات الشبكة التي ستدعم كل خيارات التوصيل (2G,3G, الجيل الرابع).ولكن هذه الأجهزة ستكون هدفا رئيسيا للمهاجمين حيث ستتعرض لهجمات أكثر تطورا عن طريق البرمجيات الخبيثة كالفيروسات التي تستهدف كلا من الأجهزة المحمولة وشبكات الاتصال، وهذه البرمجيات تبدو وكأنها صديقة (كالألعاب مثلا)  سواء من مصادر موثوقة أوغير موثوقة، حيث يتم تثبيتها على الأجهزة، لكنها في الواقع مصممة لتمكين المهاجمين من الوصول للبيانات الشخصية للمستعمل، أو للوصول لأنظمة التشغيل لهذه الأجهزة وتعطيلها. مما يعرض المستعمل أو الأجهزة للكثير من المخاطر.

وعلى صعيد آخر، من المتوقع أن تكون شبكات الاتصال في الجيل الخامس غير متجانسة ومعقدة إلى حد كبير فهي ستدعم شبكات الاتصال (2G,3G, الجيل الرابع)  وغيرها من تقنيات الاتصال المتقدمة وذلك حتى يكون الاتصال مضمونا وآنيا. فمثلا في غياب الشبكة الجيل الرابع من المفروض تواجد الشبكات الأخرى سواء 2G  أو 3G لضمان إتمام الاتصال. ولكن ذلك يؤدي إلى وراثة جميع القضايا الأمنية المتعلقة بالشبكات السابقة وبالتالي يجب تطوير آليات حماية قوية لمواجهة التهديدات الأمنية الناشئة. فمثلا من المشاكل الأمنية الهامة التي قد تؤثر بشكل خطير على خصوصية المستعمل في نظام الجيل الرابع إمكانية تتبع موقع المستعمل (User location tracking) والتي تتم بطريقتين ؛ الأولى عن طريق تحديد الرقم التعريفي للخلية المزودة للخدمة (C‐RNTI) والثانية هي تحديد الأرقام التسلسلية للبيانات المرسلة.

شبكات الوصول (ACCESS NETWORKS):

أجهزة المستعمل  (user equipment):

تعيين

وفي السياق ذاته، كانت أولى عمليات النشر الكبيرة إلى حد ما في أبريل 2019. في كوريا الجنوبية، استحوذت شركة SK Telecom على 38000 محطة قاعدية، وKT Corporation 30.000 و LG U Plus 18000 ؛ منها 85٪ في ست مدن رئيسية. يستعملون 3.5 طيف GHz (sub-6) في الوضع غير المستقل (NSA) والسرعات المختبرة كانت من 193 إلى 430 ميجابت/ثانية لأسفل. 260,000 سجل في الشهر الأول و 4.7 مليون بحلول نهاية عام 2019.

ومن ناحية أخرى، عندما أطلقت كوريا الجنوبية شبكتها الجيل الخامس، استعملت جميع شركات الاتصالات محطات ومعدات Samsung و Ericsson و Nokia، باستثناء LG U Plus، الذي استعمل كذلك معدات Huawei. كانت Samsung أكبر مورد لمحطات الجيل الخامس الأساسية في كوريا الجنوبية عند الإطلاق، حيث شحنت 53000 محطة أساسية في ذلك الوقت، من بين 86000 محطة أساسية تم تركيبها في جميع أنحاء البلاد في ذلك الوقت.

وفي السياق ذاته، اعتبارًا من أبريل 2019، حددت الرابطة العالمية لموردي الهواتف المحمولة 224 مشغلًا في 88 دولة عرضت أو تختبر أو تختبر أو تم ترخيصها لإجراء تجارب ميدانية لتقنيات الجيل الخامس أو تنشر شبكات الجيل الخامس أو أعلنت عن إطلاق الخدمة. كانت الأرقام المعادلة في نوفمبر 2018 هي 192 مشغلًا في 81 دولة. كانت كوريا الجنوبية أول دولة تتبنى تقنية الجيل الخامس على نطاق واسع في أبريل 2019. توقعت شركة إريكسون السويدية العملاقة للاتصالات أن إنترنت الجيل الخامس سيغطي ما يصل إلى 65٪ من سكان العالم بحلول نهاية عام 2025. كما تخطط لاستثمار مليار ريال (238.30 مليون دولار) في البرازيل لإضافة خط تجميع جديد مخصص لتقنية الجيل الخامس (الجيل الخامس) لعملياتها في أمريكا اللاتينية.

وفي السياق ذاته، تبيع تسع شركات أجهزة راديو الجيل الخامس وأنظمة الجيل الخامس لشركات النقل: Altiostar وCisco Systems وDatang Telecom / Fiberhome وEricsson وHuawei وNokia وQualcomm وSamsung وZTE .

من جانب آخر، يعتمد إطلاق الجيل الخامس NR الأولي على الاقتران مع البنية التحتية LTE (الجيل الرابع) الحالية في وضع غير مستقل (NSA) (الجيل الخامس NR مع الجيل الرابع core)، قبل نضوج الوضع المستقل (SA) مع شبكة الجيل الخامس الأساسية.

وفي هذا الصدد، إلى جانب شبكات مشغلي الهاتف المحمول، من المتوقع كذلك استخدام الجيل الخامس للشبكات الخاصة ذات التطبيقات في إنترنت الأشياء الصناعي، وشبكات المؤسسات، والاتصالات الهامة.

التاريخ

وفي هذا السياق، في 1 نوفمبر 2012، بدأ مشروع الاتحاد الأوروبي «ممكّنات الاتصالات المتنقلة واللاسلكية لمجتمع المعلومات العشرين والعشرين» (METIS) نشاطه نحو تعريف الجيل الخامس. حققت METIS إجماعًا عالميًا مبكرًا على هذه الأنظمة. بهذا المعنى، لعبت METIS دورًا مهمًا في بناء توافق في الآراء بين أصحاب المصلحة الخارجيين الرئيسيين الآخرين قبل أنشطة التقييس العالمية. تم ذلك عن طريق بدء العمل في المنتديات العالمية ذات الصلة والتعامل معها (مثلًا ITU-R) وكذلك في الهيئات التنظيمية الوطنية والإقليمية.

من جهة ثانية، في أغسطس 2012، أسست جامعة نيويورك اللاسلكية NYU Wireless، وهو مركز بحث أكاديمي متعدد التخصصات قام بعمل رائد في مجال الاتصالات اللاسلكية الجيل الخامس.

ومن جهة أخرى، في يوليو 2013، وافقت الهند وإسرائيل على العمل بشكل مشترك على تطوير تقنيات اتصالات الجيل الخامس (الجيل الخامس).

من جهة ثانية، في سنة 2019، تم التوقيع على إعلان بين النمسا وبيلاروسيا بمشاركة A1 بيلاروسيا، بهدف تعزيز تطوير النطاق العريض والتكنولوجيا الرقمية، بما في ذلك الجيل الخامس. في 23 يناير 2020، أطلق مزود الخدمة MTS Belarus مناطق اختبار، مع معدات Huawei و Cisco، لشبكة الجيل الخامس NSA في مينسك في 27 فبراير 2020، تم توقيع مذكرة بموجبها أصبحت Huawei موردًا مثاليًا للمعدات. منطقة الجيل الخامس. في 22 مايو 2020، أطلقت A1 بيلا روسيا، بالشراكة مع ZTE، أول شبكة الجيل الخامس SA في بيلاروسيا، في وضع الاختبار، في مينسك، وفي 25 مايو قامت بإجراء أول مكالمة في رابطة الدول المستقلة عن طريق VoNR (Voice over راديو جديد) لنقل صوت الاندفاع الجيل الخامس. في 22 مايو 2020، أطلقت MTS Belarus شبكة الجيل الخامس SA في الساحة الرياضية في مينسك. في 28 مايو 2020، أطلق مشغل البنية التحتية البيلاروسي beCloud ، في وضع الاختبار، شبكة الجيل الخامس NSA، مع 20 محطة قاعدية.

من جانب آخر، في عام 2008، تم تشكيل برنامج البحث والتطوير لتكنولوجيا المعلومات في كوريا الجنوبية الخاص بـ «أنظمة الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس القائمة على الوصول المتعدد بتقسيم الحزمة والمرحلات بالتعاون الجماعي».

في هذا الإطار، في 6 نوفمبر 2013، أعلنت Huawei عن خطط لاستثمار 600 مليون دولار على الأقل في البحث والتطوير لشبكات الجيل الخامس الجيل الخامس القادرة على سرعات أسرع 100 مرة من شبكات LTE الحديثة.

وفي هذا الصدد، في أبريل 2008، دخلت وكالة ناسا في شراكة مع Geoff Brown وشركة Machine-to-Machine Intelligence Corp (M2Mi) لتطوير نهج تكنولوجيا اتصالات من الجيل الخامس، على الرغم من اهتمامه الكبير بالعمل مع nanosats.

وفي هذا الصدد، في فبراير 2013، بدأت فرقة العمل 5D (WP 5D) التابعة لقطاع الاتصالات الراديوية (ITU-R) بندي دراسة: (1) دراسة حول رؤية الاتصالات المتنقلة الدولية لعام 2020 وما بعده ؛ (2) دراسة عن اتجاهات التكنولوجيا المستقبلية لأنظمة IMT الأرضية. كلاهما يهدف إلى الحصول على فهم أفضل للجوانب التقنية المستقبلية للاتصالات المتنقلة من أجل تعريف الجيل القادم من الهواتف المحمولة.

تطبيقات أخرى

علاوةً على ذلك، في يونيو 2019، أصبحت الفلبين أول دولة في جنوب شرق آسيا تطرح شبكة الجيل الخامس بعد أن أطلقت Globe Telecom تجاريًا خطط بيانات الجيل الخامس للعملاء.

كذلك، في 3 أبريل 2019، أصبحت كوريا الجنوبية أول دولة تتبنى الجيل الخامس. بعد ساعات فقط، أطلقت Verizon خدمات الجيل الخامس في الولايات المتحدة، وعارضت مطالبة كوريا الجنوبية بأن تصبح أول دولة في العالم تمتلك شبكة الجيل الخامس، لأنه يُزعم أن خدمة الجيل الخامس في كوريا الجنوبية تم إطلاقها في البداية لستة مشاهير كوريين جنوبيين فقط حتى كوريا الجنوبية يمكن أن تدعي لقب امتلاك أول شبكة الجيل الخامس في العالم. في الواقع، أضافت شركات الاتصالات الكورية الجنوبية الرئيسية الثلاث (SK Telecom وKT وLG Uplus) أكثر من 40.000 مستعمل إلى شبكة الجيل الخامس الخاصة بهم في يوم الإطلاق.

وفي هذا الصدد، تقدم AT&T خدمة الجيل الخامس للمستهلكين والشركات في ديسمبر 2019 قبل الخطط لتقديم الجيل الخامس في جميع أنحاء الولايات المتحدة في النصف الأول من عام 2020.

وفي هذا السياق، في 8 أكتوبر 2012، حصلت جامعة ساري البريطانية على 35 مليون جنيه إسترليني لمركز أبحاث الجيل الخامس جديد، بتمويل مشترك من صندوق استثمار شراكة الأبحاث التابع للحكومة البريطانية (UKRPIF) ومجموعة من مشغلي شبكات الهاتف المحمول الدوليين الرئيسيين ومقدمي البنية التحتية، بما في ذلك Huawei Samsung وTelefonica Europe وFujitsu Laboratories Europe ورود وشوارتز وAircom International . وستوفر مرافق الاختبار لمشغلي الهواتف المحمولة الحريصين على تطوير معيار للجوّال يستعمل طاقة أقل وطيفًا لاسلكيًا أقل، مع توفير سرعات أسرع من الجيل الرابع الحالي مع تطلعات أن تكون التكنولوجيا الجديدة جاهزة في غضون عقد من الزمن.

ومن ناحية أخرى، في 12 مايو 2013، أعلنت شركة Samsung Electronics أنها طورت نظام «الجيل الخامس». تبلغ السرعة القصوى للتقنية الأساسية عشرات جيجابت / ثانية (جيجابت في الثانية). أثناء الاختبار، أرسلت سرعات النقل لشبكة «الجيل الخامس» البيانات عند 1.056 جيجابت / ثانية إلى مسافة تصل إلى 2 كيلومترات باستخدام 8 * 8 MIMO.

كذلك، في 1 أكتوبر 2013، فازت NTT (Nippon Telegraph and Telephone)، وهي نفس الشركة التي أطلقت أول شبكة الجيل الخامس في العالم في اليابان، بجائزة وزير الشؤون الداخلية والاتصالات في CEATEC لجهود البحث والتطوير الجيل الخامس.

ومن ناحية أخرى، كذلك في نوفمبر 2012، تم إطلاق مشروع iJOIN EU، مع التركيز على تقنية «الخلايا الصغيرة»، والتي تعتبر ذات أهمية رئيسية للاستفادة من الموارد المحدودة والإستراتيجية، مثل طيف الموجات الراديوية. بحسب جونتر أوتينجر، المفوض الأوروبي للاقتصاد الرقمي والمجتمع (2014-2019)، يعد «الاستخدام المبتكر للطيف» أحد العوامل الرئيسية في قلب نجاح الجيل الخامس. ووصفه Oettinger كذلك بأنه «المورد الأساسي للاتصال اللاسلكي الذي سيكون الجيل الخامس هو المحرك الرئيسي له». تم اختيار iJOIN من قبل المفوضية الأوروبية كواحد من المشاريع البحثية الرائدة في الجيل الخامس لعرض النتائج المبكرة لهذه التكنولوجيا في المؤتمر العالمي للجوال 2015 (برشلونة، إسبانيا).

مخاوف أمنية

ومن ناحية أخرى، في 18 أكتوبر 2018، أصدر فريق من الباحثين من ETH Zurich وجامعة لورين وجامعة Dundee ورقة بعنوان «تحليل رسمي لمصادقة الجيل الخامس». نبهت إلى أن تقنية الجيل الخامس يمكن أن تفتح الطريق لعصر جديد من التهديدات الأمنية. ووصفت الورقة التقنية بأنها «غير ناضجة وغير مختبرة بشكل كافٍ»، وأنها «تتيح الحركة والوصول إلى كميات أكبر من البيانات، وبالتالي توسع أسطح الهجوم». في الوقت نفسه، نصحت شركات أمن الشبكات مثل Fortinet، Arbor Networks، A10 Networks، و Voxility بعمليات النشر الأمنية الشخصية والمختلطة ضد هجمات DDoS الضخمة المتوقعة بعد نشر الجيل الخامس.

وفي السياق ذاته، قدرت تحليلات IoT زيادة في عدد أجهزة إنترنت الأشياء، التي تم تمكينها بواسطة تقنية الجيل الخامس، من 7 مليارات في 2018 إلى 21.5 مليار بحلول عام 2025. يمكن أن يؤدي ذلك إلى رفع مستوى الهجوم لهذه الأجهزة إلى مستوى كبير، ويمكن أن تزيد القدرة على هجمات DDoS والتشفير والهجمات الإلكترونية الأخرى بشكل متناسب.

في هذا الإطار، بسبب المخاوف من التجسس المحتمل لمستعملي بائعي المعدات الصينيين، اتخذت عدة دول (بما في ذلك الولايات المتحدة وأستراليا والمملكة المتحدة اعتبارًا من أوائل عام 2019) إجراءات لتقييد أو إلغاء استخدام المعدات الصينية في شبكات الجيل الخامس الخاصة بها الشبكات. ونفى الباعة الصينيون والحكومة الصينية مزاعم التجسس.  في 7 أكتوبر 2020، أصدرت لجنة الدفاع بالبرلمان البريطاني تقريرًا يدعي وجود دليل واضح على التواطؤ بين Huawei والدولة الصينية والحزب الشيوعي الصيني. قالت لجنة الدفاع بالبرلمان البريطاني إن على الحكومة النظر في إزالة جميع معدات Huawei من شبكات الجيل الخامس قبل الموعد المخطط له.

من جانب آخر، يوضح تقرير نشرته المفوضية الأوروبية والوكالة الأوروبية للأمن السيبراني تفاصيل القضايا الأمنية المحيطة بشبكة الجيل الخامس. يحذر التقرير من استخدام مورد واحد للبنية التحتية لشبكة الجيل الخامس، خاصة تلك الموجودة خارج الاتحاد الأوروبي. (نوكيا وإريكسون هما المصنعان الأوروبيان الوحيدان لمعدات الجيل الخامس.)

التضليل ونظريات المؤامرة

وفي هذا السياق، هناك عدد من الادعاءات المزيفة ونظريات المؤامرة حول شبكات الجيل الخامس، والتي أصبح بعضها منتشرًا بشكل خاص خلال وباء COVID-19 .

تسويق خدمات غير الجيل الخامس

إضافةً إلى ذلك، في أجزاء مختلفة من العالم، أطلقت شركات الاتصالات الكثير من التقنيات ذات العلامات التجارية المختلفة، مثل «تطور الجيل الخامس»، والتي تعلن عن تحسين الشبكات الحالية باستخدام «تقنية الجيل الخامس». ومع ذلك، فإن شبكات ما قبل الجيل الخامس هذه هي تحسين لمواصفات شبكات LTE الحالية التي لا تقتصر على الجيل الخامس. في حين أن التكنولوجيا تعد بتقديم سرعات أعلى، ووصفتها AT&T بأنها «أساس تطورنا إلى الجيل الخامس أثناء وضع اللمسات الأخيرة على معايير الجيل الخامس،» لا يمكن اعتبارها الجيل الخامس حقيقية. عندما أعلنت AT&T عن الجيل الخامس Evolution، 4x4 MIMO، كانت التكنولوجيا التي تستعملها AT&T لتقديم سرعات أسرع، قد تم وضعها بالفعل من قبل T-Mobile دون أن تحمل لقب الجيل الخامس. يُزعم أن مثل هذه العلامات التجارية هي خطوة تسويقية ستسبب إرباكًا للمستهلكين، حيث لم يتم توضيح أن هذه التحسينات ليست حقيقية لشبكات الجيل الخامس.

خلية صغيرة

وفي السياق ذاته، الخلايا الصغيرة عبارة عن عقد وصول لاسلكي خلوية منخفضة الطاقة تعمل في طيف مرخص وغير مرخص له يتراوح مداها بين 10 أمتار إلى بضعة كيلومترات. تعد الخلايا الصغيرة ضرورية لشبكات الجيل الخامس، حيث لا تستطيع موجات الراديو الجيل الخامس السفر لمسافات طويلة، بسبب ترددات الجيل الخامس الأعلى.

المعايير

وفي هذا السياق، يغطي IEEE الكثير من مناطق الجيل الخامس مع التركيز الأساسي في أقسام الأسلاك بين رأس الراديو البعيد (RRH) ووحدة النطاق الأساسي (BBU). تركز معايير 1914.1 على بنية الشبكة وتقسيم الاتصال بين RRU و BBU إلى قسمين رئيسيين. وحدة الراديو (RU) لوحدة الموزع (DU) هي NGFI-I (الجيل القادم من واجهة Fronthaul) و DU إلى الوحدة المركزية (CU) كونها واجهة NGFI-II مما يسمح بشبكة أكثر تنوعًا وفعالية من حيث التكلفة NGFI-I و NGFI-II لهما قيم أداء محددة يجب تجميعها لضمان إمكانية نقل أنواع مختلفة من الحركة التي يحددها الاتحاد الدولي للاتصالات. يعمل معيار 1914.3 على إنشاء تنسيق إطار Ethernet جديد قادر على حمل بيانات IQ بطريقة أكثر فاعلية اعتمادًا على التقسيم الوظيفي المستعمل. يعتمد هذا على تعريف 3GPP للتقسيمات الوظيفية. يتم تحديث معايير مزامنة الشبكات المتعددة ضمن مجموعات IEEE لضمان الحفاظ على دقة توقيت الشبكة في RU إلى المستوى المطلوب لحركة المرور المنقولة عبرها.

وفي هذا السياق، في البداية، كان المصطلح مرتبطًا بمعيار IMT-2020 الخاص بالاتحاد الدولي للاتصالات، والذي تطلب سرعة تنزيل نظرية تبلغ 20 جيجابت في الثانية و 10 جيجابت في الثانية سرعة تحميل، إلى جانب متطلبات أخرى. لاحقًا، اختارت مجموعة معايير الصناعة 3GPP معيار الجيل الخامس NR (راديو جديد) جنبًا إلى جنب مع LTE كاقتراحهم لتقديمه إلى معيار IMT-2020.

من جهة ثانية، من المقرر أن تكتمل المرحلة الأولى من مواصفات 3GPP الجيل الخامس في الإصدار 15 في عام 2019. ومن المقرر الانتهاء من المرحلة الثانية في الإصدار 16 في سنة 2020.

علاوةً على ذلك، يمكن أن تتضمن الجيل الخامس NR ترددات أقل (FR1)، أقل من 6 جيجاهرتز وترددات أعلى (FR2) أعلى من 24 جيجاهرتز. ومع ذلك، فإن السرعة والكمون في عمليات نشر FR1 المبكرة، باستخدام برنامج الجيل الخامس NR على أجهزة الجيل الرابع (غير قائمة بذاتها)، أفضل قليلاً من أنظمة الجيل الرابع الجديدة، المقدرة بنسبة 15 إلى 50٪ أفضل.

حوسبة الحافة

في هذا الإطار، يتم تقديم الحوسبة المتطورة من خلال خوادم الحوسبة الأقرب إلى المستعمل النهائي. يقلل من زمن الوصول وازدحام حركة البيانات

مجالات التطبيق

وعلى صعيد آخر، حدد قطاع الاتصالات الراديوية في قطاع الاتصالات الراديوية ثلاثة مجالات تطبيق رئيسية للقدرات المعززة لتكنولوجيا الجيل الخامس. وهي عبارة عن النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB)، والاتصالات فائقة الموثوقية منخفضة زمن الانتقال (URLLC)، والاتصالات الضخمة من نوع الجهاز (mMTC). تم نشر eMBB فقط في سنة 2020 ؛ يبعد URLLC و mMTC عدة سنوات في أغلب المواقع.

ومن ناحية أخرى، سيتم استخدام اتصالات نوع الماكينة الضخمة (mMTC) للاتصال بعدد كبير من الأجهزة. ستقوم تقنية الجيل الخامس بتوصيل بعض من 50 مليار جهاز متصل بإنترنت الأشياء. سيستعمل أغلبهم شبكة Wi-Fi الأقل تكلفة. ستساعد الطائرات بدون طيار، التي ترسل عبر الجيل الرابع أو الجيل الخامس، في جهود التعافي من الكوارث، وتوفر بيانات في الوقت الفعلي للمستجيبين في حالات الطوارئ. سيكون لأغلب السيارات اتصال خلوي الجيل الرابع أو الجيل الخامس للعديد من الخدمات. لا تتطلب السيارات ذاتية القيادة الجيل الخامس، حيث يجب أن تكون قادرة على العمل حيث لا يوجد اتصال بالشبكة. بينما يتم إجراء العمليات الجراحية عن بُعد عبر شبكة الجيل الخامس، سيتم إجراء أغلب العمليات الجراحية عن بُعد في مرافق مزودة باتصال ألياف، وعادة ما تكون أسرع وأكثر موثوقية من أي اتصال لاسلكي.

من جانب آخر، تشير الاتصالات منخفضة زمن الانتقال فائقة الموثوقية (URLLC) إلى استخدام الشبكة لتطبيقات المهام الحرجة التي تتطلب تبادلًا قويًا وغير متقطع للبيانات.

ومن جهة أخرى، يستعمل النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB) شبكة الجيل الخامس كتقدم من خدمات النطاق العريض للأجهزة المحمولة الجيل الرابع LTE، مع اتصالات أسرع وإنتاجية أعلى وقدرة أكبر. سيعود ذلك بالفائدة على مناطق حركة المرور المرتفعة مثل الملاعب والمدن وأماكن الحفلات الموسيقية.

وقت الاستجابة

وعلى صعيد آخر، في شبكة الجيل الخامس، يبلغ «زمن انتقال الهواء» في شحن المعدات في 2019 من 8 إلى 12 مللي ثانية. يجب إضافة وقت الاستجابة للخادم إلى «زمن انتقال الهواء» لأغلب المقارنات. أبلغت شركة Verizon أن زمن الانتقال في النشر المبكر لشبكة الجيل الخامس هو 30 مللي ثانية: لخوادم Edge القريبة من الأبراج تقليل زمن الانتقال إلى 10-20 مللي ثانية؛ 1–4 مللي ثانية ستكون نادرة للغاية لسنوات خارج المختبر. تم توحيد مؤشرات الأداء الرئيسية لوقت استجابة الجيل الخامس (مؤشرات الأداء الرئيسية) بواسطة 3GPP في TR 28554

الصحة

إضافةً إلى ذلك، بحسب ـ CNET، «يدعو أعضاء البرلمان في هولندا كذلك الحكومة إلى إلقاء نظرة فاحصة على الجيل الخامس. كتب الكثير من القادة في كونغرس الولايات المتحدة إلى لجنة الاتصالات الفيدرالية للتعبير عن قلقهم بشأن المخاطر الصحية المحتملة. في ميل فالي، كاليفورنيا، منع مجلس المدينة نشر خلايا لاسلكية الجيل الخامس جديدة.» أثيرت مخاوف مماثلة في فيرمونت ونيوهامبشاير. نُقل عن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية قولها إنها «لا تزال تعتقد أن حدود السلامة الحالية للتعرض لطاقة التردد اللاسلكي للهاتف المحمول تظل مقبولة لحماية الصحة العامة» بعد حملة قامت بها مجموعات نشطاء، أصدرت سلسلة من المحليات الصغيرة في المملكة المتحدة، بما في ذلك توتنيس وبرايتون وهوف وجلاستونبري وفروم، قرارات ضد تنفيذ المزيد من البنية التحتية للجيل الخامس، على الرغم من أن هذه القرارات ليس لها أي تأثير على خطط النشر.

ومن جهة أخرى، في سنة 2017، كتب علماء من أكثر من 30 دولة إلى الاتحاد الأوروبي مطالبين بوقف إطلاق الجيل الخامس، بسبب مخاوفهم بشأن المخاطر الصحية المحتملة. يستمر الالتماس في جمع التوقيعات. في أبريل 2019، منعت مدينة بروكسل في بلجيكا تجربة الجيل الخامس بسبب قواعد الإشعاع. في جنيف، سويسرا، تم إيقاف الترقية المخطط لها إلى الجيل الخامس لنفس السبب. قالت جمعية الاتصالات السويسرية (ASUT) إن الدراسات لم تتمكن من إظهار أن ترددات الجيل الخامس لها أي تأثير على الصحة.

ومن ناحية أخرى، كان هناك عدد من المخاوف بشأن انتشار المعلومات المضللة في وسائل الإعلام وعبر الإنترنت فيما يتعلق بالآثار الصحية المحتملة لتقنية الجيل الخامس. كتب ويليام برود في صحيفة نيويورك تايمز في سنة 2019 أن قناة RT America بدأت في بث برامج تربط شبكات الجيل الخامس بالآثار الصحية الضارة التي «تفتقر إلى الدعم العلمي»، مثل «سرطان الدماغ، والعقم، والتوحد، وأورام القلب، ومرض الزهايمر». أكد برود أن المطالبات قد زادت. قامت RT America بتشغيل سبعة برامج حول هذا الموضوع بحلول منتصف أبريل 2019 ولكن برنامج واحد فقط في سنة 2018 بأكمله. امتدت تغطية الشبكة إلى مئات المدونات والمواقع الإلكترونية.

علاوةً على ذلك، الإجماع العلمي هو أن تقنية الجيل الخامس آمنة. أدى سوء فهم تقنية الجيل الخامس إلى ظهور نظريات مؤامرة تدعي أن لها تأثيرًا سلبيًا على صحة الإنسان.

إنترنت الأشياء

علاوةً على ذلك، في إنترنت الأشياء (IoT)، ستقدم 3GPP تطور NB-IoT وeMTC (LTE-M) كتقنيات الجيل الخامس لحالة استخدام LPWAN (منطقة منخفضة الطاقة واسعة).

ما قبل الجيل الخامس

ومن ناحية أخرى، عادة ما يتم تعيين نطاقات تردد أجيال المحمول الجديدة وأوسع عرض للنطاق الترددي الطيفي لكل قناة تردد فمثلا (1G تصل إلى 30 كيلو هرتز، 2G تصل إلى 200 كيلوهرتز، 3G تصل إلى 5 ميغاهيرتز، والجيل الرابع تصل إلى 40 ميغاهيرتز)، ولكن يجادل المتشككون في أنه مايزال هناك مجالا كبيرا لنطاقات الترددات الجديدة أو عرض لنطاق ترددية لقنوات أكبر من الجيل الرابع. من وجهة نظر المستعملين، قد يعني ذلك ضمنا أن أجيال المحمول السابقة لديها زيادة كبيرة في معدل البت الذروة (أي الطبقة المادية صافي معدلات البت للاتصالات لمسافات قصيرة). ومع ذلك، لا يشير أي مصدر أن الذروة معدلات التنزيل والرفع لل الجيل الخامس ستصل لأكثر من 1 جيجابت في الثانية التي سيتم تقديمها من قبل تعريف نظم ITU-R الجيل الرابع. إذا ظهر الجيل الخامس، وتعكس هذه التكهنات، يجب على الفرق الرئيسي من وجهة نظر المستعمل من عرض بين الجيل الرابع وتقنيات الجيل الخامس يكون شيئا آخر غير زيادة الإنتاجية القصوى، مثلًا انخفاض استهلاك البطارية، وانخفاض احتمال انقطاع (تغطية أفضل)، الأسعار مرتفعة قليلا في أجزاء أكبر من مساحة التغطية، وأرخص أو أي رسوم المرور بسبب انخفاض تكاليف نشر البنية التحتية، أو قدرة إجمالية أعلى لكثير من المستعملين في وقت واحد (أي أعلى مستوى نظام الكفاءة الطيفية). تلك هي الأهداف في الكثير من الأوراق البحثية.

وفي هذا السياق، هناك جيل من أجيال المحمول الجديد تظهر على وجه التقريب في كل 10 أعوام منذ أول جيل أول نظام الشمال الهاتف المحمول، قد ظهرت في عام 1981. بدء أول تشغيل لنظام 2G حيث طرح في عام 1992، أما أول تشغيل لنظام الجيل الثالث 3G فقد تم في سنة 2001 , أخيرا نظام الجيل الرابع المتوافق تماما مع IMT المتقدم كانت قيد التشغيل في سنة 2012.

وفي هذا السياق، بعض المصادر الحكومية أوضحت أن جيلا جديدا من المعايير الجيل الخامس لن يتم تنفيذها من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات حتى عام2020.

إضافةً إلى ذلك، تطوير معايير جيل ثان (النظام العالمي للإتصالات المتنقلة) وجيل ثالث (IMT-2000 وUMTS) استغرق على وجه التقريب 10 سنوات بداية من البداية الرسمية لمشاريع للأبحاث والتطوير، وتطوير نظم جيل رابع التي بدأت في 2001 أو 2002. ومع ذلك، لم يتم إطلاق أي تطوير VSLN عالمى أو دولى GLAHVDU لشبكات VSLDH الجيل الخامس فإن بعض ممثلي الصناعة عبروا عن شكوكهم تجاه الجيل الخامس.

الجيل الخامس NR

من جانب آخر، الجيل الخامس NR (راديو جديد) هو واجهة هوائية جديدة تم تطويرها لشبكة الجيل الخامس. من المفترض أن يكون المعيار العالمي للواجهة الهوائية لشبكات 3GPP الجيل الخامس.

تقارب الواي فاي والخلوي

نوما (وصول متعدد غير متعامد)

إضافةً إلى ذلك، NOMA (الوصول المتعدد غير المتعامد) هو تقنية وصول متعددة مقترحة للأنظمة الخلوية المستقبلية من خلال تخصيص الطاقة.

وفي هذا الصدد، تتمثل إحدى الفوائد المتوقعة للانتقال إلى الجيل الخامس في تقارب وظائف الشبكات المتعددة لتحقيق تخفيضات في التكلفة والطاقة والتعقيد. استهدفت LTE التقارب مع نطاق / تقنية Wi-Fi عبر جهود مختلفة، مثل الوصول بمساعدة الترخيص (LAA ؛ إشارة الجيل الخامس في نطاقات التردد غير المرخصة التي تستعملها كذلك شبكة Wi-Fi) وتجميع LTE-WLAN (LWA ؛ التقارب مع Wi- راديو Fi)، لكن الاختلاف في إمكانات الشبكة الخلوية وشبكة Wi-Fi حدت من نطاق التقارب. ومع ذلك، فإن التحسن الملحوظ في مواصفات الأداء الخلوي في الجيل الخامس، جنبًا إلى جنب مع الانتقال من شبكة الوصول اللاسلكي (شبكة الوصول إلى الراديو) الموزع (D-RAN) إلى Cloud- أو Centralized-RAN (C-RAN) وبدء تشغيل الخلايا الصغيرة الخلوية يمكن أن يضيق الفجوة بين Wi- Fi والشبكات الخلوية في عمليات النشر الكثيفة والداخلية. يمكن أن يؤدي تقارب الراديو إلى مشاركة تتراوح من تجميع القنوات الخلوية و Wi-Fi إلى استخدام جهاز سيليكون واحد لتقنيات الوصول إلى الراديو المتعددة.

طيف غير مرخص

علاوةً على ذلك، تستعمل أجهزة MNO بشكل متزايد الطيف غير المرخص في نطاقي التردد 2.4 و 5 جيجاهرتز (GHz). تستعمل شبكات الجيل الرابع والجيل الخامس كذلك هذه النطاقات لتفريغ حركة المرور في المناطق المزدحمة للغاية وتوفير الاتصال لمليارات من أجهزة إنترنت الأشياء. تستعمل التطورات في شبكات Wi-Fi و LTE في الطيف غير المرخص (LTE-U) والوصول بمساعدة الترخيص (LAA) و MulteFire تقنيات الجيل الرابع والجيل الخامس في هذه النطاقات.

نظرة عامة عن الجيل الخامس في الاتصالات

وفي هذا السياق، إن الشعار الرئيسي للجيل الخامس هو الإنترنت لكل شيء أو ما يسمى ب إنترنت الأشياء.

أداء

إضافةً إلى ذلك، أي أن كل شخص وكل شيء سيكون متصلا بالانترنت، فأي أداة أو جهاز في البيت أو في الشارع أو أي مكان عمل سيكون متصلا بشبكة الإنترنت، وهذا ما يقودنا إلى مصطلح المدن الذكية، إذ أن البيانات يتم تشكيلها في كل مكان من قبل أي شخص أو أي آلة وسيتم تحليلها في أقل زمن حقيقي ممكن للاستدلال على المعلومات المفيدة في الوقت المناسب كمراقبة الحالة الصحية للمرضى وكبار السن، ومراقبة الأجهزة والأدوات في المنزل وتحديد إن كان هناك عطلا ما أو نقصا في مادة ما، وكذلك تحليل حالة المرور في الشوارع  ومساعدة السائقين وتحذيرهم من المخاطر غير المرئية مما يمهد الطريق نحو السيارات ذاتية القيادة. وهنا تلعب الاتصالات المتنقلة دورا محوريا في تمكين النقل الفعال والآمن لهذه المعلومات من آلة آلى آلة أخرى (= MACHINE TO MACHINE M2M) - بدون تدخل الإنسان - لمعالجتها واتخاذ الإجراء المناسب  بأقصى سرعة وأقل تأخير (أقل من 1ms).وهذا ما يفرض مزيدا من التحديات على الشبكة المستقبلية التي يجب أن تستوعب بيانات الهواتف الجوالة والعدد الهائل من الأجهزة والحساسات المنتشرة في كل مكان لتكون شبكة واسعة النطاق بقدرة وكفاءة قصوى ودرجة عالية من تأمين الأجهزة المعلومات المنقولة والمخزنة.

سرعة

وعلى صعيد آخر، الفرعية 6 عادةً ما يوفر GHz الجيل الخامس (النطاق المتوسط الجيل الخامس)، الأكثر شيوعًا، ما بين 100 و 400 ميغابت / ثانية، ولكن سيكون لها مدى أبعد بكثير من mmWave، خاصة في الهواء الطلق.

من جانب آخر، سوف تتراوح سرعات الجيل الخامس من ~ 50 ميغابت / ثانية لأكثر من جيجابت / ثانية. يُعرف أسرع الجيل الخامس باسم mmWave. اعتبارًا من 3 يوليو 2019، بلغت سرعة mmWave 1.8 جيجابت / ثانية على شبكة الجيل الخامس من AT & T.

وفي هذا السياق، يوفر طيف النطاق المنخفض النطاق الأكبر، وبالتالي مساحة تغطية أكبر لموقع معين، ولكنه أبطأ من المواقع الأخرى.

كذلك، سرعة الجيل الخامس NR (راديو جديد) في sub-6 يمكن أن تكون نطاقات GHz أعلى قليلاً من الجيل الرابع مع نفس القدر من الطيف والهوائيات، على الرغم من أن بعض شبكات 3GPP الجيل الخامس ستكون أبطأ من بعض شبكات الجيل الرابع المتقدمة، مثل شبكة LTE / LAA من T-Mobile، والتي تحقق 500+ ميغابت / ثانية في مانهاتن وشيكاغو. تسمح مواصفات الجيل الخامس كذلك بـ LAA (الوصول بمساعدة الترخيص)، ولكن لم يتم إثبات LAA في الجيل الخامس بعد. يمكن أن تضيف إضافة LAA إلى تكوين الجيل الرابع الحالي مئات الميجابت في الثانية إلى السرعة، ولكن هذا امتداد لـ الجيل الرابع، وليس جزءًا جديدًا من معيار الجيل الخامس.

من جهة ثانية، يرجع التشابه من حيث الإنتاجية بين الجيل الرابع والجيل الخامس في النطاقات الحالية إلى أن الجيل الرابع يقترب بالفعل من حد Shannon لمعدلات اتصال البيانات. يمكن أن تكون سرعات الجيل الخامس في طيف الموجات المليمترية الأقل شيوعًا، مع عرض النطاق الترددي الأكثر وفرة والمدى الأقصر، وبالتالي زيادة قابلية إعادة استخدام التردد، أعلى بكثير.

تقنية MIMO الهائلة

علاوةً على ذلك، تستعمل أنظمة MIMO هوائيات متعددة في طرفي جهاز الإرسال والاستقبال لنظام الاتصال اللاسلكي. تستعمل الهوائيات المتعددة البعد المكاني إلى جانب الوقت والتردد، دون تغيير متطلبات عرض النطاق الترددي للنظام.

وفي السياق ذاته، MIMO ضخمة (المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة) هوائيات القطاع زيادة الإنتاجية وكثافة القدرة باستخدام أعداد كبيرة من الهوائيات ومتعدد المستعملين MIMO (MU-MIMO). يتم التحكم في كل هوائي بشكل فردي ويمكن أن يشتمل على مكونات جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي. ادعت نوكيا زيادة خمسة أضعاف في زيادة السعة لنظام هوائي 64-Tx / 64-Rx.

القضايا الأمنية المرافقة لشبكات الجيل الخامس

من جانب آخر، الأجهزة المتصلة عادة ما يتم تشغيلها من قبل أشخاص غير محترفين في القضايا الأمنية.

تنوع طرق الوصول لشبكة الإنترنت.

إضافةً إلى ذلك، على الرغم من أن شبكات الجيل الخامس ستوفر سرعة عالية لنقل البيانات والقدرة على ربط عدد هائل من الأجهزة ودعمها لمجموعة كبيرة من الخدمات الشخصية وانماجها مع التكنولوجيا المتقدمة القائمة على تقنيات حديثة، فهناك مجموعة واسعة من المسائل الأمنية والتي ستقود إلى تحديات أمنية كبيرة في مستقبل شبكات الاتصال نتيجة عدة عوامل:

كذلك، ونتيجة لذلك سيتعين على نظام الجيل الخامس في الاتصالات أن يعالج تهديدات أكثر وأقوى بكثير من أنظمة الاتصال الحالية. وعلى الرغم من أن النظام الجديد سيكون عرضة لعدد كبير من التهديدات الأمنية المعروفة وغير المعروفة، فليس من الواضح أي التهديدات ستكون أخطر وأي أجزاء الشبكة ستكون عرضة أكثر لتلك التهديدات.

وعلى صعيد آخر، أنظمة التشغيل المفتوحة على الأجهزة، أي يمكن تنزيل البرامج مهما كان مصدرها وتثبيتها على الأجهزة، وهذا ما قد يخلق الكثير من المشاكل الأمنية.

في هذا الإطار، المعمارية والبنية المعتمدة على بروتوكولات الإنترنت والتي هي دائما عرضة لأي تهديد.

وفي هذا الصدد، عدم تجانس الأجهزة المتصلة من حيث القدرة الحسابية وكفاءة المعالجة والتخزين.

نظريات المؤامرة COVID-19 وهجمات الحرق العمد

وفي هذا الصدد، خلال وباء COVID-19، افترضت الكثير من نظريات المؤامرة المتداولة عبر الإنترنت وجود صلة بين فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) والمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة والجيل الخامس. وقد أدى ذلك إلى وقوع عشرات من هجمات الحرق المتعمد على أبراج الاتصالات في هولندا (أمستردام، روتردام، إلخ.)، أيرلندا (كورك، إلخ.) وقبرص والمملكة المتحدة (داجينهام وهيدرسفيلد وبرمنغهام وبلفاست وليفربول ) وبلجيكا (بلت) وإيطاليا (مادالوني) وكرواتيا (بيبيني ) والسويد. وقد أدى ذلك إلى ما لا يقل عن 61 هجومًا مشتبهًا بإشعال الحرائق ضد هوائيات الهاتف في المملكة المتحدة وحدها وأكثر من عشرين في هولندا.

نظرة عامة

وفي السياق ذاته، يستعمل الكثير من مشغلي الشبكات موجات المليمتر للحصول على سعة إضافية، فضلاً عن زيادة الإنتاجية. موجات المليمتر لها نطاق أقصر من الموجات الدقيقة، وبالتالي فإن الخلايا محدودة بحجم أصغر. تواجه موجات المليمتر كذلك مشكلة أكبر في المرور عبر جدران المبنى. الهوائيات الموجية المليمترية أصغر من الهوائيات الكبيرة المستعملة في الشبكات الخلوية السابقة. بعضها يبلغ طوله بضع بوصات (عدة سنتيمترات) فقط.

ومن جهة أخرى، تم نشر MIMO الهائل (متعدد المدخلات والمخرجات) في الجيل الرابع في وقت مبكر من عام 2016 وعادة ما يستعمل 32 إلى 128 هوائيًا صغيرًا في كل خلية. في الترددات والتكوين المناسبين، يمكنه زيادة الأداء من 4 إلى 10 مرات. يتم إرسال دفق تيار بتات متعددة من البيانات في وقت واحد. في تقنية تسمى تكوين الحزم (الشعاع)، سيحسب كمبيوتر المحطة الأساسية باستمرار أفضل مسار لموجات الراديو للوصول إلى كل جهاز لاسلكي وسينظم هوائيات متعددة للعمل معًا كمصفوفات مرحلية لإنشاء حزم من موجات المليمتر للوصول إلى الجهاز.

علاوةً على ذلك، شبكات الجيل الخامس هي شبكات خلوية رقمية، حيث يتم تقسيم منطقة الخدمة التي يغطيها المزودون إلى مناطق جغرافية صغيرة تسمى الخلايا . يتم رقمنة الإشارات التناظرية التي تمثل الأصوات والصور في الهاتف، وتحويلها بواسطة محول تناظري إلى رقمي ويتم نقلها على شكل دفق من البتات. تتواصل جميع الأجهزة اللاسلكية الجيل الخامس في الخلية عن طريق موجات الراديو مع مجموعة هوائي محلي وجهاز إرسال واستقبال آلي منخفض الطاقة (جهاز إرسال واستقبال) في الخلية، عبر قنوات التردد المعينة من قبل جهاز الإرسال والاستقبال من مجموعة من الترددات التي يعاد استخدامها في خلايا أخرى. تتصل الهوائيات المحلية بشبكة الهاتف والإنترنت عن طريق الألياف الضوئية ذات النطاق الترددي العالي أو التوصيل اللاسلكي. كما هو الحال في الشبكات الخلوية الأخرى، فإن الجهاز المحمول الذي ينتقل من خلية إلى أخرى يتم «تسليمه» تلقائيًا بسلاسة إلى الخلية الجديدة. يمكن لشبكة الجيل الخامس أن تدعم ما يصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع، بينما يدعم الجيل الرابع ما يصل إلى 100,000 جهاز فقط لكل كيلومتر مربع. تتمتع أجهزة الجيل الخامس اللاسلكية الجديدة كذلك بقدرة الجيل الرابع LTE، حيث تستعمل الشبكات الجديدة الجيل الرابع لتأسيس الاتصال بالخلية في البداية، وكذلك في المواقع التي لا يتوفر فيها الوصول إلى الجيل الخامس.

تغطية FR2

ومن جهة أخرى، الجيل الخامس في 24 يستعمل نطاق GHz أو أعلى ترددات أعلى من الجيل الرابع، ونتيجة لذلك، بعض إشارات الجيل الخامس غير قادرة على السفر لمسافات كبيرة (أكثر من بضع مئات من الأمتار)، على عكس الجيل الرابع أو إشارات الجيل الخامس ذات التردد المنخفض (sub 6 جيجاهرتز). وهذا يتطلب وضع محطات الجيل الخامس الأساسية كل بضع مئات من الأمتار من أجل استخدام نطاقات تردد أعلى. كذلك، لا تستطيع إشارات الجيل الخامس عالية التردد اختراق الأجسام الصلبة بسهولة، مثل السيارات والأشجار والجدران، بسبب طبيعة هذه الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد العالي. يمكن تصميم خلايا الجيل الخامس عمدًا بحيث تكون غير واضحة قدر الإمكان، والتي تجد تطبيقات في أماكن مثل المطاعم ومراكز التسوق.

السلامة العامة

من جهة ثانية، من المتوقع أن يتم تعزيز خدمة الضغط والتحدث (MCPTT) والفيديو والبيانات ذات المهام الحرجة في الجيل الخامس.

نطاق

وفي هذا السياق، يعتمد نطاق الجيل الخامس على الكثير من العوامل. العامل الرئيسي هو التردد المستعمل. تميل إشارات mmWave إلى أن يكون نطاقها بضع مئات من الأمتار فقط بينما يمكن أن يكون لإشارات النطاق المنخفض في الظروف المناسبة نطاق نظري يبلغ بضع مئات من الكيلومترات.

لاسلكي ثابت

من جانب آخر، ستوفر الاتصالات اللاسلكية الثابتة بديلاً للنطاق العريض للخط الثابت (اتصالات ADSL وVDSL والألياف الضوئية وDOCSIS) في بعض المواقع.

ترددات راديو جديدة

نطاق التردد 2 (> 24 جيجا هرتز)

نطاق التردد 1 (<6 جيجا هرتز)

وفي هذا الصدد، تُعرف الواجهة الهوائية المحددة بواسطة 3GPP لـ الجيل الخامس باسم New Radio (NR)، وتنقسم المواصفات إلى نطاقي تردد، FR1 (أقل من 6 GHz) و FR2 (mmWave)، لكل منهما قدرات مختلفة.

كذلك، الحد الأدنى لعرض نطاق القناة المحدد لـ FR2 هو 50 ميغاهيرتز والحد الأقصى 400 ميغاهيرتز، مع دعم التجميع ثنائي القناة في 3GPP الإصدار 15. في الولايات المتحدة، تستعمل Verizon n258 band 26 GHz و AT&T تستعمل 39 جيجاهرتز. كلما زاد التردد، زادت القدرة على دعم سرعات نقل البيانات العالية.

وعلى صعيد آخر، الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي للقناة المحدد لـ FR1 هو 100 MHz، بسبب ندرة الطيف المستمر في هذا النطاق الترددي المزدحم. النطاق الأكثر استخدامًا لشبكات الجيل الخامس في هذا النطاق هو 3.3-4.2 جيجاهرتز. تستعمل شركات النقل الكورية النطاق n78 عند 3.5 GHz على الرغم من تخصيص بعض طيف الموجات المليمترية.

تطبيقات قياسية مسبقة

وفي السياق ذاته، الجيل الخامسTF: تستعمل شبكة الجيل الخامس التي نفذتها شركة الاتصالات الأمريكية Verizon للوصول اللاسلكي الثابت في أواخر عام 2010 مواصفات قياسية مسبقة تُعرف باسم الجيل الخامسTF (منتدى Verizon الجيل الخامس الفني). خدمة الجيل الخامس المقدمة للعملاء في هذا المعيار غير متوافقة مع الجيل الخامس NR. هناك خطط لترقية الجيل الخامسTF إلى الجيل الخامس NR «بمجرد أن تفي بالمواصفات الصارمة لعملائنا»، بحسب شركة Verizon.

وفي السياق ذاته، الجيل الخامس-SIG: المواصفات القياسية المسبقة لـ الجيل الخامس التي طورتها شركة KT Corporation . تم النشر في دورة الألعاب الأولمبية الشتوية بيونغ تشانغ 2018

التداخل الكهرومغناطيسي

إضافةً إلى ذلك، مساحة الخلية (cell) في الجيل الخامس أصغر بكثير منها في الجيل الرابع وذلك حتى تستطيع تحمل العدد الكبير من الأجهزة المتصلة بها، إلى جانب أن ذلك يؤدي إلى انخفاض مستوى استهلاك الجهاز للطاقة بنسبة 90 بالمئة إذ أن أبراج الخدمة تكون قريبة من الجهاز. (الخلية هي المساحة الجغرافية التي يغطيها برج خدمة واحد).

ومن جهة أخرى، اتصال جهاز مع جهاز بشكل مباشر (D2D communications) وهذا يعني اتصال الأجهزة القريبة من بعضها مباشرة بدون الحاجة إلى برج الخدمة كوسيط.

ومن جهة أخرى، في المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية لعام 2019 (WRC) الذي يعقد كل أربع سنوات، دعا علماء الغلاف الجوي إلى وجود مخزن مؤقت قوي يبلغ -55 ديسيبل وات، ووافق المنظمون الأوروبيون على توصية تبلغ -42 ديسيبل وات، وأوصت الجهات التنظيمية الأمريكية (لجنة الاتصالات الفيدرالية) بتقييد قدره 20 ديسيبل وات، وهو ما سيسمح بإشارات أقوى 150 مرة من الاقتراح الأوروبي. قرر الاتحاد الدولي للاتصالات على متوسط -33 ديسيبل وات حتى 1 سبتمبر 2027 ولاحقًا معيار -39 ديسيبل وات. هذا أقرب إلى التوصية الأوروبية ولكن حتى المعيار الأعلى المتأخر أضعف بكثير من ذلك الذي طالب به علماء الغلاف الجوي، مما أدى إلى تحذيرات من المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) من أن معيار الاتحاد الدولي للاتصالات، أقل صرامة بعشر مرات من توصيتها، «إمكانية التقليل بدرجة كبيرة من دقة البيانات المجمعة». كما حذر ممثل الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية (AMS) من التداخل، وحذر المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF) بشدة، قائلاً إن المجتمع يخاطر «بتكرار التاريخ نفسه» من خلال تجاهل الغلاف الجوي. تحذيرات العلماء (تشير إلى ظاهرة الاحتباس الحراري، والتي يمكن أن تتعرض المراقبة للخطر). في ديسمبر 2019، تم إرسال طلب من الحزبين من لجنة العلوم بمجلس النواب الأمريكي إلى مكتب المساءلة الحكومية (GAO) للتحقيق في سبب وجود مثل هذا التناقض بين توصيات وكالات العلوم المدنية والعسكرية الأمريكية والمنظم، لجنة الاتصالات الفيدرالية.

وعلى صعيد آخر، (IPV4)  (كل عنوان IPV4 مؤلف من 32 خانة ثنائية)، أما الجيل الخامس فمن المتوقع تطبيقه في العام 2021 وسيكون معتمدا بشكل كلي على عناوين الإنترنت (IPV6) (كل جهاز أو آلة له عنوان IPV6 مؤلف من 128 خانة ثنائية).

إضافةً إلى ذلك، عرض النطاق الترددي (bandwidth) المستعمل في الجيل الرابع هو 20MHZ، أما في الجيل الخامس فهو MHZ160.

خصائص ومميزات الجيل الخامس ومقارنتها بخصائص الجيل الرابع

ومن ناحية أخرى، سرعة نقل البيانات في الجيل الرابع كانت 100Mbps  للأجهزة المتحركة بسرعة لغاية   km/h360 (Mobile users) و 1Gbps للأجهزة الثابتة  stationary users)).

وفي السياق ذاته، ظهر الجيل الرابع في العام 2011 وكان معتمداً بدرجة كبيرة على عناوين الإنترنت.

من جانب آخر، دفعت المخاوف وزير التجارة الأمريكي ويلبر روس ومدير ناسا جيم بريدنشتاين في فبراير 2019 إلى حث لجنة الاتصالات الفيدرالية على تأخير بعض عروض مزاد الطيف، والتي تم رفضها. كتب رؤساء لجنة التخصيصات بمجلس النواب ولجنة العلوم بمجلس النواب للعلوم والفضاء والتكنولوجيا رسائل منفصلة إلى رئيس لجنة الاتصالات الفيدرالية أجيت باي يطلبون فيه مزيدًا من المراجعة والتشاور مع الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ووكالة ناسا (NASA) ووزارة الدفاع (DoD)، وتحذيرًا من الآثار الضارة للأمن القومي. أدلى مدير NOAA بالإنابة نيل جاكوبس بشهادته أمام لجنة مجلس النواب في مايو 2019 أن انبعاثات الجيل الخامس خارج النطاق يمكن أن تنتج انخفاضًا بنسبة 30 ٪ في دقة التنبؤ بالطقس وأن التدهور الناتج في أداء نموذج نظام التنبؤ المتكامل (ECMWF) كان سيؤدي إلى الفشل في التنبؤ بالمسار ووبالتالي تأثير Superstorm Sandy في عام 2012. كتبت البحرية الأمريكية في مارس 2019 مذكرة تحذر من التدهور وقدمت اقتراحات فنية للتحكم في حدود تجاوز النطاق، للاختبار والإدخال الميداني، ولتنسيق الصناعة اللاسلكية والهيئات التنظيمية مع منظمات التنبؤ بالطقس.

في هذا الإطار، زمن التأخير (latency) في الجيل الرابع هو بحدود 10ms (الفترة الزمنية مابين إرسال البيانات ووصولها للطرف الآخر، مثلا الفترة بين طلب أمر ما من السيرفر ووصول هذا الأمر للسيرفر)، أما في الجيل الخامس فالتأخير لا يتجاوز 1ms.

وفي هذا السياق، ستكون شبكة الجيل الخامس قادرًا على إصلاح مشكلات النطاق الترددي. في الوقت الحالي، هناك الكثير من الأجهزة المختلفة المتصلة بشبكات الجيل الثالث والرابع، لدرجة أنها لا تمتلك البنية التحتية للتعامل بشكل فعال. ستكون شبكة الجيل الخامس قادرة على التعامل مع الأجهزة الحالية والتقنيات الناشئة مثل السيارات بدون سائق والمنتجات المنزلية المتصلة.

إضافةً إلى ذلك، سيكون الطيف المستعمل في مختلف مقترحات الجيل الخامس قريبًا من الاستشعار السلبي عن بعد مثل الأقمار الصناعية لمراقبة الطقس والأرض، خاصة لرصد بخار الماء. سيحدث التداخل الكهرومغناطيسي ومن المحتمل أن يكون كبيرًا بدون ضوابط فعالة. حدثت زيادة في التداخل بالفعل مع بعض استخدامات النطاق القريبة الأخرى. يؤدي التداخل في عمليات الأقمار الصناعية إلى إعاقة أداء التنبؤ العددي بالطقس مع تأثيرات ضارة إلى حدّ كبير على الاقتصاد والسلامة العامة في مجالات مثل الطيران التجاري.

ومن ناحية أخرى، بينما هذه السرعة تصل في الجيل الخامس إلى 1Gbps  للأجهزة المتحركة و 10Gbps  للأجهزة الثابتة.

تكوين الشعاع

ومن ناحية أخرى، يستعمل Beamforming، كما يوحي الاسم، لتوجيه موجات الراديو إلى الهدف. يتم تحقيق ذلك من خلال تشكيل موجات الراديو للإشارة إلى اتجاه معين. تجمع هذه التقنية القدرة من عناصر صفيف الهوائي بطريقة تجعل الإشارات عند زوايا معينة تتعرض لتداخل بناء، بينما تتعرض الإشارات الأخرى التي تشير إلى زوايا أخرى لتداخل مدمر. يؤدي ذلك إلى تحسين جودة الإشارة في الاتجاه المحدد، فضلاً عن سرعات نقل البيانات. تستعمل الجيل الخامس تقنية تشكيل الحزم لتحسين جودة الإشارة التي تقدمها. يمكن إنجاز تشكيل الشعاع باستخدام هوائيات صفيف مرحلي.

نسبة الخطأ

ومن ناحية أخرى، تستعمل الجيل الخامس نظام تشفير إشارة متكيف للحفاظ على معدل خطأ بتات منخفض. إذا كان معدل الخطأ مرتفعًا جدًا، فسيقوم جهاز الإرسال بالتبديل إلى آلية تشفير أقل عرضة للخطأ. هذا يضحي بعرض النطاق الترددي لضمان معدل خطأ منخفض.

السيارات

إضافةً إلى ذلك، تعمل جمعية السيارات الجيل الخامس على الترويج لتقنية الاتصالات C-V2X التي سيتم نشرها أولاً في الجيل الرابع. يوفر الاتصال بين المركبات والبنى التحتية.