5G مقابل Wi-Fi: التوقع والواقع

في الآونة الأخيرة ، تمت مناقشة مسألة مستقبل شبكات Wi-Fi بشكل متزايد فيما يتعلق بالبناء الشامل المتوقع لشبكات الجيل الخامس الخلوية. في الواقع ، لماذا نحتاج إلى شبكة Wi-Fi في عالم توفر فيه الشبكات الخلوية مليارات الأشخاص إمكانية الوصول إلى الإنترنت عالي السرعة؟ هل ستتوقف عائلة معايير Wi-Fi 5G عن التطور؟ هل ستغادر التكنولوجيا السوق من خلال استكمال "مهمتها التاريخية"؟ هذه المقالة مخصصة لكل من أجاب على هذه الأسئلة بالإيجاب. نأمل من جميع الأشخاص الذين يفهمون تقنية الشبكة أن يكون من الممتع أيضًا قراءتها.


على الرغم من الأهمية والاتساق الواضحين ، إلا أن الأسئلة حول التنافس بين Wi-Fi و 5 G تستند إلى معارضة مصطنعة للتقنيات ذات الصلة ، ولكنها مختلفة في نماذج التطبيقات. تنتمي معظم مزاعم هشاشة Wi-Fi إلى ممثلي مشغلي شبكات الهاتف المحمول ، وفي نهاية المقال سنشرح السبب .

في هذه الأثناء ، دعنا نحاول تبديد مفهومين خاطئين معًا - "5G أسرع بكثير من Wi-Fi" و "Wi-Fi ستموت قريبًا". أولاً ، دعنا نعود بالزمن ونكتشف ما هي شبكة 5G وما هي شبكة Wi-Fi.

تردد الجوع

يقصدون بجيل 5G جيلًا جديدًا من معايير الاتصالات المحمولة ، التي يعتقد الكثيرون أنها ستحدث ثورة جديدة في الاتصالات. وفي الوقت نفسه ، ربما كان هناك رأي مماثل بشأن 4G في ذلك الوقت أكثر تبريرًا. بالمقارنة مع 3G 4G ، زادت من معدل نقل البيانات بترتيب من الحجم ، تلقت التكنولوجيا واجهة راديو جديدة تمامًا ، وهيكل جديد للشبكة الأساسية والعديد من الفرص الجديدة للمشغلين (ونتيجة لذلك ، للمشتركين). في حالة 5G ، هناك العديد من التغييرات والتحسينات ، وبعضها جذري للغاية. ولكن هناك حقيقة مهمة نادرا ما يتم الحديث عنها: بناء على معايير 5G ، سيتم إنشاء شبكات خلوية من ثلاث فئات مختلفة . هذه شبكات 5G للسيناريوهات التقليدية لاستخدام شبكة خلوية في نطاقات GHz 1-6 ، وشبكات للتغطية المستمرة للمنطقة وإنترنت الأشياء (IoT) بترددات أقل من GHz 1 وشبكات الموجات المليمترية. ولن يكون سوى النوع الأول من هذه الأنواع الثلاثة من الجيل الخامس متاحًا على نطاق واسع لمشتركي المحمول العاديين في المستقبل المنظور. سيكون للنوعين الآخرين أنماط استخدام خاصة ، والتي سنتحدث عنها أيضًا.



لكن أولاً ، حول المشكلة الملتهبة - حول "سرعات تفوق سرعة الصوت" للمشتركين. سيتم تصميم شبكات 5G التي تعمل في نطاقات التردد المألوفة إلى حد ما من 1 إلى 6 جيجاهرتز لتقديم خدمة جماعية للمشتركين العاديين. في الترددات الأعلى ، يكاد يكون من المستحيل توفير تغطية مستمرة بعدد محدود من المحطات الأساسية القوية (الخلايا الكلية). لسوء الحظ ، هناك عدد قليل من الترددات المجانية أقل من 6 جيجا هرتز ، وهذه مشكلة عالمية. مع 3G و 4G ، لقد مررنا بالفعل ونستمر في تحويل أجزاء من الطيف ، ونقل أنواع مختلفة من المستهلكين إلى نطاقات تردد أخرى ، في المستقبل ، إعادة صياغة التردد من المعايير القديمة إلى أحدث. من الواضح أنه لا يوجد مصدر سحري جديد للترددات المجانية لـ 5G في النطاقات المعتادة. في الواقع ، تهدف مجموعة كبيرة من حلول 5G الجديدة على وجه التحديد إلى التخفيف من مشكلة نقص موارد التردد. الهدف من الأفكار والتقنيات الجديدة في الاتصالات الخلوية هو زيادة قدرة الشبكة وسرعتها دون زيادة تكلفتها بشكل ملحوظ. ما الذي يمكنك التوصل إليه بالضبط للوصول إلى هذا الهدف؟ وماذا تقدم بالضبط 5G لهذا؟

واي فاي للإنقاذ

لزيادة سعة الشبكة وسرعتها ، يمكن الحصول على ترددات جديدة. كما سبق ذكره ، بشكل عام لا يوجد مكان نأخذهم منه ، لذا فإن الاتصال الخلوي يحاول الدخول في النطاقات التي تشغلها تقنيات أخرى. في 5G ، يتم تطوير طرق استخدام ترددات Wi-Fi مع الاتصالات الخلوية ، والتي لديها بالفعل عدد من عمليات التنفيذ في 4G ،. بالنسبة لشبكة Wi-Fi في العالم ، يتم تخصيص أقسام كبيرة جدًا من الطيف (مئات الميجاهيرتز) في النطاق GHz 1-6 ، وكان مشغلو الهواتف المحمولة يبحثون عنها لفترة طويلة.

ولكن لا يمكنك ببساطة أخذ هذه الترددات من الشبكات العامة ، لذلك يتم تطوير مجموعة من التقنيات التي يمكنها استخدام هذه الترددات في وقت واحد لشبكة Wi-Fi والاتصالات الخلوية ، دون الإضرار بجودة Wi-Fi. هذا اتجاه مثير للاهتمام. من إعادة استخدام النطاق المشترك في تقنية LTE-U (شبكة Wi-Fi ضعيفة التنسيق والضارة) ، ذهب التطوير أولاً إلى تقنية LAA (مدعومة بواسطة 3GPP الإصدار 13) ، باستخدام مبدأ الاستماع قبل التحدث (LBT) ، ثم إلى معايير LWA و eLAA. لم تعد تحدد فقط طريقة مشاركة الترددات ، ولكنها تصف أيضًا تقنية التنسيق المباشر (من خلال التكامل وتبادل البيانات) لشبكات Wi-Fi والأنظمة الفرعية للراديو الخلوي (مدعومة مع الإصدارين 13 و 14 على التوالي). أهم شيء هنا هو اتجاه التنسيق والتعاون بين الشبكات الخلوية و Wi-Fi . تذكره. هل ستؤثر هذه التقنيات على السرعة والقدرة المتوقعة للشبكات الخلوية؟ بالطبع ، بمساعدة هذا الاتجاه ، يمكن ضمان زيادة معينة في هذه المعلمات ، ولكن لا ينبغي توقع ثورة هنا.

5G هرمونات النمو

إذا لم يكن هناك ما يكفي من الترددات ، فأنت بحاجة إلى زيادة الكفاءة الطيفية - في نفس نطاق التردد ، قم بإرسال المزيد من البيانات في قناة واحدة. هنا 5G أفضل من 4G بسبب التحديثات في مخططات التشكيل والتشفير للإشارة ، ولكن لا يمكن توقع أي تقدم جذري. إن أنظمة التشكيل الحديثة قريبة بالفعل من الحدود المادية ولا يمكن زيادة الكفاءة الطيفية القابلة للتحقيق عمليًا للاتصالات الخلوية في قناة واحدة بشكل جذري. بالمناسبة ، في الانتقال من 3G إلى 4G ، كانت الزيادة في الكفاءة الطيفية لقناة واحدة أكثر أهمية مما كان متوقعًا في الانتقال إلى 5G. ومع ذلك ، لا تزال هناك إمكانية كبيرة لزيادة كفاءة استخدام نطاق التردد لتقديم الخدمات ، ولكن يتم تحقيق ذلك بوسائل أكثر تعقيدًا. هذا التوزيع لمورد التردد بين خدمات الشبكة ، وتقسيم أكثر كفاءة للمورد بين قناة نقل البيانات من المنبع والمصب ، والتنظيم الذاتي للشبكة ، وإعادة تركيب الموارد وتنسيق الخلية ، وتحسين الدعم متعدد التردد (تجميع الناقل) ، إلخ. سيتم استخدام كل هذا بنشاط في 5G وسيكون له تأثير إيجابي ، ولكن معظم هذه الأساليب موجودة بالفعل وتتطور في الجيل الرابع.

إذا كان من المستحيل تحسين كفاءة استخدام قناة واحدة بشكل جذري ، فمن المنطقي محاولة تنظيم التبادل المتزامن لتدفقات البيانات المختلفة بين الشبكة والمشترك أو المشتركين في نفس نطاق التردد. وبعبارة أخرى ، من الضروري زيادة مستوى إعادة استخدام مورد التردد. للقيام بذلك ، يجب عزل قنوات البيانات التي تعمل في نفس التردد عن بعضها البعض لتجنب التداخل المتبادل. هناك العديد من الطرق لحل هذه المشكلة ، تُستخدم بشكل أساسي لفترة طويلة في الشبكات الخلوية الموجودة ويتم تطويرها أيضًا في 5G.

تم تحقيق نمو قدرة الشبكات الخلوية دائمًا من خلال مجموعة من العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه: توسيع الطيف المستخدم ، وزيادة الكفاءة الطيفية وزيادة مستوى إعادة استخدام التردد. على مدى العقدين الماضيين ، كان التركيز على تقنيات إعادة الاستخدام وقد ساهمت في زيادة كبيرة في توسيع القدرات. وفقًا لتقديرات مختلفة ، طوال فترة وجود الاتصالات الخلوية ، نمت السعة بسبب مورد التردد 3-4 مرات ، بسبب نمو الكفاءة الطيفية بنسبة 5-6 مرات ، وبسبب الاستخدام المحسن للترددات - بنسبة 40-60 مرة.

ولكن هناك أخبار جيدة: هناك حاجة فقط إلى استثمارات كبيرة للغاية

كل ما سبق يمكن أن يعطي زيادة كبيرة في سعة الشبكات الخلوية 5G العاملة في نطاقات تردد قياسية مقارنة بـ 4G ، ولكن لا يمكن أن يعطي أي نمو اختراق في سرعة الاتصال المتاحة لمشترك فردي. ترتبط مفاهيم السعة ومعدل البيانات في الشبكة الخلوية ارتباطًا وثيقًا ، ولكنها ليست متكافئة. لا تعني الزيادة في عدد المشتركين الذين يمكن أن تخدمهم الشبكة دون فقدان الجودة أن الشبكة ستعمل بشكل أسرع بكثير لكل مشترك فردي في ظروف حقيقية.

يجب التأكيد على أنه للحصول على تأثير كبير من الابتكارات الموصوفة أعلاه ، سيتعين عليك تثبيت المزيد من محطات القاعدة وربطها بشبكات حزم البيانات مع زيادة عرض النطاق الترددي واستخدام أنظمة هوائيات أكثر تعقيدًا ومكلفة والحصول على مزيد من الطيف. لا سحر ، أنت بحاجة إلى استثمار كبير للغاية . وعادة ما يستثمرون حيث يوجد عمل. بالنسبة لمشغلي الهاتف المحمول ، ليس من الواضح حتى الآن لماذا تستثمر مبالغ ضخمة من المال في شريحة شبكات الجيل الخامس ذات التغطية المستمرة والقدرة العالية.

شبكة لإنترنت الأشياء و 4 G متفوقة

دعونا نتحدث باختصار عن أنواع أخرى من شبكات 5G. وأهمها شبكة الاتصال بين الأجهزة أو إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء). تتمتع 5G هنا بمزايا رائعة مقارنة بالأجيال السابقة من الاتصالات الخلوية. هذا ، أولاً وقبل كل شيء ، مستوى منخفض من التأخير (ترتيب بحجم أقل من 4G) والقدرة على خدمة عدد كبير جدًا من المشتركين في منطقة تغطية خلية واحدة. تتضمن معايير 5G بروتوكولات الاتصال من فئة LPWA (منطقة منخفضة الطاقة واسعة النطاق) ، وهي مصممة لاتصال منخفض السرعة وكثافة منخفضة لعدد كبير جدًا من المشتركين عند مستوى منخفض جدًا من استهلاك الطاقة لأجهزة المودم. بفضل الهندسة المعمارية ومعلمات 5G ، من الممكن بناء ليس فقط شبكات استشعار (تجمع بين أجهزة استشعار ومشغلات مختلفة ، على سبيل المثال ، أنظمة المدينة) ، ولكن أيضًا أنظمة تحكم في السيارة موثوقة للغاية (السيارات والطائرات بدون طيار) والعديد من الروبوتات والمجمعات الروبوتية. سيتم بناء شبكات IoT 5G بشكل أساسي على ترددات أقل من 1 جيجاهرتز ، حيث تكون المساحة التي تغطيها إشارة خلية واحدة أكبر بكثير من الترددات الأعلى. في الوقت نفسه ، من غير المحتمل أن يتوفر اتصال عالي السرعة على ترددات 5G هذه للمشتركين العاديين ، بسبب نقص الطيف ولأن استخدام MIMO الضخم في الترددات أقل من 1 جيجاهرتز يصعب استخدامه بسبب الحجم الكبير للهوائيات.

تم تصميم النوع الثالث من شبكة 5G لتزويد المشتركين باتصالات عالية السرعة. هذا عن سرعات قصوى تصل إلى عشرات جيجابت في الثانية. هذه هي شبكات في نطاقات التردد العالي ذات أطوال موجية أقل من سنتيمتر واحد (نطاقات المليمترات) لم يتم استخدامها من قبل للاتصالات الخلوية. سبب اتخاذ القرار بتضمين هذه النطاقات في معيار 5G هو أن لديها مناطق طيفية كبيرة غير مخصصة (عدة مئات من الميجاهرتز).

الكثير من الأشخاص الذين يجادلون حول زيادة كبيرة في سرعة الاتصال في 5G لا يدركون تمامًا أن السرعات الفائقة ستكون متاحة فقط في شبكات النطاق الترددي . يتم توزيع إشارات هذه الترددات بطريقة تجعل الرؤية المباشرة بين هوائيات جهاز الإرسال والاستقبال ضرورية دائمًا للاتصال (بمعنى أن الإشارة لا تدور حول العوائق تقريبًا) ، وتكون طاقة الإشعاع المسموح بها (والمتوفرة تقنيًا) صغيرة جدًا. هذا يعني أنه في ظروف المدينة لبناء حقل تغطية مستمرة في نطاق المليمتر ، تحتاج إلى تثبيت عدد كبير من الخلايا الصغيرة.



تظهر التقديرات المتاحة للجمهور أنه في المدن الكبيرة ، يجب زيادة عدد الخلايا بمقدار 500-1000 مرة ، مقارنةً بعدد الخلايا الكافية لتشكيل تغطية في النطاقات القياسية. لسوء الحظ ، حتى هذا لن يضمن استمرارية الاتصال (المشترك غير ناجح بما يكفي لاستدارة لمنع الإشارة من المحطة الأساسية). لا توجد طريقة عملية أخرى لإنشاء غطاء مستمر (باستثناء المشاريع التي تستخدم الطائرات بدون طيار والبالونات). أي أن شبكة الموجات 5G المليمترية مع تغطية مستمرة في المدينة ستكون باهظة الثمن ، يكاد يكون من المستحيل إعادة استخدام البنية التحتية الحالية وهي غير مناسبة للمشتركين العاديين الذين يتحركون بحرية في منطقة التغطية. بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد معدات مشترك مناسبة للتضمين في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية القياسية للاتصال في نطاق المليمتر ، ومن غير المحتمل أن تظهر في المستقبل القريب. , (, ) (, , ) , , .

5G, . ( 5-7 , ), 5G . 5G . 5G , , 4G. 5G , ( 5G ), , , , . LTE 100-150 Mbps, 10-40 Mbps, 5G 200-300 Mbps , 30-80 Mbps.

5G

. (indoor) . , , . . , 5G, 3-4 , -, , - . , 5G , . MIMO , , , indoor 5G , , 4G . , 5G 6 , , indoor 4G.

, , , Wi-Fi. , Mediascope 78% Wi-Fi 22% . . , , , Wi-Fi ( ), , . 5G indoor-, , .

Wi-Fi 5G,

, 5G, . Wi-Fi 4/5G , , ? Wi-Fi, , , . , Wi-Fi , . Wi-Fi , , , , , Wi-Fi . , 3GPP, Wi-Fi IEEE Wi-Fi 4/5G. LAA/LWA, Wi-Fi Calling, Wi-Fi . Wi-Fi 4G, 5G, 802.11 OFDM, — OFDMA, , 4/5G. , Wi-Fi 4/5G ( , 3G 4G ), , .

, Wi-Fi , . 10 , , Wi-Fi. 802.11ac 802.11n ( 2009 ) . , Wi-Fi . 802.11ac 802.11n . 802.11ac - , 4G. IEEE «» (, 3GPP) 802.11ac (Wave 1) Wave 2. Multi User MIMO ( Wi-Fi ), (PHY rate), , 2.34 Gbps 160 ( ). 1.5 Gbps. 802.11ac Wave 1 / 1.3/0.8 Gbps, «» 802.11n 40 450/300 Mbps . IEEE 802.11ac , 6.77 Gbps 4.5 Gbps. Wi-Fi ( ), 100-150 Mbps 200 Mbps 802.11n. 802.11ac 802.11ax ( 2019 ) 40% . 802.11ad, , «» 5G, ( , 60 ). 7 Gbps . 5G, 802.11ad . 802.11ay, PHY rate 44 Gbps , Wi-Fi Multi User MIMO ( , 176 Gbps), , ( ). , 5G, 802.11ah ( Wi-Fi HaLow, - , «»), IoT 900 . , 5G, . , IEEE 3GPP Wi-Fi.

, — , , , «5G »? 5G Wi-Fi . 5G Wi-Fi ( , Wi-Fi 5 , 5G , , ). , . Wi-Fi , . .

Why-Fi?

, . , , , , , , . 5G, , , , , ( ) , .

Wi-Fi — , , — , — , , , . Wi-Fi , SIM-. : , , . , Wi-Fi , , Wi-Fi Calling Wi-Fi.

Wi-Fi, , , . , Wi-Fi . , Wi-Fi . — Wi-Fi - , , . Wi-Fi , « » . , , . , , Wi-Fi, , , . Wi-Fi . , Wi-Fi , . Wi-Fi .

, Wi-Fi , , , , Wi-Fi . , Wi-Fi , , . , , , , .

Wi-Fi , , , , , . -, , , . Wi-Fi, Wi-Fi (Wi-Fi Offload) , . , , ( , ) - . Wi-Fi Offload (, Wi-Fi Calling, , Offload), Wi-Fi- ( ), Wi-Fi- . Wi-Fi, , .



Wi-Fi . , , Wi-Fi . . Wi-Fi , , (, , ). , -. , . Wi-Fi . Wi-Fi ( , ..), . , - . «» , , Wi-Fi, . , , , Wi-Fi , 4G 5G, , .

Last but not least:

أود أيضًا التعليق على مشكلة شبكات Wi-Fi في مترو الأنفاق. كما تعلم ، فإن MaximaTelecom هي مشغل هذه الشبكة في المخزون المتداول لمترو موسكو وسان بطرسبرغ. نحن نخدم حوالي 1.5 مليون مشترك فريد يوميًا. غالبًا ما يتم سؤالنا عن شعورك حيال احتمال وصول اتصالات خلوية كاملة في أنفاق مترو الأنفاق ، خاصة في معيار 5G ، وكيف سيؤثر ذلك على المشتركين لدينا وما إذا كنا نعتقد أن هذا سيؤدي إلى تدفق كبير من المشتركين إلى الشبكات الخلوية.

سأبدأ بـ 5G. أذكر أن مزايا 5G تعتمد بشكل كبير على تقنية MIMO. في أنفاق مترو الأنفاق ، ولأسباب مادية بحتة ، لن تعمل MIMO عالية الترتيب والتشكيل. لذلك ، لن تختلف شبكة 5G من حيث سرعة نقل البيانات وسعتها في أنفاق مترو الأنفاق بشكل كبير عن 4G (علاوة على ذلك ، من 3G أيضًا). سيتم تحديد سرعة الشبكة والسعة المتاحة للمشتركين بشكل أساسي من خلال مورد التردد الذي يمكن للمشغلين استخدامه في الأنفاق ، وليس معيار الاتصال. لذلك ، لا نعتقد أن تغيير أجيال الاتصالات في المترو سيؤثر بطريقة أو بأخرى على قاعدة المشتركين لدينا. نحن نعتقد أن حقيقة أن الاتصالات الخلوية عالية الجودة ستظهر في الأنفاق في موسكو (إذا حدث ذلك) ستكون أكثر أهمية من التحول إلى 5G في بعض المستقبل غير المؤكد.

بطبيعة الحال ، فإن مسألة سهولة الاستخدام وأمن استخدام الشبكات مهمة للغاية. هناك فرق بين شبكة خلوية وشبكة Wi-Fi عامة. غالبًا ما يقال أنه بالنسبة لمشتركي الشبكات العامة ، فإن المشكلة الكبرى هي الحاجة إلى تحديد الهوية في الشبكة ، والذي يفرضه القانون في بلدنا. تُظهر تجربة MaximTelecom أن التحديد المطلوب لمرة واحدة للغالبية العظمى من المشتركين ليس عائقاً أمام استخدام الشبكة. يهتم عدد أكبر بكثير من المشتركين بالإعلانات التي نعرضها في كل مرة ندخل فيها إلى الشبكة. تقوم MaximaTelecom ببناء شبكات باستخدام أموالها الخاصة والمقترضة ، ولا تدفع لنا مترو الأنفاق في عاصمتين مقابل حقيقة أننا نقدم خدمات Wi-Fi للمسافرين (ولم ندفع أبدًا). على العكس من ذلك ، نحن ندفع المال لمترو الأنفاق من أجل الحق في وضع بنيتنا التحتية في مترو الأنفاق.

تعتبر تكلفة إنشاء شبكاتنا وصيانتها عالية جدًا ، لأنها لا تشمل فقط شبكات Wi-Fi وشبكات حزم البيانات ، ولكن أيضًا شبكة راديو النقل التي توفر الاتصال بين القطارات المتحركة والمحطات الأساسية في أنفاق مترو الأنفاق. هذا المكون من بنيتنا التحتية (ما يسمى بشبكة Track Side Network ، TSN) هو الأكثر تكلفة ، وهو أساس الخدمة الفريدة التي ننشئها لمشتركينا. نحن شركة تجارية ، ونموذج أعمالنا يوفر ، على النقيض من مشغلي الهاتف المحمول ، توليد الدخل ليس لنقل البيانات ، ولكن للإعلان والخدمات (وهو أمر تحلم به شركات الهواتف المحمولة ، لكنها لا تعرف كيف تفعل ذلك). يجب أن نعرض للمشتركين قدرًا معينًا من الإعلانات حتى تظل الخدمة نفسها مجانية لهم. اليوم ، يقوم كل مشترك بالاختيار بين الدخول السلس ، ولكن حركة المرور المدفوعة والاتصالات الخلوية منخفضة الجودة في المترو والمدخل مع الإعلانات ، ولكن حركة مرور مجانية غير محدودة وشبكة يمكن الوصول إليها. إذا ظهر اتصال خلوي عالي الجودة في موسكو (حتى الآن فقط MTS بمساعدتنا توفر اتصالًا صوتيًا موثوقًا به في معيار 3G) ، فمن المرجح أن يفضل جزء صغير من المشتركين ، وخاصة أولئك الذين تعد سرعة دخولهم إلى الشبكة مهمة للغاية ، شبكة واي فاي لها. نحن لسنا خائفين على الإطلاق من هذا ، لأنه يمكننا دائمًا ضمان جودة أعلى للاتصالات من خلال شبكة Wi-Fi في السيارات (السرعة والاستقرار والتوافر) من مشغلي الهواتف الخلوية باستثمارات أقل بكثير. ووجود أو عدم وجود 5G لا علاقة له به على الإطلاق.