دانيال بليس، جامعة ولاية أريزونا

ملاحظة المحرر: دانيال بليس هو أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ولاية أريزونا ومدير مركز أنظمة المعلومات اللاسلكية والهندسة الحاسوبية. في هذه المقابلة، يشرح الأفكار الكامنة وراء الشبكات الخلوية الأصلية وكيف تطورت على مر السنين إلى شبكات الجيل الخامس (الجيل الخامس) وحتى شبكات الجيل السادس (الجيل السادس).

كيف كانت الهواتف اللاسلكية تعمل قبل التقنية الخلوية؟

فكرة الاتصالات اللاسلكية قديمة جدا. من المعروف أن نظام ماركوني يمكن أن يتحدث به على طول الطريق عبرالمحيط الأطلسي. حيث سيكون هناك نظام واحد، هو بحجم المبنى، يتحدث إلى نظام آخر، وهو حجم المبنى أيضاً. ولكن من حيث الجوهر، فقد أقامت فقط رابطاً لاسلكياً بين الاثنين. في نهاية المطاف أدرك الناس أن هذه قدرة مفيدة حقاً. لذلك وضعوا نظاماً لاسلكياً، على سبيل المثال في نقطة عالية في المدينة، ثم تحدث الجميع – حسنًاً، أولئك القلائل الذين لديهم النوع الصحيح من نظام الراديو – إلى تلك النقطة المرتفعة. لذا، إذا أردت، لم يكن هناك سوى خلية واحدة – لم تكن خلوية بأي شكل من الأشكال. ولكن نظراً لأن كمية البيانات التي يمكنك إرسالها بمرور الوقت هي دالة على مدى بُعدك، فأنت تريد تقريب هذه الأشياء معاً. وهكذا فإن هذا هو اختراع النظام الخلوي.

كيف تختلف الأنظمة الخلوية؟

كلما كان هاتفك والمحطة الأساسية أبعد عن بعضهما البعض، كلما كان من الصعب إرسال إشارة عبرها. إذا كان لديك فقط محطة أساسية واحدة وكنت بعيداً جداً عنها، فهي لا تعمل. لذا فأنت تريد أن يكون لديك العديد من المحطات الأساسية والتحدث إلى المحطة الأقرب إليك.

إذا قمت برسم حدود بين تلك المحطات الأساسية ونظرت إليها على الخريطة، فسترى هذه الأبراج الخلوية الصغيرة المختلفة التي من المفترض أن يتحدث هاتفك معها. هذا هو المكان الذي حصلت فيه التكنولوجيا على اسمها. الشيء المذهل الذي حدث أثناء تطوير الأنظمة الخلوية هو أنه قام تلقائياً بتبديل المحطة الأساسية التي يتحدث إليها الهاتف مع تغير موقعه، مثل أثناء القيادة. من اللافت للنظر حقًاً أن هذا النظام يعمل بشكل جيد، لأنه معقد جداً ولا يمكنك حتى أن تلاحظه.

ما هي التحسينات الرئيسية للشبكات الخلوية التي أتاحت معدلات بيانات أسرع؟

إذا عدتم إلى الجيل الأول من الأنظمة الخلوية، فإنها كانت في الأساس أنظمة تناظرية. لقد كانت مجرد طريقة لتحويل صوتك إلى إشارة تناظرية.

ركزت أنظمة الجيل الثاني على أخذ صوتك ورقمنته ثم إرساله كرابط بيانات لتحسين الاستقرار والأمان. كصدفة، فإنه يمكن أيضاً إرسال البيانات عبره. ووجد الأشخاص أنه من المفيد حقاً إرسال صورة أو إرسال بعض المعلومات الأخرى أيضاً. لذلك بدأوا في استخدام نفس الرابط لإرسال البيانات، لكنهم اشتكوا بعد ذلك من أنه ليس سريعاً بما فيه الكفاية.

وقامت الأجيال اللاحقة من الشبكات الخلوية بتخصيص نطاقات أوسع بشكل متزايد باستخدام تقنيات مختلفة وتم تشغيلها بواسطة شبكة أكثر كثافة من المحطات القاعدية. نحن نميل إلى ملاحظة الأبراج الكبيرة العالية. ولكن إذا بدأت في النظر حولك، خاصة في المدينة، ستلاحظ وجود هذه الصناديق على جوانب المباني في كل مكان. إنها في الواقع محطات قاعدة خلوية أقل انخفاضاً. وهي تهدف إلى الوصول إلى الأشخاص في نطاق كيلومتر واحد أو نصف كيلومتر فقط.

إن أسهل طريقة لتحقيق معدلات بيانات أعلى بكثير هي أن يكون هاتفك قريباً من مصدر إشارة. والطريقة الأخرى هي أن يكون لديك أنظمة هوائي توجه موجات الراديو إلى هاتفك، وهذا أحد الأشياء التي تحدث في شبكة الجيل الخامس.

ولا تزال شبكات الجيل الخامس 5G تُنفذ في جميع أنحاء البلاد، ولكن العمل جار بالفعل على تكنولوجيات الجيل السادس 6G. ماذا يمكن أن نتوقع من ذلك؟

نحن لا نعرف حقاً التقنيات التي يتم تطويرها الآن والتي سيتم استخدامها في شبكات 6G، لكن يمكنني التحدث عما أعتقد أنه سيحدث.

وستسمح شبكات الجيل السادس بمجموعة أوسع من أنواع المستخدمين. ماذا أعني بذلك؟ لقد تم تصميم الأنظمة الخلوية، منذ البداية، بحيث يتواصل البشر. لذلك كان لديها قيود معينة على ما تحتاجه انت. ولكن الآن، أصبح البشر الآن أقلية من المستخدمين، لأن لدينا الكثير من الأجهزة التي تتحدث مع بعضها البعض أيضاً، مثل الأجهزة الذكية، على سبيل المثال. هذه الأجهزة لديها متطلبات مختلفة. فالبعض يريد إرسال الكثير من البيانات،بينما البعض الآخر لا يحتاج إلى إرسال أي بيانات تقريباً وربما لا يرسل شيئًاً لأشهر في كل مرة. لذلك يجب أن تعمل تقنيات 6G بشكل جيد للبشر بالإضافة إلى مجموعة واسعة من الأجهزة.

جزء آخر من هذا هو أننا غالباً ما نفكر في أنظمة الاتصالات على أنها المستخدمة الوحيدة لطيف التردد اللاسلكي، لكن هذا ليس صحيحاً إلى حد كبير. وتستخدم الرادارات الطيف أيضاً، وقريباً جداً لن تتمكن من شراء سيارة لا تحتوي على مجموعة من الرادارات عليها للسلامة أو القيادة الذاتية. وهناك أيضاً التنقل في الموقع والتوقيت، وهما ضروريان للسيارات، على سبيل المثال، لمعرفة المسافة بين بعضها البعض. لذلك مع 6G ستحصل على هذه الأنظمة المتعددة الوظائف.

[معرفة عميقة يوميا. اشترك في النشرة الإخبارية للمحادثة.]

ثم هناك حافز للذهاب إلى الترددات أعلى بعد. إن هذه الترددات تعمل فقط للروابط القصيرة جداً. ولكن الكثير من مشاكلنا تحل عن طريق روابط قصيرة جدا. فإنه يمكنك إرسال كميات هائلة من البيانات عبر مسافات قصيرة. فإذا تمكنا من خفض الأسعار، فمن المحتمل أن تحل محل شبكة Wi-Fi الخاصة بك.

يمكننا أيضًاً توقع تحسين التقنيات المستخدمة حاليًا في 5G – مثل تحسين توجيه الهوائي إلى هاتفك، كما ذكرت سابقاً..

تمت ترجمة هذه المقالة من قبل محرري كوربيديا نيوز CorepaediaNews

دانيال بليس، أستاذ الهندسة الكهربائية ، جامعة ولاية أريزونا

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.