5G mmWave: سرعات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية؟ اكتشف الآن 📱🔥
تعد تقنية 5G mmWave هي الأسرع التي لدينا في شبكات الهاتف المحمول، حيث تصل سرعتها إلى 10 جيجابت في الثانية في الحياة الواقعية. دعونا نكتشف ما هو هذا الأمر حقًا ونتعلم كيف تعمل شبكات الهاتف الخلوي على طول الطريق! 🕵️♂️ على الرغم من أن بعض الأجزاء قد تبدو وكأنها درس في الفيزياء، إلا أنني أعدك بأن هذا سيساعدنا على فهم الموضوع بشكل أفضل.
ما هي الموجة بالضبط؟
لقد رأينا جميعًا الأمواج في الماء عندما تهتز. افترض أن هناك عوامة في تلك المياه المتلاطمة (أو أي شيء يطفو)؛ ستلاحظ أنه يرتفع وينخفض دون أن يذهب إلى أي مكان. لماذا لا تتحرك للأمام أو للخلف مثل الأمواج؟ بالإضافة إلى ذلك، كل هذه الحركة تتطلب طاقة. من أين جاءت هذه الطاقة؟
والجواب هو أنها تحركت إلى الخارج من المصدر الأصلي للاضطراب. تخيل أن أحدهم يلقي حجراً في مياه هادئة، مما يؤدي إلى خلق موجة. تنقل موجات التوسع طاقة ذلك الحجر إلى العوامة.
فلماذا لم تحرك هذه الطاقة العوامة إلى الأمام؟ ويرجع ذلك إلى أن الماء، على الرغم من أنه يعطي الوهم بالتوسع نحو الخارج، لا يتحرك فعليا إلى أبعد من ذلك. إنه يرتد لأعلى ولأسفل فقط. باختصار، يتم نقل طاقة الموجة بعيدًا، لكن الموجة نفسها تبقى في مكانها. تمامًا كما يحدث عندما يقوم الأشخاص بإنشاء موجة في الملعب عن طريق الوقوف والجلوس.
تتبع كل موجة نفس المبادئ. على سبيل المثال، سوف تتصرف الموجة بنفس الطريقة إذا قمت بإنشاء اضطراب في الهواء بدلاً من الماء (هذا هو الصوت!). 🎶
من الناحية العلمية، هناك مصطلح لكل من هذه السلوكيات وطريقة لقياسها. إذا قمت بحساب عدد المرات التي ترتد فيها العوامة لأعلى ولأسفل في ثانية واحدة، فهذا هو ترددها. المسافة التي تقطعها العوامة صعودا وهبوطا في كل مرة هي سعة الموجة. وإذا أخذت مسطرة وقمت بقياس المسافة بين التموجات، فإن ذلك سيكون طول موجتها.
عندما تكون الموجات أقرب إلى بعضها البعض، يكون الطول الموجي أقصر والتردد أعلى. عندما تكون الموجات متباعدة، يكون التردد أقل والطول الموجي أطول. بشكل عام، الترددات العالية تعني المزيد من الطاقة والعكس صحيح.
5G هو نوع خاص من الموجات
الأمواج موجودة في كل مكان حولنا. الضوء الذي نراه يمكن أن يتصرف تمامًا مثل أمواج الماء. ☀️ على عكس موجات الماء أو الهواء، هناك نوع خاص من الموجات لا يحتاج إلى مادة للانتشار. يمكن أن يمتد ببساطة عبر الفضاء الفارغ. يُطلق على هذا النوع الخاص من الموجات اسم الموجة الكهرومغناطيسية.
إنه يتكون من طيف كامل من الأطوال الموجية المختلفة، والنطاق الضيق من هذا الطيف هو ما ندركه على أنه ضوء مرئي. كل الألوان التي نراها هي مجرد أطوال موجية مختلفة من هذا الطيف. بمعنى آخر، نحن نرى فقط جزءًا صغيرًا من الموجات الكهرومغناطيسية والباقي غير مرئي. 🌈
عندما يكون للموجة الكهرومغناطيسية طول موجي قصير جدًا، فيمكن أن تكون أشعة جاما، أو أشعة سينية، أو موجة فوق بنفسجية (وهي نفس الأشعة فوق البنفسجية التي يجب علينا تجنبها عندما نكون في الشمس!). وفي الطرف المقابل، عندما يكون لها أطول طول موجي ممكن، فهي موجة راديوية.
يمكن للموجات الراديوية أن تقطع مسافات هائلة لأنها تحتوي على أطول الأطوال الموجية والترددات المنخفضة للغاية. ولهذا السبب، نستخدمها للاتصالات اللاسلكية. شبكات Wi-Fi والشبكات الخلوية، بما في ذلك 5G، هي في الواقع موجات راديو. 📡
يمكن للموجات أن تحمل قدرًا كبيرًا من المعلومات بسرعة كبيرة
كيف يمكن للموجة أن تحمل رسالة أو حزم بيانات الإنترنت؟ قد يبدو الأمر محيرًا، لكن السر يكمن في بساطة لغة الرسالة نفسها. 💬
ربما سمعت عن شفرة مورس. إنها لغة مكونة بالكامل من النقاط والشرطات. وهناك أيضًا النظام الثنائي، لغة الواحدات والأصفار، التي تقرأها وتفهمها أجهزة الكمبيوتر.
هل تتذكر العوامة التي ترتفع وتنخفض عندما تسقط حجراً في الماء؟ يمكنك إنشاء لغة لإرسال رسالة. يمكن أن يكون الارتفاع الذي تصعد إليه العوامة هو الرمز: يمكن أن يكون أعلى ارتفاع هو 1، ويمكن أن يكون أدنى ارتفاع هو صفر. يمكنك إسقاط حجر كبير "لتشفير" الرقم 1 وحجر صغير "لتشفير" الرقم 0. لن يكون هذا فعالاً أو سريعًا جدًا، ولكن من حيث المبدأ، يمكن لشخص بعيد مراقبة العوامة وتفسير الرسالة التي أرسلتها عبر الأمواج.
هذه هي الطريقة الأساسية التي تعمل بها الاتصالات اللاسلكية. يقوم جهاز الإرسال بتشفير الواحدات والأصفار عن طريق تغيير التردد أو السعة (تمامًا مثل عوامتنا) أو طور الموجة. من الناحية الفنية، يُطلق عليه اسم التعديل.
يمكن رسم نمط من الآحاد والأصفار أو "ترميزه" في موجة لأن المرسل يمكنه إنشاء اضطرابات دقيقة للغاية، والتي يقوم الجهاز المستقبل بتفسيرها و"فك شفرتها" إلى آحاد وأصفار. يمكنك أن ترى كيف أن الموجة ذات التردد الأعلى (مزيد من الاهتزازات في الثانية) وطول الموجة الأقصر ستسمح بتشفير المزيد من المعلومات، حيث توجد خيارات أكثر لتعديل أجزاء الموجة.
نحن نعلم بالفعل أن شبكات الهاتف الخلوي تعمل بالموجات الراديوية، ويمكن أن يكون لهذه الموجات أطوال موجية صغيرة تصل إلى ملليمتر واحد أو طويلة تصل إلى عدة كيلومترات. هذه هي النقطة الأساسية.
شرح الموجات المليمترية 5G
وبهذا، أصبح لدينا كل قطع اللغز لتوضيح ما هو 5G mmWave.
استخدمت الأجيال الأولى من الهواتف المحمولة (1G و 2G) موجات راديو تهتز بمعدل 1-2 مليار مرة في الثانية (1-2 جيجاهرتز) وكانت أطوالها الموجية حوالي قدم واحدة. يبدو الأمر سريعًا، لكن الجيل الأول لم يكن قادرًا حتى على إرسال الرسائل النصية. الجيل الثالث (3G) زاد التردد إلى 2.5 جيجاهرتز وخفض الطول الموجي إلى النصف. مع تقنية الجيل الثالث، يمكنك تصفح الإنترنت والبث بجودة SD. مع الجيل الرابع (4G)، ارتفع التردد إلى 8 جيجاهرتز وانخفض الطول الموجي إلى 1.5 بوصة، مما يسمح ببث عالي الدقة وتصفح سريع، يصل إلى ما بين 50 ميجابت في الثانية و100 ميجابت في الثانية في العالم الحقيقي.
إن تقنية الجيل الخامس 5G تشكل طفرة لأنها تعمل بتردد مذهل يبلغ 100 جيجاهرتز (مائة مليار مرة في الثانية!). يمكن أن يصل طول موجته إلى مليمتر واحد (مم)، ومن هنا جاء اسمه. وهذا هو ما تقدمه تقنية 5G mmWave: وهي عبارة عن شبكة خلوية تعمل بتردد عالي بشكل استثنائي وطول موجي يبلغ 1 مم، مما يحقق سرعة تنزيل متوسطة تبلغ 2.5 جيجابت في الثانية.
ماذا يعني هذا بالنسبة لنا؟
5G ليس أسرع من 4G فحسب؛ كما أنها أكثر استجابة بكثير. يمكن أن يكون زمن الوصول منخفضًا إلى 1 مللي ثانية، وهو أمر فوري تقريبًا. وهذا يعني عدم وجود تأخير في الألعاب عبر الإنترنت وبث 4K أو 8K دون انقطاعات أو تخزين مؤقت. 🎮 يعد وقت الاستجابة الفوري تقريبًا مثاليًا أيضًا لأجهزة إنترنت الأشياء والواقع المعزز والسيارات ذاتية القيادة والتكنولوجيا التي تتطلب زمن انتقال منخفضًا.
بالإضافة إلى نقل البيانات فائق السرعة والزمن المنخفض بشكل لا يصدق، تدعم تقنية 5G mmWave أيضًا سعة أكبر مقارنة بالشبكات التقليدية (يمكن لعدد أكبر من الأجهزة الاتصال دون التعرض لازدحام الشبكة).
حدود تقنية 5G mmWave
كانت كل تقنيات الاتصالات الخلوية قبل الجيل الخامس، بما في ذلك الجيل الرابع، تستخدم نطاق تردد واحد. يستخدم 5G العديد من الأشياء. 5G mmWave هي واحدة فقط من تلك النطاقات العديدة. هناك أيضًا 5G Sub-6 GHz، والذي يعمل حول نفس الترددات مثل 4G. وهناك أيضًا Sub-1 GHz، الذي يستخدم ترددات أقل. 🌐 يمكن أن تكون نطاقات تردد 5G عالية التردد، ومتوسطة التردد، ومنخفضة التردد. ماذا يحدث هنا؟
نظرًا لأن موجات الجيل الخامس قريبة جدًا من بعضها البعض (مقارنة بالموجات الراديوية القديمة)، فإنها لا تستطيع الانتشار بعيدًا. يمكن للمباني والأشجار وحتى الأمطار أو الثلوج أن تعيق تقنية 5G mmWave. 🌧️
ولهذا السبب فإن هذه التكنولوجيا ليست شائعة جدًا. وتحتاج تقنية الجيل الرابع إلى شبكة كثيفة من الخلايا الصغيرة لتغطية حتى بضعة كتل من المدينة، على عكس تقنية الجيل الرابع التي تعتمد على أبراج خلوية كبيرة تغطي عادة عدة كيلومترات.
تُعد تقنية 5G mmWave أحدث وأكثر خطواتنا تقدمًا نحو الاتصالات اللاسلكية السلسة، ولكنها قد لا تحظى بالاعتماد الشامل الذي شهدناه مع الأجيال السابقة. مع ذلك، لا يزال تحقيق سرعات جيجابت في اتصال البيانات سيجعلك هاتفك دائمًا تشعر بأن المستقبل هنا بالفعل. 🚀
