نسل چهارم ارتباطات با نسل خطرناک ۵G جایگزین شده است؟

تاریخ نسل چهارم (۴G) و نسل پنجم (۵G) ارتباطات سیار، نمایشی از پاسخگویی فناوری به گلوگاه‌های ارتباطی جوامع بشری است. داستان از اواخر دهه ۲۰۰۰ میلادی آغاز شد، زمانی که شبکه‌های نسل سوم (۳G) با وجود توانایی در انتقال داده، برای پشتیبانی از استریم ویدئوی باکیفیت و برنامه‌های کاربردی پرمصرف دچار تنگنا بودند. در سال ۲۰۰۸، پروژه مشارکتی نسل سوم (۳GPP) رسماً کار بر روی استاندارد Long Term Evolution (LTE) را به عنوان پایه‌گذار نسل چهارم آغاز کرد.

دو سال بعد و در سال ۲۰۱۰، نخستین استقرار‌های تجاری ۴G در سوئد و نروژ توسط اپراتور TeliaSonera انجام شد. این رویداد، انقلابی در تجربه کاربری ایجاد کرد، زیرا سرعت دانلود را از چند مگابیت به ۲۰ تا ۵۰ مگابیت بر ثانیه رساند و تأخیر (Latency) را به حدود ۳۰ میلی‌ثانیه کاهش داد.

نیاز اصلی بشر در این مقطع، رفع محدودیت پهنای باند برای اپلیکیشن‌های ویدئویی، بازی‌های آنلاین و شبکه‌های اجتماعی تصویرمحور بود. با فراگیر شدن گوشی‌های هوشمند در اوایل دهه ۲۰۱۰، فشار بر شبکه‌های ۳G چنان افزایش یافت که اپراتور‌ها ناگزیر به سرمایه‌گذاری گسترده روی ۴G شدند. در ادامه و به موازات رشد ترافیک، استاندارد LTE-Advanced در سال ۲۰۱۳ توسط ۳GPP تصویب شد که تجمیع حامل (Carrier Aggregation) و سرعت تئوریک ۱ گیگابیت بر ثانیه را به ارمغان آورد.

پیش از آنکه نسل چهارم به بلوغ کامل برسد، نشانه‌های نیاز به نسل پنجم ظاهر شد. حدود سال ۲۰۱۵، سه نیروی محرک اصلی شکل گرفتند: نخست، رشد تصاعدی ترافیک داده ناشی از ویدئوی ۴K و واقعیت مجازی؛ دوم، ظهور مفهوم اینترنت اشیاء (IoT) که نیاز به اتصال میلیارد‌ها حسگر و دستگاه را با مصرف انرژی اندک ایجاد می‌کرد؛ سوم، نیاز به تأخیر کمتر از ۵ میلی‌ثانیه برای کاربرد‌هایی مانند جراحی از راه دور و خودرو‌های خودران، این رخدادها به فراگیری بیشتر نسل پنجم کمک کرد.

مقایسه فنی، سخت‌افزاری، نرم‌افزاری و سرمایه‌گذاری جهانی دو نسل

تفاوت‌های فنی میان نسل چهارم و پنجم فراتر از افزایش عددی سرعت است. نسل چهارم مبتنی بر فناوری دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی متعامد (OFDMA) در لایه فیزیکی و هسته شبکه همه‌آی‌پی (All-IP) طراحی شده است. پهنای باند هر کانال در ۴G حداکثر ۲۰ مگاهرتز است و از مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) برای مقابله با تداخل استفاده می‌کند.

نسل پنجم از شکل موجی پیشرفته‌تر با عنوان OFDM مقیاس‌پذیر (OFDM with Flexible Numerology) بهره می‌برد که امکان پهنای باند تا ۱۰۰ مگاهرتز در باند‌های فرکانسی زیر ۶ گیگاهرتز و تا ۴۰۰ مگاهرتز در باند میلی‌متری (mmWave) یعنی فرکانس‌های ۲۴ تا ۱۰۰ گیگاهرتز را فراهم می‌کند. از نظر سخت‌افزاری، ۴G به آنتن‌های معمولی (۲ در ۲ یا ۴ در ۴ MIMO) و ایستگاه‌های پایه با توان مصرفی متوسط نیاز دارد. اما ۵G نیازمند سخت‌افزار‌های پیچیده‌تری است: آرایه‌های آنتن عظیم (Massive MIMO) با تعداد ۶۴ تا ۲۵۶ المان آنتن، فناوری شکل‌دهی پرتو (Beamforming) دیجیتال و هیبریدی و واحد‌های راه‌دور رادیویی (RRUs) با قابلیت پردازش سیگنال در فرکانس‌های بسیار بالا. تراشه‌های مودم در سمت کاربر نیز تحول یافتند؛ مودم‌های نسل چهارم مانند کوالکام اسنپدراگون X۱۲ قادر به پشتیبانی از تجمیع ۳ حامل بودند، در حالی که مودم‌های نسل پنجم مانند اسنپدراگون X۷۰ از تجمیع ۱۰ حامل و ارتباط همزمان با باند‌های زیر ۶ و میلی‌متری پشتیبانی می‌کنند. در حوزه نرم‌افزاری، ۴G بر پایه هسته بسته‌ای تکامل‌یافته (EPC) کار می‌کند که شامل موجودیت‌های MME، SGW و PGW با معماری نسبتاً متمرکز است. اما ۵G از معماری مبتنی بر سرویس (SBA) و برش شبکه (Network Slicing) بهره می‌برد که به اپراتور اجازه می‌دهد چندین شبکه منطقی مجزا با کیفیت خدمات متفاوت را روی یک زیرساخت فیزیکی ایجاد کند. تفاوت سرمایه‌گذاری جهانی چشمگیر است.

بر اساس گزارش GSMA در سال ۲۰۲۳، کل سرمایه‌گذاری اپراتور‌ها در زیرساخت ۴G از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ حدود ۱.۲ تریلیون دلار برآورد شده است. اما برای ۵G، پیش‌بینی می‌شود سرمایه‌گذاری جهانی بین سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵ به ۱.۵ تریلیون دلار برسد که با در نظر گرفتن تورم، رشد حداقل ۴۰ درصدی را نشان می‌دهد. هزینۀ استقرار هر ایستگاه پایه ۵G به طور میانگین ۳ تا ۴ برابر ۴G است، این تفاوت به دلایلی نظیر تراکم بالای سایت‌ها در باند میلی‌متری و هزینه‌های پردازش سیگنال اتفاق می‌افتد.

فایدۀ تغییر نسل برای کاربران اینترنت و مخابرات

تغییر نسل از ۴G به ۵G فواید عمیقی برای بشر داشته است. نسل چهارم زیست‌بوم اپلیکیشن‌های مبتنی بر مکان، ویدئوی درخواستی (مانند نتفلیکس و یوتیوب) و اقتصاد گیگ (تاکسی‌های آنلاین و تحویل غذا) را ممکن ساخت.

ارزش اقتصاد دیجیتال جهانی بر پایه ۴G به بیش از ۱۲ تریلیون دلار رسید. اما نسل پنجم تغییرات بنیادین‌تری ایجاد کرده است. پهنای باند فوق‌عرضه و تأخیر بسیار کم، جراحی از راه دور با ربات (Tele-surgery) را عملی کرده است. در سال ۲۰۲۳، بیمارستانی در چین با استفاده از ۵G، عملیات کاشت حلزون شنوایی را بر روی بیماری در فاصله ۳۰۰۰ کیلومتری با موفقیت انجام داد (منبع: China Daily، ۱۵ فوریه ۲۰۲۳). در بخش صنعتی، اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) با ۵G امکان نگهداری پیش‌بینیانه (Predictive Maintenance) ماشین‌آلات را فراهم کرده است، به طوری که شرکت زیمنس در کارخانه‌های خود در آلمان گزارش داده که زمان خرابی تجهیزات ۵۰ درصد کاهش یافته است

خودرو‌های خودران نیز برای تبادل داده‌های لحظه‌ای با زیرساخت‌های جاده‌ای نیازمند ۵G هستند. در زیست‌بوم ارتباطات جهان، ۵G مرز بین شبکه‌های ثابت و سیار را محو کرده است. فناوری FWA (دسترسی ثابت بی‌سیم) مبتنی بر ۵G در آمریکا و آلمان به طور کامل جایگزین فیبر نوری خانگی در مناطق روستایی شده است. در حال حاضر بیش از ۱۵ میلیون خانوار در آمریکا از FWA ۵G به عنوان اتصال اصلی خود استفاده می‌کنند.

تلاش سازندگان موبایل برای پشتیبانی سخت‌افزاری از نسل پنجم شتابی بی‌سابقه یافته است. از سال ۲۰۱۹، شرکت‌هایی مانند کوالکام، مدیاتک، سامسونگ و هواوی تراشه‌های مجتمع ۵G را روانه بازار کردند. چالش اصلی ادغام تقویت‌کننده‌های توان (Power Amplifiers) و فیلتر‌های فرکانس بالا برای باند‌های میلی‌متری بود.

شرکت اپل از آیفون ۱۲ به بعد، از مودم اختصاصی ۵G استفاده کرده است، اما گزارش‌های بلومبرگ در ژانویه ۲۰۲۴ نشان می‌دهد که اپل هنوز در توسعه مودم ۵G کاملاً مستقل با مشکل مواجه است و تا سال ۲۰۲۶ به مودم‌های کوالکام وابسته خواهد بود. این تلاش‌ها به مردم کمک کرده که خدمات بهتری دریافت کنند. برای مثال، فناوری ۵ G Standalone (استقرار مستقل) که از سال ۲۰۲۲ به بعد توسط اپراتور‌هایی مانند T-Mobile آمریکا راه‌اندازی شده، امکان برش شبکه را فراهم کرده است.

کاربرانی که هزینه بیشتری پرداخت می‌کنند، می‌توانند پهنای باند اختصاصی بدون اشتراک با دیگران دریافت کنند. همچنین، فناوری VoNR (صدای روی ۵G) کیفیت تماس صوتی را به سطح کدک HD+ با پهنای باند ۲۰ کیلوهرتز رسانده است که دو برابر کیفیت ۴G VoLTE است. نسل پنجم به پلتفرم‌های اینترنتی کمک کرده است تا خدمات خود را بهبود بخشند. پلتفرم‌های استریم مانند نتفلیکس و دیزنی‌پلاس از ۵G برای ارائه ویدئوی ۸K زنده و واقعیت افزوده همزمان (همانندی که در کنسرت‌های بیتیاس در سال ۲۰۲۲ در کره جنوبی اجرا شد) استفاده کرده‌اند.

پلتفرم‌های بازی ابری مانند Xbox Cloud Gaming و NVIDIA GeForce Now نیز که پیشتر به دلیل تأخیر بالا روی ۴G غیرقابل استفاده بودند، روی ۵G با تأخیر ۱۰ تا ۲۰ میلی‌ثانیه تجربه‌ای نزدیک به اجرای محلی ارائه می‌دهند. این تحول به معنای دموکراتیک شدن دسترسی به قدرت پردازش ابری است، جایی که یک گوشی ارزان‌قیمت ۵G می‌تواند بازی‌های سنگین را از سرور‌های راه‌دور استریم کند.

دیدگاه‌ها دربارۀ ضررهای زیست‌محیطی نسل پنجم

 شایعات منفی گسترده‌ای پیرامون ارتباطات نسل پنجم، درباره اثرات مخرب بر سلامتی انسان شکل گرفته است. رایج‌ترین ادعا‌ها شامل این موارد است: امواج ۵G باعث سرطان، آسیب به دیانای، تضعیف سیستم ایمنی، ناباروری و حتی علائمی مانند سردرد و خستگی مزمن می‌شود. همچنین برخی گروه‌ها مدعی شده‌اند که ۵G در شیوع ویروس کرونا نقش داشته است. بر اساس منابع علمی معتبر دستکم در حال حاضر این شایعات نادرست هستند و پایه علمی ندارند.

سازمان جهانی بهداشت از طریق پروژه EMF (میدان‌های الکترومغناطیسی) که از سال ۱۹۹۶ فعال است، طی بیانیه‌ای در ژانویه ۲۰۲۴ اعلام کرده است که هیچ شواهد قطعی مبنی بر اثرات سوء بهداشتی ناشی از میدان‌های فرکانس رادیویی (RF) در سطوح زیر آستانه‌های بین‌المللی وجود ندارد.

کمیسیون بین‌المللی حفاظت در برابر پرتو‌های غیر یونیزان (ICNIRP) در سال ۲۰۲۰ به روزرسانی دستورالعمل‌های خود را منتشر کرد که محدودیت توان خروجی ۵G را حتی از ۴G هم سخت‌گیرانه‌تر تعیین کرده است. شایعه سرطان زا بودن امواج ۵G از کجا نشأت می‌گیرد؟

مطالعات پیشین روی امواج رادیویی با فرکانس پایین که در حد یونیزان نبودند، هیچ ارتباطی با سرطان نشان نداده‌اند. امواج ۵G حتی در باند میلی‌متری، همچنان نا-یونیزان (Non-ionizing) هستند، یعنی توانایی شکستن پیوند‌های شیمیایی دیانای را ندارند. آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) که زیرمجموعه WHO است، میدان‌های فرکانس رادیویی را در گروه ۲ B یعنی «احتمالاً سرطان‌زا برای انسان» طبقه‌بندی کرده است، اما نکته مهم این است که در همین گروه موادی مانند قهوه داغ، ترشیجات سنتی و حتی کار شبانه نیز قرار دارند و هیچکدام از آنها باعث ممنوعیت نشده‌اند.

همچنین از ۲۰۰ مطالعه علمی معتبر که بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ روی امواج تلفن همراه انجام شده، تنها ۵ مطالعه ارتباط ضعیف و غیرقابل تکرار با تومور‌های مغزی نشان داده‌اند و نهاد‌های نظارتی همچون FDA آمریکا و BfS آلمان اعلام کرده‌اند که شواهد کافی برای اثبات رابطه علت و معلولی وجود ندارد. شایعه ارتباط ۵G با کرونا نیز در میانه سال ۲۰۲۰ توسط سازمان بهداشت جهانی «توطئه‌ای بی‌اساس» خوانده شد. به علاوه از ۶۰۰۰۰ مقاله علمی منتشر شده در پایگاه PubMed از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۴ با کلیدواژه "mobile phone radiation health"، بیش از ۹۹ درصد هیچ اثر مضری را در سطوح مجاز تأیید نکرده‌اند. در نتیجه، شایعات پیرامون اثرات منفی ۵G بر سلامتی به نظر در حال حاضر درست نمی‌آید.

عبور موفق از این نسل فناورانه برای ایران فرصتی حیاتی است. با توجه به تحریم‌های ظالمانه که دسترسی به تراشه‌های پیشرفته را محدود کرده است، تمرکز بر بومی‌سازی سخت‌افزار‌های جانبی ۵G مانند آنتن‌های Massive MIMO و واحد‌های پردازش سیگنال می‌تواند صنعت مخابرات را خودکفا کند. البته در عین حال باید سیاست‌ها را طوری برنامه‌ریزی کرد که تغییر فرهنگ مصرف مردم از اینترنت همراه به ثابت نیز به دلایل مختلفی نظیر پایداری ارتباطات محقق شود.

ارتباطات ثابت در جهان به سبب مسائل مختلفی بیش از ارتباطات سیار مورد استقبال هستند، ارتباطات مرتبط بر کابل سرعت‌های بیشتری را محقق می‌کنند، ارزان‌تر هستند، کم‌تر تحت تأثیر اختلالات بیرونی قرار می‌گیرند. بسیاری از کشورها ارتباطات خود را بر پایۀ اینترنت ثابت گسترش می‌‌دهد. بنابراین آنچه ما در این گزارش گفتیم در خصوص کسانی است که نیازهای ضروری آن‌ها بناست توسط اینترنت موبایل پاسخ داده شود، وگرنه همچنان اتصال باسیم یا بی‌سیم به ارتباطات ثابت همچنان بهترین گزینه برای کاربران است.