درس ۶۳ از ۹۹، شبکه و اینترنت، حدود ۱۱ دقیقه خواندن

اینترنت موبایل: 4G و 5G

جواب کوتاه

شبکه‌ی موبایل به سلول‌های کوچک تقسیم شده و هر سلول یک دکل (ایستگاه پایه) دارد. گوشی با موج رادیویی به دکل نزدیک وصل می‌شود، دکل با کابل یا فیبر به شبکه‌ی اپراتور، و آن به اینترنت. وقتی راه می‌روید یا در خودرو هستید، گوشی از سلولی به سلول دیگر می‌رود بی آنکه ارتباط قطع شود. 4G، بیشتر با LTE، همه‌چیز را روی IP برد و داده را بسیار تندتر کرد. 5G ظرفیت بیشتر و تأخیر کمتری دارد و در دو باند کار می‌کند: زیر ۶ گیگاهرتز که دور می‌رود، و موج میلی‌متری که تندتر است ولی دیوار جلویش را می‌گیرد.

5G وای‌فای نیست

اگر در فهرست وای‌فای «5G» دیده‌اید، آن یعنی باند ۵ گیگاهرتز وای‌فای (درس فرکانس‌ها). این درس درباره‌ی چیز دیگری است: شبکه‌ی موبایل، که گوشی شما بی وای‌فای، از راه دکل‌ها به اینترنت می‌رساند. «G» در 4G و 5G یعنی نسل.

پنج کلمه

سلولناحیه‌ای که یک ایستگاه پایه پوشش می‌دهد؛ شبکه‌ی موبایل از سلول‌های کنار هم ساخته شده.
دکل (ایستگاه پایه)فرستنده و گیرنده‌ی ثابتی که گوشی‌های یک سلول با موج رادیویی به آن وصل می‌شوند.
جابه‌جایی (handover)رفتن گوشی از سلولی به سلول دیگر بی قطع شدن تماس یا اینترنت، مثلا در خودرو.
نسل (G)«G» یعنی Generation؛ هر نسل فناوری تازه‌ای است که با قبلی سازگار نیست و سرعت و ظرفیت بیشتری دارد.
LTEکوتاه‌شده‌ی Long Term Evolution؛ استانداردی که بیشتر شبکه‌های 4G با آن کار می‌کنند.

کندو

کندوی زنبور را در نظر بگیرید: پر از خانه‌های شش‌ضلعی کنار هم. شبکه‌ی موبایل هم شهر را به خانه‌های کوچک، یعنی سلول‌ها، تقسیم می‌کند، و هر سلول دکل خودش را دارد. سلول‌های کنار هم فرکانس‌های جدا می‌گیرند، و همان فرکانس در سلولی دورتر دوباره به کار می‌رود:

حرف‌های الف، ب و ج سه دسته فرکانس‌اند؛ هیچ دو سلول کنار همی یکی ندارند. خط پررنگ راه خودرویی است که از چند سلول می‌گذرد؛ گوشی در آن از دکلی به دکل دیگر سپرده می‌شود، بی آنکه تماس قطع شود. این را جابه‌جایی می‌گویند، همان کاری که رومینگ در وای‌فای سازمانی می‌کرد (درس وای‌فای سازمانی).

راه گوشی تا اینترنت

فقط تکه‌ی اول راه بی‌سیم است:

قدم ۱: گوشی با موج رادیویی به دکل سلول خودش وصل می‌شود. قدم ۲: دکل با کابل یا فیبر به شبکه‌ی اصلی اپراتور وصل است. قدم ۳: شبکه‌ی اپراتور به بقیه‌ی اینترنت راه دارد. پس اینترنت موبایل همان اینترنت است؛ فقط راه رسیدنش به گوشی فرق دارد (درس کابل، فیبر و وای‌فای).

چرا سلول کوچک

چرا به‌جای یک فرستنده‌ی بزرگ برای کل شهر، این همه دکل کوچک؟

ظرفیت بیشتر: یک فرکانس را می‌شود در سلول‌های دور از هم دوباره به کار برد، پس آدم‌های بیشتری هم‌زمان وصل می‌شوند.
باتری کمتر: چون دکل نزدیک است، گوشی برای رساندن صدایش نیروی کمتری لازم دارد.
پوشش بیشتر: هر جا لازم باشد، می‌شود دکل تازه‌ای افزود.
فرکانس‌های بالاتر: این فرکانس‌ها دور نمی‌روند، ولی جای بیشتری برای داده دارند؛ با سلول کوچک می‌شود از آن‌ها استفاده کرد.

4G و LTE

«نسل» در موبایل یعنی یک تغییر بنیادی: فناوری تازه‌ای که با قبلی سازگار نیست، با سرعت بیشتر، باندهای تازه، کانال پهن‌تر و ظرفیت بیشتر. 4G در اواخر دهه‌ی ۲۰۰۰ و اوایل ۲۰۱۰ آمد. بزرگ‌ترین تغییرش این بود که همه‌چیز، حتی تماس صوتی، روی IP رفت (درس IP)، و داده بسیار تندتر از 3G شد.

اتحادیه‌ی جهانی مخابرات (ITU) در ۲۰۰۸ برای 4G هدف گذاشت: ۱۰۰ مگابیت برای کسی که در قطار یا خودرو است، و ۱ گیگابیت برای کسی که پیاده یا ثابت است. فناوری اصلی 4G، LTE است، که استانداردش در دسامبر ۲۰۰۸ نهایی شد. نسخه‌ی اول LTE همه‌ی این هدف‌ها را نداشت و برای همین گاهی «3.95G» نامیده شد؛ نسخه‌ی پیشرفته‌ترش، LTE-Advanced، را «4G واقعی» دانستند.

5G

5G نسل پنجم و فعلی است، بر پایه‌ی استانداردی به نام 5G NR. مثل قبل، سلول دارد و دکل، و دکل‌ها به شبکه‌ی اپراتور وصل‌اند. چیزی که بهتر شد:

سرعت و ظرفیت بیشتر؛ ITU برای آن هدف ۲۰ گیگابیت دانلود و ۱۰ گیگابیت آپلود در شرایط آرمانی گذاشت.
تأخیر کمتر (درس پینگ).
جای بیشتر برای دستگاه‌های پرتراکم، مثل حسگرها و دستگاه‌های فراوان در یک جا.

سرعت واقعی معمولا بسیار کمتر از هدف است و به اپراتور، جا و دستگاه بستگی دارد. 5G کنار 4G به کار می‌رود، نه به‌جای آن.

دو باند 5G

5G همه‌جا یک‌جور نیست، چون در دو بازه‌ی فرکانس کار می‌کند. همان قاعده‌ی درس فرکانس‌های وای‌فای اینجا هم هست: فرکانس بالاتر، تندتر ولی کوتاه‌برد:

زیر ۶ گیگاهرتز (FR1): دورتر می‌رود و از دیوار می‌گذرد؛ دانلود معمول ۵ تا ۹۰۰ مگابیت.

موج میلی‌متری، ۲۴ تا ۷۱ گیگاهرتز (FR2): چند گیگابیت، ولی راهش کوتاه است و دیوار، پنجره و درخت جلویش را می‌گیرند.

برای همین موج میلی‌متری بیشتر در جاهای پرجمعیت مثل ورزشگاه‌ها و مرکز شهرها به کار می‌رود.

NSA و SA

شاید در تنظیمات گوشی «5G NSA» یا «5G SA» دیده باشید. نخستین شبکه‌های 5G روی شبکه‌ی 4G موجود ساخته شدند:

NSA: سلول 5G فقط داده را می‌برد و برای کنترل به شبکه‌ی 4G موجود تکیه می‌کند. نخستین 5Gها چنین بودند.

SA: سلول 5G هم کنترل و هم داده را می‌برد، با هسته‌ی تازه‌ی 5G و بی 4G.

4G و 5G کنار هم

	4G	5G
آغاز	اواخر دهه‌ی ۲۰۰۰ و اوایل ۲۰۱۰	پس از 4G؛ نسل فعلی
پایه	LTE و LTE-Advanced	5G NR از 3GPP
سرعت هدف	۱۰۰ مگابیت در حرکت، ۱ گیگابیت ثابت	۲۰ گیگابیت دانلود در شرایط آرمانی
چه بهتر شد	همه‌چیز روی IP، داده‌ی بسیار بیشتر از 3G	ظرفیت بیشتر، تأخیر کمتر، دستگاه‌های پرتراکم

سه اشتباه

«گوشی 5G یعنی همه‌جا ۲۰ گیگابیت.»۲۰ گیگابیت هدف آرمانی است؛ سرعت واقعی معمولا بسیار کمتر است و به باند، شلوغی، فاصله تا دکل و گوشی بستگی دارد.
«5G جای 4G را گرفته و 4G خاموش شده.»5G کنار 4G به کار می‌رود، و در حالت NSA حتی برای کنترل به خود 4G تکیه می‌کند.
«اینترنت موبایل چیزی جدا از اینترنت است.»همان اینترنت است؛ فقط تکه‌ی اول راه، از گوشی تا دکل، بی‌سیم است، و از دکل با کابل یا فیبر به شبکه‌ی اپراتور و اینترنت می‌رسد.

جمع‌بندی. آنچه از این درس با خودتان می‌برید.

شبکه‌ی موبایل از سلول‌ها ساخته شده، هر کدام با یک ایستگاه پایه.
یک فرکانس در سلول‌های دور از هم دوباره به کار می‌رود؛ ظرفیت این‌طور بیشتر می‌شود.
گوشی ← دکل (رادیو) ← شبکه‌ی اپراتور (کابل یا فیبر) ← اینترنت.
4G: همه‌چیز روی IP؛ LTE فناوری اصلی‌اش.
5G: ظرفیت بیشتر و تأخیر کمتر؛ FR1 زیر ۶ گیگاهرتز و FR2 موج میلی‌متری.
NSA به 4G تکیه می‌کند؛ SA هسته‌ی خودش را دارد.

خودتان را بسنجید

۱۵ پرسش، هر بار تازه از میان ۳۰ پرسش این درس. آخر آزمون فقط کارنامه را می‌بینید: چند درست، چند نادرست.