تطبيق 5G القاتل المفاجئ: النطاق العريض المنزلي

كان من المتوقع، وفقًا للضجة الصناعية عند إطلاق 5G لأول مرة في عام 2019، أن يدور الاتصال عن بعد 5G حول التطبيقات المثيرة مثل الواقع المعزز المحمول والمركبات ذاتية القيادة. لكن التحول المفاجئ في الحبكة حدث عندما تحول استبدال الإنترنت المنزلي عبر الكابل إلى أكثر تطبيقات 5G الجديدة انتشارًا. يخدم الوصول الثابت اللاسلكي (FWA) الآن أكثر من 14 مليون عميل في الولايات المتحدة، ويساهم بنسبة 28 في المائة من حركة المرور اللاسلكية في جميع أنحاء العالم. الوصول الثابت اللاسلكي هو ما يبدو عليه المصطلح: إنترنت عريض النطاق يتم تسليمه عبر رابط لاسلكي خلوي إلى موقع ثابت - لا كابل، ولا ألياف، ولا حفر، ولا هوائي قمر صناعي موجه نحو السماء. ما يميز FWA هو أنه يعيد استخدام نفس الأبراج والطيف والبنية التحتية لـ 5G التي تم بناؤها للأجهزة المحمولة.

أحد مفوضي لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية وصف FWA بأنه تطبيق 5G القاتل. وهذا صحيح ليس فقط في الولايات المتحدة. Jio، أكبر شركة اتصالات في الهند، هي أيضًا واحدة من أكبر مزودي FWA في العالم، مع أكثر من 9 ملايين عميل حتى العام الماضي. اكتشفت شركات الاتصالات أنها يمكنها إعادة استخدام سعة 5G الفائضة، مع استغلال خصوصية نمط الاستخدام: تبدأ حركة المرور المحمولة في الانخفاض بعد الساعة 8 مساءً، تمامًا عندما يصل استخدام الإنترنت المنزلي إلى ذروته. والنتيجة هي نطاق عريض، يتم تسليمه عبر أبراج الهواتف المحمولة التقليدية، بتكلفة أقل من نشر الألياف. لهذه الأسباب، يوفر FWA منافسة حقيقية في الأسعار للنطاق العريض عبر الكابل، مع الوصول إلى المجتمعات الريفية والضواحي المحرومة.

FWA أرخص في النشر من الألياف، وبالنسبة لمعظم المنازل والشركات الصغيرة، فإن سرعات الألياف التي تبلغ جيجابت في الثانية تعتبر مبالغًا فيها على أي حال. وبما أن FWA يستخدم نفس الشبكات اللاسلكية المبنية للخدمة الخلوية، فإن FWA يعمل في أي مكان يستقبل إشارة خلوية ثابتة. مع توسع الشبكات الخلوية في المناطق ذات الخدمة المحدودة، تتوسع خريطة تغطية FWA معها. في هذه المواقع النائية، يأتي البديل الرئيسي الآخر القابل للتطبيق للنطاق العريض عادةً من خدمات الأقمار الصناعية مثل Starlink - والتي تكون، مقارنة بـ FWA، أكثر تكلفة، مع تأخيرات أعلى، وعرض نطاق ترددي أقل.

بينما تستخدم معظم عمليات نشر FWA حاليًا نطاقات الميكروويف غير المستغلة، تستخدم بعض عمليات نشر FWA طيفًا كهرومغناطيسيًا أطلقته 5G لكنه فشل في الغالب مع المستخدمين المحمولين. تعمل الموجات المليمترية بترددات أعلى من 10 إلى 40 مرة من طيف 4G، مما يوفر معدلات بيانات عالية من عرض النطاق الترددي الواسع المتاح. ومع ذلك، هناك أسباب وجيهة لعدم استخدام مستخدمي 5G المحمول اليوم عمومًا للطيف الموجي المليمتري. لا يمكن للموجات المليمترية اختراق المباني. بالإضافة إلى ذلك، تفقد قوة الإشارة على بعد كيلومتر أو كيلومترين من المرسل. تعد هوائيات الموجات المليمترية أيضًا استنزافًا حقيقيًا لبطاريات الهواتف المحمولة مقارنة بتقنية الميكروويف والموجات الراديوية.

ومع ذلك، لا تنطبق أي من هذه التحديات على محطة ثابتة ذات خط رؤية واضح لبرج قريب. تتفوق وحدات FWA المنزلية (تسمى معدات مباني العميل أو CPE) على هواتف 5G بهامش كبير. هذا يرجع في الغالب إلى الأجهزة. تحمل CPE هوائيات أكبر وأكثر حساسية من الهاتف الخلوي النموذجي، مقترنة بأجهزة إرسال واستقبال أكثر قدرة. تميل CPE أيضًا إلى أن تكون موصولة بمقابس الحائط، مما يجعل مخاوف البطارية غير موجودة. تقنية 5G أخرى لم تكتسب زخمًا في الاتصال اللاسلكي المحمول هي الإدخال المتعدد والإخراج المتعدد للمستخدمين المتعددين (MU-MIMO). تستخدم محطة أساسية مزودة بـ MU-MIMO مجموعة من الهوائيات لخدمة عدة مستخدمين على نفس التردد في وقت واحد. ومع ذلك، فإن الحفاظ على إشارة MU-MIMO يتضمن تتبع كل مستخدم على حدة - وهي مشكلة تصبح سريعًا ساحقة مع وجود عدد كافٍ من المستخدمين المحمولين. FWA مختلف، مع ذلك. تعتبر CPE الثابتة، مع أحمال حركة المرور المستقرة في الوصلة الهابطة، تطابقًا مثاليًا لتقنية MU-MIMO. لذا، فإن خدمة الإنترنت FWA لا تستخدم فقط طيفًا غير مستغل في الغالب، بل تستخدم أيضًا طيف 5G بكفاءة أكبر مما يفعله مستخدمو 5G المحمول - الذين، بالطبع، صُممت هذه التقنيات 5G من أجلهم أصلاً!

منذ وقت ليس ببعيد، شكلت حالات استخدام النطاق الترددي العالي لـ 5G قائمة مثيرة للإعجاب: زمن انتقال بالمللي ثانية للمركبات ذاتية القيادة، وسماعات الواقع المعزز المحمولة ذات احتياجات البيانات عالية السرعة الواسعة، واتصال الآلات الهائل لإنترنت الأشياء المتوسع (IoT). توقفت هذه التطبيقات جميعها. تشكل المركبات ذاتية القيادة مشكلات صعبة - وما زالت غير محلولة - لا تتعلق بتخصيص الطيف. لم تخلق تقنيات الواقع المعزز والافتراضي بعد زيادات ذات مغزى في الطلب على النطاق الترددي. وتجزأ إنترنت الأشياء، حتى الآن على الأقل، عبر مجموعة من المعايير المتنافسة. قامت شركات الاتصالات المحمولة ببناء شبكات 5G كثيفة للعملاء المحمولين الذين نادرًا ما أشبعت احتياجاتهم سعة الشبكة. يبلغ استخدام النطاق العريض المنزلي ذروته في ساعات المساء، تحديدًا عندما تكون الشبكات الخلوية في أهدأ حالاتها. يجلس FWA على مفترق طرق العرض والطلب في الشبكات الخلوية. في ديسمبر، أصدرت هيئة معايير الاتصالات، مشروع الشراكة من الجيل الثالث (3GPP)، أحدث مواصفات 5G - الإصدار 20، آخر تحديث "5G فقط". لذا، على الرغم من أن 6G لا تزال على بعد سنوات (من المتوقع ظهور مواصفاتها الأولى في أوائل عام 2029)، فإن القرارات الهندسية التي ستحدد 6G تُتخذ اليوم. و FWA ليس على هامش تلك المحادثة؛ يعتبر FWA حاليًا حالة استخدام راسخة في اليوم الأول. تعد تقنية 6G اللاسلكية بتوسيع نطاق FWA - ليس فقط من خلال الطيف ولكن أيضًا من خلال الهندسة. بدلاً من اتباع نموذج الاتصال 4G و 5G - إشارات قوية بالقرب من الأبراج وإشارات ضعيفة بعيدًا - ستسمح شبكات 6G المستقبلية للمنازل بالاتصال بأبراج متعددة في وقت واحد، باستخدام تقنية تسمى MIMO الموزعة (مدخلات متعددة، مخرجات متعددة). حيث يركز إصدار 5G من MIMO (المعروف أيضًا باسم MIMO الهائل) اتصال المستخدم مع عشرات الهوائيات في برج واحد، يستخدم MIMO الموزع هوائيات عبر محطات أساسية متعددة وينسقها لتوصيل الإشارات إلى منزلك من اتجاهات متعددة في وقت واحد. النتيجة العملية: نظرًا لعدم وجود برج واحد مسؤول.