ما الفرق بين شبكات 4G و 5G؟

ما هي الاتصالات المتنقلة وكيف تعمل؟ الاتصالات المتنقلة هي نظام لنقل الصوت والرسائل النصية والفيديو وغيرها من البيانات لاسلكيًا بين المشتركين الذين يمكنهم التحرك في الفضاء. على عكس الهاتف السلكي أو الراديو، فإنه لا يتطلب اتصالاً سلكيًا دائمًا بالشبكة: يتم إرسال الإشارة عبر قنوات الراديو من خلال نظام من المحطات الأساسية الثابتة المدمجة في بنية خلوية. “يعتقد الكثير من الناس أن الأبراج الخلوية تنقل بيانات هواتفنا الذكية إلى أشخاص آخرين، لكن هذا ليس صحيحًا على الإطلاق. المحطات نفسها ليست سوى أجهزة إعادة إرسال – يرسل الجهاز المحمول إشارة كهرومغناطيسية إلى أقرب محطة. وهذا بدوره، يعيد توجيه هذه البيانات إما إلى الأبراج المجاورة أو عبر قمر صناعي في الفضاء، بحيث تصل في النهاية إلى المشترك المقصود. وترتبط سرعة تبادل المعلومات ارتباطًا مباشرًا بتردد الإشارة: كلما زاد التردد، زاد عدد البيانات التي يمكن نقلها لكل وحدة من البيانات. يقول دانييل كوروشين، الأستاذ المشارك في قسم تكنولوجيا المعلومات والأنظمة الآلية في PNRPU، مرشح العلوم التقنية، كلما قصرت مسافة الاستقبال الموثوق. ومع استمرار الخبير، تتحسن تقنيات الاتصالات المتنقلة باستمرار، وكل جيل لاحق، والذي يُشار إليه بالحرف G (من الجيل الإنجليزي) والرقم (من 0 إلى 5)، يحقق الانتقال إلى جيل جديد من خلال رفع تردد الناقل – في جوهره، الانتقال إلى “النطاق عالي السرعة” للبث الإذاعي. كلما زاد النطاق، كلما أمكن نقل المزيد من البيانات في الثانية. ومع ذلك، فإن هذا له جانب سلبي: فالإشارات عالية التردد تخترق جدران المباني بشكل أضعف، وخاصة المعدنية والخرسانية. ولا يمكن تعويض هذا النقص إلا من خلال زيادة عدد محطات الإرسال وتقليل المسافات بينها – الجيلان الأخيران لهما أهمية خاصة اليوم – الجيل الرابع والخامس، لأنهما يحددان جودة الإنترنت عبر الهاتف المحمول وآفاق الخدمات الرقمية يوضح عالم PNRPU أن 5G تتفوق على 4G وفي أي النواحي تكون أقل جودة، يكفي مقارنتها وفقًا للمعايير الرئيسية. سرعة نقل البيانات كما لاحظ دانييل كوروشين، من أجل تقييم مدى سرعة 5G من 4G في الاستخدام اليومي، فإن الأمر يستحق مقارنة ليس الجيجابت الموعودة في الثانية، ولكن المؤشرات الحقيقية التي يتلقاها المستخدم في الشارع وفي الداخل وفي وسائل النقل. وبحسب الخبير، فإن الجيل الخامس له ميزة مهمة: كلما زاد التردد، زادت سرعة نقل البيانات، ولكن كلما كانت الإشارة أسوأ عبر العوائق. الخيار الأسرع، المسمى mmWave، يتم حظره بسهولة بواسطة الجدران العادية وحتى بعض أنواع الزجاج، بينما يتصرف 5G منخفض التردد تقريبًا مثل 4G – فهو أبطأ، لكنه يخترق المباني بثقة. أثناء التنقل، تظل شبكة 4G مستقرة حتى 350 كم/ساعة، و5G حتى 500 كم/ساعة، ولكن عمليًا في السيارة أو القطار، لا يكاد يكون الفرق في السرعات ملحوظًا لأن الهاتف يتنقل بين الأبراج كثيرًا. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن حدوث فشل عند التبديل من نطاق إلى آخر: يبحث الجهاز باستمرار عن أفضل إشارة ويقفز، على سبيل المثال، من mmWave عالي التردد إلى الترددات المنخفضة. في ظروف الاستقبال غير المستقر، يحدث هذا التبديل بشكل مستمر، مما يؤدي إلى إنشاء ما يسمى بالتكاليف العامة – التأخير والحمل الإضافي، مما يؤدي إلى استنزاف البطارية بشكل أسرع من المعتاد. – يعد الجيلان الرابع والخامس من الاتصالات المتنقلة بحد أقصى نظري مثير للإعجاب – 1 جيجابت/ثانية و20 جيجابت/ثانية، على التوالي. في الهواء الطلق، تتراوح سرعات 4G في العالم الحقيقي عادةً بين 10 و100 ميجابت في الثانية، وهو ما يكفي لمشاهدة مقاطع فيديو بدقة 4K وأداء معظم المهام اليومية. تقدم شبكة 5G سرعات تتراوح بين 50-150 ميجابت في الثانية إلى 1-3 جيجابت في الثانية. وفي شارع مفتوح، حيث تعمل موجات مماثلة، تكون شبكة 5G أسرع بـ 10 إلى 20 مرة من شبكة 4G. ومع ذلك، في الظروف الحضرية العادية يتم تقليل هذه الميزة إلى 2-3 مرات. “مع إشارة ضعيفة، تصبح سرعات كلا الجيلين هي نفسها،” يواصل عالم PNIPU. لماذا يعد وقت الاستجابة أكثر أهمية للألعاب ومكالمات الفيديو من السرعة؟ مع استمرار عالم PNRPU دانييل كوروشين، السرعة العالية ليست هي الشيء الوحيد الذي يميز الجيل الجديد من الاتصالات. هناك معلمة لا تقل أهمية هي ping، أي وقت الاستجابة. فهو يحدد مدى سرعة استجابة الجهاز للأوامر. – Ping هو الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال من جهازك إلى الخادم والعودة. يتمتع 4G بمعدل اتصال جيد يبلغ 20-50 مللي ثانية – وهذا يكفي لمعظم المهام اليومية. ومع ذلك، بالنسبة للألعاب الديناميكية عبر الإنترنت ومكالمات الفيديو والتحكم عن بعد في المعدات والتطبيب عن بعد والأتمتة الصناعية، فإن هذه القيم مهمة للغاية. كلما انخفض اختبار الاتصال، زادت سرعة استجابة النظام وكان العمل في الوقت الفعلي أكثر راحة، لكن الدراسات التي أجريت في عام 2025 تظهر أن الميزة ليست دائمًا في الشبكات الحقيقية ويوضح الخبير أن هناك اختلافًا أساسيًا آخر بين الأجيال يكمن في ترددات إشارة الراديو المستخدمة، وهو عدد تذبذبات الموجة في الثانية، فكلما ارتفع المؤشر، زادت السرعة، ولكن كلما كان تلاشي الإشارة أسهل في الفضاء، كلما كان انحناءها أسوأ حول العوائق – تعمل شبكات الجيل الرابع في نطاق 0.7-2.5 جيجا هرتز اتصالات بعيدة المدى، ولكن لا يمكنها الحفاظ على سرعة عالية – هذه هي الطريقة التي تعمل بها فيزياء العملية – 5G لديها ثلاثة نطاقات، وكل منها يحل مشكلته الخاصة: الأول منخفض، يصل إلى 1 جيجا هرتز، مما يوفر نفس الاتصال بعيد المدى مثل 4G، ولكن السرعة أعلى قليلاً، وهي مناسبة للمناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة أو النائية أو الجبلية حيث يصعب بناء العديد من الأبراج المتوسطة (1-6 جيجا هرتز) – الوسط الذهبي بين السرعة والمدى: في روسيا ويوضح الخبير أن الجيل الخامس يسمح للمشغلين بالعمل بتردد يبلغ حوالي 4.9 غيغاهرتز والموجات العالية (24-300 غيغاهرتز) التي توفر سرعة هائلة، ولكنها تتطلب خط رؤية ومناسبة للأماكن ذات الكثافة العالية من المستخدمين – المناطق الحضرية والملاعب، وتعتبر الترددات العالية ميزة إيجابية وناقصة من ناحية، فهي توفر سرعات عالية لنقل البيانات والقدرة على خدمة عدد كبير من الأجهزة من ناحية أخرى، فهي ذات نطاق محدود ولا تخترق العوائق بشكل جيد – كلما زاد التردد، كلما كان نطاق المحطة الواحدة أقصر، مما يعني أن هناك حاجة إلى المزيد من الأبراج للإشارة المستمرة. بالأرقام، يبدو الأمر كما يلي: محطة 4G الأساسية تغطي 2-5 كيلومترات، ومحطة 5G في نطاق التردد العالي فقط 200-500 متر. هذا التوزيع للأبراج يرجع إلى الخصائص الفيزيائية للموجات عالية التردد، والتي تضعف بسرعة وتتطلب شبكة أكثر كثافة من المحطات الأساسية للحفاظ على إشارة مستقرة، كما يؤكد عالم بيرم بوليتكنيك. الجيل الجديد من الشبكات – التقنيات الجديدة مع استمرار دانييل كوروشين، الأبراج الصغيرة – الخلايا الصغيرة – المحطات الأساسية المدمجة الموضوعة على أعمدة أو جدران المنازل أو داخل مراكز التسوق جعلت من الممكن حل مشكلة المدى القصير إذا كانت محطة 4G الأساسية تغطي مسافة تصل إلى 5 كيلومترات، فإن محطة 5G في نطاق التردد العالي تغطي 200-500 متر فقط في الجيل الماضي، كانت الأبراج الكبيرة توفر الاتصالات لمسافة كيلومترات، وكانت الأبراج الصغيرة مطلوبة فقط في الأماكن المزدحمة (الملاعب ومحطات القطار). هناك أيضًا تقنيتان جديدتان تضمنان التشغيل المستقر لشبكات الجيل الخامس. الأول هو MIMO الضخم (العديد من الهوائيات). إذا تم تركيب هوائيات 2-4 في المحطة الأساسية، فإن عددها في 5G يصل إلى العشرات، وأحيانًا 64-128، يشبه الأمر الانتقال من سجل نقدي واحد إلى خمسين – يمكن للمحطة “التحدث” في نفس الوقت مع العديد من الهواتف دون الانتظار، مما يزيد من أداء الشبكة. يقول العالم إن تقنية الجيل الخامس تعمل كضوء كشاف أو شعاع، والتي تبعث إشارات في جميع الاتجاهات: يتتبع النظام موقع الهاتف ويوجه الإشارة إليه بدقة، مما يوفر الطاقة ويزيد السرعة ويقلل التداخل مع الأجهزة المجاورة. وكما يشير الخبير، يمكن لشبكة 4G أن تدعم ما يصل إلى 100000 جهاز لكل كيلومتر مربع، بينما يمكن لشبكة 5G أن تدعم ما يصل إلى مليون جهاز. يتضمن مفهوم “المدن الذكية” دمج التقنيات المختلفة لتحسين نوعية حياة المواطنين: أجهزة استشعار وقوف السيارات، وعدادات المياه، والأضواء الذكية، والكاميرات، ومكبرات الصوت في كل خطوة. من خلال الأبراج الصغيرة، وMIMO الضخمة والتركيز على الإشارة الاتجاهية، تعمل التقنيات الثلاثة معًا على تمكين 5G من العمل بترددات عالية، مما يوفر سرعات جيجابت وخدمة لما يصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع دون فقدان الاستقرار. تطبيقات 5G يرتبط الجيل الجديد من الشبكات، بسرعتها وزمن الوصول المنخفض للغاية، بالتحكم عن بعد في السيارات، والجراحة عن بعد، والمصانع المؤتمتة بالكامل، والألعاب السحابية. لكن، كما يوضح الخبير، فإن الواقع أكثر تعقيدا. – السيارات ذاتية القيادة بالكامل لا تحتاج إلى الإنترنت، لكن الطيارين الآليين الحديثين يستخدمون جهاز تحكم عن بعد وأجهزة كمبيوتر خارجية – مطلوب هنا، على سبيل المثال، اختبار اتصال يبلغ حوالي 1 مللي ثانية، من أجل الفرامل في الوقت المناسب. الجراحة عن بعد ممكنة من الناحية الفنية، ولكنها مثيرة للجدل – فالتدريب الجماعي للجراحين أكثر موثوقية، خاصة أثناء الكوارث، عندما يكون هناك غياب لأي اتصال. ستتلقى المصانع الروبوتية، ما يسمى بالصناعة 4.0، اتصالات لاسلكية دون تأخير، مما سيسمح بإعادة هيكلة مرنة للإنتاج – توفر 5G هذه الفرصة حيث يكون وضع الألياف الضوئية مستحيلًا أو مكلفًا، كما يشير عالم PNIPU. وكما يواصل دانييل كوروشين، فإن أحد الأمثلة المهمة عمليًا هو “الاقتران الإلكتروني” للشاحنات: الأول يحدد السرعة والاتجاه، والباقي يقود على مسافة لا تقل عن مسافة، مع التسارع والكبح في نفس الوقت. وهذا يوفر الوقود ويخفف الازدحام على الطرق. يوفر معيار 5G NR-V2X (مركبة راديو جديدة لكل شيء) الخاص اتصالاً مباشرًا من آلة إلى مركبة مع زمن وصول منخفض – وهو أمر لا تستطيع شبكة 4G توفيره. هل سيلاحظ الشخص العادي الفرق؟ من ناحية، وفقا للعالم، تظهر البرامج المتخصصة لقياس أداء الشبكة تحسينات ملحوظة، من ناحية أخرى، في الحياة الحقيقية، كل شيء ليس واضحا للغاية. قد لا يشعر المستخدمون العاديون بفارق كبير في أنشطتهم اليومية – عند مشاهدة الشبكات الاجتماعية واستضافة الفيديو والمراسلة الفورية وعند الدفع بابتسامة. “ومع ذلك، هناك حالات تصبح فيها فوائد 5G واضحة. على سبيل المثال، يصل حجم الملفات الثقيلة – تحديثات البرامج أو الألعاب أو أنظمة التشغيل – إلى عشرات الجيجابايت. عادةً ما يستغرق تنزيلها ساعات، لكن الجيل الجديد من الشبكة يمكنه التعامل معها في دقائق. سيكون الفرق ملحوظًا أيضًا عند لعب ألعاب التصويب من الهاتف أو استخدام نظارات الواقع الافتراضي، حيث تتطلب السرعة العالية واستقرار الاتصال. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون 5G خيارًا أكثر موثوقية لأولئك الذين يتواجدون وسط حشد كبير – على يقول عالم PNIPU، حيث غالبًا ما تكون شبكة 4G مثقلة وغير مستقرة، أين يتم استخدام 5G بالفعل في روسيا؟ حاليًا، يعد تطوير شبكات الجيل الخامس إحدى أولويات العديد من البلدان حول العالم. “في سانت بطرسبرغ – ساحة القصر، وجازبروم أرينا، وإكسبوفوروم، وكرونشتادت. وفي كازان – كاماز وإنوبوليس، وكذلك في مدن مثل يكاترينبرج وتومسك ونوفوسيبيرسك”. بطبيعة الحال، كما يستنتج عالم بيرم بوليتكنيك دانييل كوروشين، فإن التطورات النشطة في مجال الاتصالات جارية حاليا، ويمكن القول أن الحد المادي لم يتم الوصول إليه بعد – على الأقل، تنتظرنا اختراقات جديدة في العقدين المقبلين. ومع ذلك، بالنسبة للمستخدم العادي، فإن الشيء الرئيسي هو بالفعل اليوم: توفر 5G زيادة ملحوظة في السرعة عند تنزيل الملفات الكبيرة وفي الألعاب وفي الأماكن المزدحمة، مما يفتح فرصًا جديدة للاستخدام المريح للإنترنت عبر الهاتف المحمول.