ما هي شبكة الجيل السابع 7G؟ شرح التقنية والسرعة والجدول الزمني

لقد انتهت صناعة الاتصالات اللاسلكية بالكاد من نشر 5G، ومع ذلك يقوم الباحثون وهيئات المعايير بالفعل برسم الجيل الذي سيتبع 6G. المفهوم المعروف الآن باسم 7G ليس منتجاً أو معياراً أو حتى برنامج بحثي له اسم ثابت — ولكنه يمثل مجموعة متماسكة من الأفكار حول ما يجب أن يصبح عليه الاتصال اللاسلكي بحلول أواخر الثلاثينيات وأوائل الأربعينيات من هذا القرن.

يشرح هذا المقال ما هي تلك الأفكار، ولماذا هي مهمة، وما هي العقبات التقنية والاقتصادية التي تقف بيننا وبين عالم يكون فيه 7G حقيقة. لمعرفة السياق حول الجيل السابق، راجع دليلنا الشامل حول ما ستقدمه شبكات 6G.

تعريف "G" في 7G

تم تعريف كل جيل من تقنيات الاتصال اللاسلكي بشكل أساسي من خلال قفزة في معدل البيانات القصوى ونموذج جديد لكيفية عمل الوصول الراديوي. 1G كان صوتياً تناظرياً. 2G قام برقمنته. 3G أضاف بيانات الحزم. 4G LTE استبدل تبديل الدوائر بهندسة IP كاملة. 5G قدم أهداف زمن استجابة أقل من الميلي ثانية، وتقنية MIMO الضخمة، وتقسيم الشبكة. 6G، المتوقع حوالي عام 2030، سيضيف واجهات هوائية أصلية بالذكاء الاصطناعي وطيف THz كمكمل للموجات المليمترية.

7G يمثل الانقطاع التالي. بدلاً من التحسينات التدريجية لهندسة 6G، يتصور معظم الباحثين 7G كنظام يدمج بالكامل الاتصال المساعد كمياً، والراديو الهولوغرافي، والشبكات الأصلية للإدراك — حيث تتعلم الشبكة نفسها وتتنبأ وتعيد التكوين دون تدخل بشري.

يُعرَّف كل جيل لاسلكي بتحول جذري: من المتوقع أن يدمج 7G بالكامل الاتصال المساعد كمياً والراديو الهولوغرافي والشبكات الأصلية للإدراك، متجاوزاً نهج 6G المعزز بالذكاء الاصطناعي.

السرعة المتوقعة: أكثر من 10 Tbps

نمت أهداف معدل البيانات القصوى لكل جيل بحوالي 10 أضعاف في كل عقد. وصل 4G إلى ذروة ~1 Gbps. و5G إلى 20 Gbps. تصل أهداف 6G إلى 1 Tbps. بالاستقراء — ومع مراعاة التطورات في التعديل وتصميم الهوائيات والطيف — من المتوقع على نطاق واسع أن تتجاوز معدلات 7G القصوى 10 تيرابت في الثانية (Tbps).

لوضع هذا في المنظور الصحيح: 10 Tbps سيسمح لك بتحميل المحتوى الكامل لمكتبة Netflix الحالية في حوالي ثانيتين. وبشكل أكثر عملية، يمكّن من البث المجسم غير المضغوط، والعرض في الوقت الفعلي للتوائم الرقمية على نطاق المدينة، وزمن استجابة الاتصال أقل من 10 ميكروثانية — وهو كافٍ للجراحة عن بُعد أو تطبيقات الإنترنت اللمسي حيث يتم نقل اللمس الفيزيائي عبر الشبكة.

هذه ذرى نظرية. ستكون الإنتاجية الواقعية للمستخدم جزءًا من هذا، تمامًا كما أن سقف 5G البالغ 20 Gbps نادرًا ما يظهر على هاتفك. لكن المعدلات القصوى تقود الطموحات الهندسية التي تحدد ما هو ممكن في حافة منطقة التغطية. لتحليل مفصل، راجع مقالنا عن سرعات 7G المتوقعة.

يستهدف 7G معدلات بيانات قصوى تتجاوز 10 Tbps — أسرع بنحو 500 مرة من 5G البالغ 20 Gbps و10 أضعاف هدف 6G البالغ 1 Tbps — مما يمكّن البث الهولوغرافي غير المضغوط وزمن استجابة أقل من 10 ميكروثانية.

نطاقات التردد: إلى Terahertz

أكبر عامل مُمكِّن للسرعات المتوقعة لـ 7G هو الطيف. مع ازدحام نطاقات التردد المنخفضة، دفع كل جيل متتالٍ إلى ترددات أعلى حيث تتوفر عروض نطاق قنوات أوسع. يستخدم 5G نطاقات mmWave تصل إلى 28 GHz و 39 GHz. سيدفع 6G إلى نطاق 100-300 GHz. من المتوقع أن يعمل 7G في نطاق terahertz (THz) — تقريباً من 0.3 THz إلى 10 THz.

يوفر طيف Terahertz عرض نطاق هائل — مئات من gigahertz لكل قناة محتملة — لكنه يأتي مع تحديات انتشار شديدة:

• الامتصاص الجوي: بخار الماء والأكسجين يمتصان موجات THz بقوة، مما يحد من المدى إلى عشرات الأمتار في الهواء الطلق.
• فقدان الاختراق: إشارات THz لا يمكنها اختراق الجدران أو الزجاج أو أجسام البشر. كل عائق هو حدود صلبة.
• فيزياء الجهاز: توليد إشارات THz فعالة يتطلب ترانزستورات تعمل بسرعات تدفع حدود تكنولوجيا أشباه الموصلات الحالية (InP HEMTs، GaN HEMTs، الأجهزة القائمة على الجرافين).

هذه القيود تعني أن روابط THz ستعمل كاتصالات محلية فائقة السرعة — داخل المباني، في مراكز البيانات، للتواصل بين الأجهزة — بدلاً من استبدال الشبكة الخلوية واسعة المنطقة. من المحتمل أن تكون بنية 7G غير متجانسة للغاية: نسيج كثيف من خلايا THz الصغيرة مُطبَّق على طبقة 6G الكبيرة، والتي تقع بدورها فوق شبكة 5G المرساة. لمزيد من السياق التقني، راجع مقالنا عن تقنية اتصالات Terahertz.

سيعمل 7G في نطاق terahertz (0.3–10 THz)، مقدماً مئات الـ GHz لكل قناة لكنه محدود بمدى عشرات الأمتار في الخارج بسبب الامتصاص الجوي، وفقاً لأبحاث IEEE THz Interest Group.

التقنيات التمكينية الرئيسية

شبكات الوصول الراديوي الأصلية بالذكاء الاصطناعي (RAN)

في 5G و 6G، يُضاف الذكاء الاصطناعي فوق بروتوكولات الراديو التقليدية — يُستخدم للتحسين وكشف الشذوذ والتنبؤ بحركة المرور. في 7G، التوقع هو أن يصبح الذكاء الاصطناعي أصيلاً في واجهة الهواء نفسها. تقدير القناة وتشكيل الحزمة وتخصيص الموارد وإدارة التداخل ستتم معالجتها جميعاً بواسطة الشبكات العصبية التي تعمل في الوقت الفعلي على أجهزة الراديو، متكيفة مع الظروف التي لم تُصمم أي خوارزمية كلاسيكية لتوقعها.

هذا يتطلب كلاً من رقائق الاستنتاج المتخصصة بالذكاء الاصطناعي في المحطة الأساسية (وفي النهاية في الجهاز) ونماذج تدريب جديدة يمكنها العمل بأوقات استجابة أقل من الميلي ثانية التي يتطلبها الراديو.

MIMO الهولوغرافي

MIMO الضخم في 5G يستخدم مصفوفات من 64 إلى 256 هوائي لتعدد الإرسال المكاني للإشارات عبر المستخدمين. 7G يتصور MIMO هولوغرافي — فتحات هوائي مستمرة، قد تغطي أسطح كاملة من المباني أو المركبات، يمكنها توجيه الحزم بدقة أقل من الطول الموجي وحل البنية المكانية ثلاثية الأبعاد للبيئة الراديوية. هذا يُسمى أحياناً السطح الهولوغرافي القابل لإعادة التكوين (RHS) ويختلف عن الأسطح الذكية القابلة لإعادة التكوين (RIS، المتوقعة في 6G) بكونه عنصر إرسال/استقبال نشط بدلاً من عاكس سلبي.

تكامل الاتصالات الكمية

توزيع المفاتيح الكمية (QKD) والقنوات المؤمنة كمياً من المتوقع أن تصبح جزءاً من هندسة أمان 7G. الشبكات الكمية لا يمكن التنصت عليها دون اكتشاف — خاصية مهمة للغاية حيث يحصل الخصوم على إمكانية الوصول لأجهزة الكمبيوتر الكمية القادرة على كسر التشفير الحالي. التكامل ليس شبكات كمية كاملة (التي تبقى بعيدة المنال) بل هندسة هجينة حيث توفر الروابط الكمية مواد المفاتيح والتحقق للقنوات الراديوية الكلاسيكية.

الاتصالات الدلالية والموجهة بالأهداف

إحدى الأفكار الأكثر جذرية في بحوث 7G هي الاتصال الدلالي: بدلاً من إرسال البتات الخام، تُرسل الشبكة المعنى. بدلاً من إرسال كل بكسل من إطار الفيديو، يُرسل المرسل تمثيلاً دلالياً مضغوطاً — "شخص يمشي نحو الباب بسرعة 1.2 متر/ثانية" — ويعيد المستقبل بناءه. هذا يتطلب نماذج ذكاء اصطناعي مشتركة في كلا الطرفين ويقلل بشكل كبير من البتات في الثانية المطلوبة للعديد من التطبيقات.

تكامل الأقمار الصناعية والأرضية

الشبكات غير الأرضية (NTN) — أقمار LEO و MEO و GEO، بالإضافة إلى محطات المنصات عالية الارتفاع (HAPs) — يتم دمجها في معايير 5G بالفعل. بحلول 7G، التوقع هو أن تصبح الحدود بين الأرضي وغير الأرضي غير مرئية للمستخدم. ينتقل الجهاز بسلاسة بين خلية صغيرة داخلية THz ومحطة أساسية كبرى 6G وتسليم قمر صناعي LEO دون أي انقطاع في طبقة التطبيق.

تشمل التقنيات التمكينية لـ 7G: RAN الأصلي بالذكاء الاصطناعي، وMIMO الهولوغرافي بفتحات هوائي مستمرة، وتوزيع المفاتيح الكمية للأمان، والاتصالات الدلالية، والتكامل السلس بين الأقمار الصناعية والشبكات الأرضية بناءً على عمل 3GPP Release 17 NTN.

كيف تختلف 7G عن 6G

6G و 7G ليستا مجرد المزيد من نفس الشيء. الاختلافات هي معمارية:

• 6G تضيف الذكاء الاصطناعي كأداة فوق البروتوكولات المعروفة. 7G تجعل الذكاء الاصطناعي هو البروتوكول نفسه.
• 6G تمتد إلى sub-THz (100–300 GHz). 7G تعمل في THz الحقيقي (0.3–10 THz).
• 6G تحسن الأمان التقليدي. 7G تدمج القنوات المؤمنة كمياً.
• 6G تنقل البتات بكفاءة. 7G تنقل المعنى.
• 6G تستهدف ذروة 1 Tbps. 7G تستهدف ذروة 10+ Tbps.

للمقارنة الشاملة جنباً إلى جنب، راجع مقارنة 6G مقابل 7G.

الفروق المعمارية الرئيسية بين 6G و7G: تستخدم 6G الذكاء الاصطناعي كأداة فوق بروتوكولات معروفة بينما تجعل 7G الذكاء الاصطناعي هو البروتوكول نفسه؛ تعمل 6G في sub-THz بينما تستخدم 7G طيف THz الحقيقي؛ وتضيف 7G قنوات مؤمنة كمياً واتصالات دلالية.

الجدول الزمني: متى نتوقع 7G

عادة ما يستغرق ITU-R من 10 إلى 12 عامًا من البحث الأولي إلى معيار مصدق عليه. تم توحيد معايير 4G في عام 2010، ونشرت على نطاق واسع بحلول 2013-2015. تم الانتهاء من معايير 5G في عام 2019، مع تغطية ذات مغزى بحلول 2021-2023. توحيد معايير 6G جاري حاليًا مع IMT-2030، مستهدفًا النشر التجاري حوالي عام 2030.

باتباع نفس الإيقاع، ستبدأ أعمال توحيد معايير 7G بجدية حوالي عام 2035، مع عمليات النشر الأولى في 2038-2042. عدة دول - كوريا الجنوبية واليابان والصين - نشرت بالفعل خرائط طريق وطنية تذكر 7G كأفق لعام 2040.

هناك، مع ذلك، تحذير مهم: قد لا تستخدم الصناعة تسمية "7G". مع امتداد نافذة إصدار كل جيل، تؤدي الإصدارات الوسطية (5G Advanced، 6G Advanced) إلى طمس الحدود. ما يتم شحنه في النهاية كـ "الجيل الذي يأتي بعد 6G" قد يُطلق عليه شيء آخر تمامًا، حتى لو كان يحتوي على جميع العناصر الموصوفة هنا.

المشهد البحثي الحالي

البحث النشط في 7G جارٍ في Samsung Advanced Institute of Technology، ومختبرات أبحاث NTT Docomo، ومركز أبحاث Ericsson في Silicon Valley، وجامعات أوروبية متعددة تحت تمويل Horizon Europe. مشروع الاتحاد الأوروبي Hexa-X II (2023–2025) يربط صراحة بين مفاهيم 6G و7G. قامت IITP في كوريا الجنوبية بتمويل أبحاث أجهزة الإرسال والاستقبال THz التي تستهدف حالات استخدام 7G منذ عام 2022.

لم تفتح أي هيئة معايير رسمية مجموعة عمل 7G — ومن المتوقع ألا يحدث ذلك قبل 2031–2033، بعد اكتمال توحيد معايير 6G. لكن الاستثمار البحثي الآن سيحدد ما هو ممكن تقنياً عندما تبدأ تلك المناقشات.

من المتوقع أن يبدأ توحيد 7G حوالي 2033–2035، مع نشر تجاري في 2038–2042، وفقاً لدورة ITU التاريخية البالغة 10–12 عاماً لكل جيل. نشرت كوريا الجنوبية واليابان والصين خرائط طريق وطنية تستهدف 7G بحلول 2040.

ما يعنيه هذا للصناعة

بالنسبة لمشغلي الاتصالات، 7G هو أفق تخطيطي وليس قرار استثماري. فهم هندسته المعمارية اليوم يوجه استراتيجية الطيف (تأمين تخصيصات THz قبل أن تصبح محل منافسة)، والاستثمار في البنية التحتية (نشر ألياف كثيفة بما فيه الكفاية لدعم خلايا THz الصغيرة)، واختيار الشركاء (أي شركات أشباه الموصلات والذكاء الاصطناعي لبناء علاقات معها).

بالنسبة للمستثمرين، النافذة الزمنية ذات الصلة هي 2028–2035 — الفترة التي ستحتاج فيها التقنيات الممكنة لـ 7G إلى تمويل واسع النطاق. الشركات الناشئة لأشباه موصلات THz، وشركات برمجيات RAN الأصلية للذكاء الاصطناعي، وموردي أجهزة الشبكات الكمية هي القطاعات التي يجب مراقبتها.

الخلاصة

7G ليس منتجاً ستشتريه في العقد القادم. إنه رؤية هندسية — مجموعة من الرهانات التقنية المنسقة حول ما يجب أن تصبح عليه الاتصالات اللاسلكية لدعم تطبيقات الأربعينيات من القرن الحالي. الرهانات الأساسية هي: طيف terahertz سيصبح قابلاً للاستخدام على نطاق واسع، الذكاء الاصطناعي سينتقل من كونه أداة إلى كونه أساساً، الأمان الكمي سيصبح عملياً، والشبكة ستنقل المعنى وليس فقط البتات.

ما إذا كانت هذه الرهانات ستؤتي ثمارها يعتمد على فيزياء أشباه الموصلات، وسياسات المعايير، وتنظيم الطيف، واقتصاديات نشر 6G. لكن البحث جدي، والتمويل حقيقي، والمسار متسق مع كل انتقال للأجيال السابقة. 7G سيصل — على الأرجح في الموعد المحدد، وعلى الأرجح تحت اسم مختلف قليلاً، وبالتأكيد أغلى في البناء مما يقدر أي شخص حالياً.

المصادر

1. معهد Samsung المتقدم للتكنولوجيا — أوراق رؤية 6G/7G وأبحاث أجهزة إرسال واستقبال THz
2. إطار عمل ITU-R IMT-2030 — أهداف الأداء الأساسية التي تُستقرأ منها توقعات 7G
3. خارطة طريق معايير 3GPP — الجدول الزمني لتوحيد الأجيال اللاسلكية ومواصفات NTN
4. Hexa-X II (Horizon Europe) — بحث الاتحاد الأوروبي الذي يربط مفاهيم 6G و7G
5. Japan Beyond 5G Promotion Consortium — خارطة طريق اليابان الوطنية لتقنيات ما بعد 5G و7G
6. IEEE Terahertz Interest Group — أبحاث طيف THz ودراسات الانتشار
7. NIST Post-Quantum Cryptography — معايير التشفير الآمن كمياً ذات الصلة ببنية أمان 7G