ويتسارع السباق العالمي نحو الجيل السادس (المجموعة السادسة) من المعايير اللاسلكية، ففي حين أن 5G لا تزال تتطور وتنضج، فإن مختبرات البحوث وهيئات التوحيد القياسي والقنصل الصناعي تلتقي بالفعل على رؤية لـ 6G، مع هدف أولي للتسويق نحو 2030.

The Spectral Frontier: Taming the Terahertz Gap

أكبر تحول تقني من 5G إلى 6G هو تواتر التشغيل، ولتحقيق معدلات الذروة المستهدفة لـ 200 غمبري إلى 1 تيبس، فإن النطاق الترددي المتاح في إطار القطاع الفرعي 7 GHz وحتى في إطار الموجات المميتة غير كاف.

الامتصاص في الغلاف الجوي وفقدان المسار

وفي ارتفاعات تزيد عن 100 غيهرتز، يتغير سلوك القناة الإذاعية تغيراً جذرياً، إذ أن مستويات فقدان المسارات في الفضاء الحر مع مربع التردد، مما يعني أن هناك 300 جيهرتز قد فقدت تقريباً 30 درناً من الرابط 10 جيهرتز على نفس المنوال، وأن ارتفاع متوسط الاستهلاك الجزيئي، ولا سيما من الأكسجين والبخار المائي، قد يخلق حداً كبيراً من حيث سرعة الارتداد (Gx183).

Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS)

للتغلب على تحديات انتشار فرقة التكسس، يجب أن تصبح الشبكة نفسها جزءاً نشطاً من بيئة النشر، كما أن هناك مجموعة من العناصر التي لا يمكن التحكم فيها، والتي تُعرف أيضاً باسم " واجهات الإنفلسترينج " ، وهي واحدة من أكثر التكنولوجيات واعدة في مجال المبيد الطبيعي بالنسبة لـ 6G.

التأشيرات المسبقة وحزمة الأنتينا في

في الترددات الفرعية، يتقلص الموجات إلى بضعة مليمترات، مما يسمح للمهندسين بتعبئة آلاف العناصر الهوائية إلى صفيحة من الرقائق، مما يتيح استخدام الحزمة الكهربائية الضيقة للغاية، وتتطور المنظمة إلى "محرك متعدد المعادن المكثف" غير أن تنفيذ هذه الصفوف يتطلب دمجاً صارماً في القاع المدمجة للترددات المشعة، وتقنيات الوصل الأساسية.

Overcoming the Energy Paradox

وربما يكون أكثر التحديات صعوبة بالنسبة لـ 6G هو استهلاك الطاقة، فجميع الأجيال اللاسلكية استهلكت طاقة أكبر من سابقيها بسبب ارتفاع معدلات البيانات وزيادة التجهيزات المعقدة. بيد أن 6 زاي تواجه حدودا صلبة: فالشبكة يجب أن تكون أكثر كفاءة من 5 جي بنسبة 10 إلى 100 مرة إذا أريد نشرها على نحو مستدام، وهذا هو مفارقة الطاقة، وتتطلب الإشارات في نطاق النطاق الفرعي وجود هياكل رقمية ضخمة من حيث الاستهلاك والارتفاع.

Native AI for Network Energy Optimization

والحل يكمن في تصميم الشبكة لتكون من مصادر الطاقة من الأرض، وهذا لا يعني مجرد إضافة أي إل إلى العمليات وطبقة الإدارة؛ بل يعني دمج المعلومات الاستخباراتية في كل مجموعة من مجموعات البروتوكولات.

صفر - الطاقة المتولدة من اليوت وجني الطاقة

6G envisions deploying trillions of sensors across intelligence cities, agriculture, and biology - It is impossible to power these sensors with batteries. The engineering community is converging on the concept of zero-energy IoT, where devices harvest energy from the environment. This includes ambient radio frequency energy, thermal energy, solar energy, and kinetic harvesters

هياكل الوصول الحرّة والموزعة

وتعتمد الشبكات الخلوية التقليدية على حدود الزنزانات الصلبة وعلى تسليمها. وتقود الشبكة نحو هياكل خالية من الخلايا، حيث تتعاون مجموعة كبيرة من نقاط الدخول الموزعة لخدمة مستخدم واحد، مما يزيل مشاكل التدخل في الحواف الخلوية، ولأن نقاط الدخول يمكن أن تكون أبسط، ووحدات ذات قوة أقل يسيطر عليها المعالج المركزي، يمكن للشبكة أن تخصص بصورة دينامية موارد دون زيادة عدد الزوايا الكثيفة من المتزامنات الكلية.

دور الاستخبارات الفنية كمركز محلي

وفي الأجيال السابقة، كانت المنظمة أداة رئيسية لتحقيق الاستخدام الأمثل للشبكة، وفي 6 زاي، يجري تصميمها بوصفها جزءا أساسيا من الوصلات البينية للشبكة الجوية وهيكل الشبكة، والهدف هو الاستعاضة عن الخوارزميات القائمة على النموذج الالرياضي بنُهج تستند إلى البيانات وتستند إلى التعلم ويمكن أن تتكيف مع السلوك المعقد وغير الخطي للقناة الفرعية، غير أن إدماج سيناريو التوزيع المحلي في مختلف التحديات الهندسية.

AI for the Physical Layer

إنّه يُمكن أن يُظهروا أنّ الـ "إب" يُمكن أن يُظهروا أنّه يُمكن أن يُمكن أن يُظهروا أنّهُم مُحتسبون في الـ "إتش بي" أن يُمكن أن يُمكن أن يُظهروا أنّهم مُتَنَجَهُمَةٌ مُتَخَوَّلةٌ إلى مُسَلَلَةٍ.

الاتصالات المستقلة والموجهة نحو الأهداف

وبدلاً من نقل القطع الخام، تستخرج الشبكة معنى البيانات وترسل فقط المعلومات الاصطناعية ذات الصلة، مثلاً، تيار فيديو من كاميرات المراقبة يمكن أن يُخفض إلى وصف للنشاط، وجهاز الاستقبال الخاص بجهاز الاستخبارات الدولي يُعيد توليد الخبرة ذات الصلة، ويمكن لهذا النهج أن يُضفي عليه ضغطاً جذرياً، ويُحد من النماذج المتزامنة والجديدة المطلوبة.

الرصد والاتصال المتكاملان

6G will unify two currently separate functions: communication and radioensing and Communication (ISAC) By operating at high frequencies with massive antenna arrays, a 6G base station can function as a high-resolution radio, capable of imaging the environment, detecting objects, and localference users with centimeter-level precision.

الأمن والخصوصية والثقة في شبكة موزعة

ومع تزايد اللامركزية في الشبكة، واتباعها في مبادرة " آي " ، وقدرة على استشعار التفاصيل المادية المحسنة، تصبح المشهد الأمني والثقي أكثر تعقيدا بكثير، ولا تكفي النماذج الأمنية التقليدية القائمة على المحيط.

التشفير بعد الكوانت

ويقترب الخطر الكمي من سرعة استخدام الخوارزميات المسماة " بي دي " ، وكثير من أجهزة الترميز التي تستخدم اليوم، مثل " RSA " و " ECC " ، بواسطة حاسوب كمي قوي بما فيه الكفاية، ويجري وضع المعايير الـ 6 G في عصر يكون فيه هذا التهديد وشيكا، وقد اختار المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بالفعل عدة بروتوكولات للتصنيف بعد الكبريت.

السلامة البدنية للمرضى وتهيئة بيئة تنفيذ مؤمنة

كما أن ثراء الإشارة من مجموعة الـ 6 زاي يوفر أدوات أمنية جديدة، حيث يمكن للشبكة من الكشف عن الهجمات التي تُشن بربط إشارة الاتصال بالموقع المادي للمرسل، وإذا كان الجهاز يدعي هوية ولكنه موجود في مكان مادي مختلف عما كان متوقعا، يمكن للشبكة أن تعتبرها تهديدا، وعلاوة على ذلك، فإن نماذج البرمجيات التي تتحكم في الشبكة يجب أن تُستخدم في أجهزة مأمونة.

The Standardization Landscape: From Vision to Reality

وينظم الانتقال من البحث إلى المعيار العالمي هيئتان رئيسيتان: الاتحاد الدولي للاتصالات ومشروع شراكة الجيل الثالث (GPP)، وتضع رؤية الاتحاد الدولي للاتصالات بشأن المبادرة الدولية للرصد والتقييم - 2030، التي صدرت في تشرين الثاني/نوفمبر 2023، أهدافاً للأداء لـ 6G، بما في ذلك 200 من معدلات الذروة في البيانات و 0.1 متراً من أجل الطوارئ.

تخصيص المياه بالمناطق والمصالح الوطنية

فالبلدان المختلفة لها أولويات مختلفة من حيث الطيف، فعلى سبيل المثال، يجري نقاش سريع في النطاق الأعلى للشبكة المتوسطة (7-24 GHz) على الصعيد العالمي، مع وجود اختلافات كبيرة بين الولايات المتحدة وأوروبا وآسيا، وقد وضع المؤتمر العالمي للاتصالات اللاسلكية لعام 2023 مؤخرا جدول أعمال لدراسة نطاق الترددات 7-24 GHz للاستخدام المتنقل، ولكن القرارات أبعد من النهائي.

الخلاصة: هندسة مستقبل مستدام للسايبر والفيزياء

إن التحديات التي يواجهها مهندسو الفئة الفنية الستة هي من بين أكثرها تعقيدا في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية، وهي تشمل الفيزياء الأساسية، من الخسارة الكبيرة في قناة تيرارتز؛ إلى البنى، من التصميم الصناعي إلى الشبكات الخالية من الخلايا؛ وإلى التهديدات القائمة، من التشفير الكمي إلى استدامة الطاقة، ومع ذلك، فإن التقدم ملموس، وتنتقل أوجه الخلية الذكية القابلة للتداول من التجارب الميدانية.

ولن يقاس نجاح مجموعة الـ 6 زاي بالسرعة القصوى فحسب، بل سيقاس بمدى فعالية هذا النجاح في إيجاد عالم مستدام وثقي وذكي فيزيائي سيبرني، فالمهندسون لا يبنون فقط جهازا لاسلكيا أسرع؛ بل يقومون بهندسة النظام العصبي في العصر القادم للتفاعل بين البشر والآلات، وستحدد الحلول التي يجري وضعها اليوم الهياكل الأساسية التي تدعم كل شيء من العمليات الجراحية النائية إلى الصناعة المستقلة والاستشعار البيئي الثابت.