استكشاف فرق التردد المستخدمة في شبكات الاتصال اللاسلكية

إن شبكات الاتصال اللاسلكية هي الشرايين غير المرئية للاقتصاد الحديث، التي تحمل تريليونات من أجزاء البيانات كل ثانية، ومن سيارة متصلة تبث خريطة عالية التعريف إلى جهاز استشعار ذكي للمصانع يبلغ عن اليقظة على المستوى الثاني، فإن كل وصلة سلكية واحدة تعتمد على شريحة من الطيف الكهرومغناطيسي، وهي مجموعة من الترددات التي تستخدم لتحديد كل شيء تقريباً عن أداء شبكة من المباني،

المؤسسات المادية للمتكررين

وقبل التخلّص من مجموعات محددة، من الضروري فهم الفيزياء الأساسية التي تحكم كيفية تصرف الأمواج الإذاعية في ترددات مختلفة، والعلاقة الأساسية بسيطة: مع زيادة التردد، وانخفاض الموجات، وهذه الحقيقة الوحيدة تدفع كل مبادلات في تصميم الشبكات اللاسلكية.

Propagation and Path Loss

وتعاني موجات الترددات المنخفضة (دون 1 غ هرتز) من ارتفاع موجات الموجات، مما يسمح لها بنشر العقبات مثل المباني والتلال والأشجار، كما أنها تعاني من فقدان في المسارات الفضائية الحرة على مسافة أقل بكثير، مما يجعل من الأفضليات المنخفضة النطاق لتوفير تغطية جغرافية واسعة النطاق في المناطق الريفية والتغلغل في الأماكن العميقة في البيئات الحضرية، وعلى النقيض من ذلك، فإن موجات الغولف العالية (تتتراوح بين 24).

حجم و بيمويدث

فالعلاقة بين حجم الموجات وحجم الأنتينا معكوسة، إذ أن نصف الموجات من الأنينا لجهاز ضخ نصف ميغاهيرتز تبلغ طوله نحو 20 سنتيمتراً، وأن نصف الموجات من أجل إشارة إلى 28 جيهرتز لا تتجاوز حوالي 5 ملليمترات، وهذا الواقع المادي هو لعنة ومباركة، وفي حين أن ارتفاع الترددات يتطلب تصنيعاً أدق، فإن حجم الأنتيلامي الصغير يسمح

باندويث

وتتجه الشبكات إلى ارتفاع الترددات إلى النطاق الترددي، حيث تزدحم الأجزاء الأدنى من الطيف بالخدمات القائمة مثل البث التلفزيوني، والإذاعة العامة للسلامة، والخلية القديمة، وتُعد القطع المترابطة من الطيف صغيرة، وتتوفر قنوات متشابكة أكبر، بينما يمكن أن يكون عدد الناقلات ذات النطاق الترددي المتوسط البالغ 4G LTE 20 ميغاهيرتز، وناقل يبلغ طوله 800 جيني في نطاق الترددات المتوسطة.

الهيكل التنظيمي العالمي للمناطق

ويعد سبيكتروم مورداً عاماً محدوداً، وينظم استخدامه إطار تنظيمي دولي ووطني معقد، ويمنع هذا الإطار التدخل ويكفل الوصول العادل ويدر إيرادات عامة كبيرة من خلال المزادات.

الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية

وعلى الصعيد العالمي، يقوم الاتحاد الدولي للاتصالات بتنسيق تخصيص الطيف من خلال قطاع الاتصالات اللاسلكية التابع له، ويعقد الاتحاد مؤتمرات عالمية للاتصالات اللاسلكية كل ثلاث أو أربع سنوات، حيث تتفاوض الدول الأعضاء بشأن النطاق الترددي الذي ستخصصه أجهزة الترددات لخدمات محددة، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية الدولية المتنقلة، والخدمات الساتلية الثابتة، أو البث الإذاعي، وقد حددت القرارات التي اتخذتها الهيئة في مركز العمليات العالمية لتوحيد المقاييس رقم 23/6.

الهيئات التنظيمية الوطنية والوصايا

الهيئات الوطنية، مثل لجنة الاتصالات الاتحادية في الولايات المتحدة، وOofcom في المملكة المتحدة، وBundesnetzagentur في ألمانيا، تنفيذ مخصصات الاتحاد الدولي للاتصالات بمنح تراخيص للمشغلين، واستخدام آليات مختلفة، بما في ذلك المزاد الطيفية، لتخصيص حقوق الاستخدام الحصرية، وهذه المزادات هي أحداث استراتيجية، بروتوكولات هيئة المنافسة الاتحادية 97 (مزاد المبيعات البالغ عددها 700 مليون) ورقم 105 (المزاد التنافسي 3-5)

دور مشروع شراكة الجيل الثالث

وفي حين يحدد القائمون على التنظيم الترددات التي يمكن استخدامها، فإن مشروع شراكة الجيل الثالث يوحد تماماً كيفية استخدامها. وتحدد مواصفات المجموعة الترددية المحددة رقم 17 (مثلاً، مجموعة المواد الكيميائية (BBBN7) التي تستخدمها شركة SB) (SBG) (S.B.D) (S.B.N.) (الشبكة البرمجية المضغوطة التي تستخدمها أجهزة الإطلاق)

"ملاحة "سبيكتروم "تفصيلة من قبل "باند

فالشبكات اللاسلكية الحديثة غير متجانسة، بمعنى أنها تحجب التغطية المشتركة عبر نطاقات الترددات المتعددة في وقت واحد، وقد يستخدم جهاز واحد النطاق المنخفض للإشارة والمراقبة، والمتوسط النطاق للقفزات الموثوقة، والشبكة العالية لتفجيرات السرعة القصوى، ويكتسي فهم الأدوار المتميزة لكل فرقة أهمية حاسمة.

L-Band Spectrum: The Coverage Layer

ويشير الطيف ذو النطاق المنخفض عادة إلى ترددات تقل عن 1 جيهرتز، وهذا هو أساس التغطية الخلوية الواسعة النطاق، وهو يوفر الإشارة التي تصل إلى المباني وعبر مئات الأميال المربعة من التضاريس الريفية.

Key Bands:] 600 MHz (Band 71/n71), 700 MHz (Band 12/13/n28), 850 MHz (Band 5/n5), 900 MHz (Band 8).
Characteristics:] excellent propagation, good building penetration, wide coverage area per tower. The trade-off is limited bandwidth and lower top data rates, typically offering single-channel bandwidths of 5-20 MHz. A 5G carrier on 600 MHz might only deliver 100-200 Mbps top connection, but it can maintain distance
Strategic Importance:] Low-band is essential for meeting 5G coverage obligations and providing a reliable anchor layer for IoT devices that require long bat life and deep reach.
IoT and LPWA:] Technologies like LTE-M (Cat-M1) and NB-IoT are specifically designed to operate in low-band spectrum, enabling massive IoT deployments for intelligence agriculture, asset tracking, and utility metering. Unlicensed sub-GHz technologies like LoRaWAN and Sigfox also operate here.

متوسط الحجم: مجموعة العمل من 4G و 5G

وعادة ما يُسمى طيف النطاق المتوسط، الذي يمتد من 1 جيهرتز إلى 6 جيهرتز، بـ " بقعة الفول " ، وهو يوفر توازناً مقنعاً بين التغطية والقدرة، وهذا هو المكان الذي تركز فيه الغالبية العظمى من الاستثمار العالمي البالغ الصغر.

Key Bands:] 2.5 GHz (Band 41/n41), 3.5 GHz CBRS (Band 48/n48), C-Band (3.7-3.98 GHz, Band n77), 4.5 GHz (Band n79), and the 6 GHz Unlicensed Band.
Characteristics:] Offers significantly more bandwidth than low-band, with typical 5G NR carriers being 40-100 MHz wide. Propagation is reasonable, providing good urban and suburban coverage, but range is shorter than low-band, often covering 1-3 km from a tower.
(أ) في الولايات المتحدة، تشكل فرقة CBRS إطاراً فريداً من ثلاثة مستويات للتقاسم، ويُعد أعلى مستوى للمستعملين (الرادار البحري في معظم الأحيان) ويشمل المستوى الثاني رخص الوصول ذات الأولوية التي تُمنح للمشغلين، أما المستوى الثالث فهو متاح لأي شخص على أساس غير مرخص.
C-Band (3.7-3.98 GHz): ] This is the primary 5G capacity band in the US. The FCC raned it in 2021, raising over $80 billion. It allows operators to deploy 100 MHz of contiguous spectrum, deliver Gigabit-level speeds with strong coverage.
Unlicensed 6 GHz:] Wi-Fi 6E and the forthcoming Wi-Fi 7 operate in the 6 GHz band. This provides a massive amount of clean spectrum for high-speed indoor wireless networks, reducing congestion in the crowded 2.4 GHz and 5 GHz bands.

درجة عالية من المصل (المستودعات المتوسطة): محرك القدرة

ويمثل طيف موجة ميليميتر (النافذة) الذي يُعرَّف عادة على أنه ترددات بين 24 جيهرتز و100 جيهرتز تحولا جذريا في تصميم الشبكات، وهو يعطي الأولوية للقدرة على التغطية.

Key Bands:] 24 GHz (Band n258), 28 GHz (Band n257/n261), 39 GHz (Band n260), 47 GHz.
Characteristics:] Enormous bandwidth blocks (up to 800 MHz per carrier). Extreme top data rates (2-4 Gbps easily, with potential for 10+ Gbps) very short range (200-800 meters) and poor penetration.
Enabling Technologies:] MmWave requires advanced beamforming. Base stations and devices use progressive-array antennas to electronically steer narrow beams toward each other. This requires line-of-sight or near-line-of-sight conditions and sophisticated beam tracking algorithms to maintain connectivity when a user moves.
Use Cases:] Fixed Wireless Access (FWA) to replace fiber in dense urban areas, high-definition video streaming in stadiums, wireless backhaul, and enterprise campus connectivity. Operators like Verizon initially focused heavily on mmWave for 5G, while T-Mobile prioritized

The Frontier: Sub-Terahertz and Terahertz Bands

وتستهدف البحوث المتعلقة بالجيل السادس من السلك (السادس) بنشاط الترددات التي تزيد على 100 جيهرتز، وتنتقل إلى طيف الترس (THz) و(THz) وقد حددت لجنة التنسيق المعنية بالبحوث في المسائل المتعلقة بالبروتوكول الثاني والعشرين بنوداً من جدول أعمال لجنة التنسيق المعنية بالبحوث في حالة الطوارئ (WRC-27) لدراسة النطاقات التي تصل إلى 120 جيهرتز وما بعده.

Potential Bands:] 120 GHz, 140 GHz, 220 GHz, 340 GHz.
Characteristics:] Extremely high path loss and atmospheric absorption. These frequencies are almost exclusively limited to very short-range, line-of-sight links (meters, not kilometers).
Vision for 6G:] The goal is not just extreme data rates (targeting 100 Gbps to 1 Tbps) but also high-precisionens and imaging. These wavelengths are small enough to resolve fine details, enabling integratedens and communication (ISAC). This could transform applications like contactless vital sign monitoring, gesture mapping, and high-resolution systems.

التكنولوجيات الرئيسية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في استخدام المنجلات

فالطقوس الملكية غير كافية، ويجب على المشغلين أن ينشروا تكنولوجيات متطورة لضغط كل جزء من القدرات من أصولهم المرخصة وغير المرخصة.

بعثة الرصد المتعددة الجنسيات المتقدمة

وتستخدم المنظمة صفائف تضم 64 أو 128 أو حتى 256 عنصراً من عناصر الهوائيات في محطة القاعدة، ويمكن أن تشكل محطة القاعدة، من خلال تطبيق تحولات دقيقة إلى الإشارة في كل عنصر، حزماً ضيقة موجهة إلى مستخدمين محددين، وهذا المكان يركز على زيادة قوة الإشارة عند جهاز الاستقبال المقصود ويقلل من التدخل في الآخرين، ونتيجة لذلك، زيادة كبيرة في الكفاءة الطفيلية (تراوح بين الثانية لكل هكتار من الزنزانة الواحدة).

التجميع

ويتيح تجميع الناقلات جهازاً للاتصال في آن واحد باستخدام نطاقات الترددات المتعددة المستقلة، وقد يجمّع المشغل ناقلاً منخفض النطاق 5 ميغاهيرتز لتغطية ناقل متوسط النطاق 100 ميغاهرتز للقدرات، ويعامل الجهاز الطيف المشترك على أنه أنبوب واحد أكبر، ويمكن أن تجمّع عمليات التنفيذ المتطورة على نطاق الترددات المنخفضة والمتوسطة والعالية، وتسلّم السرعة النظرية على نطاق واسع.

وشبكة خدمات الدعم الميداني هي إحدى سمات البرامجيات التي تتيح لشبكة 4G LTE وشبكة من شبكة NR تعمل على نفس النطاق الترددي في وقت واحد، وتخصص دينامياً الموارد (الموعد الزمني المحدد) ل4G أو 5G، استناداً إلى الطلب في الوقت الحقيقي، وهذا أمر حاسم بالنسبة لعمليات بدء التشغيل المبكرة لخمسة آلاف على النطاقات المنخفضة والمتوسطة دون الحاجة إلى إعادة تصميم الطيف بعيداً عن نظام الأفضليات والصغيرة.

Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) and Sparse Code Multiple Access (SCMA)

وبالنسبة لـ 5G و 6G، ينظر الباحثون إلى ما هو أبعد من الوصول المتعدد الوسائط لشعبة الترددات الأرثية (OFDMA). ويتيح هذا النظام الوطني لمكافحة التقلبات النووية ونظام إدارة المواد الكيميائية للمستخدمين المتعددين تقاسم الوقت والموارد المتكررة باستخدام نظام التحكم في الطاقة أو تعدد الرموز، مما يزيد من القدرة العامة ويقلل من الرطوبة، ولا سيما بالنسبة للاتصالات الضخمة من النوع الآلات التي تحتاج أجهزة منخفضة القدرة إلى نقل عبوات صغيرة فيما بينها.

تطبيقات الصناعة الاستراتيجية التي يقودها سبيكتروم

ويقضي اختيار نطاق الترددات مباشرة بنموذج الأعمال التجارية لتطبيقات لاسلكية مختلفة.

شبكات القطاع الخاص العاملة في مجال الصناعة

وتنشر المؤسسات شبكات خلوية خاصة في المصانع والمخازن والموانئ والألغام، وتحتاج هذه الشبكات إلى درجة من الدقة والموثوقية العالية، وتستخدم شبكات الـ 5G الخاصة طيفاً متوسط النطاقات مشتركاً أو مرخصاً مثل CBRS في الولايات المتحدة أو في إطار الموزِّع رقم 78 في أوروبا، وكثيراً ما تكون الترددات العالية والدرجة الدنيا في حالات الاستخدام المتطورة مثل الأجهزة الآلية (AMRs)، وهي مركبات ذات نوعية آلية مرشدة.

مباشرة إلى شبكة الاتصالات الساتلية

ثورة كبيرة تحدث في الاتصالات الساتلية شركات مثل مركبة الفضاء AST ومحرك T-Mobile تعمل على خدمة ساتلية مباشرة إلى الهاتف، والتي تتطلب استخدام الطيف الخلوي الأرضي الحالي (المتوسط أساساً، حوالي 1.9 غيهرتز) من الفضاء، وهذا يخلق تحديات تنظيمية وتقنية معقدة لتقاسم الطيف وإدارة التدخل، كذلك، فإن ستارلينك من الفضاء يستخدم السواتل ذات النطاق الترددي في كوستا وكاس

FEPed Wireless Access (FWA) as a Fiber Substitute

فمنظمة المرأة الريفية هي أسرع حالات استخدام من طراز 5G، وهي تستخدم طيف مم من طراز " ويف " أو متوسط النطاق لتوفير إمكانية الوصول إلى المنازل والأعمال التجارية على نطاق واسع دون تشغيل كابل ألياف مادي، وفي المناطق الريفية، يمكن أن توفر شبكة الاتصال الأساسية، وفي المناطق الحضرية والحضرية، يمكن أن تقدم شبكة جيغابيت بسرعة مماثلة للألياف، مما يوفر خدمة داخلية أقل بكثير للمشتركين في القطاع 5 من المصانع.

شبكات السلامة العامة والمستجيبين الأولين

ويحتفظ بالطيف المخصص للسلامة العامة لضمان الموثوقية أثناء حالات الطوارئ، وفي الولايات المتحدة، تعمل الشبكة الأولى على تشغيل الفرقة 14 (700 ميغاهيرتز)، ويُختار الطيف المنخفض النطاق للسلامة العامة، حيث يوفر أكثر التغطية الموثوقة في المنطقة الواسعة، ويدخل في بناء الاتصالات الأولى للمستجيبين، وتدور مناقشات حول إضافة طيف متوسط النطاق للشبكة الأولى لدعم تطبيقات التصوير ذات النطاق العالي مثل الفيديو الحقيقي.

مسارات استراتيجية لقادة سبيكتروم

إن مسار الاتصالات اللاسلكية واضح: فالشبكات تتوسع في كل اتجاه من خطوط البث الإذاعي، ولا يزال النطاق المنخفض هو الأساس الذي تقوم عليه التغطية الشاملة، والمتوسط هو مجموعة العمل غير المتنازع عليها من أجل القدرة والتوازن بين السرعة والنطاق، ويفتح نطاق التردد العالي أمام تطبيقات مستهدفة غير مسبوقة، ويعود الحدود دون الثالثة بدمج الاستشعار والاتصال في العصر السادس.

ولن تعتمد الاستراتيجيات الأكثر نجاحا على مجموعة واحدة، بل ستدمج مجموعات متعددة الترددات في شبكة متجانسة ومحددة بالبرمجيات، وفهم الفيزياء والتنظيم والاقتصاد في كل فرقة هو الميزة التنافسية المحددة للمشغلين والبائعين والمؤسسات التي تبني عالم الغد غير السلكي.