تقنيات تعديل الجيل القادم لـ 6 جيه ويرلس

ويمثل التطور من 5G إلى 6G تحولا في النموذج في الاتصالات اللاسلكية بهدف تحقيق معدلات بيانات مخفضة لكل ثانية، ودرجة حرارة دون الثانية، ووصلية مصففة للتطبيقات مثل الافتراضات الهولندية، والتوأم الرقمي، والنظم المستقلة، وفي قلب هذا التحول، يكمن تحد هندسي أساسي: كيفية تلبية تواتر استخدام قنوات الدفع اللاسلكية القادمة ونقلها على نحو لا يطاق.

وهذه النهج الناشئة تُعزز الأبعاد المكانية والزمنية والكمية للموجات الكهرومغناطيسية لتحقيق الكفاءة غير المسبوقة في استخدام الطاقة وكفاءة الطاقة والأمن، وتدرس هذه المادة المرشحين الرئيسيين للتناوب من أجل 6 زاي، ومبادئهم الأساسية، ومزاياهم، وتحديات التنفيذ، ومشهد البحوث الذي سيحدد الأساليب التي تُجد طريقها في نهاية المطاف إلى المعايير.

المؤسسة: لماذا التعديل يُعد أكثر من أي وقت مضى في 6G

والتعديل هو عملية اختلالات مختلفة لإحدى أملاك الموجات الدورية، تسمى إشارة الناقل، مع إشارة متحركة تتضمن المعلومات التي سترسل، ويعني ذلك عادة في الاتصالات اللاسلكية تغيير الكم الهائل أو التردد أو مرحلة الناقل الترددي اللاسلكي، ويؤثر اختيار نظام التناوب تأثيرا مباشرا على معدل البيانات وكفاءة النطاق الترددي واستهلاك الطاقة والقوة على الضوضاء والتدخل.

حدود التعديل التقليدي في سياق مجموعة الـ 6

وقد خدمت هذه الصناعة جيداً، العمود الفقري لـ 4G LTE و5G NR، وذلك بتوفير مقاومة قوية متعددة التعاطف وبساطة تحقيق المساواة عن طريق الممتحنينات الدورية، غير أن حدودها أصبحت حادة في ترددات تيراهرتز ومقاييس ضخمة من طراز MIMO توخى تحقيقها في 6G:

  • High toptom-to-average power ratio (PAPR):] OFDM signals exhibit large amplitudeizing that reduce power amplifier efficiency, a critical issue for bat-constrained devices and mmWave/THz صفائف.
  • Spectral inefficiency at band edges:] Guard bands and cyclic prefixes consume overhead that becomes prohibitive as bandwidths extend into multi-gigahertz ranges.
  • ] الحساسية إزاء الضوضاء وقابلات التردد: ] As carrier frequencies move into the sub-THz band band, oscillator instability degrades OFDM orthogonality.
  • عدم مرونة الخدمات المتجانسة: )

وهذه القيود تحفز على استكشاف هياكل مختلفة أساساً للتعديلات التي يمكن أن تعمل بكفاءة في ظل الظروف القصوى التي يجب أن يدعمها 6 زاي.

المرشحات الرئيسيات للنظم

وهناك عدة أسر من أساليب التناوب قيد التحقيق النشط من جانب أفرقة البحث الأكاديمية والصناعية في جميع أنحاء العالم، وفي حين أنه لا يوجد مخطط واحد من المرجح أن يهيمن على جميع عمليات النشر التي تشمل 6 مجموعات، فإن كل منها يوفر مزايا متميزة لحالات الاستخدام المحددة وفرق التردد.

تعديل الفهرس

(ج) إن طريقة صياغة المؤشرات هي فئة من التقنيات التي تورد أجزاء إضافية من المعلومات عن طريق تنشيط مجموعة فرعية من موارد النقل المتاحة بصورة انتقائية، مثل الهوائيات، والناقلات الفرعية، والمهل الزمنية، أو الرموز المنشورة، وتحتوي الأرقام القياسية للموارد النشطة على المعلومات، وتكمل النموذج الرمزي التقليدي، مثلاً في صيغة مكانية (شكل من أشكال الإدارة المتكاملة لنظم البعثة)، لا يوجد سوى قناة واحدة لنقل الزمن(2).

Advantages for 6G:]

  • Inherently lower PAPR compared to OFDM, as only a subset of subcarriers or antennas are active, reducing envelope volatile.
  • كفاءة الطاقة: يقل تنشيط الموارد عن الحد من نقل الطاقة، ويبسط متطلبات سلسلة RF.
  • مكاسب الكفاءة الحشرية: تأتي القطع الفهرسية مجاناً دون الحاجة إلى توسيع أو قوة إضافية، تحسين استخدام القطع من أجل الشاشة.
  • :: توفير المعدات اللازمة لأجهزة الرصد المتعددة المؤشرات الضخمة: إن إجراء التعديلات المكانية يقلل من التدخل فيما بين القنوات والحاجة إلى التمهيد المعقد.

Challenges:] Index modulation suffers from detection complexity at the receiver, especially when the number of active resources grows. Maximum-likelihood detection scales combinatorially, requiring near-optimal low-complexity algorithms. Additionally, highly degrades in cor cor correlated channel environments where index distinguishability is reduced.

وقد أظهرت التطورات الأخيرة في مجال الكشف عن المعلومات عن طريق التعلم العميق، مثل تصنيف الشبكة العصبية العميقة، المتدربين على الخرائط، إشارات إلى مؤشرات الموارد النشطة، وبشرت بسد الفجوة إلى الأداء الأمثل مع التعقيدات التي يمكن إدارتها، وتواصل البحوث بشأن المتغيرات بما في ذلك التناوب المكاني العام، والتعديل المكاني للكميات، والتصوير الزمني للترددات، إلى جانب إجراء تعديل في المؤشرات بالنسبة للسيناريوهات العالية.

Orbital Angular Momentum (OAM) Multiplexing

ويستغل الزخم الأورمي متعدد التكتل الهيكل المكاني للموجات الكهرومغناطيسية لإنشاء قنوات بيانات أوتوموغونية على نفس التردد، وتواجه موجة الكهرومغناطيسية تحمل اسم OAM مرحلة تنفسية تتسم بشحنة طبوية غير متجانسة، أي أن الموجات ذات القيم المختلفة هي أوتوموغونية ويمكن نقلها في آن واحد دون انقطاع، مما يتطلب قدرات إضافية متعددة الترددات في المجال المكاني.

Advantages for 6G:]

  • الكفاءة الفطرية العالية للغاية: تتيح منظمة " أوم " نظريا عددا غير محدد من أساليب الجماع، لا يقيد إلا بحجم منافذ عملية ونسبة من الإشارات إلى الأرقام.
  • مقارنة مع فرق (مليمتر ويف) و(تيز) (الفرقتان) (الفصل المكاني لـ (أوم من خلال الموجات الأقصر والمكاسب الأكبر المتاحة في الترددات الأعلى
  • Inherent security: OAM mode detection requires specialized phase-sensitive receivers, making eavesdropping difficult without precise alignment.

(ب) يتطلب تعدد الأعضاء في حركة OAM المواءمة الدقيقة بين جهاز الإرسال والاستقبال، حيث أن أي سوء تأديته يؤدي إلى التقاطع بين الوسائط، كما أن الاضطراب في الغلاف الجوي في وصلات خارجية يشوه أيضاً خطوطاً متقدمة، وشديدة الهيمنة الشديدة، فضلاً عن أن توليد واكتشاف أنماط عالية من الارتفاع التدريجي من الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الارتداد تتطلب وجود مجموعة من الظواهر المعقدة.

وعلى الرغم من هذه العقبات، فقد ثبتت درجة حرارة الأوموم على نحو تجريبي في 28 جيهرتز و60 جيهرتز مع معدلات بيانات تتجاوز 100 غموض، ويجري بذل جهود لإدماج حركة أوم في عمليات التجهيز التقليدية للمنظمة البحرية الدولية من أجل إنشاء هياكل هجينة تستغل كلا من تعدد الأماكن وتنوع أساليب حركة أوم.

الوصول المتعدد الوسائط غير الارتجاعية مع إجراء تعديلات متقدمة

أما الوصول المتعدد غير المتوقع فهو أسلوب متعدد الاستعمالات يتيح للمستعملين المتعددين تقاسم نفس موارد التردد الزمني عن طريق التمييز بين إشاراتهم من خلال تعدد نطاقات السلطة أو نطاقات تحديد النطاقات، وفي نظام عدم الانتشار النووي الذي تستخدمه القوة، يُعين المستخدمون مستويات مختلفة من الطاقة، ويستخدم المتلقي إشارات الإلغاء المتعاقبة للتدخل في تحديد درجات الحرارة من أجل تخفيض الطاقة، وعندما يقترن ذلك بزيادة مخططات الضبط المتطورة مثل الافتراضي.

Advantages for 6G:]

  • التواصل الجماهيري: تدعم شركة ناشي عددا أكبر من المستعملين المتزامنين مقارنة بإتاحة الوصول المتعدد الطرازات، وهو أمر حاسم بالنسبة لشبكات آيوت وأجهزة الاستشعار الضخمة.
  • الإنصاف: يحصل المستخدمون الذين يعانون من سوء ظروف القناة على قدر أكبر من توزيع الطاقة، ويمكنهم أن يحققوا معدلات مقبولة دون أن يتضوروا جوعاً أفضل من المستخدمين.
  • Compatibility with millimeter-wave and massive MIMO: NOMA can be layered on top of beamforming and spatial multiplexing to achieve three-dimensional resource sharing.

Challenges:] SIC complexity grows with the number of users, and error propagation in the cancellation process can limit performance. Power allocation optimization is a non-convex problem that become computationally intensive in dense networks. Additionally, NOMA requires accurate channel state information at the transmitter to set power levels, which is difficult in high-mobility environments.

وتجمع المقترحات الأخيرة بين نظام رصد الأرض مع تعدد سبل الوصول إلى الخدمات، حيث تقسم الرسائل إلى أجزاء مشتركة وخاصة، لتحسين القدرة على توجيه أخطاء التقدير.() وقد أظهر تخصيص الطاقة القائمة على التعلم الآتي، باستخدام عوامل التعاضد التي تم تدريبها لتحقيق أقصى قدر من الحد الأقصى من إجمالي القوة، مع فرض قيود على الإنصاف، مكاسب كبيرة على استراتيجيات التوزيع التقليدية للجزء الأكبر من القوة.

الكمية

ويستكشف الضبط الكمي استخدام حالات النور الكمي، مثل الاستقطاب الضوئي، أو المرحلة، أو التوسيع الزمني، لنقل المعلومات، خلافا للتعديل الكلاسيكي الذي يتلاعب بالممتلكات الكلية للموجات الكهرومغناطيسية، تعمل المقياس الكمي للدولة على مستوى كل ولاية كمية، مما يوفر الأمن المتأصل من خلال مبادئ الميكانيكي الكم.

Advantages for 6G:]

  • أمن المعلومات - النظرية: توفر مجموعة الكينتوم ضمانات أمنية مستحيلة مع التشفير الكلاسيكي، حتى ضد الخصوم غير المقيدين حسابيا.
  • عالية القدرة من حيث المبدأ: يمكن أن ينتقل الترميز الكمي فوق الكينتوم إلى جزأين كلاسيكيين لكل حجرة، ويمكن أن يحقق الاتصال المدعوم من زاوية الزوايا مكاسب في القدرات على القنوات التقليدية.
  • Compatibility with fiber and free-space optics: Quantum modulation can be integrated with existing photonic infrastructure for hybrid traditionalal-quantum networks.

(ب) تواجه مجموعة المواد الكمية عقبات عملية هائلة أمام نشر 6G سلكية، وتحتاج مصادر وأجهزة كشف ذات فئتين واحدة إلى التبريد الخفي أو تكنولوجيات الوصل المتطورة التي لا تزال بعيدة عن مستوى المستهلك، كما أن التجانس والخسائر في الغلاف الجوي أو من خلال عرقلة الحد الشديد من النطاقات ومعدلات البيانات.

وفي حين أن الصيغ الكمية النقية للأجهزة اللاسلكية المتنقلة تبعد على الأرجح عقوداً، يجري استكشاف النُهج الهجينة التي تجمع بين الصيغ الكلاسيكية والكمية على نفس الناقل، فعلى سبيل المثال، تستخدم الصيغ الكمي المستمر دولاً متماسكة وكشف هومودين، مما يُعزز المكونات البصرية الحالية وأجهزة الإبلاغ الكيميائي، مما يمكن من توفير الأمن الكمي في الأجل القريب من أجل وصلات الخلفية أو الوصول اللاسلكي الثابت.

التحليل المقارن لمواد المرشحين

Technique Primary Benefit Primary Challenge Best Suited For
Index Modulation Energy efficiency, low PAPR Detection complexity Massive MIMO, IoT, mmWave
OAM Multiplexing Ultra-high spectral efficiency Alignment, turbulence sensitivity Fixed line-of-sight, backhaul
NOMA + Advanced Modulation Massive connectivity, fairness SIC complexity, CSI accuracy Dense urban, massive IoT
Quantum Modulation Unconditional security Hardware, range, rate Security-sensitive fixed links

ولا توجد طريقة واحدة هي إجراء تحليلي، ومن المرجح أن تستخدم النظم العملية ذات الـ 6 زاي إطاراً للتعديلات الهجينة القابلة لإعادة التشكيل، يختار بين هذه النهج استناداً إلى نطاق الترددات، والسيناريو للنشر، ومتطلبات الخدمات، فعلى سبيل المثال، قد تستخدم محطة قاعدية متعددة الأوم لوصلات الوصل الخلفية، والتعديلات في المؤشرات من أجل الوصلات الضخمة بالشبكة، وأجهزة التصوير غير المحسنة التي تستخدمها إدارة المعلومات الاقتصادية لأغراض تعزيز النطاق العريض.

Enabling Technologies for next-Generation Modulation

وتتوقف جدوى هذه المخططات المتقدمة للتعديل على التقدم المحرز في عدة مجالات تكنولوجية داعمة:

Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS)

(ج) إن نظام " RIS " هو مجموعة سلبية أو شبه سلبية من العناصر القابلة للبرمجة التي يمكن أن تتحكم دينامياً في انعكاس أو إعادة صد أو استيعاب الأمواج الكهرومغناطيسية للحوادث، ويمكن أن تؤدي هذه القدرة، عن طريق تعديلها بعناية، إلى تحولات في مراحلها على السطح، إلى مسارات افتراضية من البصر، أو إلغاء التدخل، أو حتى توليد وسائل نقل حرارية، وهي قدرة ذات قيمة خاصة بالنسبة للمواءمة بين المؤشرات ونظم الدفع المتحركة، التي تعتمد على التنوع المكاني.

الترميز والتحديث في القناة المتقدمة

فالتعديلات والترميزات لا تزال غير قابلة للتجزئة، كما أن التقنيات مثل التلاعب المشفّر بالزينة المتكررة، والصيغة المرمزة بالأعمدة القطبية يجري توسيعها للعمل مع اتحادات الإدارة المتكاملة و OAM، حيث تُوسّع الشبكات الخلقية القائمة على التعلم، وتُحدّد فيها مباشرة أجزاء من المعلومات التي تُحدّد صورة نهائية عن العينات الناشئة.

برنامج " هادر " و " إف إند إيثورشن "

وتفرض أساليب الفرز في الجيل التالي طلبات شديدة على أجهزة الترددات الرجعية، وتحتاج المنظمة إلى صفائف تدريجية ذات رقابة تدريجية صارمة؛ وتحتاج الصيغ الكمية إلى أجهزة كشف ذات فوتونية واحدة، ويتيح التقدم في صفائف النظام المقسم على مراحل في الترددات المتناهية الصغر والترددات الثلاثية، فضلا عن التقدم المحرز في عمليات الكشف عن الأشعة دون الحمراء التي تُجرى بصورة تدريجية بين أجهزة الاتصال المدمجة ذات الترددات الضوئية.

AI-Native Air Interface

وتُدمج المعلومات الاستخبارية الفنية في الطبعة المادية لتمكين اختيار النماذج التكييفية وتقدير القنوات وكشف الإشارات، ويمكن لنماذج التعلم العميق أن تتعلم أفضل مخطط للتعديلات في الظروف الحالية للخطوط، والتحول بين أسلوبي الإدارة المتكاملة لإدارة الكوارث، وإدارة الهجرة، وإدارة العمليات، وأجهزة التصوير غير المكيفة على أساس التكتل، ويمكن للعوامل المتعلمة من إعادة الإنفاذ أن تُفضي إلى الحد الأمثل لتخصيص الطاقة، والنماذج العملية الثابتة، والتشكيل المستمر للأشعة تحت سطح الماء.

البحث عن مخرجات الأرض والتوحيد القياسي

المنظمات الدولية بما فيها الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية، ومشروع شراكة الجيل الثالث، وشبكة المعلومات البيئية الدولية بدأت تحدد متطلبات 6 جي وتكنولوجيات المرشحين، ويحدد إطار الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية IMT-2030 سيناريوهات استخدام 6G تشمل الاتصالات غير المستقرة، والاتصالات التي تتسم بالاعتماد المفرط على الترددات المنخفضة، والوصلية السائلة، وكلها ستتطلب تقدماً مقللاً يتجاوز 5 جي.

وتُجري مبادرات بحثية رئيسية مثل مشروع هيكسا-اكس الأوروبي، والتحالف العالمي القادم في أمريكا الشمالية، وفريق الترويج للصين في الصين، يُجري بحثاً نشطاً في تقنيات العزلة، كما أن ورقة استعراض في عام 2023 في مجلة الاتصالات التابعة للشبكة الدولية للإحصاء توفر تصنيفاً شاملاً لـ 6 جي من المرشحين للمسح وأدائهم في إطار نماذج القنوات الواقعية، وبالمثل، فإن الورقة البيضاء لعام 2024 من التحالف العالمي المقبل بشأن مستويات الاستعداد ذات الأولوية.

ومن المتوقع أن يبدأ توحيد الوصلات الجوية من نوع 6G في حوالي 2027 في الإصدار 21 أو 22 من النظام العالمي لمراقبة المناخ، مع توقع نشرات تجارية في عام 2030، وسيجري تقييم تقنيات التحديث التي تبين مزايا واضحة في التجارب المختبرية، والاختبارات الميدانية، وفعالية التكلفة لإدراجها، ومن المرجح أن يوحد 6G أشكالا متعددة للتعديلات، وربما حتى لو تم تعديلها على شكل موجة غير شاملة يمكن أن يتحول بين نظام إدارة العمليات، IM، IM.

خاتمة

تقنيات الجيل القادم للتعديل هي الأبطال غير المُتَغَلَين من الـ6 جي، مما يتيح قفزة الأداء القصوى من معدلات البيانات من 5 جي جي بي إي إلى الرؤية الثانية من المدار إلى 2030 وما بعده، ويتيح تعديل المؤشرات كفاءة الطاقة وانخفاض معدل القدرة على الاتصال الكثيف؛ ويفتح نظام OAM متعدد الأبعاد المكانية للكثافة الفطرية غير المسبوقة؛ ويتيح نظام رصد الموارد غير المُسبَّق، إلى جانب الوصلات المتقدمة.

ويواجه كل تقنية تحديات تقنية كبيرة، من حيث تعقيد الكشف إلى درجة تحمل الأجهزة على الحساسية البيئية، ويتوقف المسار إلى الأمام على التقدم المتزامن في التكنولوجيات التمكينية مثل السطح الذكي القابل لإعادة التشكيل، والوصلات الجوية ذات النسل الاصطناعي، والموصلات شبه الموصلات المتقدمة والأجهزة الضوئية.

إن المشهد التناوبي لمجموعة الـ 6 زاي ليس أسلوباً واحداً بل مجموعة من الخيارات التي سيتم اختيارها وتجميعها بناء على طلبات محددة، وسلاسل التردد، وتصورات النشر، ومع تعجيل عملية التوحيد، فإن القرارات التي تتخذها دوائر الصناعة والهيئات المعنية بالمعايير ستشكل النسيج اللاسلكي للعقد القادم، والوعد الذي قطعته ستيغا هائل، وتقنيات العزل التي تحمل إشاراتها ستكون الأساس الذي يستند إليه ذلك الوعد.