وصناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية العالمية تقف على عتبة عهد جديد، وفي حين تواصل شبكات الاتصال العالمية العاملة بخمسة آلاف التوسع والنضوج، فإن الباحثين والهيئات المعنية بالمعايير تضع بالفعل الأساس للجيل السادس من الاتصالات اللاسلكية، ومن المتوقع أن تصل هذه النظم اللاسلكية غير المكتملة التي تبلغ نحو ٣٠٠٢، وتعهدات الفئة ٦ زاي بتقديم بيانات في النطاق الثاني، والبطء الثاني الأدنى، والقدرة على ربط بلايين الأجهزة اللاسلكية التي لا تُعد بسلام.

تطور من 5G إلى 6G: لماذا مسائل تجهيز الإشارات

وكانت عملية تجهيز الإشارات دائماً عاملاً حاسماً في كل جيل من التكنولوجيا اللاسلكية، ففي 2 زاي، كانت المرشّحات البسيطة المطابقة والمساواة كافية.() وجلبت 3G أجهزة كشف متعددة المستعملين وتجهيز آلية التنمية النظيفة.() ودفعت 4G LTE جهاز استقبال تابعين لإدارة المعلومات الإدارية وآلية الرصد والتحقق المستمرين بمقياس هائل من المحركات وأجهزة التجميل، غير أن 6G تستحدث تحديات تتجاوز قدرات الجيلين التقليديين للتنقل.

الابتكارات الأساسية في عملية تحديد الإشارات

AI-Driven Adaptive Algorithms

ولا تقتصر المعلومات الاستخبارية والتعلم الآلي على تعزيزات لـ 6 جي؛ بل هي أساسية؛ فالشبكات العصبية العميقة يمكن أن تتعلم السلوك من البيانات الخام، والنُهج القائمة على النموذج في بيئات غير خطية، وتهيئة بيئة ملائمة للزمن، كما أن النظم القائمة على التكوين المستمد من أجهزة الإيراد، والكشف، والتزيين، غالبا ما تُستبدل أو تزيد من تقنيات الاختيار النهائية التقليدية للنظم البييزيائية.

بعثة الرصد المتعددة الجنسيات وما بعدها

وقد كانت المبادرة المتعددة الأطراف التي تم استكشافها (المنتجات المتعددة) ابتكاراً رئيسياً في 5 زاي، باستخدام مئات الهوائيات في محطة الأساس، أما بالنسبة لسادس عشرات الجيلات فهي تتوسع بشكل كبير إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من عناصر الأنينا في شكل أسطح ذكية كبيرة أو في أسطح ذات طابع ذكائي قابل لإعادة تشكيلها (الجرعات).

التقنيات المتقدمة

ويجب أن يعمل التأشير في 6G عبر مجموعة من الترددات، من الصفوف الفرعية إلى 6 GHz إلى مم-Wave and THz، كما أن التخصيب في التخصيب يمكن من تتبع المستعملين الذين يتنقلون بسرعة - مثل أولئك الذين يقطنون في قطارات عالية السرعة أو أجهزة ذات قدرة منخفضة - لا بد منها، كما أن التشهير الفوضوي، والمواءمة بين المقاييس، والاستشعارات السريعة.

تجهيز الإشارات حسب الكمية

فالنمو الهائل في البيانات وإحصاءات الهوائيات يجعل بعض مشاكل تجهيز الإشارات قابلة للاختراق بالحواسيب التقليدية، وتستكشف عملية تجهيز الإشارات الكهرمائية استخدام الخوارزميات الكميّة في مهام مثل حل النظم الكتارية الكبيرة للأجهزة المزيّفة، والقيام بتحويلات كمية على الأقل من المحاورين، والتعجيل في استخدام أجهزة قياس الكبريت المتطورة.

تجهيز الطاقة بكفاءة

ويشكل استهلاك الطاقة تحدياً بالغ الأهمية بالنسبة لـ 6G، لا سيما في الأجهزة التي تعمل بالبطارية وشبكات الاستشعار الضخمة، وقد صممت الخوارزميات التالية لتجهيز الإشارات مع التوعية بالطاقة، ويشمل ذلك استخدام تقنيات حاسوبية تقريبية، مثل مقياس مقياس منخفض للشبكات العصبية، وتجهيزات ذات دوافع مناسبة لا تعمل إلا عند الحاجة، وتخفض النهج النجمية مثل العينات الاصطناعية وتجمع بين أجهزة الاستشعار.

التحديات التقنية وواجهة البحوث

Constraints Real-Time Processing

ويفرض هدف الطوارئ الثاني من الفئة الفرعية 6 زاي متطلبات صارمة في الوقت الحقيقي، إذ أن العديد من الخوارزميات المتقدمة، ولا سيما تلك القائمة على التعلم العميق، تظهر درجة عالية من الكفاءة الحسابية، ويستكشف الباحثون عملية تصميم المعدات الحاسوبية، بما في ذلك المعجلات القائمة على نظام FPGA، والمقاييس الجمركية للتحميل، بحيث تُحد من الابتكارات المصممة على أساس الحاسوب، في غضون مواعيد زمنية ضيقة.

:: السطو في سيناريوهات عالية الحركة

6G will serve applications like high-speed rail (up to 1000 km/h) and drone swarms. Channel estimation becomes extremely challenging due to rapid Doppler shifts and fast fading.

التكامل مع برنامج " جينشن هاد واير " المقبل

ولا يمكن تطوير خوارزميات تجهيز الإشارات بمعزل عن بعضها؛ بل يجب أن تكون مقترنة بشدة بالترددات اللاسلكية الأساسية والمعدات الرقمية، كما أن التطورات الجديدة في المحولات غير المشابهة للرقمية ذات القدرة العالية ولكن المنخفضة، وفي التجهيزات المختلطة، يجب أن تعوض عن تصميم الخوارزميات، فعلى سبيل المثال، يتطلب وجود أوراميات تماثلية فريدة من نوعها يمكن أن تسترد معلومات من النماذج الكمية.

الصناعة والجهود الأكاديمية

مشاريع ومنظمات متعددة تقوم بنشاط بالبحث في عملية تجهيز الإشارات من نوع " 6G " ، وقد حدد مشروع الشراكة من أجل الجيل الثالث [GLT:1] (EkLT) مراحل دراسته من أجل 6G، بينما حددت [التفاعل بين المشاريع الرئيسية من نوع " IFKT:3 " ] وثائق الرؤية.

التوقعات المستقبلية: النهج الهجينة والتعلم العميق

كما أن مسار تجهيز الإشارات من نوع " 6G " يشير إلى حلول هجينة، إذ أن الخوارزميات القائمة على النموذج الكلاسيكي توفر ضمانات رياضية وقابلية للتفسير، بينما توفر الأساليب القائمة على البيانات القدرة على التكيف وأداء أعلى في سيناريوهات غير معروفة، ومن المرجح أن تجمع النظم المستقبلية بين كلا الجيلين، مثلاً، باستخدام الشبكات العصبية لتوليد المميزات البيزيائية، أو استخدام أدوات التعاضد في نماذج النجمات الواعدة التقليدية.

ومع انتقال 6G من المفهوم إلى الواقع، سيكون تطوير الجيل القادم من مقاييس تجهيز الإشارات عاملاً حاسماً في تحقيق كامل إمكاناته، وهذه التحديات هائلة، ولكن أيضاً هي الفرص المتاحة، فالباحثين والمهندسين هم بالفعل من يُديرون الخوارزميات التي ستدعم الشبكات اللاسلكية للسنوات العشرين وما بعدها، مما سيمكن التطبيقات من الواقع الممتد إلى العمليات الجراحية النائية، والنظم المستقلة، والشبكة الأكاديمية للنشر المستمر.

وفي الختام، فإن تطور تجهيز الإشارات إلى 6G هو تقاطع مذهل بين الاستخبارات الاصطناعية والحساب الكمي والالرياضي المتقدم، فالخرافير التي يجري تطويرها اليوم ليست مجرد تحسينات تدريجية، بل تمثل تحولا في النموذج في كيفية التفكير في الاتصالات اللاسلكية وتنفيذها، وبما أن هذه التكنولوجيات ناضجة، فإنها ستفتح حدودا جديدة في مجال الاتصال وتستهل موجة التحول الرقمي القادمة.