السلف في أجهزة الاستلام البصرية لخمسة كيلوغرامات وما بعد الشبكات اللاسلكية

وقد أصبحت أجهزة النقل الضوئية لبنات بناء لا غنى عنها في بنية الشبكات اللاسلكية الحديثة، حيث إن الجيل الخامس )المجموعة( من الوزع الأولي إلى الكم الهائل، والتغطية السائلة، يجب أن توفر شبكة النقل قدرة هائلة، ومسارات دقيقة، وموثوقية استثنائية، وتوفر أجهزة النقل الضوئية الجسور التي تربط بين وحدات البث الإذاعي المركزية البعيدة )الوحدات النصفية( بالوحدات الموزعة )الوحدة(.

الدور الحاسم للمترجمين الشفويين في الهياكل الأساسية 5 زاي

5G networks are fundamentally different from previous generations in their structure. The shift toward centralized and cloud-radio access networks (C-RAN and O-RAN) separates baseband processing from the radio head, requiring high-capacity, low-latency links between these operational elements. Optical transceivers are the workhorses of these links, carrying digitized radio signals or Ethernetpackets over singlemode or multi.

وفي عملية نشر نموذجية من طراز 5G، يربط الجزء المتعلق بالمشقق الأمامي وحدة الإذاعة بالوحدة الموزعة، ويمكن لهذه الرابطة، تبعا لخيار الانقسام الوظيفي، أن تحمل عينات من الوصلات الرقمية في مراحل/مواضيع باستخدام الوصلات المشتركة بين الإذاعة العامة أو تعزيز القدرة على إحداث الاحترار العالمي، بحيث يتجاوز عدد الميزانيات الكلية للأجهزة المتعددة الجنسيات التي تستخدم في معظم الأحيان 100 جهاز تصوير متحرك، و100 جهاز للوصل للشبكة مصغرة

وفي منتصف الهضبة والخلفية، حيث تتواصل وحدات الـ دي أوز مع الوحدات المركزية وما بعدها، يمكن للمسافات أن تمتد عشرات الكيلومترات، وهنا، تتيح أجهزة النقل البصرية المتسقة التي تستخدم تجهيز الإشارات الرقمية معدلات البيانات من 100 غبس إلى 800 غمبرة على امتداد خطوط الطول دون أجهزة إعادة إرسال، وهي عادة ما تنشر في عوامل نموذجية قابلة للتشغيل الترددي (CluFP).

التطورات التكنولوجية الأخيرة

معدلات البيانات المرتفعة مع إجراء تعديلات متقدمة

وربما كان التقدم الأكثر وضوحا هو القفزة في معدلات البيانات لكل منطقة، حيث استخدمت عمليات النشر المبكر لمجموعات الـ 5 Gbps 10 Gbps و 25 Gbps transceiversivers، ولكن نظم الجيل الحالية تستخدم على نطاق واسع 100 Gbps لكل خط من خطوط العرض الرابعة (التحويل من الكبريت على مستوى أربعة مستويات) وتضاعف نسبة الـ 4 إلى الترددات غير المتجانسة بـ 400 درجة مئوية من الـ 100 درجة مئوية.

وفي المستقبل، يجري تطوير ٢٠٠ غيغاغرام لكل خط، يستهدف ٨٠٠ غيغافور و ١,٦ من أجهزة النقل المزودة بالبضائع، وتخفض التكنولوجيا المتماسكة - التي كانت مخصصة لشبكات الغواصات والأرض الطويلة الأجل - أيضا إلى وصلات قصيرة المدى، كما أن معيار ٤٠٠ زيت، على سبيل المثال، يحدد وصلة متماسكة ل ٤٠٠ غيبسة متفاوتة على مدى ٨٠ - ١٢٠ كيلومترا باستخدام ٦٤ كيلو متر مربع.

For further reading on the evolution of PAM4 and coherent interfaces, see the IEE article on 400G/800G optical interfaces for wireless xHaul.

التدريج والتعدين العاليي الحساسية

وتطالب كثافة الشبكة - وهي علامة مميزة لـ 5 زاي - بأن يتقلص المرسلون البصري بينما يدعمون عمليات العد التنازلي المتزايدة باستمرار، وقد استجابت الصناعة بعوامل شكلية أصغر.

وقد كان للتصوير الإلكتروني (SiPh) دور فعال في تحقيق هذا التصغير، إذ إن الشركات التي تُظهر الآن 100 غيبوبة و400 جهاز استنشاق كهربائي مُتَبَرَّر في عمليات الصنع الموحدة للأجهزة ذات الترددات المتوسطة، تخفض الصور الفوتوغرافية للسيليكون إلى عدد المكونات المتميزة وتجمعات التبسيط.

الابتكارات في مجال كفاءة الطاقة

استهلاك الطاقة هو نفقات تشغيلية مهيمنة في الشبكات المتنقلة، ويجب أن يقدم المرسلون البديلون لخمسة آلاف قدرة عالية دون زيادة استخدام الطاقة بشكل غير متناسب، وقد ركزت الابتكارات الأخيرة على خفض الطاقة في كل جزء من خلال خوارزميات متقدمة لنظام إدارة الدعم الميداني، وتحسين السائقين وأجهزة الضخ، ومصادر الليزر الفعالة.

فعلى سبيل المثال، يعوض استخدام أجهزة التخدير الرقمية قبل التخريب وأجهزة التوليد في توملينسون - هارشيما عن القيود التي تفرضها على نطاق الترددات الترددية لقوى المحرك، مما يتيح تطايراً أقل، ومن جانب المتلقي، فإن برامجيات الديموقراطية المتسقة المنفذة في 7 نانوترات أو 5 نانو مترات من طراز CMOS تقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تزيد على 40 في المائة مقارنة بعدد 16 جيلاً من الطموحات الخارجية.

كما أن دفعة " غرين " ٥ زاي قد دفعت أيضا إلى تطوير أساليب منخفضة القوة وأجهزة النوم للمرور العابرين، والتكيف الدينامي للفولط والتواتر القائمين على عبء حركة المرور، ويمكن لهذه التقنيات أن تقلل من متوسط استهلاك الطاقة بنسبة ٣٠-٥٠ في المائة خلال ساعات العمل.

إدارة الاتصال والتفرقة الموسعة

وفي حين أن العديد من وصلات الـ 5G قصيرة نسبيا (دون 20 كيلومترا)، فإن وصلات التخلف إلى نقاط التجميع الإقليمية يمكن أن تتجاوز 80 كيلومترا، وتصبح آثار التشت والتقطاب المزمنة كبيرة في هذه المسافات، ولا سيما في ارتفاع معدلات البود، كما أن المترجمين الحديثين يدمجون تعويضات متطورة عن التشت الرقمي في نظام الأفضليات المعمم، مما يلغي الحاجة إلى وحدات تعويضية للتشتت.

وبالنسبة للتطبيقات التي تتجاوز النطاقات الطويلة، تتيح تقنيات النقل الجديدة مثل تشكيل هيكل الاتحادات الاحتمالية للمترجمين عبر النطاقات إمكانية تكييف أشكال العزل على أساس ديناميكي، وزيادة الوصول إلى 30 في المائة في بعض الحالات، وتعود عملية الانتقال المتعددة النطاقات (استخدام أجهزة الاستنشاق أو - E - أو S - أو - C - أو - أو - لا - توسيع النطاقات) بزيادة القدرة على التفاؤل دون نشر المزيد من الألياف.

الآثار المترتبة على ما بعد 5 زاي و 6 زاي

وتدفع الاحتياجات المعمارية لنظم ما بعد 5 زاي (B5G) والجيل السادس (6G) النقل البصري إلى ما وراء الحدود الحالية، وتشمل العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى إحداث الاحتياطات من نهاية إلى الثانية من المناطق الفرعية، والوصلات الوصلية اللاسلكية من المدار إلى الثاني، والتكامل المتناغم مع أجهزة الاستشعار من قبل الأطراف المؤثرة.

دعم الاتصالات المنخفضة الأجل الموثوق بها

ومن المتوقع أن يتطلب هذا الترددات المتتالية التي تبلغ أقل من 100 ثانية صغيرة، مما يتطلب بدوره شبكة نقل بصرية تقل فيها سرعة الانتقال إلى نهايتها عن 50 ثانية صغيرة، وهذا لا يترك سوى هامش ضئيل لإعادة النقل أو العزل، كما أن المعالم الضوئية التي تدعم التقلبات الحاسمة - التي تتحقق عن طريق تزامن ساعات العمل والقضاء على الترددات - هي عوامل حاسمة الأهمية.

التمكين من إدارة البحرية الدولية وتعبئة المعلومات

وتولد صفائف ضخمة من هذه المركبات بمئات عناصر الهوائيات احتياجات هائلة من القدرة على الانتقال من خط المواجهة، إذ لا يمكن للموقع أن يُستخدم في محطة قاعدية من طراز 6G تضم 256 هوائيا و 1 GHz من النطاق الترددي، إلا أن كل تيار قد يتطلب 200 غمبري، مما يؤدي إلى إجمالي الطلب على الموجات الأمامية في عشرات الترابات في الثانية.

بث الشبكات وقابليتها للبرمجة

وستعتمد الشبكات اللاسلكية المقبلة اعتمادا كبيرا على قطع الشبكة لتوفير اتفاقات مخصصة على مستوى الخدمات لاستخدام حالات مثل التشغيل الآلي الصناعي، والاتصالات الهولندية، والمركبات المستقلة، وتتطور أجهزة النقل الضوئي لدعم تخصيص النطاق الترددي القابل للبرمجة على أساس الميكانيكي الواحد، ويمكن للمرور الضوئي المحدد ببرمجيات البرمجيات أن يعدل شكل الضبط، وتجاوزات الأخطاء الأمامية، والقدرة على إنتاج المواد اللازمة لتكييفها على نحو ميسر.

التكامل مع منظمة العفو الدولية والآلية

وتتزايد قدرة أجهزة النقل الضوئية على الرصد - قياس السلطة المتلقاة، ونسبة الإشارة إلى العلم، ومعدل الخطأ في الوقت الحقيقي، وتقترن هذه البيانات بمحللات ذاتية الدفع من أجل التنفيذ، وتتيح الصيانة التنبؤية، والوضع الخاطئ، وإعادة التوجيه الذاتي، فعلى سبيل المثال، يمكن للمحرك المركزي من أجهزة الاستطلاع أن يكتشف جهازا مرسلا مهينا في الجبهة ويوجه إلى جهاز التحكم في السحب.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

ورغم التقدم السريع، لا تزال هناك عقبات عديدة قبل أن يتمكن المرسلون البصريون من دعم رؤية B5G و 6G.

خفض التكاليف وصنع المجلد

ولا تزال تكلفة أجهزة النقل المتماسكة العالية السرعة، وإن كانت منخفضة، أعلى من حجم الحلول التي تستخدمها أجهزة الكشف المباشر التي تعمل على كثافة عالية، ومن أجل انتشار شبكة الوصول إلى أجهزة اللاسلكي، لا سيما في الخلايا الصغيرة ومهرجانات المشاريع، يجب أن تقل تكاليف الموصلات عبر الإنترنت عن 100 دولار للوحدة الواحدة لـ 100 جهاز من أجهزة الكشف عن المواقع، مما يتطلب إحراز تقدم في التكامل بين الأجهزة الكهربائية، والاختبارات الآلية، والتعبئة.

ومن مجالات البحث ذات الصلة تطوير منابر للتصوير الضوئي للسيليكون المنخفض التكلفة التي يمكن أن تدعم الموصلات العالية السرعة والمحررين الصوريين في حالة وفاة واحدة، وقد اقتصرت المحولات الحالية في سيب على عرض النطاق الترددي مقارنة بأجهزة النيتيوم (LiNbO3)، ولكن موصلات النضوب الناقلة في عقد متقدم تغلق الفجوة.

الإدارة الحرارية والاعتماد

ومع حزم ممرات أكثر وسرعات أعلى في نظام الأفضليات المعمم في الضواحي الأصغر، فإن كثافة الحرارة تزيد، وقد تتجاوز درجة الحرارة الداخلية البالغة 400 درجة مئوية من الـ 400 درجة مئوية من الـمكافئة للكميات العالية والثنائية الفلور، 70 درجة مئوية تحت الحمولة الكاملة، مما يعجل بسن الليزر والآلات الإلكترونية، ويجب أن تتضمن العبوات المقبلة أجهزة متطورة للتقلبات، أو معدات التبريد الحرارية (الغات).

التكامل مع الصور الفوتونية والإلكترونيات في سيليكون

وتمثل الصور المجهزة بالشراكات مستوى التكامل النهائي، ولكن لا تزال هناك تحديات هندسية كثيرة: التسامح في المواءمة بين الصور الضوئية والإلكترونيات، والمعامل الحراري لمخالفات التوسع، وإنتاج التجمع الهجيني، ويهدف البحث في طباعة التحويل الجزئي وربط الشوائب إلى الجمع بين ثلاثي فيزوات وأجهزة التصوير الضوئي للسيليكون على نطاق وجيز.

توجيهات البحوث المستقبلية

فبعد ٦ زاي، قد تتطلب الشبكات قدرة على الاتصال بالسواتل - فالتضاعف في تقسيم الفضاء - باستخدام الألياف القليلة، والألياف المتعددة العناصر، أو الألياف المتعددة الألياف - يوفر مسارا لتوسيع القدرة دون زيادة الكفاءة من حيث الطيف، وسيلزم أن تتولى أجهزة إرسال الألياف الفضائية المتعددة الوسائط في آن واحد، مما يتطلب وجود دوائر متكاملة جديدة ذات مسارات مستقلة لكل نوع من أنواع النقل الأساسية أو الوسائط.

وثمة منطقة أخرى ناشئة هي استخدام أجهزة إرسال بصرية في وصلات بحرية في الفضاء الضوئي (FSO) من أجل إعادة التأهيل اللاسلكي، مما يمكن أن يوفر قدرة شبيهة بالألياف للمناطق التي يصعب الوصول إليها دون خنادق، ويجري استكشاف أجهزة نقل متحركة يمكنها التحول بين عملية الألياف وعملية التثبيت الترددي من أجل سيناريوهات الانتشار المرنة.

For an in-depth market analysis of optical transceiver trends, refer to LightCounting’s report on Optical Communications Market Forecast].

ويمكن الاطلاع على لمحة عامة شاملة عن متطلبات النقل من الفئة 6 زاي في إجراءات OFC 2024]، ولا سيما الجلسات المتعلقة بالوصول البصري والواجهة الأمامية.

وأخيراً، تستضيف مكتبة الإنترنت الرقمية العديد من الورقات عن تقنيات تعديل متقدمة للوصلات البصرية لما بعد 5G، مثل هذه الورقة التي تحمل رقم 2023 عن 800 G الموصلات المتماسكة للخلفية المتنقلة .

خاتمة

وتطورت أجهزة النقل اللاسلكية ذات النطاقات العالية من محولات كهربائية إلى آلية إلى أجهزة متطورة وقائمة على الثقة في البرامجيات، وهي تشكل العمود الفقري لخمسة آلاف، وستدعم شبكات من طراز 6G، وتظل أوجه التقدم في مجال النقل غير المستقر (PAM4، و800G)، وتدنية عوامل الإنتاج (QSFP-DD، وOSFP، وCPO)، وكفاءة استخدام الطاقة