ونظراً إلى التقدم الذي تحقق في تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية، فإن شبكات الموجات المليمترية (الناموس) 5 زاي هي في مقدمة توفير سرعة البيانات وقدراتها غير المسبوقة، إذ أن تصميم هذه النظم العالية الأداء يتطلب تخطيطاً دقيقاً، وفهماً عميقاً للطبقة المادية، والتقيد بأفضل الممارسات المثبتة لتحقيق أقصى قدر من الأداء والموثوقية والقابلية للتكرار، وتستكشف هذه المادة المبادئ الأساسية والاستراتيجيات المتقدمة لبناء شبكات مجهزة بمقياس للجرعايا المتوسطة الأجل.

Understanding mmWve 5G Technology

)ج( متوسط الترددات )الناشفة( تتراوح عادة بين ٢٤ غيغاهيرتز و ١٠٠ جيهرتز، وهذه النطاقات العالية التردد تتيح وجود عدد كبير من الترددات المتقاربة - ٤٠٠ ميغاهرتز إلى ٨٠٠ ميغاهرتز لكل قناة - وهو ما يترجم مباشرة إلى معدلات بيانات متعددة الأطقم لكل ثانية، وقد حدد مشروع شراكة الجيل الثالث )٣٢٩( نطاق الإصدار )٢٧(

غير أن إشارات الموجات الحرارية تُتصرف بشكل مختلف أساساً عن إشارات الترددات دون 6 غيغاهيرتز، وهي تعاني من فقدان مسارات أعلى، ويسهل سدها بواسطة المباني، والفولاذ، وحتى الهيئات الإنسانية، بل وتُنشر على نحو محدود حول العقبات، كما أن الامتصاص بالرنين والغلاف الجوي يُستنفد أيضاً إشارات مخففة، ولا سيما أكثر من 50 جيهرتز، وتجعل خصائص الهندسة هذه مثبتة من تصميم شبكة مميتزروعة.

وعلى الرغم من هذه التحديات، توفر منظمة " وايف " فوائد تحولية: القدرة القصوى، والارتفاع المنخفض، والقدرة على خدمة البيئات الحضرية الكثيفة، والملاعب، والمصانع، والوزعات اللاسلكية الثابتة، والمركبات العاملة تستخدم مواصفات القدرة على العمل إلى جانب طبقات التغطية دون السادسة من نوع GHz، باستخدام تقنيات مثل الوصل المزدوج وتجميع الناقلات لتوفير خبرات مستخدمة لا تحصى.

الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميمات لشبكات الموجات المتوسطة

ويتطلب تصميم نظام صافرة من طراز MMWave 5G تخطيطا شاملا، ويجب أن يكون كل عنصر من عناصر اقتناء الطيف إلى وضع هوائي على النحو الأمثل، كما أن العوامل الحاسمة التي يجب على المهندسين معالجتها.

توزيع المبيدات وإصدار التراخيص

:: تأمين تراخيص الطيف الكافية هي الأساس، ففي العديد من المناطق، يزاد طيف الموجات المميتة في مجموعات من 100 ميغاهيرتز أو أكثر، ويجب على المشغلين تجميع ناقلات متعددة لتحقيق كامل إمكانات النطاق الترددي، مثلاً، يمكن أن يؤدي استخدام 8100 ناقل من طراز ميغاهرتز مع تجميع الناقلات إلى 800 ميغاهيرتز من الترددات الفعالة، مما يتيح بلوغ معدلات الذروة إلى ما يتجاوز 4 غيغاوات.

كما يتطلب تقاسم الأنسبيكتروم مع شاغلي الوظائف )مثلا، وصلات ساتلية، رادار( التنسيق، كما أن تقنيات تقاسم الطيف الديناميكي أقل قابلية للتطبيق في مليمتر واف بسبب التوجيه الهوائي، ولكن التخطيط التعايشي الدقيق - بما في ذلك مناطق الاستبعاد وإدارة الطاقة - أمر أساسي.

إدارة المعلومات والحزم

وعلى عكس نظم الهرتز الفرعية 6 التي تعتمد على هوائيات شاملة أو مصنَّعة، يجب أن تستخدم نظم الموجات المميتة الأشعة المكرَّسة ] للتغلب على فقدان المسارات العالية.

إدارة الحزم هي إجراء محدد من 3GPP يشمل مسح الشعاع وقياس الشعاع وتحديد الشعاع واستعادة الشعاع، وتقوم محطة القاعدة (gNB) ووكالة الأنباء الموحدة بصورة دورية بتبادل الإشارات المرجعية لاختيار أفضل زوج من الشعاعات، وفي سيناريوهات شديدة التنقل، يجب أن يكون تعقب الشعاع في غضون ثواني من الملليمتر. 3GPP TS 38.214[FLT: framework]

نشر وتثبيت الخلايا الصغيرة

إن النطاق المحدود من مليمترات المياه - الذي يتراوح عادة بين 200 و 500 متر في الهواء الطلق وأقل في الداخل - يتطلب نشرا كثيفا للخلايا الصغيرة، ولا يمكن للخليات المصغرة وحدها أن توفر تغطية كافية، وتشكل الخلايا الصغيرة المنتشرة في أثاث الشوارع، والمصابيح، ومواجهات البناء، والحدود الداخلية، طبقة كثيفة من نقاط الدخول.

وتشمل استراتيجيات النشر الرئيسية ما يلي:

  • Street-level nodes] for sidewalks and urban canyons.
  • Indoor distributed antenna systems (DAS)] with mmWave repeaters or integrated access/backhaul (IAB) nodes.
  • وحدات مجهزة بالسقف ومجهزة بالماءات، ومدارس التسوق.
  • Integrated access and backhaul]: using the same mmWave frequency for both access and backhaul, reducing fiber trenching costs.

Backhaul and Fronthaul Infrastructure

ويمكن لكل خلية صغيرة من خلايا الموجات المتوسطة أن تقدم عدة جيغابيتات في الثانية من القدرات، ويجب أن يضاهي ذلك نظام الواجهة الضوئية الحر، ولا تزال الاتصالات البصرية هي المعيار الذهبي - حيث تتطلب كل خلية على الأقل من الواجهة الخلفية لعشرة ألواح من الألياف، ولكن حيث لا يكون الألياف عملية، ولاسلكية تستخدم وصلات من نوع إلى نقطة مليمتر (مثلا، E-band، 70/80 GHgiz) يمكن أن توفر قدرة متعددة.

كما يجب أن تدعم عملية إصلاح الهياكل المركزية لشبكة RAN أيضاً ارتفاع نسبة المرتدة وانخفاض مستوى الترددات، فالتفاعلات الإذاعية العامة المشتركة على الألياف، أو زيادة كفاءة تعزيز برنامج المقارنات الدولية على شبكة Ethernet، هي خيارات نموذجية، أما بالنسبة للنشرات الموزعة، فإن وحدات النطاق الأساسي المشتركة مع الإذاعة يمكن أن تقلل من احتياجات المرحلة الأمامية.

إدارة وتنسيق شؤون المؤتمرات

ونظراً لأن أشعة المليمترات ضيقة، فإن التدخل أقل من التدخل في شبكات الهرتز من دون 6 غيغاهرتز - ولكنه غير متغيب، ويمكن للكورب الجانبية أن تسبب تدخلاً في الخلايا المجاورة أو في عمليات التفتيش الموحدة، حيث تُحدّد الجداول الزمنية المتاخمة لبض السفن من التدخل، وتُكيّف تقنيات التنسيق بين الأجهزة الخلوية والارتقاء بالمركز الدولي للكيمياء السمية.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لاختيار النقاط الدينامية [(FLT:0)] (DPS) أن يخدم وحدة نقل من أفضل نقطة انتقال غير متداخلة.

استهلاك الطاقة والإدارة الحرارية

وتستهلك صفائف ضخمة من طراز MIMO مع عشرات السلاسل الإذاعية قوة كبيرة، ففي مليمتر وايف، لكل عنصر هوائي تحول المرحلة الخاصة به، وغالبا ما يكون مضخما للطاقة، ويمكن أن يتجاوز مجموع الطاقة لكل خلية 500 دبليو.

  • (ب) استخدام الناموسيات (نايتريد الغاليوم) أو سيغي (المجلس الألماني السيليكون) لزيادة الكفاءة.
  • التمكين من أساليب النوم لعناصر الهوائيين غير المستخدمة والشعاعات.
  • :: تنفيذ عملية التكييف التي تقلل من عدد الحزمة النشطة عندما تكون حركة المرور منخفضة.
  • استخدام أنظمة التبريد السلبية أو المعجبين النشطين في الضيوف الخارجية.

التنقل والتمكين من تحقيق الاستفادة المثلى

ويجب أن تتعامل شبكات المياه مع وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة التي تتحرك بسرعة تصل إلى 500 كيلومتر/ساعة (حسب متطلبات 3GPP بالنسبة للقطارات ذات السرعة العالية) ويجب أن يكون التسليم بين الشعاعات داخل خلية (داخل الشبكة الوطنية) وبين الخلايا سريعاً وقوياً، كما أن التسليم المشروط وحزمة المراسم المزدوجة النشاط يتم توحيدهما لتقليل وقت التوقف إلى أدنى حد.

وتخفض طبوغرافيا الشبكة التي تتداخل مع الخلايا الصغيرة الحاجة إلى تسليمها من مسافة بعيدة، ومن المهم للغاية بالنسبة لاستخدام المركبات، نشر مسافات مليمترية على طول الطرق مع استمرار مناطق التغطية.

أفضل الممارسات لتحقيق الاستفادة المثلى من القدرات

وإلى جانب التصميم الأولي، يلزم تحقيق الاستخدام الأمثل المستمر لزيادة القدرة إلى أقصى حد، وقد ثبت أن أفضل الممارسات التالية تزيد من كفاءة الطيف ومنافذ المستعملين.

اثبات الشبكات والتخطيط الجماعي

إن الكثافة هي القدرة الأولى، فإضافة المزيد من الخلايا الصغيرة في مجموعة ما يقلل من الحمولة لكل خلية، غير أن كثافة الكثافة تقلل من العائدات إلى ما بعد نقطة معينة بسبب زيادة التدخل وتجاوز النفقات العامة، وتتوقف البقعة الحلوة على توزيع حركة المرور والبيئة المادية.

أدوات مثل نماذج التكاثر بالأشعة ومحاكاة مونت كارلو تساعد على تحديد الوضع الأمثل

تجميع الناقلات وكفاءة المنارة

ولا يزيد مجموع ناقلات المياه المتعددة المليمترات من معدل الذروة فحسب، بل يحسن أيضا القدرة من خلال تنوع الترددات. ويدعم الفريق 3GPP تجميع ما يصل إلى 16 ناقلا من العناصر في الإصدار 17، أي ما يصل إلى 400 ميغاهرتز.() ويمكن أن تتجاوز الكفاءة في استخدام الأطياف 30 برميل/هرتز في إطار نظام التوزيع المتطور (256 QAM و 1024 QAM) وارتفاع معدلات الترميز (رموزانات الديموريد).

وينبغي للمشغلين أن يعطوا الأولوية لتجميع الطيف غير المتناغم من أجل الاستفادة القصوى من المخصصات المجزأة، كما أن تقاسم الطيف الديناميكي بين فريق التكنولوجيا المتقدمة والآلية الوطنية أقل فعالية في مليمتر واف بسبب ضيق نطاقات القنوات، ولكن تجميع الناقلات مع مزيجات من الدي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي.

نظم المعلومات الإدارية المتقدمة

إن تعددية العناصر المتعددة المدخلات التي تضم 64 عنصراً أو أكثر من عناصر الهوائيات يتيح التكتل المكاني لمختلف الأعياد في نفس الوقت من موارد التردد، وفي عجلات التصوير المختلط، والمسح المختلط - المتجانس بين المناظر والتصوير الرقمي - يقلل من تعقيد المعدات بينما لا يزال يوصل مسارات متعددة.

وتشمل التقنيات الرئيسية ما يلي:

  • Multi-user MIMO (MU-MIMO): serving up to 8 or 16 UEs concur per cell.
  • Null-steering]: placing spatial nulls toward interfering UEs.
  • Dynamic beam allocation: assigning beams based on traffic demand.

الحوسبة الإلكترونية لتطبيقات منخفضة الأسعار

ويقلل حساب الحوائط المتعددة الميسرة من الاختناقات والارتطام بالخلف عن طريق تجهيز البيانات القريبة من شبكات يو إي. في مليمتروف، ويمكن لخواديم هذه المركبات في موقع الخلية أو نقطة التجميع أن تعالج مهاماً كثيفة التكلفة مثل تحليلات الفيديو في الوقت الحقيقي، وواقعية معززة، وآلية صناعية، مما يزيل الشبكة الأساسية ويحسن خبرة المستعملين.

كما أن نشر هذه المركبات باستخدام مينول/متر وايف يتيح أيضاً تدفقاً جديداً للإيرادات: يمكن للمشغلين أن يقدموا شرائح منخفضة السرعة للمركبات المستقلة، والجراحة عن بعد، والقمار، والجمع بين الترددات العالية والضعف في الترددات هو مفرق رئيسي لخمسة آلاف.

إدارة حركة المرور على نحو ملائم وتحقيق الاستخدام الأمثل

ولا يمكن للتشكيلات الثابتة أن تعالج الطبيعة الدينامية لقنوات الموجات المليمترية - كتلة الشعاع، وتنقل المستخدمين، وتصاعد حركة المرور.

ومن الأمثلة على ذلك:

  • Reinforcement learning for beam selection]: learning optams based on historical measurements.
  • Neural network-based channel estimation]: improving MIMO decoding under high mobility.
  • التسليم الرجعي : إطلاق التسليم قبل تدهور الإشارة.
  • Trafficteering]: directing users to the least loaded cell or beam.

الوصول المتكامل والخلفية

ويتيح نظام إي بي، الذي يُحدَّد في الإصدار 16 من نظام إطلاقات الغازات العنيفة، للخلايا الصغيرة التي تستخدم الموجات المميتة للعجلات المتحركة لإعادة تنظيم حركة المرور عبر خلايا أخرى من المليمترات، مما يقلل من تكاليف نشر الألياف ويعجل ببدء تشغيل الشبكة، ويمكن أن تكون عقدات الإيبيرية قادرة على توسيع نطاق التغطية بشكل أعمق في المباني أو الأماكن.

يجب أن يُحسب تخطيط القدرات لـ (إي بي) الحصة الأساسية من الموارد الإذاعية، فالتضاعف بين الوصول والوصلات الخلفية للزمن والترددات ضروري لتجنب الازدحام.

الرصد المنتظم للحشرات والاختبارات

ومن الأهمية بمكان أن يكون القياس المستمر هو تحسين القدرات، وينبغي أن يقوم المشغلون بنشر نظم اختبار آلية للحركة والإبلاغ القائم على معدات المستعملين لجمع بيانات RSRP، و RSRQ، و SINR، وعبر الناتج، وتغذي هذه البيانات في خوارزميات الشبكة ذاتية التنظيم، التي تعدل البارامترات مثل شكل الشعاع، وأجهزة نقل الطاقة، وعتبات التسليم.

ويمكن لعمليات مسح تحليل الأنسبكتروم أن تحدد التدخل الخارجي من خدمات السواتل الثابتة أو الأجهزة غير المرخصة الأخرى العاملة في نفس النطاقات، ويُطلب إجراء تسوية للتدخلات في الهيئات التنظيمية مثل لجنة المنافسة النباتية (في الولايات المتحدة) أو أو أو أوفوك (في المملكة المتحدة).

نشر أجهزة إعادة الإرسال والتأخير

وفي المواقع الداخلية أو المناطق الظل التي يصعب الوصول إليها، يمكن لمكرري المدافع والمواصلات أن يوسعوا نطاق التغطية دون إضافة محطة قاعدية كاملة، وتضخم أجهزة الترميم وترسل الإشارة ذات الاتجاهين.

التوقعات المستقبلية: التصميم لما بعد 5 سنوات

ولن تنمو طلبات القدرات إلا لأن التطور نحو ٦ زاي - المتوقع أن يبلغ حوالي ٣٠٠٢ - سيدفع الترددات إلى النطاق الفرعي للثديين )٠٠١-٣٠٠ غيغاهرتز( و )٣٠٠ غيغاهيرتز - ٣ ثيس( ، وهذه الفرق توفر عشرات من الهرتز من الترددات المستمرة، مما يتيح معدلات بيانات تبلغ ٠٠١ غم وبغ وما بعده، غير أنها تجلب حتى المزيد من فقدان التصميمات وشبهات جديدة.

Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS)

(ج) استخدام تكنولوجيا نظم المعلومات البيئية في استخدامات قابلة للبرمجة في التخزين المغناطيسي للتعكس السلبي والأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء للمستخدمين، ويمكن لهذه الأسطح أن تحسن التغطية في المناطق غير المباشرة (الانتر) التي لا توجد فيها قدرة نشطة، وتتواصل البحوث لإدماج نظام " RIS " في معايير ثلاثية الأبعاد لإطلاقات المستقبل. A 2023 IEEEEEEEs،

AI-Native Air Interface

وستدمج شبكات المستقبل " آي " مباشرة في الطبعة المادية - التزيين، والتزيين، والمسح، وتخصيص الموارد على نحو مشترك على النحو الأمثل عن طريق التعلم الآلاتي، مما سيمكن من استخدام الطيف فوق المرن ومن التكيف شبه المعقول مع ظروف القناة.

الاتصال الكامل

ويمكن للأجهزة اللاسلكية ذات الترددات الكاملة التي تنقل وتتلقى في نفس الوقت، أن تضاعف كفاءة الأطياف، وفي حين أن الازدواج في الموجات المتوسطة بسبب متطلبات إلغاء التدخل الذاتي، فإن النماذج الأولية المبكرة تبين جدوى.

تيراهرتز

فبعد ١٠٠ غيهرتز، تقدم فرقة توهرتز عرضية هائلة ولكنها تتطلب هوائيات ذات توجهات بالغة ومستقبلات منخفضة المنارة، وتشمل التطبيقات المتوقعة إعادة هيكل لاسلكية عالية السرعة، وربط مراكز البيانات، وتصفيف المحتوى الهولوغرافي بلا سلك، وستستخدم مبادئ التصميم التي أنشئت من أجل تطهير الخلايا الصغيرة، ونظم تحديد الحواف.

خاتمة

ويتطلب تصميم نظم القدرة ذات الصلة باستخدام مليمترات الموجات المتوسطة والرأسية نهجا متعدد الجوانب يجمع بين تكنولوجيات الهوائي المتقدمة، والنشر الكثيف، وإدارة الموارد الذكية، والتخلف القوي، وبفهم تحديات الانتشار الفريدة وتطبيق أفضل الممارسات - من إدارة الحزم إلى الاستخدام الأمثل - يمكن للمشغلين فتح كامل إمكانات طيف الموجات المائية المليمترية، مع استمرار المؤسسات الزراعية في تلبية الاستراتيجيات القائمة على ستة غايات وثبات أعلى.