إن تكنولوجيا الموجات المتوسطة (الناموس) هي دعامة أساسية للجيل الخامس من الشبكات اللاسلكية، مما يتيح سرعة البيانات غير المسبوقة، والارتفاع المفرط في السرعة، والقدرة الهائلة التي تحدد تجربة الـ 5 زاي، وهي تمثل في كثير من الأحيان، في الامتحانات المتتالية التي تُجرى على مدى الطول المكثف للشبكة، والتي تتجاوز موجات الـ 10 درجات العالية التي تستخدمها الشبكة العالمية والتي لا تعمل فيها.

ما هي تكنولوجيا الموجات الملليمتر؟

وتشير موجة ميليميتر إلى الجزء من الطيف الإذاعي الذي يتراوح طوله بين 1 و 10 مليمترات، وهو ما يقابل ترددات من حوالي 30 جيهرتز إلى 300 جيهرتز، وفي سياق التجارة 5 زاي، يُطبق هذا المصطلح عادة على النطاقات التي يخصصها القائمون بالتنظيم بين 24 جيهرتز و 100 جيهرتز، بما في ذلك نطاق التردد 26 جيهرتز و 28 جيهرتز و 39 غيهرتز و 60.

وتختلف ترددات الموجات القصيرة عن تردداتها المنخفضة، وتعاني المحركات الموجية القصيرة من فقدان مسارات فضائية أعلى، مما يعني أن قوة الإشارة تهبط بسرعة أكبر على مسافة، كما أنها تتفاعل بقوة مع الأجسام المادية: المباني والأشجار والمركبات وحتى الجثث البشرية يمكن أن تحجب الإشارة أو تخفف بشدة من آثارها، ولا سيما في نطاق الارتفاع البالغ الذي تبلغه الأمواج 60.

ومقارنة بطائفة الـ 6 غيغاهيرتز - التي تسمى أحيانا " النطاق المتوسط " - تقدم مبادلات: قدرة أعلى بكثير وسرعة، ولكن أقل قدرة، وأقل قوة، وتخلق فرق الـ 6 غيغاهيرتز (مثل 3.5 جيهرتز و 4.9 غيغاهيرتز) تغطية ممتازة ومساحيقا في الـ 100 من الوصلات الحضرية غير المتجانسة، وأجهزة الاتصال اللاسلكية،

How mmWave Enables High-Speed 5G Networks

ارتفاع معدلات البيانات من خلال باندويث المسييف

أما الميزة المباشرة لشبكة GMWave فهي الكمية الضئيلة من الطيف المتاح، إذ يمكن لناقل واحد من طراز 5G أن يمتد إلى 100 ميغاهيرتز أو أكثر؛ إذ أن عدد ناقلات المكونات المتعددة قد بلغ 800 ميغاهيرتز أو حتى عدد من أنواع الضمادات الميكانيكية، وهو ما يزيد عن نسبة الـ 102 جيغاهيرتز التي تقدم في إطار نظام Ghannon-Hartley، قد تصل إلى 400 قناة

زيادة القدرة على استخدام المعلومات الإدارية المتعددة الأطراف وإعادة الاستخدام المكاني

لأن الموجات العالية من الغلاف الجوي قصيرة جداً، يمكن التقليل من الهوائيات، ويمكن أن تضم الخلية اليدوية أو الصغيرة عشرات أو حتى مئات من عناصر الهوائيات الفردية في صفيفة مرحلية، مما يتيح للمستخدمين المتعددي النطاقات - باستخدام العديد من الهوائيات في كل من جهاز الإرسال والاستقبال لخلق مسارات متعددة من البيانات المنفصلة عن المكان.

درجة حرارة الأرض لتطبيقات النظام الحقيقي

أما انخفاض درجة الحرارة في 5 جي، الذي كثيرا ما يُستشهد به بساعة واحدة من الركوب المتحرك، فيمكن جزئياً من خلال فترات الانتقال القصيرة التي يستغرقها مؤتمر القمة العالمي المعني بمرض الإيدز، وانخفاض الحاجة إلى إعادة نقل المركبات بسبب وجود عدد كبير من الترددات، والأهم من ذلك أن تجهيز الطبقات المادية لإشارات الموجات المميتة يمكن أن يكون سريعاً جداً، واستخدام أجهزة التر الضوئية يتيح تحويل مسارات سريعة إلى مركب.

التحديات التي تواجه استخدام موجة ميليميتر

محدودية الرنج وضياع الطريق

ففقدان المسار الحر يزيد بمقدار أربعة أضعاف، لذا فإن إشارة الموجة إلى 28 درجة مئوية من الهكتار تعاني من خسارة تفوق تقريباً 30 كيلو متراً من إشارة إلى 700 ميغاهرتز على نفس مسافة خط البصر، وهذا يعني أن التقلص في الخلايا يبلغ بضع مئات من الأمتار، وهو ما يقل في كثير من الأحيان عن 300 إلى 500 متر لتغطية تكاليف البناء التي يمكن الاعتماد عليها.

الحساسية من التطفل

ولا يمكن أن تبث إشارات الموجات الطويلة مثل الترددات المنخفضة؛ بل أن تتصرف على نحو أكثر مثل الضوء، فالأشجار، وأسور البناء، والنوافذ ذات المعاطف المنخفضة، وحتى مع يد الشخص يمكن أن تحجب الإشارة، مما يخلق فتحات تغطية تحتاج إلى إدارة دقيقة، وعلى سبيل المثال، فإن التغطية الداخلية من محطة قاعدية خالية من الرؤوس من العجلات، لا يمكن عادة أن تتجاوز نطاقها.

تكاليف الهياكل الأساسية والتعقيد في النشر

وتحتاج شبكة الكثافة من الخلايا الصغيرة العاملة في إطار شبكة الموجات المتوسطة إلى استثمار رأسمالي كبير: محطات الأساس نفسها، والجهاز اللاسلكي النسيجي أو العالي القدرة، والهياكل الأساسية للطاقة، وتكاليف اقتناء المواقع، ونظرا لأن خلايا الموجات الأمامية صغيرة، يمكن أن تكون إما ألياف (مفضلة) أو سلكية تستخدم وصلات من نوع إلى آخر، ولكن تركيب الألياف باهظ الثمن في العديد من البيئات الحضرية المضافة.

Overcoming Challenges: Beamforming and Advanced Antenna Arrays

وأهم تكنولوجيا صنع الأشعة المميتة عملية هي التضليل، وبدلا من بث إشارة واسعة وضعيفة، تقوم مجموعة من الهوائيات على مراحل بنقل شعاع ضيق يمكن توجيهه إلكترونيا في الوقت الحقيقي، وهناك عدة أنواع:

  • Analog beamforming]: A single RF chain drives all antenna elements through phase shifters, producing one beam at a time. simple and low-power, but can only serve one user per time slot.
  • Digital beamforming]: لكل عنصر هوائي سلسلة خاصة به من وحدات الترددات المحتوية على الترددات، مما يتيح حزمة متعددة ومزدحمة مكانية، مرنة جداً ولكنها مكلفة في مليمترات مسببة لاستهلاك عالي من الطاقة.
  • Hybrid beamforming]: A compromise combining analog and digital stages, enabling multiple streams with reduced equipment. Most commercial mmWave 5G systems today use hybrid beamforming.

وتُعد صفائف ضخمة من هذه المركبات تضم 64 أو 128 أو حتى 256 عنصراً من الوحدات الأساسية ذات الموجات المتوسطة، ويمكن لهذه الصفائح أن تخلق حزماً ضيقة جداً (بضع درجات واسعة)، تركز على الطاقة تحديداً على كل مستخدم، وتشمل إدارة البيوم الحيازة الأولية، والتتبع، والتبديل - وتتبادل محطة القاعدة والأجهزة المحمولة باستمرار إشارات مرجعية للحفاظ على أفضل صلة.

سيناريوهات النشر وقضايا الاستخدام

الوصول الثابت بلا سلك (FWA)

ومن بين أكثر حالات الاستخدام المبكر نجاحاً بالنسبة لشبكة مم-Wave 5G الوصول الثابت اللاسلكي - تقديم خدمات الإنترنت إلى المنازل والأعمال التجارية دون خط ألياف مادي، ويقوم عاملون مثل فيريزون (5G Home) و T-Mobile (5G Home Internet) بنشر محطات لشبكة الألياف في أعمدة الشوارع أو أسطحها، وربطوا معدات أماكن العمل التي تقام على نافذة أو سقف.

مستودعات ساخنة حضرية مكثفة

وتولد مناطق التسوق، ومسارات المدن، والملاعب، ومراكز النقل، قدرا كبيرا من الطلب على البيانات لكل متر مربع، ويمكن نشر خلايا صغيرة من طراز MmWave على مواقع المصابيح، أو لوحات الإعلانات، أو بناء واجهات لتوفير القدرة على استخدام المحركات المتعددة، وفي أماكن كبيرة مثل المفاعلات المتطورة؛ واستخدمت مجموعة " T " (Dallas Cowboys)، و " Tdefition " ، لتجارب عالية في الوقت.

المؤسسة والصناعية

وتستفيد المصانع والمستودعات والموانئ من موثوقية المليمترات العالية والبطء المنخفض، ويمكن ربط المركبات المصحوبة بمرشدين آليين وكاميرات المراقبة دون سلك بأداء شبه متوافر، وقد أدخلت معايير الـ 3GPP Rel-16 وRl-17 تحسينات على الـ IoT الصناعية (IIoT) باستخدام مليمترات، بما في ذلك دعم الاتصالات المنخفضة الترددات والمعتمدة على الترددات.

Augmented and Virtual Reality

ويحتاج جهازي VR وAR لاسلكيين إلى ارتفاع منافذ (الأجهزة المتعددة) وأجهزة أشعة تحتية على مسافة 10 أمتار لتجنب مرض الحركة، مما يتيح للرؤوس التي لا تُستَرَفَع أو تُضغط على أشرطة فيديو من خواديم الحافة، ويُعد الجمع بين أحذية المليمتر و الحوسبة تجارب غير مُربكة حقاً.

مستقبل موجة الملليمتر في 5 زاي وما بعده

ويُعترف منظمو نظام " سبيما " في جميع أنحاء العالم بأهمية توفير عجلات مليمترية لخمسة آلاف. وقد مزدحمت اللجنة بمجموعات متعددة، كما حدد المؤتمر العالمي للاتصالات اللاسلكية التابع للاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية (WRC-19) 26 غيغاهيرتز (24.25 - 27.5 غيغاهيرتز) و 40 غيغاهيرتز (37 - 43.5 غيغاهيرتز) التي لا تزال معززة في مجال النقل التجاري

وسيشكل البحث عن مليمترات تتجاوز 5G، تكنولوجيا أساسية في 6G، يتوقع أن تعمل على الترددات حتى 100 جيهرتز، وربما حتى في نطاق تيراهارتز (0.1-3 ثيس) وتستكشف البحوث من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ، كما أن هناك عقبات في الاستهلاك تتطور في هذه المواد.

وتشير مقاييس الطرق الصناعية من Qualcomm وغيرها من صناعات الرقائق إلى أن مليمترات المياه ستصبح سمة قياسية في الأجهزة الـ 5G في المستقبل، وليس مجرد خيار أقساط، مع التحسينات المستمرة في الخوارزميات المتحركة، والنفاذ المتكامل والخلفية، وإدارة التدخل، فإن عجلات 5G ستحقق نتائج السوق المتنقلة.

وباختصار، فإن تكنولوجيا الموجات المليمترية ليست مجرد " متسع " لخمسة آلاف - بل هي مفتاح فتح الرؤية الكاملة للوصل اللاسلكي غير المباشر، والخفيف، والارتفاع في القدرة اللاسلكية، بينما تظل التحديات قائمة في نطاقها وكثافة انتشارها، فإن الجمع بين تطبيقات الرصد والتحقق الشاملين، والتدفقات المتقدمة، والتدهور الشديد لشبكات الخلايا الصغيرة، يُحدث بسرعة خللا.