“إن شبكة 5G تسير على قدم وساق ، وقد تم الانتهاء من العديد من التجارب الميدانية ، والعديد من الجهود الأخرى تتقدم باطراد في جميع أنحاء العالم. يُظهر تقرير 5G Trials Snapshot الصادر مؤخرًا عن GSA أنه تم تحديد أكثر من 326 تجربة وتوضيحًا فرديًا لـ 5G على مستوى العالم حتى الآن ، مع حوالي 134 من مشغلي الهاتف المحمول في 62 دولة وإقليم أعلنوا عن تجارب 5G. في حين أن العديد من هذه التجارب تركز على إظهار إنتاجية أعلى ، فإن 5G مرنة وتوفر ميزات جديدة من شأنها تمكين حالات استخدام جديدة. تضع 5G الأساس للمعايير اللاسلكية التي ستقودنا إلى عام 2030 وما بعده.
“
توماس كاميرون
في منتصف عام 2018 ، تحدث الدكتور توماس كاميرون ، مدير التكنولوجيا اللاسلكية في Analog Devices ، عن حلول ADI والتطورات في تكنولوجيا اتصالات الجيل الخامس ومستقبلها. يتمتع الدكتور كاميرون بأكثر من 30 عامًا من الخبرة في مجال البحث والتطوير لتقنيات شبكات الاتصالات ، بما في ذلك محطات القاعدة الخلوية ، وأجهزة الراديو ذات الميكروويف ، وأنظمة الكابلات ، ويشاركه خبرته في المقابلة التالية.
لنتحدث عن اتصالات 5G ومستقبلها.
تمضي شبكة الجيل الخامس على قدم وساق ، وقد تم الانتهاء من العديد من التجارب الميدانية ، كما أن العديد من الجهود الأخرى تتقدم باطراد في جميع أنحاء العالم. يُظهر تقرير 5G Trials Snapshot الصادر مؤخرًا عن GSA أنه تم تحديد أكثر من 326 تجربة وتوضيحًا فرديًا لـ 5G على مستوى العالم حتى الآن ، مع حوالي 134 من مشغلي الهاتف المحمول في 62 دولة وإقليم أعلنوا عن تجارب 5G. في حين أن العديد من هذه التجارب تركز على إظهار إنتاجية أعلى ، فإن 5G مرنة وتوفر ميزات جديدة من شأنها تمكين حالات استخدام جديدة. تضع 5G الأساس للمعايير اللاسلكية التي ستقودنا إلى عام 2030 وما بعده.
من الآن فصاعدًا ، نظرًا لأن مشاركة الفيديو أصبحت أكثر شيوعًا في المجتمع ، فإن توليد واستهلاك بيانات الهاتف المحمول لا يتباطأ على الإطلاق. ولكن مع دخولنا عصر الآلة القادم ، في المستقبل ، يعني الاتصال أيضًا الاتصال بالعالم من حولنا. نحن ندخل عصر التحول الرقمي ، حيث ستتغير الطريقة التي نعيش ونعمل ونتحرك فيها كل يوم بشكل كبير. بينما تعمل الهواتف الذكية الحالية كواجهة بين الأشخاص والمعلومات ، فإن الأجهزة المستقبلية ستتواصل بنشاط مع بعضها البعض ، دون أن تتأثر بالتفاعل البشري ، وتراقب محيطنا من خلال شبكة كثيفة من أجهزة الاستشعار المترابطة. تعد شبكة الهاتف المحمول القوية التي تربط الجميع وكل شيء بموثوقية عالية وزمن انتقال منخفض في صميم التحول الرقمي القادم.
بينما نركز كمهندسين أكثر على المواصفات الناشئة مثل النطاق الترددي ووقت الاستجابة وما إلى ذلك ، فإن المرونة هي أحد أسس 5G. إذا نظرنا إلى كيفية تشكيل هذه المواصفات ، يمكننا أن نرى أن الأشخاص يقومون بتعريف أشكال الموجات ، على أمل تنفيذ مجموعة حالات الاستخدام المتصورة حاليًا من خلال تحديد حالات الاستخدام التي لم يتم تصورها بعد.
على مستوى عالٍ ، فإن الهدف المتمثل في تحقيق ثلاث حالات استخدام هو الدافع وراء تطوير شبكة الجيل الخامس.
النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB)
اتصالات ضخمة من نوع الآلة (mMTC)
موثوقية عالية اتصال منخفض زمن الوصول (uRLLC)
في الوقت الحالي ، ينصب جزء كبير من تركيز الصناعة على شبكات الجيل الخامس على تعزيز النطاق العريض للأجهزة المحمولة ، والاستفادة من تقنيات تشكيل الحزم في طيف التردد المتوسط والعالي نحو سعة شبكة أعلى وإنتاجية أعلى. لقد بدأنا أيضًا في رؤية صعود حالات الاستخدام التي تستفيد من طبيعة الكمون المنخفض لبنى شبكات 5G ، مثل الأتمتة الصناعية.
أين ستساهم تكنولوجيا الراديو بأكبر قدر في 5G؟
يدفع النطاق العريض المتنقل المحسّن الحاجة إلى إنتاجية أعلى للبيانات وسعة شبكة أعلى. يمكن زيادة سعة محطة القاعدة الخلوية من خلال ثلاثة تدابير رئيسية: الحصول على طيف جديد ، وزيادة كثافة المحطة الأساسية ، وتحسين الكفاءة الطيفية. بينما نستمر في رؤية طيف جديد متاح عالميًا لتطبيقات الهاتف المحمول وزيادة كثافة الشبكة من خلال إضافة خلايا صغيرة ، لا تزال هناك حاجة قوية لتحسين استخدام الطيف المتاح. يمكن لتقنية MIMO الضخمة ، التي ظهرت في السنوات الأخيرة ، أن تحسن بشكل كبير من كفاءة استخدام الطيف. يتضمن MIMO الهائل استخدام عدد كبير من عناصر الهوائي النشطة التي يمكن ضبطها بشكل متسق لتوصيل الإشارة بدقة إلى المستخدم المقصود في الفضاء ، مع التحكم في التداخل مع المستخدمين الآخرين. إن الجمع بين عدد كبير من الهوائيات وخوارزميات معالجة الإشارات يمكّن النظام بشكل أساسي من توسيع إعادة استخدام التردد إلى النطاق المجهري. يقدم هذا عاملاً جديدًا في إعادة استخدام التردد ، حيث تتوفر مساحة الآن للمحطات القاعدية لنقل تدفقات البيانات المستقلة إلى عدة مستخدمين في وقت واحد وفي نفس الطيف. ينتج عن هذا زيادة كبيرة في الكفاءة الطيفية ، والتي بدورها تحسن بشكل كبير الإنتاجية الخلوية. يوضح الشكل 1 مثل هذا النظام. يظهر الهوائي ماديًا على شكل لوحة بها عدد من المشعات (عناصر الهوائي) مثبتة عليها. وراء كل مشعاع سلسلة من إشارات الراديو.
الشكل 1. MIMO الهائل
ما هو وضع MIMO الهائل؟
لقد ثبت أن تقنية MIMO الهائلة تزيد من إنتاجية البيانات المتنقلة بمعامل من 3 إلى 5 وستستمر في الزيادة. أكمل العديد من مشغلي الهواتف المحمولة حول العالم تجارب MIMO الضخمة ، ومن المتوقع أن يبدأ المستخدمون الأوائل النشر التجاري للتكنولوجيا في 2019-20 لدعم الاتصالات في المناطق الأكثر ازدحامًا بالشبكة. للمضي قدمًا ، مع تطور تقنية Massive MIMO وإضافة ميزات جديدة إلى معيار 3GPP اللاسلكي ، نتوقع أن تصبح مواصفات الراديو هذه شائعة في شبكات الهاتف المحمول في جميع أنحاء العالم.
ما هي التحديات التي تقدمها هذه التكنولوجيا للمجتمع الهندسي؟
في نظام MIMO الضخم ، نضيف المزيد من قنوات الراديو إلى النظام ، ونمدها من رأس راديو 8T8R عادي (8 أجهزة إرسال ، 8 مستقبلات) TDD (تعدد إرسال بتقسيم الوقت) إلى نظام 64T64R. في حين أن أنظمة MIMO الضخمة يمكنها تحسين سعة المحطة الأساسية بشكل كبير ، إلا أنها تأتي على حساب زيادة التعقيد في رأس الراديو. تستخدم عمليات نشر الراديو التقليدية رادومًا منفعلًا بإشارات تغذيها كبلات من رؤوس لاسلكية بعيدة. تعتمد فيزياء MIMO الهائلة على معماريات الهوائي النشطة ، حيث يتم الآن تضمين سلسلة الإشارات الراديوية النشطة في مجموعة الهوائي. عادة ما تكون هذه الأنظمة الراديوية مركبة على برج أو عمود ، لذلك هناك حدود للحجم والوزن المسموح بهما لنظام الهوائي النشط. يتم تحديد حجم الهوائي من خلال تباعد عناصر الهوائي ، كما أن استهلاك طاقة التيار المستمر هو عامل رئيسي في وزن النظام. لتحقيق الأداء الراديوي المطلوب ضمن قيود الحجم والوزن والطاقة ، يواجه مصممو الراديو العديد من التحديات التقنية.
كيف تدعم منتجات ADI 5G وما هو أحدث حل لشركتك لتطوير الراديو؟
هناك طرق مختلفة لتقليل الحجم والوزن واستهلاك الطاقة لأنظمة الراديو ، وأكثرها شيوعًا هو استخدام تكامل الدائرة وقانون مور لتقليل الحجم وتحسين كفاءة الطاقة. تدعو الأجهزة التناظرية إلى اتباع نهج على مستوى الأنظمة لمعالجة هذه القضايا الحرجة. بالطبع ، التكامل هو أكثر طرق الانكماش الراديوي مباشرة ، لكن التكامل نفسه قد لا يحقق الفوائد المرجوة. ومع ذلك ، إذا قمنا بتقسيم النظام وتحسين بنية المجموعة ، فيمكن الحصول على نتائج أكثر إثارة للإعجاب. على سبيل المثال ، إذا قمنا بالبناء على بنية الراديو التي تقلل و / أو تقضي على المرشحات الكبيرة والعناصر السلبية الأخرى ، فيمكننا الحصول على حل بأداء عام ممتاز. على سبيل المثال ، نظرًا لاستخدام معمارية راديوية صفرية IF ، يتم تقليل تعقيد النظام الكلي واستهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى ، لذلك يمكن تحقيق درجة عالية من تكامل الوظائف الراديوية.
تتيح عائلة أجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية CMOS المدمجة من ADI ، استنادًا إلى بنية IF الصفرية ، مستوى عالٍ من التكامل الذي يحسن بشكل كبير الحجم والوزن واستهلاك الطاقة للنظام الراديوي الكلي. بالإضافة إلى أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية CMOS ، تقدم الأجهزة التناظرية مجموعة واسعة من أجهزة التردد اللاسلكي عالية الأداء لسلاسل الإشارات الأمامية للراديو ، ووظائف المراقبة والتحكم الدقيقة ، ودوائر إدارة الطاقة عالية الكفاءة.
تم استقبال مجموعة أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بنا بشكل جيد ، ومن الأمثلة على ذلك الطراز AD9375 و ADRV9009 الذي تم إصداره مؤخرًا. في عام 2017 ، أصدرنا AD9375 ، أول جهاز إرسال واستقبال RF مع خوارزمية تحيز رقمي على الرقاقة (DPD) مصممة خصيصًا لتحسين كفاءة طاقة الإرسال لأجهزة الراديو ذات الخلايا الصغيرة وأنظمة الهوائي النشطة. “نظرًا لأن نظام DPD مقسم من FPGA إلى جهاز الإرسال والاستقبال ، فإن عدد قنوات واجهة البيانات التسلسلية JESD204B انخفض إلى النصف ، مما أدى إلى انخفاض كبير في استهلاك الطاقة ، خاصة مع زيادة عدد الهوائيات لكل محطة أساسية.”1
الشكل 2. جهاز الإرسال والاستقبال RF الأوسع نطاقاً في الصناعة يسرع من تطوير المحطات القاعدية من 2G إلى 5G ورادارات المصفوفة المرحلية
في الآونة الأخيرة ، قدمت الأجهزة التناظرية جهاز الإرسال والاستقبال ADRV9009 ، وهو أوسع جهاز إرسال واستقبال RF ذو عرض نطاق ترددي في الصناعة ، مما يوسع RadioVerse الحائز على جائزة™ التكنولوجيا والتصميم البيئي. يوفر جهاز الإرسال والاستقبال للمصممين منصة راديو واحدة لتسريع نشر 5G ، ودعم تغطية 2G / 3G / 4G ، وتبسيط تصميمات رادار الصفيف المرحلي. يوفر جهاز الإرسال والاستقبال ADRV9009 RF ضعف عرض النطاق الترددي (200 ميجاهرتز) للأجهزة من الجيل السابق ويمكنه استبدال ما يصل إلى 20 جهازًا بنصف استهلاك الطاقة وحجم الحزمة بنسبة 60٪. يشتمل ADRV9009 على LO (مذبذب محلي) مدمج يدعم تزامن الطور متعدد الشرائح ، مما يتيح تشكيل شعاع رقمي عالي الأداء مع تقليل الحجم والوزن واستهلاك الطاقة.
هل يمكنك إخبارنا بالمزيد عن تقنية RadioVerse اللاسلكية من ADI وكيف يمكنها تسريع تطوير 5G؟
تجسد تقنية RadioVerse كيف نضيف قيمة لعملائنا من خلال نهج على مستوى الأنظمة. من خلال مجموعة منتجاتنا الشاملة من البت إلى الهوائي ، إلى جانب الخبرة على مستوى النظام ، نحن لسنا موردًا فحسب ، بل شريكًا لعملائنا ، ونساعدهم في حل أصعب مشاكلهم. على سبيل المثال ، من خلال إعداد النظام البيئي RadioVerse والاستفادة منه على موقعنا الإلكتروني ، يمكن للعملاء الانتقال بسرعة من المفهوم إلى النماذج الأولية إلى الإنتاج.
سواء كان العملاء يقومون بالتصميم باستخدام منتجات جهاز الإرسال والاستقبال المتكاملة للغاية لدينا أو التصميم باستخدام محول البيانات الرائد وحافظة منتجات RF ، توفر تقنية RadioVerse ثروة من المعلومات الفنية والتصاميم المرجعية والبرامج والأدوات لمساعدة العملاء من خلال عملية التصميم. من خلال موقع EngineerZone ™ ، وهو مجتمع دعم نشط يتضمن منتديات دعم ومدونات وغير ذلك ، يمكن للمصممين التفاعل مع خبرائنا التقنيين والحصول على إجابات سريعة لأسئلة التصميم.
يعد التصميم المرجعي للخلايا الصغيرة AD9375 مثالًا رائعًا آخر في نظام RadioVerse البيئي. يتضمن التصميم المرجعي في الشكل 3 جميع العناصر اللازمة لراديو خلية صغيرة ، من السطح البيني SERDES إلى الهوائي. التصميم مناسب للخلايا الصغيرة الداخلية بقدرة خرج 2T2R 250 ميغاواط لكل هوائي. جميع مكونات الراديو على متن الطائرة ، بما في ذلك AD9375 مع DPD والكفاءة العالية PA و LNA والمرشح وحل الطاقة. استهلاك الطاقة أقل من 10 وات والحجم الصغير مناسب جدًا ومريح للحمل. لا يلزم سوى مصدر طاقة بجهد 12 فولت لتشغيل اللوحة ، وهي تأتي مع مجموعة أدوات تقييم تتصل مباشرة بالنظام الفرعي للنطاق الأساسي ، مما يتيح للمصممين وضع نموذج أولي للنظام بسرعة.
الشكل 3. التصميم المرجعي
هل يمكنك مشاركة القليل عن الحقائق التجارية لشبكة 5G واعتمادها وتطويرها؟
في نهاية عام 2017 ، أصدرت 3GPP أول مواصفات 5G NR (الإصدار 15). في حين أن المواصفات غير المستقلة هي الخطوة الأولى نحو 5G ، فإنها ستسمح لبائعي SoC بالمضي قدمًا مع أجهزة المودم لدعم هواتف 5G في عام 2019. في الآونة الأخيرة ، أعلنت 3GPP عن الانتهاء من معلم آخر – تطوير مواصفات 5G NR المستقلة ، والتي ستدعم النشر المستقل لشبكات 5G NR. بينما تختلف خيارات الطيف باختلاف المنطقة ، من المتوقع أن تبدأ عمليات النشر التجاري لشبكات الجيل الخامس في عام 2020 ، عندما يتوقع المستهلكون تجربة الفوائد المبكرة لتقنية الجيل الخامس. نتوقع أن تستخدم تقنية MIMO الهائلة لشبكة 5G النطاق المتوسط ، تليها عمليات نشر mmWave في العديد من المناطق مع نضوج التكنولوجيا. في أي سيناريو للنشر ، سواء كان النطاق المنخفض أو النطاق المتوسط أو الموجي ، توفر الأجهزة التناظرية لعملائنا مجموعة تقنية قوية ومتطورة تمكنهم من تجاوز ما هو ممكن في شبكة الجيل الخامس.