مع توفر اتصالات الهاتف المحمول 5G في حوالي عام 2020 ، بدأت الصناعة بالفعل في تطوير رؤية واضحة إلى حد ما للتحديات الرئيسية والفرص والمكونات التقنية الرئيسية التي تنطوي عليها. ستعمل تقنية الجيل الخامس 5G على توسيع أداء وقدرات شبكات الوصول اللاسلكي في العديد من الأبعاد ، على سبيل المثال تعزيز خدمات النطاق العريض للأجهزة المحمولة لتوفير معدلات بيانات تتجاوز 10 جيجابت في الثانية بزمن انتقال قدره 1 مللي ثانية

يعد الميكروويف عنصرًا أساسيًا في شبكات التوصيل الحالية وسيستمر في التطور كجزء من نظام 5G البيئي المستقبلي. يتمثل أحد الخيارات في 5G في استخدام نفس تقنية الوصول إلى الراديو لكل من وصلات الوصول ووصلات التوصيل ، مع المشاركة الديناميكية لموارد الطيف. يمكن أن يوفر هذا مكملاً لوصل الموجات الدقيقة خاصة في عمليات النشر الكثيفة للغاية مع عدد أكبر من العقد اللاسلكية الصغيرة.

واليوم ، يهيمن الإرسال بالميكروويف على التوصيل المتنقل ، حيث يربط حوالي 60 في المائة من جميع محطات القاعدة الكلية. حتى مع نمو العدد الإجمالي للوصلات ، ستظل حصة الميكروويف في السوق ثابتة إلى حد ما. بحلول عام 2019 ، ستظل تمثل حوالي 50 في المائة من جميع المحطات الأساسية (الخلايا الصغيرة الكلية والخارجية (انظر الشكل 3). وستلعب دورًا رئيسيًا في الوصول إلى الميل الأخير ودورًا تكميليًا في جزء التجميع من الشبكة. في الوقت نفسه ، سيستمر نقل الألياف في زيادة حصته في سوق التوصيل المتنقل ، وبحلول عام 2019 سيربط حوالي 40 في المائة من جميع المواقع.سيتم استخدام الألياف على نطاق واسع في أجزاء التجميع / المترو للشبكات وبشكل متزايد للوصول إلى الميل الأخير وستكون هناك أيضًا اختلافات جغرافية ، حيث تتميز المناطق الحضرية المكتظة بالسكان بنفاذ ألياف أعلى من الضواحي والمناطق الريفية الأقل كثافة سكانية ، حيث يسود الميكروويف لكل من الوصلات قصيرة المدى وطويلة المدى.

الكفاءة الطيفية

برج لاسلكي محمول CableFree 5G

يمكن تحقيق كفاءة الطيف (أي الحصول على المزيد من البتات لكل هرتز) من خلال تقنيات مثل التعديل عالي الترتيب والتعديل التكيفي ، واكتساب النظام الفائق لحل مصمم جيدًا ، والمدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO).

تعديل

الحد الأقصى لعدد الرموز في الثانية المرسلة على الموجات الحاملة محدود بواسطة عرض النطاق الترددي للقناة. يزيد تعديل سعة التربيع (QAM) السعة المحتملة عن طريق تشفير البتات على كل رمز. يؤدي الانتقال من بتين لكل رمز (4 QAM) إلى 10 بت لكل رمز (1024 QAM) إلى زيادة في السعة تزيد عن خمسة أضعاف.

أصبحت مستويات التعديل الأعلى ممكنة من خلال التقدم في تقنيات المكونات التي قللت من الضوضاء الناتجة عن المعدات وتشوه الإشارة. في المستقبل سيكون هناك دعم لما يصل إلى 4096 QAM (12 بت لكل رمز) ، لكننا نقترب من الحدود النظرية والعملية. يعني التعديل عالي المستوى زيادة الحساسية للضوضاء وتشويه الإشارة. يتم تقليل حساسية المستقبل بمقدار 3 ديسيبل لكل خطوة متزايدة في التشكيل ، بينما يقل كسب السعة ذات الصلة (من حيث النسبة المئوية). على سبيل المثال ، يكون كسب السعة 11 بالمائة عند الانتقال من 512 QAM (9 بت لكل رمز) إلى 1024 QAM (10 بت لكل رمز).

التعديل التكيفي

وصلة ميكروويف بدون كابل مثبتة على برج اتصالات

يؤدي التعديل المتزايد إلى جعل الراديو أكثر حساسية لحالات الانتشار الشاذة مثل المطر والخبو متعدد المسيرات. للحفاظ على طول قفزة الميكروويف ، يمكن تعويض الحساسية المتزايدة بقدرة خرج أعلى وهوائيات أكبر. يعد التعديل التكيفي حلاً فعالاً من حيث التكلفة لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد في جميع ظروف الانتشار. من الناحية العملية ، يعد التعديل التكيفي شرطًا أساسيًا للنشر باستخدام تعديل عالي الترتيب للغاية.

يتيح التعديل التكيفي ترقية قفزة الميكروويف الحالية من 114 ميجابت في الثانية على سبيل المثال إلى 500 ميجابت في الثانية. تأتي السعة الأعلى بتوافر أقل. على سبيل المثال ، يتم تقليل الإتاحة من 99.999 بالمائة (5 دقائق انقطاع سنوي) بمعدل 114 ميجابت في الثانية إلى 99.99 بالمائة من الوقت (50 دقيقة انقطاع سنوي) بمعدل 238 ميجابت في الثانية. كسب النظام يعد كسب النظام الفائق معلمة رئيسية للميكروويف. يمكن استخدام كسب نظام أعلى بمقدار 6 ديسيبل ، على سبيل المثال ، لزيادة خطوتي تعديل بنفس الإتاحة ، مما يوفر سعة أكبر تصل إلى 30 بالمائة. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامه لزيادة طول القفزة أو تقليل حجم الهوائي ، أو الجمع بين الكل. من بين المساهمين في الكسب الفائق للنظام ، التشفير الفعال لتصحيح الأخطاء ، ومستويات ضوضاء منخفضة للمستقبل ، والتشوه الرقمي المسبق لتشغيل طاقة خرج أعلى ، ومضخمات موفرة للطاقة ، وغيرها.

مدخلات متعددة MIMO ، خرج متعدد (MIMO)
MIMO هي تقنية ناضجة تُستخدم على نطاق واسع لزيادة كفاءة الطيف في الوصول إلى الراديو 3GPP و Wi-Fi ، حيث توفر طريقة فعالة من حيث التكلفة لتعزيز السعة والإنتاجية عندما يكون الطيف المتاح محدودًا. تاريخيا ، كان وضع الطيف لتطبيقات الميكروويف أكثر استرخاء ؛ تم توفير نطاقات تردد جديدة وتم تطوير التكنولوجيا باستمرار لتلبية متطلبات السعة. ولكن في العديد من البلدان ، بدأت موارد الطيف المتبقية لتطبيقات الميكروويف في النضوب وهناك حاجة إلى تقنيات إضافية لتلبية المتطلبات المستقبلية. بالنسبة لـ 5G Mobile Backhaul ، تعد MIMO عند ترددات الميكروويف تقنية ناشئة توفر طريقة فعالة لزيادة كفاءة الطيف وبالتالي سعة النقل المتاحة.

على عكس أنظمة MIMO "التقليدية" ، التي تستند إلى الانعكاسات في البيئة ، بالنسبة لـ 5G Mobile Backhaul ، يتم "تصميم" القنوات في أنظمة MIMO من نقطة إلى نقطة للميكروويف لتحقيق الأداء الأمثل. يتم تحقيق ذلك عن طريق تركيب الهوائيات مع فصل مكاني يعتمد على مسافة القفز والتردد. من حيث المبدأ ، تزداد الإنتاجية والسعة خطيًا مع زيادة عدد الهوائيات (على حساب تكلفة الأجهزة الإضافية بالطبع). يتم إنشاء نظام NxM MIMO باستخدام أجهزة الإرسال N وأجهزة الاستقبال M. من الناحية النظرية ، لا يوجد حد للقيم N و M ، ولكن نظرًا لأنه يجب فصل الهوائيات مكانيًا ، فهناك قيود عملية تعتمد على ارتفاع البرج والمناطق المحيطة به. لهذا السبب فإن الهوائيات 2 × 2 هي أكثر أنواع أنظمة MIMO جدوى. يمكن أن تكون هذه الهوائيات إما أحادية الاستقطاب (نظامان حاملان) أو ثنائية الاستقطاب (أربعة أنظمة حاملة). ستكون MIMO أداة مفيدة لتوسيع نطاق سعة الميكروويف بشكل أكبر ، ولكنها لا تزال في مرحلة مبكرة حيث ، على سبيل المثال ، لا يزال وضعها التنظيمي بحاجة إلى توضيح في معظم البلدان ، وما زالت نماذج انتشارها وتخطيطها بحاجة إلى الإنشاء. يمكن أن يكون فصل الهوائي تحديًا أيضًا خاصة بالنسبة للترددات المنخفضة وأطوال القفزات الأطول.

المزيد من الطيف
يتضمن قسم آخر من صندوق أدوات سعة الميكروويف لـ 5G Mobile Backhaul الوصول إلى المزيد من الطيف. هنا تزداد شعبية نطاقات الموجات المليمترية - النطاقات غير المرخصة 60 جيجاهرتز والنطاق المرخص 70/80 جيجاهرتز - كوسيلة للوصول إلى طيف جديد في العديد من الأسواق (راجع قسم خيارات تردد الموجات الدقيقة لمزيد من المعلومات). توفر هذه النطاقات أيضًا قنوات تردد أوسع بكثير ، والتي تسهل نشر أنظمة فعالة من حيث التكلفة ومتعددة جيجابت والتي تمكن شبكات الجيل الخامس المتنقلة.

كفاءة الخرج
تتضمن كفاءة الخرج (أي المزيد من بيانات الحمولة لكل بت) ميزات مثل ضغط الرأس متعدد الطبقات وتجميع / ربط الارتباط الراديوي ، والتي تركز على سلوك تدفقات الحزمة.

ضغط الرأس متعدد الطبقات
يزيل ضغط الرأس متعدد الطبقات المعلومات غير الضرورية من رؤوس إطارات البيانات ويطلق السعة لأغراض حركة المرور ، كما هو موضح في الشكل 7. عند الضغط ، يتم استبدال كل رأس فريد بهوية فريدة على جانب الإرسال ، وهي عملية يتم عكسها على الجانب المستقبل. يوفر ضغط الرأس كسب استخدام أعلى نسبيًا للحزم ذات حجم الإطار الأصغر ، نظرًا لأن رؤوسها تشكل جزءًا أكبر نسبيًا من إجمالي حجم الإطار. هذا يعني أن السعة الإضافية الناتجة تختلف باختلاف عدد الرؤوس وحجم الإطار ، ولكنها عادةً ما تكون زيادة بنسبة 5-10 في المائة باستخدام Ethernet و IPv4 و WCDMA ، بمتوسط حجم إطار يتراوح بين 400-600 بايت وكسب بنسبة 15-20٪ مع Ethernet و MPLS و IPv6 و LTE بنفس متوسط حجم الإطار.

تفترض هذه الأرقام أن الضغط المنفذ يمكن أن يدعم العدد الإجمالي للرؤوس الفريدة التي يتم إرسالها. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون ضغط الرأس قويًا وسهل الاستخدام للغاية ، على سبيل المثال تقديم التعلم الذاتي والحد الأدنى من التكوين ومؤشرات الأداء الشاملة.

تجميع ارتباط الراديو (RLA ، الربط)
يعتبر ربط الارتباط اللاسلكي في الميكروويف شبيهاً بتجميع الناقل في LTE وهو أداة مهمة لدعم النمو المستمر لحركة المرور ، حيث يتم نشر حصة أعلى من قفزات الميكروويف مع شركات نقل متعددة ، كما هو موضح في الشكل 8. كلتا الطريقتين تجمع العديد من ناقلات الراديو في واحد واحد افتراضي ، لذلك يتم تعزيز سعة الذروة وكذلك زيادة الإنتاجية الفعالة من خلال كسب مضاعفة الإرسال الإحصائي. يتم تحقيق كفاءة بنسبة 100 بالمائة تقريبًا ، نظرًا لأن كل حزمة بيانات يمكن أن تستخدم إجمالي سعة الذروة المجمعة مع تقليل طفيف فقط لحمل البروتوكول ، بغض النظر عن أنماط المرور. تم تصميم روابط الوصلة الراديوية لتوفير أداء فائق لحل نقل الميكروويف المعين. على سبيل المثال ، قد يدعم السلوك المستقل لكل ناقل راديوي باستخدام التشكيل التكيفي ، فضلاً عن الانحطاط الرشيق في حالة فشل موجة حاملة واحدة أو أكثر (حماية N + 0).

تمامًا مثل تجميع الموجات الحاملة ، سيستمر تطوير روابط الوصلة الراديوية لدعم السعات الأعلى ومجموعات الناقلات الأكثر مرونة ، على سبيل المثال من خلال دعم تجميع المزيد من الموجات الحاملة ، والناقلات ذات عرض النطاق الترددي المختلفة ، والناقلات في نطاقات تردد مختلفة.

تحسين الشبكة
القسم التالي من صندوق أدوات السعة هو تحسين الشبكة. يتضمن ذلك تكثيف الشبكات دون الحاجة إلى قنوات تردد إضافية من خلال ميزات تخفيف التداخل مثل الهوائيات فائقة الأداء (SHP) والتحكم الآلي في قدرة الإرسال (ATPC). تعمل هوائيات SHP بشكل فعال على قمع التداخل من خلال مخططات إشعاع الفص الجانبي المنخفض للغاية ، مما يحقق ETSI الفئة 4. يتيح ATPC تقليل قدرة الإرسال تلقائيًا أثناء ظروف الانتشار المواتية (أي في معظم الأحيان) ، مما يقلل بشكل فعال من التداخل في الشبكة. يؤدي استخدام هذه الميزات إلى تقليل عدد قنوات التردد المطلوبة في الشبكة ويمكن أن توفر ما يصل إلى 70 بالمائة من سعة الشبكة الإجمالية لكل قناة. يعمل التداخل الناتج عن المحاذاة غير الصحيحة أو النشر الكثيف على الحد من التراكم المتراكم في العديد من الشبكات. إن التخطيط الدقيق للشبكة ، والهوائيات المتقدمة ، ومعالجة الإشارات ، واستخدام ميزات ATPC على مستوى الشبكة سيقلل من تأثير التداخل.

التطلع إلى المستقبل ، 5G وما بعده

تقنية CableFree 5G Mobile Wireless

على مدى السنوات القادمة ، سيتم تطوير أدوات سعة الميكروويف لشبكات الهاتف المحمول 5G وتحسينها ، واستخدامها معًا في تمكين قدرات 10 جيجابت في الثانية وما بعدها. سيتم تحسين التكلفة الإجمالية للملكية للتكوينات المشتركة عالية السعة ، مثل الحلول متعددة شركات النقل.

السابق:1 + 0 ، 1 + 1 ، 2 + 0 عمليات النشر

التالى:تتلاشى الأمطار على وصلات الميكروويف

اترك رسالة

قائمة الرسالة

تحميل التعليقات ...