على مدى السنوات القليلة الماضية ، عمل الباحثون بجد لاستكشاف مفاهيم وتقنيات جديدة للإجابة على السؤال التالي: "ما هو الجيل الخامس؟"
يقوم 3GPP [مشروع شراكة الجيل الثالث] بتطوير ونشر مواصفات منسقة تحدد المعايير اللاسلكية. لقد وضع بالفعل جدول عمل 5G ، وتم اعتماد المرحلة الأولى من تعريف 5G تسمى New Radio (NR) [راديو جديد] في أوائل ديسمبر 2017.
التين. 1 - تمت الموافقة على المواصفات الأولى لتقنية NR لـ 5G في نهاية عام 2017 ، ومن المقرر إجراء تحديثات مجدولة لعام 2018على الرغم من أن المرحلة الأولى من NR ستختلف عن بروتوكول LTE ، الذي يستخدم على نطاق واسع في الاتصالات المتنقلة اليوم ، إلا أن هناك تشابهًا بينهما. أكثر الاختلافات اللافتة بين LTE و NR هي عرض النطاق الترددي وتردد التشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، يضيف NR فرصًا جديدة لتركيز الإشعاع - في كل من الاتصالات التناظرية والرقمية. يقارن الجدول المواصفات الرئيسية لـ LTE و NR.
| LTE | NR المرحلة 1 |
|---|
| تردد العمل | حتى 6 جيجا هرتز | حتى 52 جيجا هرتز |
| عرض الشريط | حتى 20 ميجا هرتز | حتى 100 ميجا هرتز بتردد أقل من 6 جيجا هرتز ، حتى 1 جيجا هرتز بتردد> 6 جيجا هرتز |
| جمعية الناقل | حتى 32 | حتى 16 |
| تركيز الشعاع التناظري (ديناميكي) | غير مدعوم | بدعم من |
| تركيز الشعاع الرقمي | تصل إلى 8 طبقات | ما يصل إلى 12 طبقة |
| ترميز القناة | البيانات: التشفير التوربيني ، التحكم: التشفير التلافيفي | البيانات: LDPC ، التحكم: التشفير القطبي |
| الناقل الفرعي | 15 كيلوهرتز | 15 ، 30 ، 60 ، 120 ، 240 كيلو هرتز |
| إطار فرعي مستقل | غير مدعوم | متاح |
| احتقان الطيف | 90٪ عرض القناة | عرض القناة حتى 98٪ |
لتلبية المواعيد النهائية الضيقة لتنفيذ 5G ، تم اقتراح خطة تنفيذ خطوة بخطوة. تتكون الخطة من نسختين من NR: قائمة بذاتها ومدمجة. سيعمل الإصدار المدمج مع LTE eNB باعتباره الإصدار الأساسي ومع الخلية المساعدة الثانية NR gNBs (ما يعادل 5N NR eNB) المتصلة بـ EPC. تمت الموافقة على هذا الإصدار من المعيار في ديسمبر 2017. يوضح الرسم البياني كيف سيبدو:
التين. 2ستجعل نسخة 5G NR المدمجة من الممكن الاستفادة من البنية التحتية الحالية من أجل التنفيذ الأولي لتقنية 5G. تم تصميم الإصدار المستقل ليكون متوافقًا من الأسفل إلى الأعلى مع الإصدارات المستقبلية من المعايير اللاسلكية. يمكن أن تتعايش الشبكات المستقلة مع الشبكات المدمجة وتعمل في وقت واحد. لم يتم تحديد التاريخ الدقيق لعرض التكنولوجيا المستقلة حتى الآن ، ولكن تم أخذ هذا المخطط في الاعتبار عند تطوير المرحلة الأولى من NR. يتم عرض مخطط حالة مستقل أدناه:
التين. 3 ( المصدر )بالإضافة إلى المشاركة في اتحاد التقييس ، تبحث Verizon و Korea Telecom (KT) عن طرق لتسويق التكنولوجيا قبل الجيل الخامس. تحاول Verizon نشر الوصول اللاسلكي الدائم استنادًا إلى المنتدى التقني 5G (Verizon 5GTF أو V5GTF) في شتاء عام 2017. سيعمل V5GTF بسرعة 28 غيغاهرتز وسيتم استخدامه لتقديم إنترنت عالي السرعة في حالات "الميل الأخير" ، ولكنه لن يغطي الاتصالات المحمولة. من ناحية أخرى ، تحاول KT نشر تقنية 5G السابقة للاستخدام في دورة الألعاب الأولمبية الشتوية. لم يتم نشر مواصفات هذه الخطط بعد.
عند مناقشة 5G ، تسبب تردد العمل في نقاش ساخن ، والآن بدأ الوضوح يظهر في هذه المسألة. يقدم الجدول ملخصًا للترددات قيد الدراسة بناءً على المشاركة في 3GP.
أهمية الموجات المليمترية
من المهم ملاحظة أن الترددات حتى GHz 6 ستظل تلعب دورًا مهمًا في تقنية 5G. تبحث الشركات عن طرق لزيادة معدل النقل حتى خمس مرات مقارنة بالمتوفرة في LTE. الترددات المدرجة في الجدول هي جزء كبير من الترددات التي تم النظر فيها ، لكن هذه ليست قائمة كاملة. على سبيل المثال ، تخطط T-Mobile لاستخدام طيف التردد في منطقة 600 ميجاهرتز لتقديم 5G في الولايات المتحدة الأمريكية.
وعلى الرغم من أن الترددات المليمترية لمرحلة NR الأولى محددة بشكل أفضل ، اعتمادًا على منطقة التنفيذ ، سيتطلب المعيار عدة نطاقات. على سبيل المثال ، اقترحت الهيئات التنظيمية الصينية نطاقات من 24.75-27.5 و 37-42.5 جيجا هرتز. اقترحت لجنة الاتصالات الفيدرالية في الولايات المتحدة 28 جيجا هرتز ونطاقين من النطاق 37-40 جيجا هرتز. قال الأوروبيون إن 28 جيجا هرتز لن تعمل ، وهم يركزون على طيف 24-27 جيجا هرتز ، وكذلك 38-39 جيجا هرتز. تميل كوريا واليابان نحو 28 غيغاهرتز.
إن الخطوة الأولى الجيدة في فهم عملية تسويق 5G هي الفهم الواضح لمعيار الاتصال ، ولكن الصعوبات الأخرى ستؤثر أيضًا على سرعة نشر التكنولوجيا الجديدة - في مجال تطوير المكونات وتصميم النظام ، وكذلك في التحقق من الأجهزة وتصديقها. تتطلب إضافة تقنيات مثل تركيز الشعاع تغييرًا في الدوائر المتكاملة للترددات اللاسلكية مثل مكبرات الصوت وأجهزة الإرسال والاستقبال. لتقليل خسائر النظام ، تتكامل صفائف الهوائي بشكل متزايد على شريحة أو وحدة واحدة في مكبرات الصوت وأجهزة الإرسال والاستقبال. ونتيجة لذلك ، لم يعد بإمكان المهندسين اختبار هذه الأجهزة باستخدام اختبارات الكابلات. أصبح الاختبار اللاسلكي ، الذي كان يُعتبر سابقًا غير مقبول ، إلزاميًا.
الصعوبات القادمة مع الاختبارات والقياسات
NR ، خاصة بالنسبة للموجات الملليمترية ، أكثر تعقيدًا من LTE. لم يتم تصميم معظم معدات الاختبار الحالية للعمل مع مجموعة من ترددات الموجات الحاملة الأعلى وقنوات إنتاجية أوسع وقياسات لاسلكية. في الواقع ، حتى مهام القياس البسيطة مثل قياس الطاقة يجب إعادة التفكير فيها في حالة 5G ، لأنه لا يوجد تعريف واضح واتفاق عبر الصناعة حول معنى تلقي قياسات لاسلكية معايرة.
على الرغم من أن عملية توحيد المستويين الأول والثاني من الاتصالات تقترب بسرعة من الاكتمال ، إلا أن العديد من المشكلات لا تزال دون حل. حتى الآن ، فتحت 5G حقبة جديدة في الاتصالات اللاسلكية ومن الواضح أن هذه ليست سوى البداية. في صناعة تطوير RFID والتحقق والقياس ، حان الوقت للاستفادة من الأبحاث والابتكارات اللاسلكية حتى يمكن تسويق 5G.