قدمت شركة كوالكوم مؤخرًا أول وحدات تردد راديو 5G NR (mmWave) مدمجة بالكامل في العالم و 6 GHz للأجهزة المحمولة. حتى الآن ، لم يتم استخدام إشارات mmWave للاتصالات المتنقلة بسبب العديد من الصعوبات التقنية. لذلك ، كان الكثيرون في الصناعة مقتنعين بأن هذا ببساطة غير ممكن. حول كيفية التغلب على الصعوبات وما هو تأثير المليمترات على 5G - في مراجعتنا أدناه.
بحلول عام 2020 ، ستزداد حركة بيانات الهاتف المحمول حول العالم بمقدار 30 مرة مقارنة بعام 2014 وستصل إلى
8 مليار جيجا بايت في اليوم . 75٪ من هذه الزيارات ستقوم بدفق بيانات الوسائط المتعددة ، يتبع من توقعات Nokia Bell Labs التي تم نشرها في عام 2016 والتي أصبحت حقيقة حتى الآن. علاوة على ذلك ، فإن أكثر من 86 ٪ من مستخدمي الهواتف الذكية ، وفقًا للاستطلاعات ، يرغبون في أن يعمل الإنترنت بشكل أسرع في الهاتف الذكي التالي الذي يشترونه ، و
50 ٪ مستعدون لشراء هاتف ذكي مع 5G عند توفره.
شبكات الجيل الخامس في الطريق. ستوفر معدلات نقل بيانات أعلى بعشر مرات مقارنةً بشبكة LTE واستجابة أسرع بعشر مرات (استجابة أسرع في التقارير تعني عدد أقل من الأصوات) ، ولكن حتى الآن اعتمد العديد من الشركات المصنعة للأجهزة المحمولة على الجيل الخامس لاستخدامه في الإنترنت الأشياء ، لتطبيقات التحكم عن بعد ، للواقع الافتراضي - بشكل عام ، لأي شيء ، ولكن ليس للأجهزة الاستهلاكية العادية التي نحملها كل يوم معنا: الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. هناك سببان أساسيان لذلك.
ما هي المشاكل؟
جميع مزايا 5G في شكل معدلات نقل بيانات ضخمة للمستخدم وبينغس منخفضة وسعة شبكة أكبر بكثير ، مما يسمح بتوفير مثل هذا المستوى من الخدمة لعدد كبير من المشتركين في نفس الوقت ، لا يتم تحقيقها بمساعدة أي سحر ، ولكن في المقام الأول بسبب استخدام أوامر ذات نطاق أوسع. ترددات مقارنة بنفس LTE. كما أن مكان الحصول على هذه الترددات بشكل عام واضح أيضًا: تحتاج إلى استخدام نطاقات أعلى بشكل متزايد. لذلك وصلنا إلى موجات مليمترية (كلما زاد التردد ، كلما كان طول الموجة أقصر ، نتذكر هذا من دورة الفيزياء المدرسية) أو mmWave: هذا هو الاسم المعطى للمدى من حوالي 24 إلى 300 جيجا هرتز. بالنسبة لـ 5G ، سيتم استخدام الجزء "منخفض التردد" من هذا النطاق ، على وجه الخصوص ، تم بالفعل تخصيص نطاقات تردد محددة ، على سبيل المثال ، 26.50 - 29.50 جيجا هرتز (n257) ، 24.25 - 27.50 جيجا هرتز (n258). في روسيا ، تم تخصيص فاصل زمني من 25.25–29.50 غيغاهرتز لاختبار 5G.
إلى جانب الترددات "العالية" mmWave في 5G ، سيتم أيضًا استخدام الترددات أقل من 6 جيجا هرتز ، وهي فرعية 6 (على سبيل المثال ، في أوروبا ، ونأمل أن يكون في روسيا 3.4-3.8 جيجا هرتز) - فهي مخصصة في الأساس توفير نطاق أوسع مما هو عليه في حالة تغطية نطاق المليمترات ، أي لبناء الشبكات الكلية ؛ سرعات عدة عشرات جيجابت في الثانية ، كما هو الحال في mmWave ، غير وارد. سيتم استخدام كلا النطاقين لإرسال موجات راديو 5G NR ؛ NR في هذه الحالة هو راديو جديد ، أي بروتوكول تبادل جديد بين المحطة الأساسية والجهاز النهائي.
إذن ما هي الصعوبة في نطاق المليمتر؟ لا تتعارض MmWave مع قوانين الفيزياء ، ولكن كان من الصعب حقًا تنفيذها في جهاز مدمج مثل الهاتف الذكي. والحقيقة هي أن أجهزة المودم التي تدعم كلاً من Sub-6 و mmWave ليست جهازًا نهائيًا ، كما يتخيله الشخص العادي ، ولكن فقط مُعدِّل / مزيل تشكيل بالمعنى الكلاسيكي. وهناك أيضًا وحدات راديو - أي مكبرات الصوت ، ومرشحات تمرير النطاق ، وما إلى ذلك ، والتي اعتبرت للتو أنه من المستحيل تنفيذها في شكل الهاتف الذكي بسبب الحجم والوزن واستهلاك الطاقة.
بشكل عام ، تم استخدام الترددات فوق 24 جيجا هرتز في الاتصالات اللاسلكية لفترة طويلة ، على سبيل المثال ، لخطوط الترحيل الراديوي التي تعمل في خط البصر والقنوات الفضائية والحلول الثابتة المماثلة. تم إصلاح الكلمة الرئيسية ، حيث لا تحتوي المعدات الثابتة على قيود على الحجم والوزن ، بالإضافة إلى استهلاك الطاقة ، وبالطبع ، يمكن تثبيتها بطريقة توفر خط الرؤية هذا.
تتميز مثل هذه الترددات العالية بتوهين كبير للإشارة مع زيادة المسافة ، بالإضافة إلى حساسية أكبر للعقبات: يمكن أن يصبح جسم الإنسان والرأس وحتى اليد عقبة لا يمكن التغلب عليها لانتشار الأمواج ، ولكن لا يوجد ما يقال عن القدرة على اختراق المباني. لذلك ، لم يتم استخدام الموجات المليمترية أبدًا للاتصالات المتنقلة. كان يعتقد أنه في أبعاد الهاتف ، فإن أي حل إما لن يوفر اتصالًا مستقرًا ، أو سيأكل البطارية على الفور ، وعلى الأرجح كلاهما في نفس الوقت.
البحث عن نموذج أولي لمودم mmWave (يسار) 5G وهاتف ذكي مرجعي يمكنك من خلاله دمج مودم 5G تجاري مع دعم mmWaveكان الحاجز الثاني أمام إدخال mmWave في الهواتف الذكية هو أن هذه التقنية تنطوي على تركيب كثيف للغاية للمحطات الرئيسية: يعتقد الكثيرون أنه تقريبًا في كل غرفة في المبنى ، وفي المدينة - على كل عمود إنارة بفاصل 150-200 متر لكل منهما يجب أن تكون هناك محطة قاعدة عن بعضها البعض حتى يكون استخدام نطاق المليمتر منطقيًا على الأقل. وبما أن المشغلين يدركون ذلك قريبًا جدًا ، فليست هناك حاجة لدمج الدعم لهذه النطاقات في الهواتف الذكية.
ومع ذلك ، يعتقد مهندسو Qualcomm أن هناك حاجة إلى محطات قاعدة mmWave ، بشكل عام ، فقط لتوفير تغطية داخلية: لا تحتاج إلى تعليق BS 5G تحت كل شجيرة ، LTE BS ، ولاحقًا Sub-6 ، ستكون كافية لأرضيات السجاد تتطلب كثافة تثبيت أقل بكثير (وهنا من الخطيئة عدم تذكر إحصائيات مشغلي الهاتف المحمول ، والتي تنص على أن ما يصل إلى 80 ٪ من حركة البيانات يتم إنشاؤها من المباني).
لمن هي المشكلة ، ولمن هي المهمة
في عام 2017 ، أظهرت شركة كوالكوم نموذجًا أوليًا لنظام نقل البيانات يعمل في mmWave بترددات 28 جيجا هرتز في أبعاد الجهاز المحمول في MWC في برشلونة.
بفضل استخدام bimforming و bimtracking التكيفي (تشكيل "شعاع" اتجاهي للإشارة بين جهاز العميل والمحطة الأساسية وتتبع حركته بالنسبة إلى BS) ، كان من الممكن تحقيق اتصال مستقر داخل السيارة المتحركة في مبنى المكاتب (مع الإشارة التي تمر عبر الجدران غير الرأسمالية) مع التبديل الفوري لـ "الشعاع" »إلى محطة قاعدة أخرى والحماية من حجب" الشعاع "بالجسم أو اليد التي يحمل المشترك بها الهاتف الذكي. تُستعمل مصفوفات الهوائيات ذات عوامل التضخيم العالية لتشكيل حزمة في فضاء ثلاثي الأبعاد في محطة القاعدة وعلى الجهاز المتنقل: من 128 إلى 256 أو أكثر من العناصر على محطة BS ومن 4 إلى 32 على مطراف المشترك. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الحزمة غير مباشرة: تتحكم صفائف الهوائي فيها مع مراعاة انعكاس الموجات من الأجسام المحيطة. تحدث تقريبًا ، ظهرت عقبة (أو حتى اعترض المستخدم هاتفه الذكي بشكل مختلف) - ولم يذهب شعاع BS مباشرة ، ولكن مع انعكاس من أقرب جدار.
يعتمد حل نطاق المليمترات على مودم Snapdragon X50 5G ، والذي يدعم تثبيت العديد من صفائف الهوائي تحت الألواح الأمامية والخلفية للهاتف الذكي ، مما يخلق طلاءًا شبه كروي تقريبًا وبالتالي يقضي على مشكلة التظليل باليد وهو يحمل الهاتف الذكيتم تجهيز الوحدات بجهاز إرسال / استقبال مدمج ، ودائرة إدارة طاقة متكاملة ، ومكونات راديو لمراحل الإدخال ودعم هوائيات الصفيف المرحلي. تدعم وحدة QTM052 التجميع حتى 800 ميجاهرتز (8x100) في نطاقات التردد 26.5 - 29.5 جيجاهرتز (n257) و 27.5–28.35 جيجاهرتز (n261) و 37-40 جيجاهرتز (n260). تدعم وحدات QPM5650 و QPM5651 و QDM5650 و QDM5652 تحويل SRS المدمج اللازم لتحسين تطبيقات MIMO الضخمة. تعمل في نطاقات التردد 3.4-4.2 جيجا هرتز (n77) ، 3.3-3.8 جيجا هرتز (n78) و 4.4-5.0 جيجا هرتز (n79) ويمكن استخدام طيف 100 ميجا هرتز. تختلف سلسلة QPM عن سلسلة QDM في وجود مضخم طاقة متكامل (PA). يتم حاليًا إرسال عينات من وحدات هوائي QTM052 mmWave ووحدات راديو QPM56xx إلى العملاء.
الحل التجاري
يتذكر المادون القدامى أنهم قبل ثلاثين عامًا تحدثوا عن نفس الشيء حول CDMA: يقولون أنه سيكون من الصعب جدًا أو لن يعمل على الإطلاق ، دعنا نجعل GSM بسيطًا وخرقاء. ومع ذلك ، تمكنت كوالكوم بعد ذلك من تنفيذ CDMA في الأجهزة المحمولة ونفس CDMA-800 في التسعينات (التي انتشرت في الولايات المتحدة وكوريا وعدد من البلدان الأخرى) تجاوزت GSM في جميع النواحي. عندما حان الوقت لإيقاف الشبكات التناظرية ، على سبيل المثال ، NMT-450 ، استبدلوا أيضًا CDMA - بالمناسبة ، أصبحت Sky Link في روسيا CDMA-450 أول مشغل النطاق العريض المتنقل: في بداية الصفر كان هناك بالفعل بضع ميغابت في الثانية بسرعة بينما بدأ مشغلو GSM بالكاد في إطلاق EDGE. وفي نفس الصفر ، عندما طوروا 3G (UMTS) ، أخذوا التكنولوجيا التي نفذتها شركة Qualcomm في عام 1989 كأساس: WCDMA (Wideband CDMA) هي في الواقع نفس CDMA ، فقط باستخدام نطاق تردد واسع لنقل البيانات عالية السرعة.
الآن الوضع يعيد نفسه. في هذا الصيف ، تشكلت النماذج الأولية بدعم wwWave في حل تجاري جاهز للهواتف الذكية 5G ، والتي بفضلها سيتم إصدار الأجهزة التسلسلية الأولى في العام المقبل.
هذه هي أول وحدات 5G NR QTM052 متكاملة تمامًا لوحدات mmWave والراديو التي تدعم الترددات حتى 6 GHz QPM56xx. وهي متوافقة مع أجهزة مودم Qualcomm Snapdragon X50 5G ، وفي الواقع ، هي الأشياء الوحيدة التي يجب تثبيتها بين المودم والهوائي ، ويدعم المودم ما يصل إلى أربعة من هذه الوحدات في نفس الوقت ، مما يسمح لك باستخدام نطاقات تردد مختلفة.
بشكل عام ، نتطلع حقًا إلى عام 2019 ، الذي يعد بأن يكون مشرقًا للأحداث في عالم 5G.