اقرأ في هذا المقال
- أساسيات تقنيات الاتصال اللاسلكي للمحتوى القائم على التقارب
- تحديات تقنيات الاتصال اللاسلكي
- تطور عمل تقنيات الاتصال اللاسلكي
- الخصائص المتوقعة من تقنيات الاتصال اللاسلكي
- الهدف من تقنيات الاتصال اللاسلكي للمحتوى القائم على التقارب
مع بدء طرح شبكات الاتصالات المتنقلة من الجيل الرابع بدأ ممثلو الصناعة والأوساط الأكاديمية في النظر في التطورات التكنولوجية نحو الجيل التالي “5G”، كما تم إطلاق العديد من المشاريع البحثية التي تضم مشغلي شبكات الهاتف المحمول الدوليين الرئيسيين، ومصنعي البنية التحتية والمؤسسات الأكاديمية مؤخراً لوضع الأسس التكنولوجية لشبكة الجيل الخامس.
أساسيات تقنيات الاتصال اللاسلكي للمحتوى القائم على التقارب
إنّ بنية أنظمة “5G” المستقبلية وأدائها وخدمات الهاتف المحمول التي سيتم تقديمها لم يتم تحديدها بوضوح، كما أنّ “5G” كتقارب الإصدارات المتطورة من الشبكات الخلوية الحالية مع تقنيات الوصول الراديوي التكميلية الأخرى، لذلك قد لا تكون “5G” واجهة نفاذ راديوية واحدة ولكنها عبارة عن “شبكة من الشبكات”.
حيث أنّ التكامل السلس لمجموعة متنوعة من واجهات الهواء والبروتوكولات ونطاقات التردد يتطلب تحولات نموذجية في الطريقة التي تتعاون بها الشبكات، وتكمل بعضها البعض لتقديم معدلات بيانات تصل إلى عدة جيجابت في الثانية مع زمن انتقال من طرف إلى طرف لبضعة أجزاء من الثانية، كما أنّ تقنيات الراديو الرئيسية التي ستلعب دوراً رئيسياً في تحقيق هذه الرؤية للجيل القادم من شبكات الاتصالات المتنقلة.
تحديات تقنيات الاتصال اللاسلكي
دفع النشر المستمر للجيل الرابع “4G” من الأنظمة المتنقلة اللاسلكية بعض شركات الاتصالات إلى النظر في مزيد من التطوير نحو تقنيات وخدمات الجيل الخامس “5G”، ومنذ ظهور نظام الجيل الأول “1G” في عام 1981م وظهرت أجيال جديدة كل “10 سنوات” تقريباً، كما تشير أجيال الاتصالات اللاسلكية عادةً إلى معايير غير متوافقة مع الإصدارات السابقة وفقاً للمتطلبات المحددة من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات قطاع الاتصالات الراديوية “ITU-R”.
ومن الأمثلة على هذه المواصفات الاتصالات المتنقلة الدولية “IMT-2000” للجيل الثالث “3G” و”IMT-Advanced” للجيل الرابع، كما تقوم هيئات التقييس الأخرى مثل “IEEE” أيضاً بتطوير تقنيات اتصالات لاسلكية وغالباً لمعدلات بيانات أعلى وإن كانت نطاقات إرسال أقصر في معظم الحالات، حيث مع هذه المعايير الإضافية من الشائع ظهور الأنظمة السابقة في السوق قبل سنوات قليلة من ظهور الأجيال المتنقلة الخلوية الجديدة.
وعلى سبيل المثال تعتبر قابلية التشغيل البيني التجاري العالمي للهواتف المحمولة لشبكات الوصول إلى الموجات الصغرية “WiMAX” المنتشرة منذ عام 2006م أجيالاً لشبكات “4G”، وفي وقت لاحق تم تسويق الإصدار الأول من أنظمة التطور طويل الأمد “LTE” على أنّها “4G” في بعض الدول في عامي 2009م و2010م على التوالي.
ومع ذلك لم تكن هذه الشبكات ممتثلة بشكل صارم للمتطلبات التقنية الأصلية للاتصالات المتنقلة الدولية المتقدمة، وفي المقابل ستتوافق أحدث أنظمة “4G LTE-A” تماماً مع مواصفات “ITU-R” وستدعم معدلات بيانات الوصلة الهابطة البالغة “100 ميجابت في الثانية”، و”1 جيجابت في الثانية” لحركة المركبات والمشاة على التوالي.
ومن المتوقع أن توفر أنظمة “5G” المستقبلية مكاسب كبيرة عبر “4G” مثل معدلات بيانات أعلى ومستويات اتصال أفضل بكثير وتغطية محسنة، كما يتم تقديم لمحة عامة عن الحلول التقنية التي تم النظر فيها للنظام الخلوي أي ما بعد “4G”.
- “LTE-A” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution-Advanced”.
- “ITU-R” هي اختصار لـ “International-Telecommunication-Union-Radiocommunication”.
- “WiMAX” هي اختصار لـ “worldwide-interoperability-for-microwave-access”.
- “IEEE” هي اختصار لـ “Institute-of-Electrical-and-Electronics-Engineers”.
تطور عمل تقنيات الاتصال اللاسلكي
تميز التطور من “1G” إلى “4G” بشكل أساسي بتحول في طريقة الوصول إلى القناة أي “FDMA → TDMA → CDMA → OFDMA“، وبالاقتران مع مخططات التشكيل والتشفير المحسّنة ومع ذلك فمن المحتمل ألّا تكون “5G” واجهة هوائية واحدة تعتمد على تقنية وصول راديوية واحدة “RAT” على طراز الأجيال السابقة.
ونظراً لأنّ أنظمة الاتصالات الحديثة تقترب من حد شانون وتتطلب مجموعة واسعة من الأجهزة اتصالاً لاسلكياً، فإنّ بعض ممثلي الصناعة يتصورون “5G” على أنّها شبكة من الشبكات، أي نظام غير متجانس يشتمل على مجموعة متنوعة من واجهات الهواء والبروتوكولات ونطاقات التردد وفئات عقدة الوصول وأنواع الشبكات ، وفي هذا السياق فإنّ “5G” لا تتعلق حقًا بنشر حل تكنولوجي واحد جديد تماماً أي شيء سيحل محل “LTE” على سبيل المثال.
ولكن يمكن الجمع بين التقنيات الحالية وأنظمة استخدام الطيف بشكل أفضل، حيث إذا كانت “5G” تعكس هذا التنبؤ، فسيكون أحد التحديات الرئيسية هو التكامل السلس للإصدارات المتطورة من التقنيات اللاسلكية الحالية وشبكات الاتصال الجديدة التكميلية.
- “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency-Division-Multiple-Access”.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiple-Access”.
- “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division-Multiple-Access”.
- “OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal-Frequency-Division-Multiple-Access”.
- “RAT” هي اختصار لـ “Radio-Access-Technology”.
الخصائص المتوقعة من تقنيات الاتصال اللاسلكي
من المتوقع أن يزداد انتشار خدمات النطاق العريض للأجهزة المحمولة بشكل كبير في السنوات القادمة ووفقاً لبعض التوقعات، سيتعين على شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية في عام 2020م أن تدعم أكثر من ألف مرة حجم حركة مرور الهاتف المحمول اليوم، كما تعمل أكثر من ستة مليارات محطة لاسلكية متنقلة في جميع أنحاء العالم.
بعد عام 2020م قد يصل عدد الأجهزة التي تتطلب اتصالاً لاسلكياً إلى خمسين ملياراً بما في ذلك أجهزة الاستشعار اللاسلكية واتصالات الآلة، ومن المتوقع أن تزود أنظمة النطاق العريض المتنقلة المستقبلية المستخدمين بتجربة الوصول إلى الراديو بأداء “غير محدود”، أي التسليم الفوري لكميات كبيرة من محتوى الوسائط المتعددة عبر اتصال لاسلكي عالي الاستقرار.
لذلك بالإضافة إلى زيادة الإنتاجية يجب أن توفر أنظمة “5G” زمن انتقال أقل واحتمال انقطاع أقل أي تغطية أفضل ومعدلات بت عالية على مناطق تغطية أكبر، وكفاءة طيفية أعلى للنظام أي حجم البيانات لكل وحدة مساحة وتعدد استخدامات وقابلية أكبر، وانخفاض تكاليف نشر البنية التحتية وزيادة موثوقية وصلات الاتصال.
بسبب الأنواع الجديدة من الأجهزة المتصلة وعلى سبيل المثال أجهزة الاستشعار اللاسلكية بالإضافة إلى المحطات الطرفية المتنقلة الحالية من “2G” إلى “4G”، ستختلف متطلبات معدل البيانات ووقت الاستجابة والموثوقية وحمولة البيانات واستهلاك الطاقة بسبب عدد لا يحصى من التطبيقات المختلفة التي تتراوح من إنترنت أشياء “IoT” إلى خدمات النطاق العريض الجديدة، مثل الفيديو فائق الدقة والواقع المعزز.
كما قد تتطلب بعض التطبيقات معدلات بيانات قصوى تصل إلى عدة جيجابت في الثانية وزمن انتقال من طرف إلى طرف لبضعة أجزاء من الثانية، وعلى سبيل المثال يتطلب الإرسال اللاسلكي لمقاطع الفيديو عالية الدقة غير المضغوطة “HD” معدلات بيانات تبلغ “4 جيجابت في الثانية” تقريباً للحصول على دقة “1080 بكسل”، وهو ما يتجاوز قدرات التقنيات اللاسلكية الحالية ويجب تحديد هذه المتطلبات العليا كأهداف لمشاريع بحثية جديدة حول تقنيات “5G”.
الهدف من تقنيات الاتصال اللاسلكي للمحتوى القائم على التقارب
- بنية وبروتوكولات شبكة قادرة على زيادة إعادة استخدام التردد بمقدار عشرة أضعاف على الأقل.
- تقنيات لتجنب أزمة الطيف الناجم عن النمو الهائل لحركة المرور.
- بنية تحتية فعالة ومتعددة الاستخدامات للنفاذ اللاسلكي تتيح التقارب السلس للشبكات المتنقلة والثابتة.
- تخصيص الموارد الراديوية المرن في الوقت الحقيقي “RRA” كدالة لتوزيع الحركة مع تمايز جودة الخدمة “QoS” لتطبيقات متعددة.
- تخفيض استهلاك الطاقة للشبكة بمعامل 10.
- زمن انتقال من طرف إلى طرف في حدود “1 مللي ثانية”.
ملاحظة:“RRA” هي اختصار لـ “radio resource allocation”.
ملاحظة:“QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.
