كيفية تكوين هيكل الإطار لتقنية الوصول إلى الراديو الجديدة في الاتصالات اللاسلكية

من أجل دعم تقنية جديدة للوصول إلى الراديو أي تقنية وصول لاسلكية جديدة (RAT) أو (NR) قد يتم تكوين هيكل إطار لـ (RAT) جديد، كما تشكل عقدة الشبكة إطاراً يتم فيه تخصيص بادئة دورية أولى (CP) للرمز الأول كل (0.5 مللي ثانية)، ويتم تخصيص (CP) ثانية للرموز المتبقية كل (0.5 مللي ثانية) وفي هذه الحالة يكون طول أول (CP) أطول من طول (CP) الثانى.

أساسيات تكوين هيكل الإطار لتقنية الوصول إلى الراديو الجديدة في الاتصالات اللاسلكية

يعتمد تكوين هيكل الإطار لتقنية الوصول إلى الراديو الجديدة على مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) التطور طويل الأمد (LTE) هو تقنية لتمكين اتصالات الحزمة عالية السرعة، وتم اقتراح العديد من الطرق لخفض التكاليف للمستخدمين والمشغلين وهي أهداف (LTE)، وتحسين جودة الخدمة وتوسيع التغطية وزيادة سعة النظام، و(3GPP LTE) هو مطلب عالي المستوى يقلل التكلفة لكل بت ويحسن توافر الخدمة والاستخدام المرن لنطاقات التردد والبنية البسيطة، والواجهات المفتوحة والاستهلاك الكافي لطاقة المطاريف.

نظراً لأنّ المزيد من أجهزة الاتصال تتطلب سعة اتصال أكبر فهناك حاجة إلى تحسين اتصالات النطاق العريض المتنقل مقارنة بتقنيات الوصول اللاسلكي الحالية، وبالإضافة إلى ذلك يُعد (MTC) العملاق الذي يوفر خدمات متنوعة في أي وقت وفي أي مكان عن طريق توصيل أجهزة وكائنات متعددة، أحد المشكلات الرئيسية التي يجب مراعاتها في اتصالات الجيل التالي.

بالإضافة إلى ذلك تتم تصميم نظام اتصالات مع مراعاة الموثوقية وتأخير الخدمة الحساسة أو معدات المستخدم (UE)، ويتم إدخال تقنية الوصول اللاسلكي من الجيل التالي في الاعتبار مثل الاتصالات المتنقلة ذات النطاق العريض المحسّن و(MTC) العملاقة، والاتصالات فائقة الموثوقية وذات زمن الوصول المنخفض (URLLC) وسيتم استدعاء تقنية الوصول إلى الراديو الجديدة هذه تقنية الوصول إلى الراديو الجديدة (RAT).

في (RAT) الجديد يمكن إدخال تشكيل الشعاع التناظري. في نطاق الموجة المليمترية (mmW) ويتم تقصير الطول الموجي، بحيث يمكن تركيب العديد من الهوائيات في نفس المنطقة أي في النطاق (30 جيجاهرتز) ويبلغ الطول الموجي (1 سم)، ويمكن تثبيت ما مجموعه (100 عنصر هوائي) في شكل مصفوفة ثنائية الأبعاد عند فواصل زمنية (0.5 × (الطول الموجي)) على لوحة )5 × 5 سم 2)، لذلك في النطاق (mmW) تُستخدم مجموعة من عناصر الهوائي لزيادة كسب تشكيل الحزمة لزيادة التغطية أو لزيادة الصبيب.

إذا تم توفير وحدة إرسال واستقبال (TXRU) لتمكين قدرة الإرسال وتعديل المرحلة لكل عنصر هوائي فمن الممكن تشكيل حزمة مستقلة لكل مورد تردد، ومع ذلك هناك مشكلة تتمثل في أن الفعالية من حيث السعر تتدهور عندما يتم تركيب وحدة الإرسال أو الاستقبال في جميع عناصر الهوائي المائة تقريباً، لذلك يجري النظر في طريقة لتعيين مجموعة من عناصر الهوائي إلى جهاز إرسال واستقبال واحد وتعديل اتجاه الحزمة باستخدام ناقل حركة تناظري.

• “RAT” هي اختصار لـ “Radio Access Technology” و”TXRU” هي اختصار لـ “transceiver receiver unit”.

• “URLLC” هي اختصار لـ “Ultra-reliable low-latency communication” و”MTC” هي اختصار لـ “Machine-Type Communications”.

• “UE” هي اختصار لـ “User equipment” و”3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”NR” هي اختصار لـ “new radio”.

• “CP” هي اختصار لـ “Contention Period” و”mmW” هي اختصار لـ “Millimeter-wave”.

طريقة تكوين هيكل الإطار لتقنية الوصول إلى الراديو الجديدة

إنّ طريقة تشكيل الحزمة التناظرية هذه لها عيب يتمثل في عدم إمكانية إجراء تشكيل الحزمة الانتقائي للتردد لأنه يمكن إنشاء اتجاه حزمة واحد فقط عبر النطاق بأكمله، ومن الممكن تشكيل الحزمة الهجين الذي يحتوي على وحدات إرسال أو استقبال B، والتي هي أقل من عناصر هوائي Q كشكل وسيط بين تشكيل الحزمة الرقمي وتشكيل الحزمة التناظري، وفي هذه الحالة على الرغم من وجود اختلاف اعتماداً على طريقة التوصيل لوحدات الإرسال والاستقبال B وعناصر هوائي Q، فإنّ اتجاهات الحزم التي يمكن إرسالها في نفس الوقت تقتصر على B أو أقل.

كما تتوفر طريقة وجهازاً لتكوين هيكل إطار لتقنية وصول لاسلكي جديدة (RAT) في نظام اتصال لاسلكي ويوفر طريقة لمعالجة بادئة دورية (CP) العصبية القابلة للتطوير، ويوفر أيضاً طريقة وجهازًا لتعدد إرسال مختلف الخلايا العصبية في مادة حاملة، ويسمح لهيكل الإطار ،بنفس طول الفتحة كل (0.5 مللي ثانية) باستثناء الفتحة الأولى، و(CP) العام وتمديد (CP) المختلف لكل فتحة صغيرة كرمز أو رمزان لتباعد أصغر لحامل فرعي يركز على CP الذي يسمح بتعدد إرسال CP.

يتم توفير عقدة شبكة لنظام اتصال لاسلكي وتشتمل عقدة الشبكة على ذاكرة وجهاز إرسال واستقبال ومعالج متصل بالذاكرة وجهاز الإرسال والاستقبال، حيث يقوم المعالج بتكوين إطار يتم فيه تخصيص بادئة دورية أولى (CP) للرمز الأول كل (0.5 مللي ثانية)، ويتم تخصيص CP ثانية للرموز المتبقية كل (0.5 مللي ثانية)، ويستخدم الإطار للتواصل مع جهاز المستخدم (UE) يوتحكم في جهاز الإرسال والاستقبال للتواصل.

تطور مبدأ تكوين هيكل الإطار لتقنية الوصول إلى الراديو الجديدة

يمكن تصنيف نظام الاتصالات اللاسلكية إلى طريقة الإرسال المزدوج بتقسيم التردد (FDD) وطريقة الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD)، ووفقاً لمخطط (FDD) يتم تنفيذ الإرسال على الوصلة الصاعدة والإرسال في الوصلة الهابطة في نطاقات تردد مختلفة، ووفقاً لمخطط (TDD) يتم إجراء إرسال UL وإرسال DL على فترات زمنية مختلفة في نفس نطاق التردد، كما تكون استجابة القناة لمخطط (TDD) متبادلة إلى حد كبير.

وهذا يعني أنّ استجابة قناة DL واستجابة قناة UL متماثلتان تقريبًا في نطاق تردد معين، ووفقاً لذلك يتمتع نظام الاتصال اللاسلكي القائم على (TDD)، بميزة الحصول على استجابة قناة DL من استجابة قناة UL، وفي مخطط (TDD) نظراً لأنّ نطاق التردد بأكمله مقسم زمنياً لإرسال UL وDL، ولا يمكن إجراء الإرسال DL بواسطة إرسال eNB وUL بواسطة UE في نفس الوقت.

في نظام (TDD) الذي يصنف فيه إرسال UL وإرسال DL على أساس رتل فرعي ، يتم إجراء إرسال UL وإرسال DL في أطر فرعية مختلفة، في نظام (TDD) من أجل تمكين التبديل عالي السرعة بين DL وUL ويمكن إجراء الإرسال UL وDL في نفس الإطار الفرعي أو الفتحة في مخطط تعدد إرسال بتقسيم زمني (TDM) أو تعدد إرسال بتقسيم الوقت (FDM).

شبكة الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس أو نظام اتصالات الهاتف المحمول من الجيل الخامس (5G) هي معيار اتصالات من الجيل التالي تم اقتراحه بعد معيار (4G LTE / IMT)، بحيث تتضمن (5G) كلاً من تقنية الوصول إلى الراديو الجديدة (RAT) أو (NR الجديدة) وتطور (LTE)، كما يستهدف تخطيط 5G سعة أعلى من (4G LTE) الحالي ويزيد من كثافة مستخدمي النطاق العريض للأجهزة المحمولة، ويدعم اتصالات الجهاز الكبيرة الموثوقة من جهاز إلى آخر، وتهدف (5G R&D) أيضاً إلى تقليل زمن الوصول واستهلاك أقل للبطارية مقارنة بمعدات 4G من أجل تنفيذ إنترنت الأشياء بشكل أفضل.

• “TDD” هي اختصار لـ “Time division duplex” و”FDM” هي اختصار لـ “Frequency-division multiplexing”.

• “TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing” و”FDD” هي اختصار لـ “Frequency Division Duplexing”.