ما هي قنوات ونطاقات تردد تقنية الجيل الخامس من الاتصالات المتنقلة؟

تستخدم تقنية (5G) اللاسلكية مجموعة متنوعة من نطاقات التردد ضمن نطاقات تعرف باسم (FR1) أقل من (7.125 جيجاهرتز) و(FR2 أعلى من 24.250 جيجاهرتز) لراديو (5G NR)، وتستخدم طبقة الوصول لاتصالات الهاتف المحمول (5G) قنوات مختلفة للبيانات بما في ذلك القنوات المادية وقنوات النقل والمنطقية، كما يستخدم راديو (5G NR) مجموعة متنوعة من نطاقات التردد المختلفة، حيث توجد توزيعات التردد في مجموعة متنوعة من مجالات الطيف الراديوي.

ما هي نطاقات التردد في تقنية 5G؟

يتوفر نطاقا تردد مختلفان لتقنية (5G) وتم تحديد النطاقات المختلفة (FR1) و(FR2)، أمّا النطاقات في مدى التردد 1 من المحتمل أن تحمل الكثير من حركة الاتصالات الخلوية المتنقلة التقليدية، وعادةً ما يتم تخصيص نطاقات تردد الاتصالات المتنقلة (5G) بموجب اتفاق دولي، على الرغم من أنّ الترقيم يتم بواسطة (3GPP) ممّا يُقلل من مستويات التداخل ويسمح بإجراء التنقل بسهولة أكبر، فكلما زاد عدد النطاقات الموجودة هناك زادت صعوبة إنشاء أجهزة راديو يمكنها التجوال عالمياً.

تسعى نطاقات التردد الأعلى في النطاق (FR2) إلى توفير قدرة عالية جداً على معدل البيانات قصير المدى لراديو (5G)، كما تحمل تقنية (5G) اللاسلكية بيانات عالية السرعة وستكون هناك حاجة إلى عرض النطاق الترددي الإضافي لهذه النطاقات عالية التردد، أمّا الغرض من النطاق (FR1) هو تحديد النطاقات التي تقل عن (6 جيجاهرتز)، ولكن مع التخصيصات الإضافية المتوقعة للطيف تم الآن توسيع نطاق (FR1) إلى (7.125 جيجاهرتز).

تُوفّر ترددات ونطاقات إضافية لتقنية (5G) مع الاستخدام المتزايد للاتصالات المتنقلة، ولا يقتصر الأمر على إعادة استخدام العديد من النطاقات الحالية لتقنية (5G) اللاسلكية، ولكن يجري أيضاً تخصيص نطاقات جديدة، وفي ميزة جديدة للاتصالات المتنقلة (5G) يتم استخدام الترددات في منطقة الموجة المليمترية من الطيف، وعرض النطاق الترددي الأكبر بكثير المتاح في هذه المناطق أعلى بكثير ممّا يسمح بتحقيق سرعات بيانات أكبر ولكن نطاق الإشارات أقصر، وعلى الرغم من أنّ هذا سيعطي إعادة استخدام تردد أفضل.

1- نطاقات تردد FR1 5G:

تستخدم نطاقات التردد في (FR1) العديد من نطاقات التردد نفسها المستخدمة في (4G) والخدمات الخلوية للاتصالات المتنقلة الأخرى، حيث تستحوذ القنوات والنطاقات المستخدمة لنقل بيانات (5G) على المزيد من النطاقات المخصصة بالفعل للاتصالات المتنقلة أو الخلوية، وبهذه الطريقة ستكون تقنية (5G) اللاسلكية قادرة على تحمل مستويات حركة المرور المطلوبة، وتم وضع نطاقات جانباً من أجل الإرسال المزدوج بتقسيم التردد (FDD) أو الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD).

2- نطاقات تردد FR2 5G:

بدأت نطاقات (FR2 5G) في اكتساب الزخم مع التطوير الجديد لجعل وصلات الميكروويف قابلة للتطبيق للنشر على نطاق واسع والذي سيكون هناك حاجة إليها، كما يتم إجراء التخصيصات في العديد من مناطق الطيف فوق (20 جيجاهرتز) حيث يتم استخدامها بشكل خفيف نسبياً في الوقت الحالي، كما يدعم راديو (5G NR) تجميع الحامل؛ لتمكين النظام من توفير النطاق الترددي المطلوب لعمليات نقل البيانات عالية السرعة للغاية، ويسمح باستخدام تجميع ما يصل إلى 16 موجة حاملة مكونة باستخدام مجموعات مختلفة من تجميع الموجات الحاملة بين النطاق وداخل النطاق.

ما هي قنوات بيانات 5G؟

من خلال تنظيم البيانات في قنوات مختلفة، يكون نظام اتصالات (5G) قادراً على إدارة عمليات نقل البيانات بطريقة منظمة، والنظام قادر على فهم البيانات التي تصل وبالتالي يمكنه معالجتها بالطريقة المطلوبة، ونظراً لوجود العديد من الأنواع المختلفة من البيانات التي يجب نقلها كما أنّ بيانات المستخدم تحتاج إلى النقل، وكذلك التحكم في المعلومات لإدارة ارتباط الاتصالات اللاسلكية وكذلك البيانات لتوفير المزامنة والوصول، حيث تكون كل هذه الوظائف ضرورية وتتطلب نقل البيانات عبر شبكة الوصول اللاسلكي.

يستخدم نظام اتصالات الهاتف المحمول (5G) طبقة وصول مماثلة لتلك المستخدمة بواسطة (4G LTE) وعلى الرغم من وجود مكدسين من البروتوكولات: مستوى المستخدم ومستوى التحكم، إلا أنّهما لا يزالان يعتمدان النموذج المرجعي (OSI) المألوف، ونتيجةً لذلك توجد طبقات بروتوكول مختلفة وبالتالي هناك العديد من طبقات قنوات البيانات المحددة للاتصالات اللاسلكية.

أنواع قنوات 5G:

1. القناة المنطقية – 5G Logical channel:

يمكن أن تكون القنوات المنطقية واحدة من مجموعتين؛ هما قنوات التحكم والتي تستخدم قنوات التحكم لنقل البيانات من مستوى التحكم، وقنوات الحركة التي تُستخدم القنوات المنطقية للحركة لنقل بيانات مستوى المستعمل.

• قناة التحكم في البث (BCCH): هي قناة تُستخدم داخل الوصلة الهابطة، ويتم استخدامه لإرسال معلومات نمط البث إلى معدات المستخدم داخل تلك الخلية، كما تنقسم معلومات النظام المرسلة بواسطة (5G NR BCCH) إلى كتل مختلفة:

1- كتلة المعلومات الرئيسية (MIB): يوجد (MIB) واحد ويتم تعيينه على قناة النقل (BCH) ثم القناة المادية (PBCH).

2- كتلة معلومات النظام (SIB): هناك العديد من كتل معلومات النظام (SIBs) حيث يتم تقابلها على قناة النقل (DL-SCH) ثم على القناة المادية (PDSCH).

• قناة التحكم في الترحيل (PCCH): هي قناة تستخدم الوصلة الهابطة، حيث يتم استخدامه لخادم تجهيزات المستعمل التي يكون موقعه على مستوى الخلية غير معروف للشبكة، ويجب إرسال رسالة الترحيل في خلايا متعددة، كما يتم تعيين (PCCH) إلى قناة النقل (PCH) ثم إلى القناة المادية (PDSCH).

• قناة التحكم المشتركة (CCCH): هي القناة التي تُستخدم على كل من الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة؛ لنقل معلومات التحكم من وإلى معدات المستخدم أو الهواتف المحمولة، كما تُستخدم القناة للوصول الأولي في الهواتف المحمولة التي لا تحتوي على تحكم في مورد الراديو اتصال (RRC).

• قناة التحكم المخصصة (DCCH): هي القناة التي تُستخدم داخل الوصلة الصاعدة والهابطة لنقل معلومات التحكم المخصصة بين تجهيزات المستعمل أو الهاتف المحمول والشبكة، كما يتم استخدامه من قبل (UE) والشبكة بعد التحكم في الموارد الراديوية، وقد تم إنشاء توصيل (RRC).

• قناة مرور مخصصة (DTCH): هي القناة الموجودة في كل من الوصلة الصاعدة والهابطة، وهي مخصصة لتجهيزات مستخدم واحدة وتستخدم لنقل معلومات المستخدم من وإلى تجهيزات مستخدم معينة والشبكة.

2. قناة النقل – 5G NR transport channels:

• قناة البث (BCH): هي قناة تُستخدم في الوصلة الهابطة فقط لإرسال معلومات نظام (BCCH) وتحديداً معلومات كتلة المعلومات الرئيسية (MIB)، ومن أجل استخدام البيانات يكون لها تنسيق محدد.

• قناة الترحيل (PCH): هي قناة تستخدم لنقل معلومات الترحيل من القناة المنطقية (PCCH) حيث يدعم الاستقبال المتقطع (DRX)؛ لتمكين (UE) من توفير طاقة البطارية عن طريق الاستيقاظ في وقت محدد لاستقبال (PCH).

• قناة مشتركة للوصلة الهابطة (DL-SCH): هذه قناة ارتباط هابط فقط، وهي قناة النقل الرئيسية المستخدمة لنقل بيانات الوصلة الهابطة وهي تدعم جميع ميزات (5G NR) الرئيسية، وتشمل التكيف مع المعدل الديناميكي (HARQ) والجدولة المدركة للقناة والتعدد المكاني.

• قناة مشتركة للوصلة الصاعدة (UL-SCH): هذا هو نظير الوصلة الصاعدة لـ (DLSCH)، وهو قناة نقل الوصلة الصاعدة المستخدمة لإرسال بيانات الوصلة الصاعدة.

• قناة الوصول العشوائي (RACH): هي قناة نقل تحمل تمهيداً للنفاذ العشوائي، وتُستخدم للتغلب على تصادمات الرسائل التي يمكن أن تحدث عند وصول تجهيزات المستعمل إلى النظام في نفس الوقت.

3. القناة المادية – 5G NR physical channels:

القنوات المادية: هي الأقرب إلى الإرسال الفعلي للبيانات عبر شبكة الوصول اللاسلكي أو إشارة (5G RF)، ويتم استخدامها لنقل البيانات عبر السطح البيني الراديوي.

1- القنوات المادية للوصلة الهابطة 5G NR:

• القناة المشتركة للوصلة الهابطة المادية (PDSCH): هي القناة التي تحمل البيانات تقاسم السعة على أساس الوقت والتردد، كما تحمل القناة المادية مجموعة متنوعة من البيانات: بيانات المستخدم ورسائل التحكم في الطبقة العليا الخاصة بتجهيزات المستعمل المعينة من القنوات الأعلى وكتل معلومات النظام (SIBs) والترحيل.

• قناة التحكم في الوصلة الهابطة المادية (PDCCH): هي القناة التي تحمل في الوصلة الهابطة 5G بيانات التحكم في الوصلة الهابطة، وتتمثل وظيفتها الأساسية في جدولة عمليات إرسال الوصلة الهابطة على (PDSCH) وأيضاً عمليات إرسال بيانات الوصلة الصاعدة على (PUSCH).

• قناة البث المادي (PBCH): هي قناة التي تشكل جزءاً من كتلة إشارة التزامن، وتتمثل وظيفتها في تزويد تجهيزات المستعمل بكتلة المعلومات الرئيسية (MIB) وبالاقتران مع قناة التحكم في دعم تزامن الوقت والتردد، ممّا يساعد في اكتساب الخلايا واختيارها.

2- القنوات المادية للوصلة الهابطة 5G NR:

• قناة الوصول العشوائي المادي(PRACH): هي القناة التي تُستخدم للوصول إلى القناة، وينقل نفاذ أولي للنفاذ العشوائي، كما يتكون من متواليات قد تكون ذات طولين مختلفين التسلسل الطويل هو (839)، والذي يتم تطبيقه على المباعدة بين الموجات الحاملة الفرعية (1.25 كيلو هرتز) و(5 كيلو هرتز)، ويتم تطبيق أطوال تسلسل قصير من (139) على مباعدة الموجات الحاملة الفرعية من (15 كيلو هرتز و30 كيلو هرتز أي نطاقات FR1) و(60 كيلو هرتز و120 كيلو هرتز أي نطاقات FR2).

• القناة المشتركة للوصلة الصاعدة المادية (PUSCH): هي النظير لقناة (PDSCH)، وهي تُستخدم لنقل البيانات من (UL-SCH) وقنواتها المخططة الأعلى على أساس التردد والتقاسم الزمني.

• قناة التحكم في الوصلة الصاعدة المادية (PUCCH): هي قناة تنقل (PUCCH)، بيانات التحكم في الوصلة الصاعدة، ومن الممكن اعتماد تخصيص الموارد وإرسال معلومات أو بيانات التحكم في الوصلة الصاعدة على (PUSCH)، على الرغم من أنّه في اتجاه الوصلة الهابطة يتم إرسال معلومات التحكم على (PDCCH).

يوفر استخدام قنوات (5G) هذه طريقة لتنظيم تدفق البيانات عبر الواجهة اللاسلكية لشبكة اتصالات (5G) ويتيح استخدام القنوات لنظام الاتصالات التعرف على نوع البيانات التي يتم إرسالها والتعامل معها وفقاً لذلك، أمّا التنسيق المستخدم مشابه جداً للتنسيق المستخدم في (4G LTE) وهو مبني على تقنية الاتصالات المحمولة السابقة أو أجيال الهواتف المحمولة.