اقرأ في هذا المقال
- ما المقصود بهوائيات ميمو الضخمة
- خصائص هوائيات MIMO الضخمة
- تطور هوائيات MIMO الضخمة
- ما هي تقنيات MIMO الضخمة
- فوائد استخدام هوائيات MIMO الضخمة
- مستقبل تقنية هوائيات MIMO الضخمة
يعمل حفز النقص في النطاق الترددي العالمي في قطاع الاتصالات اللاسلكية على دراسة واستكشاف تكنولوجيا الوصول اللاسلكي المعروفة باسم متعدد المدخلات والمخرجات الضخمة (MIMO)، حيث تُعد (Massive MIMO) إحدى التقنيات التمكينية الرئيسية لشبكات الجيل التالي، والتي تجمع الهوائيات معًا في كل من المرسل والمستقبل لتوفير كفاءة عالية في الطيف والطاقة باستخدام معالجة بسيطة نسبيًا.
ما المقصود بهوائيات ميمو الضخمة
تُعد (MIMO) هي أكثر تقنيات الوصول اللاسلكي إثارة للاهتمام لتلبية احتياجات شبكات الجيل الخامس وما وراءها، و(Massive MIMO) هو امتداد لتقنية (MIMO) والتي تتضمن استخدام مئات بل آلاف الهوائيات المتصلة بمحطة أساسية لتحسين الكفاءة الطيفية والإنتاجية، حيث تدور هذه التقنية حول الجمع بين الهوائيات وأجهزة الراديو والطيف معًا لتمكين سعة وسرعة أعلى للجيل الخامس القادم.
إنّ قدرة (MIMO) الهائلة على زيادة الإنتاجية والكفاءة الطيفية جعلت منها تقنية حاسمة للمعايير اللاسلكية الناشئة والمفتاح هو كسب الصفيف الكبير الذي يحققه (MIMO) الهائل مع عدد كبير من الهوائيات، (Massive MIMO) هي تقنية تمكين رئيسية لشبكات (5G) وما وراءها، ونظرًا لأن نظام الاستشعار الذكي يعتمد بشكل أساسي على شبكات (5G)، فإن (MIMO) الهائل ونظام الاستشعار الذكي مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.
ملاحظة:“MIMO” هي اختصار لـ “Multiple Input, Multiple Output”.
خصائص هوائيات MIMO الضخمة
- يُعد جمع البيانات من العدد الكبير من أجهزة الاستشعار الذكية التي تستخدم أنظمة الوصول المتعدد التقليدية أمرًا غير عملي للغاية لأنّه يؤدي إلى زمن انتقال مفرط ومعدل بيانات منخفض وموثوقية منخفضة.
- يمكن لتقنية (MIMO) الضخمة ذات الكسب الضخم لتعدد الإرسال وقدرات تشكيل الحزمة أن تستشعر البيانات من نقل المستشعر المتزامن مع زمن انتقال أقل بكثير وتوفر أجهزة استشعار بمعدلات بيانات أعلى واتصال موثوق.
- ستؤدي أنظمة (MIMO) الضخمة دورًا حاسمًا في السماح بنقل المعلومات التي يتم جمعها من خلال أجهزة الاستشعار الذكية في الوقت الفعلي، إلى مواقع المراقبة المركزية لتطبيقات أجهزة الاستشعار الذكية، مثل: السيارة المستقلة والرعاية الصحية عن بُعد والشبكات الذكية والهوائيات الذكية والطرق السريعة الذكية والمباني الذكية ومراقبة بيئية ذكية.
- بالنسبة لأنظمة (MIMO) الضخمة يساعد تكوين الحزمة في زيادة كفاءة الطيف.
- في أنظمة (MIMO) الضخمة يمكن للمحطة الأساسية إرسال البيانات إلى المستخدم من مسارات مختلفة، ويصمم تشكيل الحزمة حركة الحزمة ووقت الوصول للسماح لمزيد من المستخدمين بإرسال البيانات في وقت واحد.
تطور هوائيات MIMO الضخمة
مع العولمة تواجه الشبكات الحالية مطالب حركة مرور عالية ولتلبية هذه الاحتياجات يتم نشر الأنظمة الخلوية على بعد بضع مئات من الأمتار، ويتم وضع شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية (LAN) في كل مكان تقريبًا وإلى جانب زيادة خدمة النطاق العريض للأجهزة المحمولة، يساهم إدخال مفاهيم جديدة مثل: إنترنت الأشياء (IoT) والاتصال من آلة إلى آلة (M2M) أيضًا في زيادة حركة المرور اللاسلكية.
(Massive MIMO) هي التقنية الأكثر جاذبية لـ (5G) وما بعد عصر الوصول اللاسلكي، و(MIMO) الضخمة هو تطور أنظمة (MIMO) المعاصرة المستخدمة في الشبكات اللاسلكية الحالية، والتي تجمع معًا مئات بل آلاف الهوائيات في المحطة الأساسية وتخدم عشرات المستخدمين في وقت واحد، وستساعد الهوائيات الإضافية التي يستخدمها (MIMO) الضخمة في تركيز الطاقة في منطقة أصغر من الفضاء لتوفير كفاءة طيفية وإنتاجية أفضل.
إنّ الوصلة الهابطة (MIMO) الضخمة ونظام الوصلة الصاعدة، ومع زيادة عدد الهوائيات في نظام (MIMO) الضخمة، وكما تصبح الحزم المشعة أضيق وتتركز مكانيًا تجاه المستخدم وتزيد حزم الهوائي المركزة مكانياً من صبيب المستخدم المرغوب وتقلل من التداخل مع المستخدم المجاور، وتقدم (Massive MIMO) ميزة هائلة على نظام (MIMO) التقليدي.
ملاحظة:“M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-machine”.
ملاحظة:“IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.
ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
ما هي تقنيات MIMO الضخمة
تعتمد تقنية (MIMO) الضخمة على ثلاثة مفاهيم رئيسية هي التنوع المكاني وتعدد الإرسال المكاني وتشكيل الحزمة، كما تعتمد تقنية (MIMO) على حقيقة أنّ الإشارة الراديوية بين المرسل والمستقبل يتم ترشيحها حسب بيئتها، ومع انعكاسات من المباني والعوائق الأخرى التي تؤدي إلى مسارات إشارة متعددة.
كما ستصل الإشارات المنعكسة المختلفة إلى هوائي الاستقبال بتأخيرات زمنية مختلفة ومستويات توهين واتجاه الانتقال، وعندما يتم نشر هوائيات استقبال متعددة يتلقى كل هوائي نسخة مختلفة قليلاً من الإشارة والتي يمكن دمجها رياضياً لتحسين جودة الإشارة المرسلة، وتُعرف هذه التقنية بالتنوع المكاني لأنّ هوائيات المستقبل منفصلة مكانيًا عن بعضها البعض.
كما يتحقق التنوع المكاني أيضاً من خلال إرسال إشارة الراديو عبر هوائيات متعددة مع إرسال كل هوائي في بعض الحالات نسخ معدلة من الإشارة، بينما يزيد التنوع المكاني من موثوقية الوصلة الراديوية يزيد تعدد الإرسال المكاني من قدرة الوصلة الراديوية، باستخدام مسارات الانتقال المتعددة كقنوات إضافية لنقل البيانات.
ويسمح تعدد الإرسال المكاني بإرسال تدفقات بيانات متعددة وفريدة من نوعها بين المرسل والمستقبل، ممّا يؤدي إلى زيادة الإنتاجية بشكل كبير، وتمكين العديد من مستخدمي الشبكة من الدعم بواسطة جهاز إرسال واحد.
فوائد استخدام هوائيات MIMO الضخمة
- باعتبارها لبنة أساسية لـ (5G NR)، توفر تقنية (MIMO) الضخمة مزايا متعددة لكل من مشغلي الشبكات والمستخدمين النهائيين.
- تعمل التكنولوجيا على تحسين الكفاءة الطيفية بشكل كبير ممّا يوفر سعة أكبر للشبكة لنفس المقدار من الطيف، وبالتالي تمكين المشغلين من زيادة استثماراتهم في هذا المورد الباهظ الثمن.
- ومع انتشار شبكات الجيل الخامس فإنّها ستعتمد بشكل كبير على تكثيف الشبكة من أجل تقديم معدلات البيانات المطلوبة ودعم العدد الكبير من الاتصالات، ولا سيما في المناطق الحضرية.
- تتيح تقنية (MIMO) الضخمة جنبًا إلى جنب مع تقنية تشكيل الحزمة الاستخدام المستهدف للغاية للطيف، وإزالة الاختناقات الحالية في الأداء، ودعم عدد أكبر من المستخدمين في الخلية وتحسين تجربة المستخدم النهائي في المناطق المكتظة بالسكان.
- تشمل الفوائد المحتملة الأخرى موثوقية اتصال أعلى إلى جانب مقاومة متزايدة للتداخل والتشويش المتعمد، بسبب زيادة عدد مسارات الإشارة، ستكون شبكات (MIMO) الضخمة أيضًا أكثر استجابة للأجهزة التي ترسل على ترددات أعلى، ممّا سيحسن التغطية خاصة في الداخل.
مستقبل تقنية هوائيات MIMO الضخمة
مع انتشار شبكات (5G) سيتوسع استخدام (Massive MIMO)، حيث تصبح مصفوفات الهوائي الأكبر مجدية مع تطور التكنولوجيا ومواصفات (3GPP)، و(mmWave) هو المفتاح لأداء وسعة (5G) وستصبح صفيفات (MIMO) الضخمة التي يمكن أن تعمل على هذه الترددات سائدة قريبًا، وكما تم تطوير نموذجًا أوليًا لصفيف (24 هوائيًا) قادرًا على العمل عند (28 جيجاهرتز)، وستصبح أنظمة (MIMO) الضخمة التجارية ومع (64) مصفوفة أو أكثر سائدة في كل من الترددات الفرعية (6) جيجاهرتز وأشكال الموجات.
سيتم تسهيل عمليات النشر من خلال التطور الموازي لأنظمة الهوائيات المتقدمة (AAS) والتي تدمج صفائف الهوائي مع أجهزة وبرامج إرسال الترددات الراديوية المرتبطة بها، فضلاً عن قدرة معالجة الإشارات المطلوبة من خلال تشكيل الحزمة و(MIMO)، ونظرًا لتقليص (mmWave) حجم الهوائيات والمكونات الإلكترونية أيضًا ستصبح هذه (AAS) أصغر وتلعب دورًا رئيسيًا في تكثيف الشبكة ويتم نشرها لتوفير تغطية (5G) في المواقع الداخلية.
