أخبار التكنولوجيا

6G ومناظرها الطيفية


لقد كان الطيف الجديد عاملاً أساسيًا في تقديم خدمات جديدة وقدرة أعلى ومعدلات إنتاجية أسرع للبيانات في كل جيل جديد من الاتصالات الخلوية. الطيف الجديد الذي سيكون متاحًا لـ 6G غير واضح، ولكن هناك ثلاثة نطاقات تردد قيد المناقشة: النطاق المتوسط ​​العلوي (يشار إليه أحيانًا باسم النطاق المتوسط ​​أو بشكل غير رسمي باسم FR3) بين 7 و24 جيجا هرتز، ونطاقات تيراهيرتز الفرعية بين ما يقرب من 90 جيجا هرتز إلى 300 جيجا هرتز وتعظيم الطيف أقل من 7 جيجا هرتز من خلال إعادة الزراعة وتخصيص النطاق الجديد وزيادة الكفاءة الطيفية.

ويبين الشكل 1 تخصيص الطيف حسب الجيل، بما في ذلك النطاقات المحتملة لـ 6G. كل نطاق مقترح له فوائد وعيوب سيتم فحصها بالتفصيل أدناه.

الشكل 1: تخصيص التردد في كل جيل خلوي

النطاق المتوسط ​​العلوي (7–24 جيجا هرتز)

يعد الطيف بين 7 و24 جيجا هرتز هو الطيف الجديد الأكثر جاذبية لأنظمة الجيل السادس المبكرة. يظهر في الشكل 2 مخطط مبسط للترددات المخصصة للنفاذ اللاسلكي المتنقل والثابت بين 7 و24 جيجا هرتز. ويعتبر النطاق من 7 إلى 15 جيجا هرتز جذابًا لخصائص الانتشار التي تشبه النطاقات التي تقل مباشرة عن 7 جيجا هرتز. في هذه الترددات، تكون الإشارات أقل خسارة في الانتشار مقارنة بـ FR2 ولديها فرصة أفضل لاختراق المباني والهياكل الأخرى، مما يسمح بالتغطية الداخلية. وهذا من شأنه أن يمنح المشغلين وسيلة لزيادة سعة الشبكة دون الحاجة إلى إضافة كثافة كبيرة لموقع الخلية، كما هو مطلوب لتوسيع تغطية الموجة المليمترية (mmWave) FR2.

التحدي الرئيسي لاستخدام هذا الطيف في 6G هو التحدي التنظيمي. وهذا الطيف محفوف بالموظفين المدنيين والحكوميين على حد سواء ويستخدم لتطبيقات أخرى غير الوصول اللاسلكي الثابت والمتنقل، مثل الأرصاد الجوية وعلم الفلك الراديوي والملاحة الراديوية البحرية. سيكون من الصعب أو المستحيل نقل العديد من شاغلي الوظائف نظرًا للعدد الذي يعتمد على الاتصالات الحكومية أو عبر الأقمار الصناعية، والتي يصعب، إن لم يكن من المستحيل، تغييرها بعد وجود القمر الصناعي في المدار. وحتى لو تمكنت الهيئات التنظيمية من التوصل إلى اتفاق بشأن توافر الطيف وخطط الترخيص، فإن الجانب الفني الأكثر تحديًا الذي يجب التغلب عليه بالنسبة لهذا الطيف هو كيفية مشاركة الطيف دون إزعاج المستخدمين الآخرين.

إتقان قابلية النقل في ثورة أجهزة الذكاء الاصطناعي

13.10.2023

السرعة تلتقي بالاستدامة: الدكتور ساتوشي ماتسوكا يتحدث عن مستقبل الذكاء الاصطناعي والحوسبة الفائقة

10.05.2023

الشركة المصنعة لجهاز تصوير الشبكية تحقق نجاحًا كبيرًا باستخدام برنامج MRP

10.02.2023

التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 7–24 جيجاهرتز.
الشكل 2: التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 24-7 جيجا هرتز

نطاقات تيراهيرتز الفرعية (90–300 جيجاهرتز)

توفر ترددات Sub-terahertz أجزاء كبيرة ومتجاورة من الطيف يمكن تخصيصها لـ 6G. ومع عرض النطاق الترددي الذي يصل إلى 20 جيجا هرتز، يجب أخذها في الاعتبار بالنسبة لشبكات الجيل السادس حتى لو كانت تمثل تحديات تقنية عميقة. ليس من الصعب تصور التطبيقات التي تتطلب إنتاجية عالية للغاية للبيانات، أكبر من 100 جيجابت في الثانية. ونظراً لأحدث ما توصلت إليه الكفاءة الطيفية، فسوف يتطلب الأمر عروض نطاقات متجاورة أكبر من تلك المتاحة في نطاقات التردد المنخفضة. وعلى الرغم من التحديات التقنية المرتبطة بها، فإن القدرة على حل المشكلات الصعبة – مثل الروابط الفضائية-الأرض، والاتصالات المرئية والصوتية متعددة الأبعاد، والاتصالات المتقدمة وتطبيقات الاستشعار – تجعل هذه النطاقات تستحق المزيد من البحث.

تظل الترددات المستخدمة في sub-terahertz سؤالًا مفتوحًا. يحتوي النطاق من 90 إلى 110 جيجا هرتز (النطاق W) على قطاعات متعددة ذات عرض نطاق ترددي متجاور معقول مخصص للاتصالات اللاسلكية المتنقلة أو الثابتة، وهناك عروض نطاق متجاورة أكبر متاحة في النطاق D من 110 إلى 170 جيجا هرتز، كما هو موضح في الشكل 3.

التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 92-175 جيجاهرتز.
الشكل 3: التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 175-92 جيجاهرتز

هناك نطاقات أخرى مخصصة للخدمات المتنقلة والثابتة فوق 200 جيجا هرتز في النطاقين G وH، كما هو موضح في الشكل 4، لكن استخدام هذه الترددات للاتصالات التجارية سيكون أبعد في المستقبل منه في النطاقين W أو D.

التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 92-175 جيجاهرتز.
الشكل 4: التخصيص العالمي المبسط لتخصيص الترددات المتنقلة/الثابتة، 92-175 جيجاهرتز

النطاقان W وD هما النطاقان دون تيراهيرتز الأكثر احتمالاً للاستخدام الأولي بسبب النضج النسبي للنظام البيئي عند تلك الترددات وبسبب خصائص الانتشار الأكثر ملاءمة لهما. كلما زاد التردد، زاد التوهين في المساحة الحرة. ويتفاقم هذا بسبب قمم الامتصاص الجزيئي في غلافنا الجوي، كما هو موضح في الشكل 5. ويمكن استخدام تقنيات مثل توجيه الشعاع، والأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل، والهوائيات الجديدة للتغلب على فقدان المسار في نطاق تيراهيرتز فرعي. وحتى مع هذه التقنيات والتقنيات، فإن خسارة الانتشار كافية بحيث يستغرق الأمر بعض الوقت قبل استخدام تيراهيرتز الفرعي في تطبيقات الهاتف المحمول التقليدية.

التوهين الجوي حسب التردد، بفضل تحالف mmWave.
الشكل 5: التوهين الجوي حسب التردد، مقدمة من تحالف mmWave

النطاقات السفلية (أقل من 7 جيجا هرتز)

ستظل النطاقات من 600 ميجا هرتز إلى 900 ميجا هرتز هي الدعائم الأساسية لتغطية منطقة واسعة. يمكن لهذه الترددات أن تغطي أكبر مسافة وتتمتع بقدرة عالية على اختراق الأماكن الخارجية والداخلية. وسوف تستمر في كونها مهمة في عمليات النشر الريفية والأفضل عند الوصول إلى حافة الخلية. ومن غير الممكن توفير عروض نطاق أوسع في هذه النطاقات، حتى لو تم تخصيص المزيد من الطيف المجاور. حتى بدون طيف جديد في هذا النطاق لـ 6G، ستستمر هذه النطاقات المنخفضة في لعب دور رئيسي.

سيتم الحصول على طيف جديد يتراوح بين 1 و7 جيجا هرتز للاتصالات المتنقلة والثابتة على مدار السنوات الخمس إلى العشر القادمة للمساعدة في تلبية متطلبات إنتاجية الجيل الخامس. سيتم الاستفادة من أي طيف جديد مخصص في هذا النطاق بواسطة 6G أيضًا. هناك العديد من النطاقات الجديدة التي سيتم النظر فيها خلال المؤتمر WRC-23: 3.3-3.4 جيجا هرتز، 3.6-3.8 جيجا هرتز، 6.425-7.025 جيجا هرتز و7.025-7.125 جيجا هرتز، مع كون النطاق 7.025-7.125 جيجا هرتز هو النطاق الوحيد المحدد للاستخدام عالميًا. تعد إعادة النظر في كيفية استخدام الطيف في هذا النطاق وإعادة زراعته للأجيال الجديدة، كما هو الحال في النطاق C في 5G، مثالاً على كيفية الحصول على عروض نطاق أوسع أقل من 7 جيجا هرتز. يعد الطيف الموجود في نطاق التردد هذا موردًا محدودًا ونادرًا يجب استخدامه بأذكى الطرق وأكثرها كفاءة.

الجدول الزمني الطيف

الترددات الدقيقة التي ستستخدمها شبكة 6G غير معروفة. يخصص الاتحاد الدولي للاتصالات الطيف الترددي للاتصالات المتنقلة الدولية (IMT) في المؤتمرات الراديوية العالمية (WRCs)، التي تعقد مرة كل أربع سنوات. خلال المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية، يعمل الحاضرون على تحديد نطاقات التردد التي يمكن استخدامها دولياً للاتصالات المتنقلة الدولية في محاولة لتحقيق تنسيق عالمي للطيف مع موازنة الحاجة إلى حماية شاغلي الوظائف في النطاقات محل الاهتمام. يعد تنسيق الطيف العالمي أمرًا مرغوبًا فيه لأنه يتيح تحقيق وفورات الحجم للمكونات ويحد من عدد النطاقات التي يجب أن تدعمها معدات المستعمل.

الجدول الزمني لطرح 6G.
الشكل 6: الجدول الزمني لطرح 6G

بعد تحديد نطاقات الاتصالات المتنقلة الدولية، يجب على الهيئات التنظيمية الوطنية تخصيص النطاقات للخدمة المتنقلة في منطقتها. وقد يتطلب ذلك حجز نطاقات محددة أو إعادة تخصيصها. يتم تعيين النطاقات من خلال مجموعة متنوعة من الآليات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر المزادات والمزايدات والتراخيص المباشرة.

وفي نهاية كل مؤتمر عالمي للاتصالات الراديوية، يتم وضع جدول أعمال المؤتمر التالي للاتصالات الراديوية، بما في ذلك قائمة الترددات المشمولة للتخصيص المحتمل. بعد وضع جدول أعمال المؤتمر WRC-27، سيكون هناك المزيد من الوضوح، ولكن لا توجد ضمانات بأن النطاقات المقترحة ستكون هي النطاقات المطبقة عند طرح 6G. يوضح الشكل 6 موعد انعقاد هذه الاجتماعات فيما يتعلق بدورة إصدار 3GPP وإطلاق 6G.

خاتمة

واستنادًا إلى اتجاهات الصناعة الحالية، ستستفيد تقنية 6G من العديد من النطاقات المختلفة. يعد النطاق من 7 إلى 15 جيجا هرتز هو المرشح الأكثر ترجيحًا لعمليات نشر 6G الأولية، ولكن يجب أن تستفيد 6G من الطيف المخصص بالفعل أقل من 7 جيجا هرتز. ومن الضروري إدخال تحسينات على التقاسم الديناميكي للطيف للاستفادة من جميع النطاقات بأعلى كفاءة. لا تزال نطاقات تيراهيرتز الفرعية، رغم أنها ليست هدفًا لعمليات النشر في عام 2030، واعدة. ويُنظر إلى هذه النطاقات على أنها هدف لمرحلة لاحقة من الجيل السادس، والتي سيتم نشرها في الفترة ما بين 2035-2040. هناك حاجة إلى نطاق ترددي واسع لتمكين بعض التطبيقات الجديدة وحالات الاستخدام المستهدفة لشبكات الجيل السادس. ومن خلال الاستفادة من أطياف مختلفة، مثل استخدام أدوات مختلفة لتوفير أنواع مختلفة من الأداء، ستكون تقنية 6G قادرة على تلبية المتطلبات والتوقعات المتزايدة باستمرار للاتصالات الخلوية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *