لماذا 5G اسرع من 4G؟

كتب بواسطةSulaiman Aziz | Jul 15,2021

لماذا 5G أسرع من 4G؟ حقيقةً فإن ترقية تقنية الاتصالات اللاسلكية بعد 3G هي تحديد الهدف أولاً ثم الاستمرار في تصميم النظام واختيار التكنولوجيا وفقًا للهدف. لذلك ، يجب أن يكون السؤال الحقيقي "ما الذي يجعل 5G أسرع من 4G؟"

هذه المقالة سوف تجيب على هذا السؤال من الناحيتين التاليتان:

الجزء 1. كيف يزيد 5G من معدل النقل؟

وفقًا لنظرية Shannon ، فإن الحد الأعلى لسعة الارتباط بالبت في الثانية (bps) هو وحدة لعرض النطاق الترددي المتاح نسبة الإشارة إلى الضجيج للرابط. يمكن ذكر النظرية على النحو التالي:

شركة Apple Inc. هي شركة تقنية أمريكية مشهورة متعددة الجنسيات أسسها Steve Jobs وستيف وSteve Wozniak و Ronald Wayne في أبريل 1976. وهي تصمم وتطور وتبيع الإلكترونيات الاستهلاكية وبرامج الحاسوب والخدمات عبر الإنترنت.

C = B * log2(1+ S/N)

حيث C هي سعة القناة التي يمكن إنجازها و B هي عرض النطاق الترددي للخط و S هي متوسط قدرة الإشارة و N هي متوسط قدرة الضجيج.

يزيد 5G من معدل نقل البيانات عن طريق زيادة "B" وخفض "N" في المعادلة. على وجه التحديد يتضمن الطرق الثلاث التالية:

1. استخدم موجات المليمتر لزيادة عرض النطاق الترددي.

2. تطبيق تشكيل الحزم الأكثر تقدمًا لتحسين نسبة الإشارة إلى الضجيج.

3. يتم استخدام MIMO كبير لتحسين عرض النطاق الترددي و نسبة الإشارة إلى الضجيج.

استخدم موجات المليمتر لزيادة عرض النطاق الترددي

في الوقت الحالي يتميز الطيف 300 MHz~3 GHz المستخدم في الاتصالات اللاسلكية من الجيل الأول إلى الرابع بمزايا الاختراق والتغطية الواسعة ولكن هناك عيب كبير للغاية: نطاق التردد ضيق للغاية وهناك العديد من الأجهزة اللاسلكية في هذا النطاق الترددي. توزيع الطيف يكون على وشك أن يتلاشى. من أجل إرسال بيانات ذات سعة كبيرة وعالية السرعة ، يمكن العثور على الطيف الوحيد المتاح عبر 3 GHz.

5g communication frequency band

لا يمكن استخدام نطاق تردد امتصاص الأكسجين ونطاق تردد امتصاص بخار الماء في طيف الموجات المليمترية (3 ~ 300 GHz) للاتصال. لذلك فإن نطاق تردد الموجة المليمترية له عرض نطاق إجمالي يبلغ 252 GHz. في الواقع يبلغ نطاق تردد الموجة المليمترية المخصص لشبكات اتصالات 5G في طيف مختلف البلدان حوالي 3~6 GHz. لكن هذا يكفي لزيادة معدل نقل البيانات بأكثر من 10 مرات. (على النقيض من ذلك فإن شبكة الاتصالات من 1G إلى 4G مزدحمة في طيف التردد أقل من 3 GHz).

أكثر تطورا في تشكيل الشعاع

هوائيات المحطة الأساسية لشبكات 4G هي في الأساس هوائيات متعددة الاتجاهات. لكن هذا ليس اختيار جيد لشبكة 5G. في الواقع تتأثر شبكات 5G بشدة بالطقس المعقد بسبب التغطية الضيقة لموجات المليمتر من 5G وفقدان المسار بشكل كبير . لذلك يحتاج تصميم الحزمة إلى تحسين لتركيز الطاقة النقل لرفع جودة الإشارات المستقبلة. حقيقةً يمكن أن تساعد الحزمة الموجهة بعد تشكيل في تحسين تغطية المحطة الأساسية ، وتكون طاقة الإشارة للمحطة الأساسية أكثر فعالية.

5g beamforming

في الواقع تكوين الحزم في 5G أيضًا يحتاج إلى حل مشاكل MIMO الضخمة وتتبع مستخدم الحزمة الضيقة من الموجات المليمترية وجدولة تبديل الحزمة بين الخلايا و مشاكل LOS و NLOS للمحطة الأساسية. هذا أيضًا اتجاه بحثي رائع في مجال الاتصالات اللاسلكية. العديد من الأشخاص في الأوساط الأكاديمية الآن يفكرون في تقسيم القطاعات ضمن تغطية المحطات القاعدية للمساعدة في تبديل حزمة الهوائيات المتعددة.

Sectorrized Antenna

تقنية MIMO الضخمة

النظام متعدد الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية يحتاج إلى تحديد أوزان لكل هوائي من أجل تحسين التنوع المكاني و / أو كسب تعدد الإرسال. على أرض الواقع هذه الخوارزمية غير صحيحة ومعقدة حسابيًا. كلما زاد عدد الهوائيات ، زاد تعقيدها.

ولكن المثير للدهشة هو أنه عندما يكون عدد الهوائيات كبيرًا جدًا يمكن أن يقترب الترميز الخطي البسيط من النتيجة المثلى كثيرا. لذلك جذبت MIMO الضخمة الكثير من الاهتمام منذ اقتراحها.

قد يكون لدى MIMO الضخم في 5G عدد كبير من التطبيقات ، ليس فقط محطات القاعدة الكبيرة ولكن يمكن أيضًا أن تكون أجهزة إرسال الموجات المليمترية الصغيرة مجهزة بأنظمة MIMO ضخمة. نظرًا لأن هوائيات الموجة المليمترية لها حزم ضيقة وأطوال هوائي قصيرة ، فهي أكثر ملاءمة لتطبيقات MIMO الضخمة.

بالعودة إلى الموضوع الأساسي تتمثل فائدة MIMO الضخم في رفع قدرة استخدام موارد المجال الجوي. يمكن أن يوفر حزمًا متعددة تخدم مستخدمي الخلايا في نفس الوقت من خلال تشكيل الحزمة ، ويمكنه في نفس الوقت زيادة نسبة إشارة إلى الضجيج المستخدم وزيادة معدل نقل البيانات.

Massive MIMO

الجزء 2. كيف يقلل 5G من بطئ النقل؟

زمن الانتقال الذي نتحدث عنه هنا هو زمن انتقال ذهابًا وعودة والذي يمكن فهمه على الأرجح على أنه إجمالي الوقت المطلوب لنقل البيانات بين شبكة الدخول والشبكة الأساسية. نظرًا لأن سرعة انتشار الراديو ثابتة نسبيًا ولا يمكن ضغطها فهناك طريقتان لتقليلها: تقليل خسارة الإشارة وضغط معالجة الشبكة. تتمثل طريقة تقليل خسارة الإشارات في تقليل الإشارات غير الضرورية ، مثل

  • تقليل وقت تقدير القناة من خلال تقنية الازدواج الكامل,
  • قلل سوابق CP لإشارة OFDM واضغط طول غطاء OFDM.
  • تصميم محطات قاعدية بموجة ملليمتر عبر شبكات لتقليل التداخل والتأخير

ضغط الشبكة

إن ضغط معالجة الشبكة وفهم الصور هو لتسوية التسلسل الهرمي للشركة ولامركزية سلطة اتخاذ القرار. وبهذه الطريقة يكون عدد "التقارير" أقل ، وسيتم تقليل النفقات غير الضرورية في الشبكة بشكل كبير. وذكر هذا أيضا من قبل المجيبين الآخرين.

Compressing network

الطريقة القياسية لضغط الشبكة الأساسية هي "عدم دخول وحدات معالجة غير ضرورية" ، بمعنى آخر ، يتم فصل هيكل التحكم عن هيكل نقل البيانات. بالطبع هناك العديد من الحلول الأخرى.

أفضل طريقة لضغط بنية الشبكة هي "الحوسبة الضبابية" والتي تحظى بشعبية كبيرة في العالم الأكاديمي ، وهي إلغاء مركزية بعض مهام الحوسبة المتكررة واستخدام محطات الوصول اللاسلكية (المحطات الأساسية ، إلخ) كوحدات معالجة حاسوبية. يمكن استخدام هذا "كذاكرة تخزين مؤقت للحوسبة" بديلة ، مما يقلل بشكل كبير من زمن انتقال الشبكة.

والآخر تقليدي جدًا وبالطبع اتجاه بحثي ساخن جدًا "التخزين المؤقت اللاسلكي" للتخزين المؤقت اللاسلكي. هذه الفكرة هي لتخزين المحتوى مؤقتًا لتقليل بطئ النقل.

حوسبة الضبابية

الحوسبة الضبابية .هذا هو التقدم المحرز في جزء بطئ في 5G ، وخاصة تقنية طبقة MAC والتي ربما تتحدث عن كيفية جدولة الموارد بشكل فعال وكيفية تقليل التأخير. هناك العديد من المؤشرات المختلفة الأخرى في 5G مثل "تقليل استهلاك الطاقة" و "تحسين جودة خدمة المستخدم" و "زيادة سعة الخلية". كل جملة هي موضوع كبير جدا. هناك العديد من المعاهد البحثية وراءه. و لقد قامت الجامعة بعمل رائع وهناك العديد من الأشخاص الذين يدرسون في كل من هذه المجالات الصغيرة ، ولكن بما انها لا علاقة لها بالمشكلة فلن أعرضها بالتفصيل.

Fog computing

بناءً على ما سبق يمكنك أيضًا أن ترى أن 5G هي نتيجة عمل المشترك لصناعة الاتصالات والأوساط الأكاديمية. فتقترح منظمة المعايير (الصناعة) المؤشرات وتختار التقنيات المناسبة وتوجه الاتجاهات الفنية وتقترح المؤسسات البحثية والجامعات حلولاً لتحسين المسار التقني.

اتجاهات جديدة

Sulaiman Aziz

staffمحرر

0 التعليق (التعليقات)

أهم الأخبار

mobiletrans feature
MobileTrans - Phone Transfer
  • نقل البيانات بين هواتف Android و iOS و Windows.
  • انقل جهات الاتصال والصور والموسيقى ومقاطع الفيديو والتقويم والبريد الصوتي والمزيد من هاتف إلى آخر.
  • متوافق مع أكثر من 6000 هاتف محمول ، بما في ذلك iPhone و Samsung و HTC و Huawei و Xiaomi والمزيد.
  • التحرك بأمان دون إعادة ضبط الأجهزة أو حذف البيانات الأصلية ..