هناك عدد لا يمكن تجاوزه من الأجهزة ، سواء كان هاتفك الذكي ، أو سماعة رأس الواقع الافتراضي ، أو الكاميرات الأمنية خارج منزلك ، يتم توصيلها بشبكات الاتصالات على الإطلاق. ويؤدي ذلك إلى زيادة سريعة في حركة مرور البيانات بمرور الوقت ، مع تحسينات في عرض النطاق الترددي لتصبح حاجة الساعة. ما نحتاجه جميعًا هو سرعات عالية للبيانات ، أليس كذلك؟ كما تتوقع شركة هواوي الصينية للاتصالات العملاقة ، فإن عام 2021 سيشهد زيادة في حركة البيانات المتنقلة العالمية بسبع مرات مقارنة مع عام 2016. كما أضاف أن طلبات البيانات للفرد ستصل إلى متوسط 15 غيغابايت في الشهر في السنوات الخمس المقبلة. ما زلنا نشهد ظهور شبكات 4G LTE في دول مثل الهند ، ولكن مشغلي الاتصالات في جميع أنحاء العالم قد بدأوا بتجربة تقنيات أكثر تعقيدًا وقوة لزيادة قوة الإشارة وقدرة المستخدم وسرعات البيانات. إنهم يستخدمون تقنية الهوائيات الذكية المسماة Massive MIMO (متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة) التي ستشكل الأساس لتقنيتنا الخلوية من الجيل الخامس (5G). لا يزال في المراحل الأولى من التطور ولكن من المتوقع أن يكسب أهمية. لذلك ، إذا كنت تتساءل عن MIMO الضخم ، فإليك كل ما تحتاج إلى معرفته عن MIMO الضخم:
ما هو MIMO الضخم وعلاقته بـ 5G؟
يعد MIMO الضخم (متعدد المدخلات والمخرجات المتعددة) ، المعروف أيضًا باسم أنظمة الهوائي واسع النطاق ، العمود الفقري لتطور الاتصال اللاسلكي. من المتوقع أن تكون تقنية MIMO مفيدة بشكل كبير لدعم المزيد من مستخدمي الهواتف المحمولة ، وتوفير سرعات أكبر وخدمات شبكة أكثر موثوقية على المدى الطويل.
وفي الوقت الحالي ، فإن معظم البنى التحتية لشبكات الجيل الرابع LTE لا تسمح إلا بوضع 8 هوائيات (مرسل + جهاز استقبال) في محطة القاعدة ، وهو ما لا يبرهن على أنه يكفي لتلبية الاحتياجات المتزايدة لمستخدمي الهواتف المحمولة. وهذا يوفر نطاقًا تردديًا محدودًا ، يؤثر على سرعة البيانات وعدد المستخدمين الذين يمكنهم الاتصال بهذه المحطة.
هذا هو المكان الذي تدخل فيه MIMO ويسمح لك باستعمال جهازين أو مستقبلي الإرسال أو أكثر في نفس الوقت لتبادل البيانات عبر نفس القناة الراديوية. وقد تم بالفعل تنفيذ هذه التقنية في بعض محطات شبكات الجيل الرابع المتقدمة في شكل 4 × 4 MIMO ويجري حاليا استكشافها من قبل عدد قليل من المشغلين في الهند أيضا.
ولكن توسيع المفهوم المذكور لاستيعاب ما يقرب من 100 هوائيات في صفيف واحد في المحطة الأساسية (البرج الخلوي) هو ما سيشكل الأساس لشبكات الجيل الخامس القادمة. ويزيد الإرتفاع في العدد الإجمالي للهوائيات إلى المزيد من المرسلات / المستقبِلات في مكان ما ، مما يؤدي إلى زيادة في مسيرات الإشارة المحتملة وأداء أفضل من حيث سرعات البيانات وموثوقية الوصلة. يمكن لـ MIMO الضخم أن يؤدي إلى تحسينات في السرعة تصل إلى أربعة أضعاف وتوسيع سعة الشبكة عدة مرات.
لا تشكل مجموعة أنظمة الهوائي في شبكة MIMO الضخمة حزمًا تشبه البالون تمامًا في معظم أنظمة الشبكات السابقة والحالية. وبدلاً من ذلك ، تشكل الطبيعة المتعامدة للإشارات الصادرة عن مجموعة الهوائيات حزم فردية ، تلبي محطة واحدة أو أكثر من المحطات المتنقلة (المستخدمين) في لحظة. بما أن Massive MIMO تستخدم العديد من التقنيات المعقدة ، فإن أبسط طريقة لشرح أداء نظام الهوائي الخاص بها هي من خلال الرسم البياني المرفق تحتها.
وهذا يعني أنه يمكن للمشغلين من خدمة مجموعة كبيرة من الأجهزة المحمولة في منطقة ما من خلال نشر تقنية Massive MIMO. ونفس الشيء قابل للتوسع بقدر أكبر حيث يمكن للمشغلين إضافة المزيد من الهوائيات إلى الإعداد الحالي لزيادة مسارات الإشارات المحتملة وتحسين الكفاءة دون إعاقة الطيف الحالي.
فوائد MIMO ضخمة على شبكات 4G الحالية
نظرًا لاستخدام عدد أكبر من هوائيات الإدخال والإخراج في نظام Massive MIMO (5G) ، فإنه سيساعد مشغلي الاتصالات بشكل كبير على تحسين التغطية وسرعة البيانات. وسيصبح ذلك ممكناً بسبب الكفاءة الطيفية وكفاءة الطاقة العالية ، التي تزداد نتيجة لتعدد الإرسال الكبير ، فضلاً عن كسب صفيف الهوائي معاً. فيما يلي الفوائد الأساسية لأنظمة الهوائي M-MIMO الضخمة (M-MIMO) على أنظمة 4G الحالية:
1. تحسين التغطية والسرعات العالية
وبفضل استخدام تقنية Massive MIMO ، التي يمكن دمجها مع طيف الترددات الأعلى ، ستكون شركات الاتصالات قادرة على تلبية احتياجات مجموعة أكبر من الأجهزة في المستقبل. ليس هذا فقط ، قوة الإشارة في الداخل ستكون قوية للغاية وقريبة من الرسوم البيانية.
ستتيح قدرات تشكيل حزم أنظمة MIMO الضخمة لمشغلي الاتصالات إمكانية الانتشار السريع للسرعة للمناطق الريفية كذلك. يعمل خط الرؤية المباشر بشكل جيد مع ترددات أعلى ، وبالتالي توفير سرعات أكبر.
الهدف الأساسي من الترقية هو أيضًا زيادة سرعة البيانات ويتوقع الخبراء الحصول على سرعة قصوى تبلغ 1 جيجابت في الثانية تصل إلى 10 جيجابت في الثانية. وقد ثبت ذلك بالفعل في بعض التجارب مع عروض Gigabit LTE التي أظهرتها شركة ZTE العملاقة الصينية في CES في وقت سابق من هذا العام.
2. انخفاض تكاليف البنية التحتية والمكونات
نظرًا لأن معظم شركات الاتصالات العملاقة في العالم تعمل على تحديث بنيتها الأساسية بشكل مطرد لدعم شبكات الجيل الرابع عالية السرعة (بسرعات ما قبل 5G) ، فستكون الترقية الكاملة إلى 5G بمثابة قيادة سلسة. تستخدم أنظمة 4G الحالية بالفعل تقنيات MIMO التي سيتم قياسها عندما تصبح تكنولوجيا 5G معقولة تؤتي ثمارها.
لن تحتوي أنظمة الهوائي Massive MIMO الجديدة على عدد كبير من الهوائيات فحسب ، بل ستكون أيضًا قابلة للتوسعة. سيكون من الأسهل لعمالقة الاتصالات إضافة هوائيات جديدة إلى هذا النظام لإلحاق السرعات الحالية وقاعدة المستخدمين. أيضا ، فإن العدد الكبير من الهوائيات سوف يؤدي إلى تشكيل شبكة قوية ، والتي لن تتأثر بفشل فردي في نظام الهوائي الخاص بها.
3. دعم لضيق الوقت اتصالات
في حين أن شبكات 5G MAMO الممكّنة توفر تغطية محسنة وسرعة بيانات ، فإنها تقلل الوقت المستغرق للإشارات للتنقل بين المرسل والمستقبل. وهذا ما يعرف بوقت الاستجابة ، وستساعد شبكات 5G القادمة على الحد من ذلك لمزيد من تسهيل استخدام هذه الشبكات في VR / AR ، والقيادة الذاتية ، وغيرها من الخدمات التي تتحكم فيها منظمة العفو الدولية أو النظام متعدد الأطراف .
التحديات في نشر الهوائي MIMO الهائل
بينما كان الباحثون يختبرون اختبارات الهوائي MIMO الضخمة خلال السنوات القليلة الماضية ، فإن الأنظمة التي وصلت إلى السوق لا تزال تمتلك هوائيات أقل من رغبة شركات الاتصالات في ظهور شبكات 5G. هذا يرجع إلى القيود التي واجهناها في تنفيذ هذه التكنولوجيا. فيما يلي التحديات التي تواجهها في انتشارها على نطاق واسع:
1. تعقيد معالجة الإشارات
هذا هو واحد من أبرز الصعوبات التي واجهتها في إنشاء محطات قاعدة MASSO ضخمة. يؤدي تزايد عدد الهوائيات والترددات في موقع واحد إلى زيادة فرص التداخل . غير أنه يمكن حل هذه المشكلة باعتماد تكنولوجيا أوسع نطاقاً للطيف وخطأ الدقة ، مما سيحد من التداخل بين القنوات في الموقع. في حين أن العدد الكبير من الهوائيات سيضيف إلى التعقيد عبر اللوحة ، فإنه يجعل الشبكة أكثر مقاومة للفشل.
2. توفر الطيف المحدود
وكما قد تكون قد سمعت بالفعل ، فإن توزيع الطيف الترددي يتم التحكم فيه من قِبل مجلس الإدارة ، ويحتاج مشغلو الاتصالات إلى وضع عطاءات من أجل تأمين قسم من هذا الطيف المعين.
والآن ، تكمن المشكلة الأساسية في حقيقة أن طيف الجيل الثالث (3GHz) السائد في الوقت الحالي هو بالفعل مزدحم بسبب زيادة تحميل اتصالات البيانات الجديدة. ويثبت أنه من الصعب استخدام موجات المليمترات العالية التردد (3 جيجاهرتز - 300 جيجاهرتز) لبناء محطات قاعدة ضخمة MIMO حيث أن الأمواج لا تخترق المواد الصلبة وتمتصها الأشجار أو السحب المطيرة.
لكن عمالقة التكنولوجيا ومشغلي الاتصالات يعملون جنباً إلى جنب لزيادة كسب الإشارة عن طريق جعل هوائيات متعددة (MIMO) تركز الإشارات الراديوية في حزمة اتجاهية ضيقة دون زيادة قدرة إرسالها. لقد تذوقت سامسونج R & D و Huawei النجاح في التجارب ، ولكن هذه العوارض الضيقة حساسة للغاية لتغييرات المحاذاة.
البحث المستمر ونشر شبكات MIMO الضخمة
نظام الشبكة المذكور ليس نموذجًا أوليًا ، ولكن تم تنفيذه بالفعل على نطاق أصغر في سيناريو 4G الحالي. تعمل هواوي مع شركات الاتصالات المحلية مثل China Mobile و SoftBank في اليابان لأكثر من عامين لتجريب أجهزتها الضخمة MIMO تجارياً.
بعد إجراء اختبارات صارمة ، أصبحت شركة سوفت بانك قد سميت الآن شركة الاتصالات نفسها لإطلاق شبكة أعمالها التجارية الضخمة MIMO في نهاية عام 2016 . كما بدأت شركات أخرى مثل تشاينا موبايل وفودافون وتي موبايل في طرح هذه التقنية لمجموعة محدودة من مستخدميها في جميع أنحاء بلدانهم.
إذا كان السؤال الأهم الذي يزعجك في ذهنك هو هل ستتوافق هواتفنا الذكية الحالية مع هذه الشبكات الضخمة MIMO؟ إذن ، الإجابة المباشرة هي في الغالب نعم . يمكن لعدد كبير من الأجهزة الموجودة الاستفادة من شبكات 4G MIMO ، وتوفير سرعات جيجابت بدون أي خلل.
أول عملية انتشار من الجيل الخامس على الإطلاق في الهند
في حين أن العديد من شركات الاتصالات العالمية ، بالتعاون مع عمالقة الأجهزة ، جربت بالفعل مع Massive MIMO على شبكاتهم ، فقد انضمت الهند مؤخرا فقط إلى حملة مستقبلية 5G مع نشر أول شبكة من نوعها.
تصدرت شركة الاتصالات الرائدة في البلاد ، إيرتل ، عناوين الصحف عندما أعلنت أنها أصبحت واحدة لتحقيق هذا العمل الفذ. تم إطلاق أول تقنية M-MIMO للهند (تقنية متعددة الإدخالات متعددة المدخلات) مع كل من بنغالورو وكولكاتا ، ومن المتوقع أن تمتد التجربة إلى أجزاء أخرى من البلاد في الأشهر القادمة.
قامت Airtel بنشر تقنية الجيل الخامس الجديدة كجزء من برنامجها المستمر للتحول إلى الشبكة والمسمى Project Leap . إنها تتوقع من تقنية MIMO الضخمة تحسين سعة الشبكة الحالية سبعة أضعاف أثناء استخدام نفس الطيف الذي تمتلكه بالفعل. وهي تعتقد أن الشيء نفسه سيوفر سرعات أفضل مرتين على نشر 4G الحالي.
بالإضافة إلى ذلك ، أعلنت شركة ZTE العملاقة الصينية أنها تشارك في تجارب MIMO الضخمة قبل 5G بالتعاون مع مشغلين معروفين على نطاق واسع مثل Vodafone و Reliance Jio. في حين أن شركة Huawei هي الوجه وراء نشر Airtel في البلاد ، كما جاء في بيان رسمي.
إذا نظرنا إليها من منظور الوضع الحالي لصناعة الاتصالات في الهند ، فهذه محاولة على أجزاء شركة الاتصالات العملاقة هذه للحفاظ على معقل في البلاد. لقد استيقظوا مؤخرًا بصدمة مفاجئة من قبل منافسهم الأكثر ضراوة ، أي Reliance Jio ، الذي نجح الآن في سحقهم من خلال طرح شبكة 4G LTE في غضون عام.
توقع انتشار واسع النطاق
تشير معظم التقارير الصادرة عن شركات الشبكات العملاقة مثل Ericsson أو Nokia حاليًا إلى أن تقنية شبكة 5G ستشهد اختراقًا وتصل إلى الجماهير بحلول عام 2020 . هذا ليس جدولاً زمنيًا صارمًا ، ولكنه ينسجم مع نمط التشغيل في هذه الصناعة ، التي ترى أن التكنولوجيا التي يتم تحديثها يتم عرضها لأول مرة في غضون عقد من الزمن.
ظهرت لأول مرة تقنية شبكة الجيل الثالث في أكتوبر 2001 ، في حين شهد الجيل الرابع LTE تبنيًا واسع النطاق بعد عقد من الزمان تقريبًا عام 2011. وهكذا ، من الممكن التكهن بأن جهود MIMO الضخمة المستمرة ستؤتي ثمارها بنهاية هذا العقد. يمكن للمرء أن يرى تطبيقات ما قبل 5G للتكنولوجيا ، سواء على المستهلك ونهاية المشغل في العامين المقبلين. قد يكون الحشد في 2018 دورة الألعاب الأولمبية الشتوية أول من شهد هذا الابتكار ، يليه كأس العالم 2018 FIFA . صرحت شركة Qualcomm حتى أنها تخطط لطرح أجهزة (Gigabit) متوافقة مع 5G على طول خط زمني مماثل.
ربما شهدنا تطويلًا طويلاً لخدمات 4G LTE في الهند ، وهو أمر لا يزال قيد التنفيذ. لكن شركات الطيران العملاقة في البلاد لم تعد تريد أن تتخلف في السباق لتبني أحدث التقنيات بسبب المنافسة الوشيكة والتوحيد داخل البلد نفسه.
MIMO ضخمة: سباق التكنولوجي للتبني 5G
كما تظهر نظرة شاملة لتطورات MIMO الضخمة أن الهند تواصل البناء على صورتها التحولية لكونها قوة تكنولوجية. تقوم الحكومة الآن بالخطوات المطلوبة لبدء تطور التكنولوجيا الخلوية.
وقد أنشأت الحكومة بالفعل منتدى رفيع المستوى لتقييم السيناريو الحالي والموافقة على خطط العمل من أجل طرح خدمات الجيل الخامس في الوقت المناسب. وقد خصصت مجموعة هائلة من 500 روبية كرور روبية للأغراض البحثية والتطويرية لـ 5G ، والتي تضعنا على الخريطة العالمية ، إلى جانب الدول التي تقود تبني مثل هذه التطورات التكنولوجية. لا توجد شبكة "5G" حقيقية معرّفة في الوقت الحالي ، ويجب علينا أن نبحث عن الشيء نفسه في السنوات القادمة.
