ابتكارات الواجهة الهوائية للذكاء الاصطناعي الدائم على نطاق واسع

تم تصميم الواجهة الهوائية 6G بشكل هادف لفتح المزيد من القيمة من الطيف للجميع

ما يجب أن تعرفه

• تفتح Giga-MIMO قنوات النطاق العريض في طيف النطاق المتوسط ​​العلوي لتغطية منطقة واسعة بإنتاجية عالية.

• تعمل تقنية الازدواج الكامل للنطاق الفرعي (SBFD) على زيادة دورات عمل الوصلة الصاعدة، وتقليل زمن انتقال اتصالات الوصلة الصاعدة والهابطة، وتحسين الإنتاجية والتغطية التي يدركها المستخدم.

• تعمل هذه التقنيات معًا على تمكين شبكات 6G التي تدعم حالات الاستخدام مثل الذكاء الاصطناعي الدائم، وتقنية XR الغامرة، والمركبات ذاتية القيادة والاستشعار المتكامل، والبنية التحتية التوجيهية، وقرارات المنتج والطيف، والمزيد لتطبيقات الجيل التالي.

تبدأ المحادثة حول 6G بعناصر بناء مألوفة: تقنية الإدخال المتعدد والمخرجات المتعددة (MIMO) وتقنية الإرسال المزدوج الكامل.

يعمل التشغيل مع MIMO على زيادة السعة والموثوقية باستخدام هوائيات متعددة في جهاز الإرسال والاستقبال. في 5G، تعمل MIMO الضخمة على تعزيز المصفوفات الكثيفة مع ما يصل إلى بضع مئات من عناصر الهوائي في المحطة الأساسية لخدمة العديد من المستخدمين في وقت واحد، مع تحسين الكفاءة الطيفية والأداء العام بشكل كبير. وبالتطلع إلى الجيل السادس، فإن Giga-MIMO تدفع هذا التطور إلى أبعد من ذلك من خلال دمج آلاف الهوائيات جنبًا إلى جنب مع تقنيات معالجة الإشارات المتقدمة. يفتح هذا النهج قنوات النطاق العريض في طيف النطاق المتوسط ​​العلوي لتغطية منطقة واسعة من الجيل السادس، مما يتيح النشر السريع والمشترك لشبكات الجيل السادس التي توفر مكاسب هائلة في الإنتاجية وتجارب مستخدم متسقة وعالية الجودة تتجاوز بكثير ما كان ممكنًا في الأجيال السابقة.

يتيح الاتصال المزدوج الكامل الإرسال والاستقبال المتزامن عبر نفس القناة، مما يحسن الكفاءة الطيفية. يقيد النطاق الفرعي الكامل الازدواج (SBFD) الازدواج الكامل إلى نطاقات فرعية مميزة للوصلة الهابطة والصاعدة ضمن ناقل مزدوج بتقسيم زمني (TDD). بينما تعمل تقنية Giga-MIMO على حل تحدي السعة، تعالج SBFD تغطية UL وزمن الوصول. قد يخصص التكوين النموذجي إجمالي عرض النطاق الترددي 400 ميجاهرتز مع 100 ميجاهرتز مخصص للوصلة الصاعدة و300 ميجاهرتز للوصلة الهابطة. مع وجود هذه العناصر الأساسية، دعونا نفكر في المتطلبات الجديدة التي يجب أن تلبيها شبكات الجيل السادس.

معالجة حالات الاستخدام والمتطلبات المستقبلية

إن الجيل القادم من تجارب مستخدم الذكاء الاصطناعي التي تعمل باستمرار على إنشاء البيانات وتحليلها ومشاركتها ستؤدي إلى زيادة الحاجة إلى سعة أعلى في الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة. ستعتمد تقنية XR الغامرة والمركبات المتصلة والروبوتات المتنقلة أيضًا على اتصال واسع النطاق وسريع الاستجابة لبيانات الاستشعار وإشارات التحكم والذكاء التعاوني. بالإضافة إلى ذلك، ستفتح شبكات 6G ذات القدرة المزدوجة الكاملة الباب لدعم الاستشعار والاتصالات المتكاملة (ISAC)، مما يتيح للبنية التحتية اللاسلكية ليس فقط توصيل الأجهزة ولكن أيضًا استشعار البيئة المحيطة وتفسيرها. ستعمل هذه الإمكانية على تشغيل التطبيقات المتقدمة مثل رسم الخرائط البيئية واكتشاف الأشياء والوعي الظرفي في الوقت الفعلي للأنظمة المستقلة.

من خلال توسيع سعة الشبكة بشكل كبير وتقليل زمن الوصول، خاصة بالنسبة لحركة مرور الوصلة الصاعدة، تتيح Giga-MIMO وSBFD اتصالاً سريع الاستجابة وموثوقًا واستشعارًا لحالات الاستخدام الناشئة. وفي الوقت نفسه، تحافظ هذه التقنيات على عملية النشر العملية والفعالة من حيث التكلفة، مما يضمن قدرة المشغلين على دعم التطبيقات الجديدة دون تعقيدات أو تكاليف باهظة.

ويعتمد تحقيق هذه القدرات على إطلاق العنان لموارد الطيف الجديدة ونشر تقنيات الهوائيات المتقدمة، مما يمهد الطريق لعصر 6G ذكي حقًا ومرتكز على المستخدم.

أطلق العنان للطيف باستخدام التكنولوجيا

يعتمد الاتصال المحمول عالي الأداء والاستشعار عالي الدقة على الوصول إلى طيف النطاق العريض. يوفر الطيف بين 7 و15 جيجا هرتز، والمعروف باسم نطاق التردد 3 (FR3) في النظام البيئي 3GPP، عرض نطاق ترددي متجاور كبير لتلبية متطلبات 6G. على الرغم من أن الترددات الأعلى تزيد من خسارة الانتشار، إلا أن لها أيضًا أطوال موجية أقصر تسمح لعدد أكبر من الهوائيات بالتوافق مع نفس عامل شكل لوحة الهوائي المستخدم في النطاقات المتوسطة السفلية. تعمل تقنية Giga-MIMO في FR3 على زيادة عدد الهوائيات بشكل كبير دون زيادة الحجم الإجمالي للوحة، مع نماذج أولية تتميز بالآلاف من عناصر الهوائي ومئات من سلاسل الإرسال والاستقبال.

بالنسبة لنفس القدرة الموصلة، تعمل صفائف Giga-MIMO على تحسين الطاقة المشعة المتناحية الفعالة (EIRP) من خلال حزم أضيق ويمكن أن تعوض عن خسائر الانتشار الإضافية للترددات الأعلى. وهذا يتيح تغطية منطقة واسعة مماثلة لتغطية النطاق المتوسط ​​الأدنى، مع توفير إنتاجية أعلى بكثير بسبب تعدد الإرسال المكاني الأفضل.

تواجه عملية الازدواج الكامل تحديًا بسبب التداخل: التداخل الذاتي في المحطة الأساسية (gNB)، والتداخل عبر الوصلة (CLI) بين gNBs في نفس المواقع أو مواقع مختلفة، والتداخل عبر الوصلة بين UE يمكن أن يقلل UL/DL SINR ويسبب خسائر قابلة للقياس في الإنتاجية والتغطية إذا لم يتم تخفيفها بشكل صحيح.

تم تطوير حلول متعددة للتخفيف من مصادر التداخل المختلفة الناتجة عن تشغيل SBFD:

• يتجنب تنسيق المجدول الاقتران الضار؛ يؤدي اختيار زوج الشعاع في النطاقات الأعلى إلى تقليل الاقتران.

• عزل مكاني كبير باستخدام لوحات إرسال واستقبال منفصلة، ​​معززة بوحدات إرسال واستقبال مكانية كهرومغناطيسية.

• تعمل تصفية النطاق الفرعي للتردد الراديوي على تعزيز انتقائية جهاز الاستقبال.

• يعمل الإلغاء التناظري على حماية مكبر الصوت منخفض الضوضاء (LNA).

• نماذج الإلغاء الرقمية وطرح التسرب غير الخطي؛ التشويه الرقمي المسبق (DPD) يقلل من الانبعاثات.

• يقوم Beamforming بإنشاء قيم فارغة مكانية لقمع التداخل.

قم بالإعداد لعمليات طرح 6G الناجحة

يمكن أن يكون النشر عمليًا: يمكن وضع مواقع 6G الجديدة في موقع مشترك مع محطات قاعدة 5G الحالية، مما يؤدي إلى تسريع عملية الطرح والاستفادة من الاستثمارات الحالية في تحديد المواقع والوصلات والطاقة. تعتبر Giga-MIMO مناسبة تمامًا لتكوين الشعاع الهجين، حيث تمزج بين المعالجة الرقمية المرنة والتحكم التناظري الفعال للحفاظ على التعقيد واستهلاك الطاقة تحت السيطرة.

عندما تتعايش المحطات الأساسية SBFD وTDD، حتى في القنوات المجاورة، يمكن أن يتداخل جهاز إرسال محطة قاعدة واحدة مع استقبال الوصلة الصاعدة لمحطة قاعدة مجاورة. تتجنب محطات SBFD الأساسية واجهة CLI مع مشغلي TDD المجاورين عن طريق إدخال نطاقات فرعية للوصلة الصاعدة إلى الفترات الزمنية للوصلة الهابطة. يؤدي وضع النطاق الفرعي للوصلة الصاعدة بين نطاقين فرعيين للوصلة الهابطة إلى إنشاء عزل التردد الذي يقلل بشكل أكبر من اقتران التداخل من خلايا TDD المجاورة. وعندما يحدث التداخل، فإنه يكون قابلاً للقياس والتخفيف من حدته. تحدد قياسات التداخل أزواج gNB الأكثر تأثراً، وتوجيه تراجع الطاقة، والحزم المقيدة والموارد المحمية لحركة المرور ذات زمن الوصول المنخفض.

تعمل هذه التقنيات معًا على تمكين نماذج الأعمال التي تعتمد على الاستجابة والنطاق، مع الاهتمام بإعادة الاستخدام وسرعة النشر. يتم دعم فعالية هذه الاستراتيجيات من خلال نتائج العالم الحقيقي.

الاعتماد على التقنيات التي أثبتت جدواها ميدانيا

أظهرت القياسات عبر الهواء عند 3.5 جيجا هرتز باستخدام جهازين تجاريين أن التخفيف المتقدم أعاد إنتاجية الوصلة الصاعدة المفقودة بسبب التدخل الذاتي. أظهرت عمليات المحاكاة الحضرية الكلية أن SBFD زاد متوسط ​​إنتاجية الوصلة الصاعدة (UPT) من خلال تحسين دورات عمل الوصلة الصاعدة – جدولة الوصلة الصاعدة في كل فتحة بدلاً من واحدة من كل خمسة وتقليل متوسط ​​زمن الوصول للوصلة الصاعدة بحوالي 50%. مع التخفيف المثالي للوصلات المتقاطعة، زادت UPT للوصلة الصاعدة بنسبة 79% تقريبًا مقابل تكوين TDD الأساسي؛ حتى بدون التخفيف المثالي، تفوق أداء SBFD على TDD في المتوسط، مع مكاسب تقترب من 44% في UPT للوصلة الصاعدة. تم تحسين التغطية أيضًا، حيث يخدم SBFD نسبة أكبر من المستخدمين عند هدف الوصلة الصاعدة الذي يبلغ 1 ميجابت في الثانية أو أكثر وأقصى خسارة اقتران أفضل بمقدار 6 ديسيبل عند حافة التغطية مع تخفيف مثالي. تُترجم هذه التطورات التقنية مباشرةً إلى تجارب أفضل للمستخدم، كما تؤكد ذلك قياساتنا عبر الهواء (انظر الشكل 3).

يوضح الشكل 4 نتائج اختبار إضافي عبر الهواء يضم Giga-MIMO وSBFD تم إجراؤه في حرمنا الجامعي في سان دييغو. في هذا الإعداد، قمنا بمقارنة أداء حافة الخلية بين تكوينين: محطة قاعدة MIMO ضخمة بتردد 3.5 جيجا هرتز مع عرض نطاق ترددي 100 ميجا هرتز ومحطة قاعدة Giga-MIMO بتردد 13 جيجا هرتز بنفس إجمالي الطاقة الموصلة التي توفر عرض نطاق ترددي للقناة 400 ميجا هرتز. تم تقسيم الأخير باستخدام SBFD إلى 300 ميجا هرتز للوصلة الهابطة و 100 ميجا هرتز للوصلة الصاعدة. أظهرت اختباراتنا مع Giga-MIMO وSBFD عند 13 جيجا هرتز مكاسب في إنتاجية جهاز الوصلة الهابطة والصاعدة من 2.3x إلى 2.4x مقارنة بـ 3.5 جيجا هرتز مع MIMO وTDD الهائلين.

تقديم تجارب جديدة وسريعة الاستجابة

مع تقنيات Giga-MIMO وSBFD، سيستفيد المستخدمون من السعة الأعلى لطيف FR3 والتغطية الأفضل للوصلة الصاعدة. ستعمل الاستجابة المحسنة على تشغيل التطبيقات الناشئة: ستكمل الوصلات الصاعدة ذات زمن الوصول المنخفض بنيات الذكاء الاصطناعي الهجينة، مما يتيح للمهام الوكيلة التحرك بكفاءة عبر الأجهزة والحافة والسحابة. سيكون الواقع المعزز أكثر سلاسة، وستتبادل المركبات بيانات الاستشعار ورسائل التحكم بشكل متسق، وسيسمح ISAC للشبكات بتحليل الانعكاسات البيئية مع الحفاظ على تدفقات البيانات النشطة. يتيح SBFD هذه القدرة المزدوجة عن طريق الإرسال والاستقبال في وقت واحد. ولكي يتم توسيع نطاق هذه الابتكارات، فإن المواءمة بين المعايير والسياسات أمر بالغ الأهمية.

مواءمة المعايير والسياسات مع الحجم

تحدد السياسات والمعايير مدى سرعة استخدام الابتكارات على نطاق واسع. تتضمن معايير 3GPP بالفعل آليات لإدارة التعايش على مستوى المستخدم في السيناريوهات الكثيفة. انتقلت SBFD من خلال الدراسة في الإصدار 18 من 3GPP، مع التعرف على الجدوى والفوائد في نطاقات TDD. بلغ الإصدار 19 ذروته في مواصفات تشغيل SBFD في المحطة الأساسية لـ 5G Advanced، مما وضع الأساس لتطور مزدوج كامل في 6G، بدءًا من عناصر الدراسة في الإصدار 20. والأهم من ذلك، أن SBFD يعمل ضمن الأطر التنظيمية TDD الحالية. لا يتطلب الأمر قواعد جديدة للحماية من التداخل أو نطاقات حماية.

وينبغي للهيئات التنظيمية أن تستمر في دعم أطر الطيف التي تسمح بالوصول إلى النطاق المتوسط ​​العلوي مع الإرسال المزدوج المرن في نطاقات TDD، وتوسيع عرض النطاق القابل للاستخدام وجعل نشر SBFD ممكنًا إلى جانب الأجهزة القديمة.

ومع نمو الشبكات، ستكون بنية الذكاء الاصطناعي الأصلية لشبكات الجيل السادس عاملاً أساسيًا للحفاظ على الأداء بشكل مستدام.

استفد من التعلم الآلي لتحسين أداء Giga-MIMO

تعمل التغذية المرتدة لحالة القناة (CSF) القائمة على التعلم الآلي على تمكين معلومات القناة الدقيقة اللازمة للحزم الضيقة عالية الدقة في أنظمة Giga-MIMO. ومن خلال تكييف CSF مع ظروف قناة كل جهاز، يعمل التعلم الآلي على تحسين دقة إعادة بناء القناة مع الحفاظ على انخفاض مستوى ردود الفعل. تعمل معلومات حالة القناة (CSI) الأكثر دقة وكفاءة على تمكين المحطة الأساسية من تشكيل حزم أكثر إحكامًا، ودعم التشغيل الأكثر كثافة لمستخدمين متعددين، وتعزيز الإنتاجية والكفاءة الطيفية مع توسع صفيفات الهوائي إلى أبعاد Giga-MIMO.

في سيناريوهات البائعين المتعددين، يمكن تدريب تعلم الآلة بشكل تسلسلي عبر البائعين والعقد، مما يتوافق مع أداء التدريب المشترك مع تسهيل التكامل. يقوم التعلم الآلي عبر الهواء في الوقت الفعلي بضبط المعلمات وتخصيص الموارد مع تغير الظروف، وهو أمر ضروري عندما تكون الحزم ضيقة وتتحول توزيعات المستخدم بسرعة.

بناء النظام البيئي 6G معًا

يعتمد مستقبل 6G على التعاون. ومن خلال الجمع بين الخبرات عبر القيادة والسياسة والأبحاث والمنتجات والهندسة والعمليات، يمكن إطلاق طيف النطاق المتوسط ​​العلوي بنجاح. سيتم تصميم هذه الشبكات من أجل سعة هائلة وزمن وصول منخفض وقدرة على التكيف الذكي، مدعومة بـ Giga-MIMO وSBFD – وهي تقنيات مفهومة جيدًا وتم التحقق من صحتها ميدانيًا في تطور شبكات الهاتف المحمول، مما يوفر مزايا في التغطية والسعة والتعايش وزمن الوصول. ومن خلال العمل معًا لتحقيق هذه الرؤية، ستتيح شبكات الجيل السادس تجارب غامرة وأنظمة مستقلة وخدمات تعتمد على الذكاء الاصطناعي للعقد القادم وما بعده.

تعرف على المزيد واحصل على آخر التحديثات: