مستقبل الهواتف الذكية العالمية حقًا (منتدى القراء)

إن تجاوز وحدات SKU الإقليمية يمكن أن يعيد تشكيل تصميم الراديو المحمول وتجربة المستخدم العالمية

تواجه الشركات المصنعة للمعدات الأصلية كل عام مهمة شاقة تتمثل في التنبؤ بالطلب على المتغيرات الإقليمية المتعددة لنفس المنتج لتلبية متطلبات السوق. وقد يحمل الهاتف الذكي الأميركي النطاقات 2، و4، و5، و12، و13، و25، و26، و66، و71، في حين قد يدعم نظيره الأوروبي النطاقات 1، و3، و5، و7، و8، و20. وبالنسبة للمستهلكين، فإن هذه الاختلافات الجغرافية ذات عواقب قليلة ولا تصبح واضحة إلا عند السفر إلى الخارج عندما قد يواجهون تغطية غير مكتملة أو معدلات بيانات أبطأ. ومع ذلك، بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية، فإن التجزئة الإقليمية تعني ارتفاع التكاليف والتحديات اللوجستية والبيئية المعقدة.

لماذا يوجد الكثير من متغيرات الهواتف الذكية؟

السبب الأساسي يكمن في تخصيص الطيف. تقوم كل دولة بترخيص الترددات بشكل مختلف، ويقوم المشغلون ببناء شبكاتهم الخاصة وفقًا لذلك. في أوروبا، يوفر النطاق 20 (800 ميجا هرتز) تغطية ريفية واسعة النطاق بينما يدعم النطاق n78 (3.5 جيجا هرتز) قدرة الجيل الخامس. في الصين، ينتشر النطاق 41 (2.6 جيجا هرتز TDD) والنطاق n79 (4.5 جيجا هرتز) في المناطق المكتظة بالسكان. من ناحية أخرى، تنشر الولايات المتحدة تغطيتها عبر n71 (600 ميجاهرتز)، وn77 (3.7 جيجاهرتز)، ويتم استخدام n41 بكثافة بواسطة T-Mobile.

من الناحية النظرية، ينبغي أن يكون من الممكن بناء جهاز عالمي يدعم كل هذه الاختلافات الإقليمية. ومع ذلك، فإن الواقع مختلف إلى حد ما حيث أن الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي هي كعب أخيل. يتطلب كل نطاق عادةً مرشحًا ومفتاحًا خاصًا به، والأهم من ذلك، وحدة الطباعة على الوجهين. عندما انطلقت الهواتف الذكية لأول مرة، كان عدد المكونات قابلاً للتحكم نظرًا لأن عدد النطاقات الخلوية التجارية كان صغيرًا نسبيًا.

ومع ذلك، بحلول عام 2016، كانت أبحاث IMEC تتنبأ بالفعل بالحاجة إلى أجهزة الطباعة على الوجهين القابلة للضبط. يمكن أن تشتمل الهواتف الذكية اليوم على أكثر من عشرين وحدة طباعة على الوجهين، وقد تحتاج الأجهزة المستقبلية إلى 50 وحدة أو أكثر. بدون مكونات قابلة لإعادة التشكيل، تصبح الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي ضخمة للغاية ومكلفة للغاية ومستهلكة للطاقة للغاية بالنسبة لجهاز عالمي.

ونتيجة لذلك، يجب أن تنتج وحدات ODM متغيرات متعددة للنماذج لتتناسب مع متطلبات التردد المحلي. وهذا لا يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التصنيع فحسب، بل يخلق عقبات لوجستية وبيئية تمتد عبر سلسلة التوريد بأكملها.

التكلفة الحقيقية لتجزئة SKU

إن الآثار المترتبة على تجزئة SKU الناجمة عن هذه الاختلافات الإقليمية تتجاوز الإنتاج بكثير. بالنسبة للمستهلكين، غالبًا ما تكون تجارب التجوال أقل من التوقعات، وقد تصبح الميزات المتقدمة مثل VoLTE غير موثوقة. يشعر المشغلون أيضًا بالضيق نظرًا لعدم استغلال استثماراتهم الضخمة في الطيف، في حين تتضاعف متطلبات الاعتماد مع كل SKU إضافي. ومع ذلك، تتحمل شركات تصنيع المعدات الأصلية العبء الأكبر: فسلاسل التوريد المجزأة تحد من المرونة، ولا يمكن نقل المخزون غير المباع عبر المناطق، وتنخفض قيم التجارة أو التجديد بشكل حاد. ما يبدأ كعائق تقني في الواجهة الأمامية للترددات الراديوية يتطور في نهاية المطاف إلى نموذج أعمال مكلف وغير فعال وغير مستدام عبر النظام البيئي للتصنيع بأكمله.

رؤية الصناعة: جهاز عالمي واحد

إن الطموح طويل المدى واضح: وحدة SKU عالمية واحدة يمكنها التكيف ديناميكيًا مع جميع الترددات المنخفضة والمتوسطة النطاق المحددة بواسطة 3GPP. بالنسبة للمستهلكين، سيؤدي هذا إلى القضاء على مشكلات التجوال وضمان عمل الميزات المتقدمة بسلاسة في جميع أنحاء العالم. ويمكن للمشغلين تعظيم العائد على استثماراتهم في الطيف، ويمكن لمصنعي المعدات الأصلية في النهاية التغلب على أوجه القصور الناجمة عن تجزئة SKU، وتبسيط الإنتاج، وتقليل النفايات، وتمكين برامج التجديد العالمية. يعد SKU العالمي أكثر من مجرد إنجاز هندسي، فهو يمثل رؤية لصناعة هواتف محمولة أكثر ذكاءً واستدامة وعالمية حقًا.

تحدي قابلية الضبط على مر السنين

كانت الحلقة المفقودة في معضلة الأجهزة العالمية هي عدم قابلية الضبط في الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي، وخاصة وحدات الطباعة على الوجهين. على مدى السنوات العشر الماضية، تمكنت الأوساط الأكاديمية والصناعة من حل هذه المشكلة.

• يونيو 2017: قامت شركة إريكسون، بالتعاون مع جامعة لوند، بنشر “بنيتين مزدوجتين للتردد القابل للضبط لأجهزة الإرسال والاستقبال الخلوية”. لقد اقترحوا تصميمات وحدة الطباعة على الوجهين التي تجمع بين التصفية والإلغاء، لكنهم واجهوا صعوبة في الانتقائية مقابل الخسارة.
• 2018: أظهرت جامعة بريستول وحدات الطباعة على الوجهين القائمة على الإلغاء مع الأداء القوي ولكن المعايرة المعقدة.
• 2021: أنتجت داكوتا سيمبسون (جامعة كولورادو بولدر) والمتعاونون مرشحات انتقائية للغاية وقابلة للضبط ومتوازنة لتمرير النطاق باستخدام مرنانات ذات تكنولوجيا مختلطة، لكن التكامل ظل عائقًا
• أعمال حدودية أخرى: هناك أيضًا أبحاث ناشئة في أجهزة الإرسال المزدوجة القابلة للضبط القائمة على المحولات أو المتوازنة كهربائيًا، خاصة التي تستهدف نطاقات mmWave (مهم لـ 5G/6G). على الرغم من أن العديد منها لا يزال في مرحلة إثبات المفهوم أو العروض التوضيحية المعملية، إلا أنها تشير إلى ما قد يكون ممكنًا بمجرد معالجة تحديات التكامل والتكلفة والحجم بشكل أكبر.

أثبتت النماذج الأولية لكل هذه الأساليب بنجاح أن أجهزة الطباعة على الوجهين القابلة للضبط كانت مجدية من الناحية الفنية، ولكن لم يكن أي منها جاهزًا للنشر في الأسواق على نطاق واسع. كانت التصميمات في كثير من الأحيان معقدة للغاية بحيث لا يمكن دمجها بكفاءة في الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي للهاتف الذكي المدمجة، أو أظهرت خسائر إدخال أعلى من المقبول، أو لم تتمكن من تغطية النطاق الكامل لنطاقات التردد اللازمة للتشغيل العالمي. باختصار، على الرغم من أن البحث أثبت صحة هذا المفهوم، إلا أن الخطوة من إثبات المفهوم مختبريًا إلى الأجهزة القابلة للتطبيق تجاريًا والقابلة للتطوير ظلت بعيدة المنال.

نقطة تحول: الترددات اللاسلكية المعرفة بالبرمجيات

يتغير الزخم الآن، مدفوعًا إلى حد كبير بالأبحاث الرائدة التي أجراها الدكتور ليو لافلين, الذي أثبت عمله أنه يمكن التغلب على العوائق التي طال أمدها أمام الطباعة على الوجهين القابلة للضبط. بدلاً من الاعتماد على مجموعة من المرشحات الثابتة، يعمل نهجه على تعزيز البنى القابلة لإعادة التشكيل وتقنيات الإلغاء المتقدمة لإدارة مسارات الإرسال والاستقبال ديناميكيًا. يتم الآن تسويق هذا البحث تجاريًا من خلال Forefront RF، الذي يعمل على تطوير واجهة أمامية للترددات الراديوية محددة برمجيًا تستخدم إلغاء التداخل الذاتي لاستبدال وحدات الطباعة المزدوجة الثابتة المتعددة بكتلة واحدة قابلة لإعادة التشكيل. ومن خلال ضبط البرامج، تهدف البنية إلى تقليل الحجم واستهلاك الطاقة وتعقيد التكامل.

إلى جانب ذلك، تستكشف تيارات بحثية أخرى المرشحات القابلة للضبط المستندة إلى MEMS وحلقات الإلغاء التكيفية. تُظهر هذه الجهود معًا أن الفجوة بين النماذج الأولية المختبرية والحلول القابلة للتصنيع بدأت أخيرًا في التضييق.

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية، يعد التحدي المتمثل في إدارة وحدات SKU المتعددة أكثر من مجرد صداع هندسي – فهو عبء استراتيجي ومالي. ويمكن لجهاز واحد قابل للتكيف عالميًا أن يغير هذا الوضع الراهن.

تقديرات توضيحية لمصنعي المعدات الأصلية الذين يقومون بشحن 10 مليون و100 مليون جهاز سنويًا:

مستقبل عالمي

لقد وعدت صناعة الهواتف الذكية منذ فترة طويلة بالاتصال العالمي، وأصبحت رؤية جهاز عالمي حقيقي في متناول اليد أخيرًا. من خلال إعادة التفكير في الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي باستخدام وحدات الطباعة على الوجهين والمرشحات القابلة لإعادة التشكيل، يمكن للصناعة التحرر من قيود وحدات SKU الإقليمية. يؤدي هذا التحول إلى أكثر من مجرد تبسيط تصميم الترددات اللاسلكية؛ فهو يتمتع بالقدرة على إحداث تحول في الجوانب الاقتصادية واللوجستية واستدامة النظام البيئي للهاتف المحمول بأكمله. يمكن للجيل القادم من الهواتف الذكية – بل وينبغي – أن يعمل في كل مكان، ليقدم أخيرا جهازا عالميا حقا لا يحتاج إلى جواز سفر.