هذه هي المرة الأولى التي يُشرح فيها مفهوم الجيل الخامس (5G) بهذه البساطة والوضوح.

1

صيغة بسيطة وسحرية

Today’s story starts with a formula.

إنها معادلة بسيطة وساحرة في آنٍ واحد. بسيطة لأنها لا تتكون إلا من ثلاثة أحرف. ويُقال إنها ساحرة لأنها تحوي أسرارًا عميقة في تكنولوجيا الاتصالات، ولأن عددًا لا يُحصى من الناس على هذا الكوكب مفتونون بها.

هذه الصيغة هي ——

أعتقد أن العديد من الطلاب يعرفون هذه المعادلة. إذا لم تكن تعرفها، وكنت طالبًا في قسم العلوم، فتذكر الاتصال بمعلم الفيزياء في مدرستك الإعدادية عندما يتوفر لديك الوقت!

يرجى التوضيح، الصيغة المذكورة أعلاه هي الصيغة الأساسية في الفيزياء.سرعة الضوء = الطول الموجي مضروبًا في التردد.

For this formula, we can say:سواءً كان الجيل الأول أو الثاني أو الثالث أو الرابع أو الخامس، يبقى كل شيء على حاله. جميعهم يُثيرون ضجة حوله ولا يُقدمون أي شيء يُذكر.

Let me tell you slowly.

2

سلكي؟ لاسلكي؟

يمكن تقسيم تكنولوجيا الاتصالات، سواء كانت تكنولوجيا سوداء أو تكنولوجيا بيضاء، في التحليل النهائي، إلى نوعين——Wired communications and wireless communications.

عندما أتحدث إليك عبر الهاتف، يتم نقل المعلومات والبيانات إما في الهواء (غير مرئية وغير ملموسة) أو في أشياء مادية (مرئية وملموسة).

إذا تم نقلها عبر مواد مادية، فإنها تُسمى اتصالات سلكية، والتي تستخدم بشكل أساسي أسلاك النحاس وكابلات الألياف الضوئية، والتي تُسمى مجتمعة بالوسائط السلكية.

عندما يتم نقل البيانات عبر الوسائط السلكية، يمكن أن تصل المعدلات إلى قيم عالية جدًا.

لنأخذ الألياف الضوئية كمثال، في المختبر،The maximum speed of a single optical fiber has reached 26Tbps. . . It is 26,000 times that of traditional network cables. . .

الألياف البصرية

The air propagation part is the bottleneck of mobile communications.

يُعدّ معيار الاتصالات المتنقلة السائد حاليًا هو 4G LTE، بسرعة نظرية تبلغ 150 ميجابت في الثانية فقط (باستثناء تجميع الموجات الحاملة). وهذا لا يُقارن إطلاقًا بالاتصالات السلكية.

لذلك، إذا أرادت تقنية الجيل الخامس تحقيق سرعات عالية من البداية إلى النهاية، فإن التركيز ينصب على التغلب على عنق الزجاجة في الجزء اللاسلكي.

3

يا لها من موجة سحرية

As we all know, wireless communication uses electromagnetic waves to communicate. Radio waves and light waves are both electromagnetic waves.

تتحدد الخصائص الوظيفية للموجات الكهرومغناطيسية بترددها.الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات المختلفة لها خصائص ومميزات مختلفة، وبالتالي لها استخدامات مختلفة.

فعلى سبيل المثال، تعتبر أشعة جاما عالية التردد قاتلة للغاية ويمكن استخدامها لعلاج الأورام.

تردد ثابت للموجات الكهرومغناطيسية

نتواصل حاليًا بشكل أساسي باستخدام الموجات الهوائية. وبالطبع، تشهد اتصالات الموجات الضوئية نموًا متزايدًا أيضًا، مثل تقنية LiFi.

LiFi (Light Fidelity)، أو LiFi

Without digressing, let’s go back to the radio wave first.

الموجات الراديوية هي نوع من الموجات الكهرومغناطيسية، وموارد تردداتها محدودة.

ولتجنب التداخل والصراعات، نقوم بتقسيم المسارات على الطريق السريع للموجات الراديوية وتخصيصها لأشياء واستخدامات مختلفة.

استخدامات الموجات الراديوية بترددات مختلفة

يرجى الانتباه إلى الخط الأحمر في الصورة أعلاه. حتى الآن، استخدمنا بشكل أساسيMedium frequency to ultra high frequency are used for mobile phone communication.

For example, the often mentioned "GSM900" and "CDMA800" actually refer to GSM operating in the 900MHz frequency band and CDMA operating in the 800MHz frequency band.

The current global mainstream 4G LTE technical standard belongs toUHF و UHF.

تستخدم بلادنا بشكل رئيسي UHF:

As you can see, with the development of 1G, 2G, 3G, and 4G, the frequency of radio waves used is getting higher and higher.

لماذا هذا؟

هذا بشكل أساسي لأن ،كلما زاد التردد، زادت ثراء موارد التردد التي يمكن استخدامها.كلما زادت موارد التردد، زاد معدل الإرسال الذي يمكن تحقيقه.

تردد أعلى → المزيد من الموارد → سرعة أكبر

لا ينبغي أن يكون الأمر صعب الفهم، أليس كذلك؟ موارد التردد تشبه العربات. كلما زاد التردد، زاد عدد العربات، وبالتالي زادت كمية المعلومات التي يمكن تحميلها في نفس الوقت.

إذن، ما هو التردد المحدد الذي تستخدمه تقنية الجيل الخامس (5G)؟

كما هو مبين أدناه:

ينقسم نطاق ترددات الجيل الخامس إلى نوعين: الأول أقل من 6 جيجاهرتز، وهو لا يختلف كثيراً عن نطاقات الجيل الثاني والثالث والرابع الحالية. أما النوع الثاني فهو ذو ترددات عالية جداً.فوق 24 جيجا هرتز.

يُستخدم حالياً بشكل رئيسي على الصعيد الدولي 28GHz Conduct experiments (this frequency band may also become the first commercial frequency band for 5G).

إذا تم حسابها بناءً على تردد 28 جيجاهرتز، وفقًا للصيغة التي ذكرناها أعلاه:

حسناً، هذه هي الميزة التقنية الأولى لتقنية الجيل الخامس (5G)

4

موجة مليمترية

أرجو السماح لي بإعادة نشر جدول مقارنة الترددات الآن:

يرجى الانتباه إلى النتيجة النهائية. هل هي "موجة ملليمتر"؟

هيا، هيا!

Okay, since high frequency is so good, you will definitely ask:"لماذا لم نستخدم الترددات العالية من قبل؟"

السبب بسيط - ليس الأمر أنني لا أريد استخدامه، بل أنني لا أستطيع تحمل تكلفته.

الخصائص البارزة للموجات الكهرومغناطيسية: كلما زاد التردد، قصر الطول الموجي، واقتربت من الانتشار الخطي (وكانت قدرة الانعراج أسوأ).كلما زاد التردد ، زاد التوهين في وسط الانتشار.

انظر إلى مؤشر الليزر (طول موجته حوالي 635 نانومتر). الضوء المنبعث منه مستقيم. إذا تم حجبه، فلن يتمكن من المرور.

Looking at satellite communications and GPS navigation (wavelength is about 1cm), if there are obstructions, there will be no signal.

يجب معايرة الوعاء الكبير للقمر الصناعي بحيث يتجه نحو اتجاه القمر الصناعي، وإلا فإن أي انحراف طفيف سيؤثر على جودة الإشارة.

If mobile communications use high frequency bands, then its biggest problem isThe transmission distance is greatly shortened and the coverage capability is greatly weakened.

covering the same area,سيتجاوز عدد محطات الجيل الخامس المطلوبة عدد محطات الجيل الرابع بشكل كبير.

ماذا يعني عدد محطات البث؟ المال! استثمر! التكلفة!

كلما انخفض التردد، انخفضت تكلفة إنشاء الشبكة وازدادت المنافسة قوة. ولهذا السبب، تنافست شركات تشاينا تيليكوم، وتشاينا موبايل، وتشاينا يونيكوم بشدة في السنوات الأخيرة على نطاقات التردد المنخفض.

Some frequency bands are even called——الفرقة الذهبية.

ولهذا السبب، في عصر الجيل الخامس، يخوض المشغلون معركة شرسة ضد مصنعي المعدات، على أمل خفض سعر محطات البث.

لذلك، وبناءً على الأسباب المذكورة أعلاه، ولتقليل الضغط على تكلفة إنشاء الشبكة في ظل التردد العالي،يجب أن تجد تقنية الجيل الخامس مخرجاً جديداً.

ما هي طرق الخروج؟

أولاً، هناك محطة القاعدة الصغيرة.

5

micro base station

يوجد نوعان من محطات البث: محطات البث الصغيرة ومحطات البث الكبيرة. بمجرد النظر إلى الأسماء، يتضح أن محطة البث الصغيرة صغيرة جدًا، بينما محطة البث الكبيرة كبيرة جدًا!

محطة قاعدة ماكرو:

شائعة في الهواء الطلق، قم ببناء واحدة لتغطية مساحة كبيرة

محطة قاعدة مايكرو:

Doesn’t it look cool?

وهناك أنواع أصغر حجماً، بحجم كف اليد.

In fact, there are many micro base stations now, especially in urban areas and indoors, where they are often seen.

في عصر الجيل الخامس، سيكون هناك المزيد من محطات القاعدة الصغيرة، والتي سيتم تركيبها في كل مكان ويمكن رؤيتها في كل مكان تقريبًا.

You will definitely ask, will there be any impact on the human body if there are so many base stations around us?

My answer is - no.

In fact, contrary to traditional understanding, in fact,كلما زاد عدد المحطات الأساسية، قل الإشعاع!

فكر في الأمر، في فصل الشتاء، في منزل به مجموعة من الأشخاص، هل من الأفضل أن يكون لديك سخان واحد عالي الطاقة أم عدة سخانات منخفضة الطاقة؟

حل عالي الطاقة ▼

حل منخفض الطاقة ▼

الصورة أعلاه واضحة في لمحة.المحطة الأساسية صغيرة ومنخفضة الطاقة، وهذا أمر جيد للجميع.إذا كنت تستخدم محطة قاعدة كبيرة واحدة فقط، فإذا كانت قريبة، فسيكون الإشعاع كبيرًا، ولكن إذا كانت بعيدة، فلن تكون هناك إشارة، وهذا ليس جيدًا.

6

أين ذهب الهوائي؟

هل لاحظتم أن الهواتف المحمولة كانت تحتوي على هوائيات طويلة جدًا، وأن الهواتف المحمولة الأولى كانت تحتوي أيضًا على هوائيات صغيرة بارزة؟ لماذا لا تحتوي هواتفنا المحمولة الآن على هوائيات؟

في الحقيقة، الأمر ليس أننا لا نحتاج إلى هوائيات؛أصبح الهوائي أصغر حجماً.

According to the antenna characteristics, the antenna length should be proportional to the wavelength, approximately between 1/10~1/4.

As time changes, the communication frequency of our mobile phones is getting higher and higher, the wavelength is getting shorter and shorter, and the antennas are also getting shorter!

بالنسبة للاتصالات بالموجات المليمترية، أصبح الهوائي أيضاً بمستوى المليمتر...

هذا يعني أنه يمكن إدخال الهوائي في الهاتف المحمول، أو حتى إدخال العديد من الهوائيات...

هذه هي ثالث أهم ميزة رئيسية لتقنية الجيل الخامس (5G)

7

- MIMO المساعد

(تقنية الهوائيات المتعددة)

MIMO تعني "مدخلات متعددة ومخرجات متعددة" (مدخلات متعددة ومخرجات متعددة)، حيث تقوم هوائيات متعددة بالإرسال وتستقبل هوائيات متعددة.

في عصر تقنية LTE، كانت لدينا بالفعل تقنية MIMO، لكن عدد الهوائيات لم يكن كبيراً. يمكن القول إنها نسخة مبسطة من تقنية MIMO.

في عصر الجيل الخامس، تستمر تقنية MIMO في التطور، وقد أصبحت الآن نسخة محسنة من تقنية MIMO الضخمة (ضخمة: واسعة النطاق، هائلة).

There are multiple antennas packed into a mobile phone, not to mention a base station.

In the past, base stations only had a few antennas:

في عصر الجيل الخامس، لا يُحسب عدد الهوائيات بالجذر، بل بـ"مصفوفة"... "مصفوفة هوائيات"... للوهلة الأولى، يبدو الأمر وكأنه ينمّ عن رهاب الثقوب...

ومع ذلك، لا يمكن أن تكون المسافة بين الهوائيات قريبة جدًا.

بسبب خصائص الهوائيات، يتطلب نظام الهوائيات المتعددة الحفاظ على مسافة بين الهوائيات تزيد عن نصف طول الموجة. فإذا كانت المسافة متقاربة، ستتداخل الهوائيات مع بعضها البعض، مما يؤثر على إرسال واستقبال الإشارات.

8

تكوين الشعاع

أليس من المعروف أن الجميع قد رأى مصباحًا كهربائيًا يتوهج؟

في الواقع، عندما ترسل المحطة الأساسية إشارة، فإنها تشبه إلى حد ما المصباح الكهربائي المتوهج.

The signal is emitted to the surroundings. For light, of course it illuminates the entire room. If you just want to illuminate a certain area or object, then most of the light is wasted. . .

وينطبق الأمر نفسه على محطات البث، حيث يتم إهدار الكثير من الطاقة والموارد.

هل يمكننا إيجاد يد خفية تربط الضوء المتناثر؟

هذا لا يوفر الطاقة فحسب، بل يضمن أيضاً أن المنطقة المراد إضاءتها تحصل على ما يكفي من الضوء.

الجواب هو: نعم.

This is - beamforming

An antenna array is arranged on the base station, and by controlling the phase of the radio frequency signal, the lobe of the electromagnetic wave after interaction becomes very narrow and pointed at the mobile phone it provides services, and can change the direction according to the movement of the mobile phone.

تتحول تقنية الإرسال المتعدد المكاني هذه من تغطية إشارة شاملة الاتجاهات إلى خدمة اتجاهية دقيقة دون تداخل بين الحزم.توفير المزيد من روابط الاتصال في نفس المساحة، مما يحسن بشكل كبير من قدرة الخدمة لمحطة القاعدة.

يمكن تقسيم الخطوط المستقيمة إلى خطوط منحنية... هل هناك شيء آخر لا يستطيع خبراء الاتصال فعله؟

9

Don't charge me any money, okay?

في شبكة الاتصالات المتنقلة الحالية، حتى لو اتصل شخصان بهواتفهما المحمولة وجهاً لوجه (أو أرسلا صوراً لبعضهما البعض عبر الهواتف المحمولة)، فإن الإشارات تُنقل عبر المحطة الأساسية، بما في ذلك إشارات التحكم وحزم البيانات...

In the 5G era, this is not necessarily the case.

The fifth major feature of 5G is D2D, which is Device to Device.

10

Ｄ２Ｄ

In the 5G era, if two users under the same base station communicate with each other, their data will no longer be forwarded through the base station, but directly from mobile phone to mobile phone. . .

In this way, a large amount of air resources are saved and the pressure on the base station is reduced.

لكن إذا كنت تعتقد أنك لست مضطراً للدفع، فأنت بذلك تسيء إلى مدينة توسان.

لا تزال رسائل التحكم بحاجة إلى الإرسال من المحطة الأساسية. أنت تستخدم موارد الطيف الترددي. كيف يمكن للمشغل السماح لك بالانصراف؟

حاشية

أعتقد أن هذه المقالة ستمنح الجميع فهمًا عميقًا لتقنية الجيل الخامس (5G) وأساسيات الاتصالات التي تقوم عليها. وكل هذا مبني على معادلات رياضية بسيطة يفهمها حتى طالب المرحلة الابتدائية. أليس كذلك؟

تكنولوجيا الاتصالات ليست غامضة. وباعتبارها الجوهرة الأكثر بريقاً في تاج تكنولوجيا الاتصالات، فإن تقنية الجيل الخامس ليست تقنية ثورية مبتكرة بعيدة المنال، بل هي بالأحرى تطور لتكنولوجيا الاتصالات الحالية.

As an expert said -

The limits of communication technology are not limitations in technical technology, but inferences based on rigorous mathematics. It is basically impossible to break through in the foreseeable future.

إن كيفية استكشاف إمكانات الاتصالات بشكل أكبر في إطار المبادئ العلمية هو السعي الدؤوب للعديد من الساعين في صناعة الاتصالات.

Okay, that’s it for today.

هذه المقالة مقتبسة من "IoT IQندعم حماية حقوق الملكية الفكرية، لذا يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذف المحتوى.