أي هوائي يستخدم في 5G؟

5G هو أحدث جيل من التكنولوجيا اللاسلكية ، ومن المقرر أن يحدث ثورة في الطريقة التي نتواصل بها. بسرعاتها أسرع ، انخفاض الكمون ، والموثوقية المحسنة ، تستعد 5G لتحويل الصناعات وخلق فرص جديدة للابتكار. ومع ذلك ، لتحقيق تمامًا إمكانات 5G ، نحتاج إلى الهوائيات الصحيحة لدعمها. في هذه المقالة ، سوف نستكشف الأنواع المختلفة من الهوائيات المستخدمة في شبكات 5G ، ومزاياها وعيوبها ، ودورها في تشكيل مستقبل التواصل اللاسلكي.

نظرة عامة على تقنية 5G ومتطلباتها

تقنية 5G هي الجيل الخامس من الاتصالات اللاسلكية ، خلف 4G LTE. إنه يوفر تحسينات كبيرة في السرعة والسعة والكمون ، مما يجعلها مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات ، من الهواتف المحمولة إلى المدن الذكية. تعمل شبكات 5G في ثلاثة نطاقات تردد: النطاق المنخفض ، النطاق المتوسط ​​، والفئة العالية (المعروفة أيضًا باسم موجة ملليمتر أو MMWAVE).

توفر 5G منخفض النطاق ، الذي يعمل أقل من 1 جيجاهرتز ، تغطية واسعة واختراق جيد من خلال المباني ولكن السعة والسرعة المحدودة. يوفر Mid-Band 5G ، الذي يعمل بين 1 جيجاهرتز و 6 جيجا هرتز ، توازنًا بين التغطية والقدرة والسرعة. توفر 5G عالية النطاق ، والتي تعمل فوق 24 جيجاهرتز ، أعلى السرعات والقدرة ولكن تغطية واختراق محدودة.

لدعم تقنية 5G ، يجب أن تكون الهوائيات قادرة على العمل في نطاقات تردد متعددة ، ودعم تقنية MIMO (متعددة المدخلات ، والمخرجات المتعددة) ، وتكون قادرة على التعامل مع معدلات البيانات المرتفعة والتقنية المنخفضة.

أنواع مختلفة من الهوائيات المستخدمة في شبكات 5G

تتطلب شبكات 5G مجموعة من الهوائيات لتلبية الاحتياجات المتنوعة للتطبيقات والبيئات المختلفة. فيما يلي بعض الأنواع الرئيسية للهوائيات المستخدمة في شبكات 5G:

الهوائيات الضخمة MIMO: MIMO الضخمة (إدخال متعدد الإدخال المتعدد) هي تقنية رئيسية في شبكات 5G التي تستخدم صفائف كبيرة من الهوائيات لتحسين القدرة والتغطية. يمكن العثور على هوائيات MIMO الضخمة في كل من الشبكات ذات النطاق المنخفض وشبكات 5G عالية النطاق. هم عادة هوائيات لوحة مع مئات أو حتى الآلاف من عناصر الهوائي الفردية. باستخدام العديد من الهوائيات ، يمكن لـ MIMO الضخمة نقل واستقبال تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد ، مما يزيد من قدرة الشبكة وكفاءتها.

الهوائيات ذات الأشكال: Beamforming هي تقنية تستخدم في شبكات 5G لتوجيه إشارة الراديو نحو جهاز المستخدم ، بدلاً من بثه في جميع الاتجاهات. هذا يحسن جودة الإشارة ، ويقلل من التداخل ، ويزيد من نطاق الشبكة. يمكن العثور على هوائيات الشكل في كل من تكوينات MIMO الضخمة وتكوينات MIMO الأصغر. عادةً ما تكون هوائيات صفيف تدريجي يمكنها توجيه اتجاه شعاع الراديو إلكترونيًا.

هوائيات الخلايا الصغيرة: الخلايا الصغيرة هي نقاط وصول لاسلكية منخفضة الطاقة تستخدم لتحسين التغطية والقدرة في البيئات الحضرية الكثيفة. عادة ما تكون هوائيات الخلايا الصغيرة مضغوطة ويمكن تركيبها على ضوء الشوارع أو أعمدة المرافق أو جوانب المباني. يمكن أن تعمل في ترددات منخفضة النطاق أو متوسطة النطاق أو عالي النطاق وغالبًا ما تستخدم بالاقتران مع تقنيات MIMO الضخمة والتقنيات.

أنظمة الهوائي النشطة (AAS): تدمج أنظمة الهوائي النشطة الهوائيات ومستقبلي الراديو في وحدة واحدة ، مما يبسط التصميم ويقلل من حجم ووزن الهوائي. يمكن استخدام هوائيات AAS في كل من MIMO الضخمة وتكوينات الخلايا الصغيرة. أنها توفر تحسين الأداء ، وتركيب أسهل ، وتكاليف الصيانة المنخفضة.

هوائيات الأقمار الصناعية: يتم استخدام هوائيات الأقمار الصناعية لتوفير تغطية 5G في المناطق النائية والريفية حيث لا تكون الشبكات الأرضية التقليدية ممكنة. يمكن استخدام هوائيات الأقمار الصناعية في Backhaul ، وهو الاتصال بين الشبكة الأساسية وشبكة الوصول إلى الراديو ، أو للوصول المباشر بواسطة أجهزة المستخدم. الهوائيات الأقمار الصناعية هي عادة هوائيات طبق مكافئ يمكن أن تعمل في ترددات KU-Band أو KA-Band أو Q-Band.

مزايا وعيوب كل نوع من الهوائي

هوائيات ميمو الضخمة:

• المزايا:

• زيادة السعة: تعزز هوائيات MIMO الضخمة بشكل كبير من سعة الشبكة من خلال السماح بنقل تدفقات البيانات المتعددة واستلامها في وقت واحد. هذا مفيد بشكل خاص في المناطق المكتظة بالسكان حيث يقوم العديد من المستخدمين بالوصول إلى الشبكة في نفس الوقت.

• التغطية المحسنة: يتيح استخدام عناصر الهوائي المتعددة تغطية أفضل ، حيث يمكن توجيه الإشارات نحو المستخدمين بشكل أكثر كفاءة.

• الكفاءة الطيفية المحسّنة: باستخدام تقنيات معالجة الإشارات المتقدمة ، فإن هوائيات MIMO الضخمة تستخدم أكثر كفاءة للطيف المتاح ، وهو أمر بالغ الأهمية في نطاقات التردد المزدحمة.

• عيوب:

• التعقيد: العدد الكبير من عناصر الهوائي ومعالجة الإشارات المتطورة المطلوبة يجعل أنظمة MIMO ضخمة أكثر تعقيدًا ومكلفة للنشر والصيانة.

• استهلاك الطاقة: يؤدي زيادة عدد عناصر الهوائي إلى ارتفاع استهلاك الطاقة ، والذي يمكن أن يكون مصدر قلق للمشغلين.

هوائيات الشكل:

• المزايا:

• جودة الإشارة المحسّنة: من خلال توجيه الإشارة نحو جهاز المستخدم ، يمكن أن توفر الهوائيات ذات الشكل العيوب إشارة أقوى وأكثر وضوحًا ، مما يؤدي إلى اتصال أفضل ومعدلات بيانات أعلى.

• انخفاض التداخل: يساعد التكوين الشعاعي على تقليل التداخل عن طريق تركيز الإشارة فقط عند الحاجة إليها ، وهو أمر مهم بشكل خاص في المناطق المكتظة بالسكان.

• النطاق الموسع: يمكن أن يمتد عملية التعريف نطاق الشبكة من خلال تركيز الإشارة نحو المستخدمين البعيدين ، مما يجعل من الممكن الحفاظ على اتصال قوي حتى عند حواف منطقة التغطية.

• عيوب:

• قيود الاتجاه: تعتبر الهوائيات ذات الشكل الشعاعي اتجاهيًا ، مما يعني أنها قد لا تكون فعالة في السيناريوهات التي يتغير فيها موقع المستخدم بشكل متكرر أو لا يمكن التنبؤ به.

• التكلفة والتعقيد: يضيف تنفيذ تقنية التشكيل الشعاعي إلى تكلفة نظام الهوائي وتعقيده ، والذي يمكن أن يكون عائقًا للنشر على نطاق واسع.

هوائيات الخلايا الصغيرة:

• المزايا:

• التغطية المعززة في المناطق الكثيفة: تعتبر هوائيات الخلايا الصغيرة مثالية لتوفير تغطية وقدرة إضافية في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان حيث قد تكافح أبراج الخلايا الكلية التقليدية لتلبية الطلب.

• استهلاك الطاقة المنخفضة: تستهلك هذه الهوائيات طاقة أقل مقارنة بأبراج الخلايا الكبيرة ، مما يجعلها أكثر كفاءة في الطاقة وأسهل في النشر في مواقع مختلفة.

• المرونة في النشر: يمكن نشر هوائيات الخلايا الصغيرة في مجموعة متنوعة من المواقع ، مثل الإضاءة في الشوارع والمباني والهياكل الأخرى ، مما يوفر حلول تغطية مرنة.

• عيوب:

• منطقة التغطية المحدودة: تحتوي هوائيات الخلايا الصغيرة على مساحة تغطية محدودة ، مما يعني أنه يجب نشر العديد من الوحدات لتغطية مساحة كبيرة بشكل فعال.

• إدارة التداخل: في المناطق ذات الكثافة العالية من الخلايا الصغيرة ، يمكن أن تكون إدارة التداخل بينها أمرًا صعبًا ، مما يتطلب التخطيط الدقيق والتحسين.

أنظمة الهوائي النشطة (AAS):

• المزايا:

• التصميم المتكامل: يؤدي دمج الهوائيات والمستقبلات الراديوية إلى وحدة واحدة إلى تبسيط التثبيت ويقلل من البصمة الإجمالية ، مما يجعل النشر أسهل في بيئات مختلفة.

• الأداء المحسن: توفر الهوائيات AAS أداءً محسّنًا من خلال تحسين نقل الإشارة واستقبالها مباشرة على مستوى الهوائي ، مما يؤدي إلى أفضل كفاءة الشبكة وتجربة المستخدم.

• تكاليف الصيانة المنخفضة: مع وجود عدد أقل من المكونات وتصميم أكثر تبسيطًا ، تتطلب هوائيات AAS عمومًا صيانة أقل ، مما يقلل من التكاليف التشغيلية لمشغلي الشبكات.

• عيوب:

• التكلفة الأولية: يمكن أن تكون التكلفة الأولية لنشر هوائيات AAS أعلى بسبب التكنولوجيا المتقدمة والتكامل المعنية.

• إمكانية ارتفاع درجة الحرارة: يمكن أن يؤدي التصميم المدمج وتكامل مكونات متعددة إلى مشكلات محتملة في ارتفاع درجة الحرارة ، مما يتطلب إدارة حرارية دقيقة.

هوائيات الأقمار الصناعية:

• المزايا:

• التغطية العالمية: يمكن أن توفر هوائيات الأقمار الصناعية تغطية في المناطق النائية والريفية حيث لا تكون الشبكات الأرضية التقليدية ممكنة ، مما يضمن أن أكثر المناطق عزلة يمكنها الوصول إلى خدمات 5G.

• المرونة: شبكات الأقمار الصناعية أقل عرضة لقضايا البنية التحتية الأرضية ، مما يجعلها خيارًا موثوقًا لخدمات الاتصالات الهامة.

• الخلف عالي السعة: يمكن استخدام هوائيات الأقمار الصناعية لتوفير اتصالات عالية السعة لتوصيلات الخلف للمحطات الأساسية عن بُعد ، مما يدعم توسيع شبكات 5G في المناطق المحرومة.

• عيوب:

• الكمون: على الرغم من تحسن تقنية الأقمار الصناعية ، إلا أنها لا تزال تعاني عمومًا من زمن انتقال أعلى مقارنة بالشبكات الأرضية ، والتي يمكن أن تؤثر على التطبيقات في الوقت الفعلي مثل الألعاب عبر الإنترنت ومؤتمرات الفيديو.

• التكلفة: يمكن أن يكون نشر هوائيات القمر الصناعي والحفاظ عليها مكلفة ، مما يجعلها أقل قابلية للاستخدام اقتصاديًا للاستخدام على نطاق واسع في المناطق الحضرية.

خاتمة

تم ضبط تقنية 5G على إحداث ثورة في الطريقة التي نتواصل بها والتواصل ، ولكن لتحقيق إمكاناتها تمامًا ، نحتاج إلى الهوائيات الصحيحة لدعمها. من MIMO الضخمة إلى التكوين الشعاعي ، والخلايا الصغيرة ، وأنظمة الهوائي النشطة ، والهوائيات الأقمار الصناعية ، يقدم كل نوع من الهوائي مزاياه وعيوبه الفريدة. مع استمرار شبكات 5G في التطور والتوسع ، سيلعب اختيار الهوائيات دورًا مهمًا في تشكيل مستقبل التواصل اللاسلكي. من خلال فهم الأنواع المختلفة من الهوائيات المستخدمة في شبكات 5G ، يمكننا أن نقدر بشكل أفضل تعقيد وتطور هذه التكنولوجيا الرائدة.