في السابق، تم تحقيق معدلات نقل بيانات لاسلكية أعلى من خلال مخططات تعديل معقدة بشكل متزايد، والتي تحتوي على المزيد من بيانات البت في نفس شريحة الطيف. لقد وصل هذا الحل حاليًا إلى حد التطبيق العملي، لذلك في المستقبل، سواء كان مصممًا لتطبيقات إنتاجية 5G التجارية أو الروابط العسكرية عالية السعة، فإنه سيعتمد على عرض نطاق ترددي أوسع بدلاً من التعديل الأكثر كثافة. وقد أجبر هذا التحول التكنولوجي المصممين على اللجوء إلى طيف الموجات المليمترية (mmWave)، والذي يمكنه تحقيق وظائف جديدة متنوعة من خلال موارد الطيف الوفيرة، ولكنه يجلب أيضًا سلسلة من تحديات التصميم المختلفة تمامًا.
يستفيد نظام الاتصالات 5G من سنوات من العمل البحثي الذي أجرته في البداية شركات الدفاع. على سبيل المثال، يمكن لتكنولوجيا هوائي المصفوفة المرحلية الناشئة في مجال الدفاع الوطني تحقيق مسح الشعاع والتتبع المتزامن متعدد الأهداف، ويتم اعتمادها الآن على نطاق واسع في تطبيقات الجيل الخامس لنقل تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد إلى مستخدمين متعددين. تعمل الأنظمة التجارية بشكل متزايد في نطاقات التردد مثل 28 جيجا هرتز و39 جيجا هرتز للحصول على عرض النطاق المطلوب للوصلات متعددة الجيجابت.
تستخدم شركة Analog Devices, Inc. وشركات أخرى خبرتها المتراكمة في مجال الموجات المليمترية في تطبيقات صناعة الدفاع لتوفير مكونات قياسية تلبي متطلبات الأداء الدفاعي واحتياجات تصنيع البنية التحتية التجارية. تساهم تقنية التركيب السطحي IC عالية التردد المتقدمة في نشر تقنية 5G على نطاق واسع.
يعتمد كل من الجيل الخامس وصناعة الدفاع على أجهزة متقدمة عالية التردد. تم تحسين شبكات 5G لشرائح محددة من الطيف الضيق لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد، في حين تتطلب التطبيقات العسكرية مثل الحرب الإلكترونية (EW) عرض نطاق ترددي تشغيلي أوسع لضمان قدرات استشعار الطيف. وعلى الرغم من هذه الاختلافات، فإن تطوير النطاق الترددي الواسع للتشكيل في مجال الجيل الخامس قد أدى إلى تحقيق فائدة تكافلية على مستوى التصنيع.
لقد أدى دمج تكنولوجيا الموجات المليمترية في هذه المجالات إلى تحقيق مستوى التصنيع المطلوب للنشر التجاري. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا الدمج يقلل بشكل كبير من التكاليف ذات الصلة بالاعتماد على عمليات تجميع "الرقائق والأسلاك" ذات الدفعات الصغيرة الباهظة الثمن لإنتاج منتجات التطبيقات العسكرية.
ويعتمد هذا المقياس على دوائر متكاملة للغاية للترددات الراديوية (RFID)، ووحدات الصفيف المرحلي، وحلول اختبار سهلة الاستخدام. في الوقت الحاضر، يتم تقديم هذه الحلول بشكل متزايد لشركات التصميم الصغيرة، التي كانت تفتقر في الماضي إلى الميزانية أو القدرات المتخصصة التي يتمتع بها مقاولو الدفاع الكبار.
يشكل هذا الترويج المتبادل أيضًا بنية تحتية مشتركة للاختبار. في الماضي، كان اختبار هوائيات الصفيف الطورية بترددي 28 جيجا هرتز و39 جيجا هرتز يتطلب غرفًا كبيرة باهظة الثمن كاتمة للصدى. وقد أدى اعتماد شبكة الجيل الخامس على نطاق واسع إلى تعزيز تطوير حلول اختبار OTA الجاهزة وبأسعار معقولة، والتي يمكن لشركات الدفاع استخدامها لحل تحديات تطوير المنتجات بسرعة دون الحاجة إلى استثمارات مالية كبيرة. إن شعبية هذه العناصر الأساسية التي تم التحقق من صحتها والقابلة للنشر مباشرة تسمح لشركات التصميم من جميع الأحجام باستخدام الموجات المليمترية كنظام فرعي سهل الإدارة، مما يجعل من السهل تحويل تطبيقات الموجات المليمترية الواعدة من الرسوم التخطيطية إلى أجهزة قابلة للنشر.
ابتكار الطيف
لعقود من الزمن، استخدم ابتكار التكنولوجيا اللاسلكية طريقتين مختلفتين بشكل أساسي: تشفير المزيد من المعلومات في كل حالة إشارة مختلفة (رمز)، أو توسيع الفضاء الطيفي المستخدم لنقل المعلومات.
تعطي مخططات التعديل الأبسط الأولوية للقوة وسلامة الإشارة، بينما تعمل المخططات الأكثر تعقيدًا على تحسين إنتاجية البيانات عن طريق إرسال المزيد من البتات لكل رمز. تستخدم طريقة التعديل الأساسية كمية صغيرة من المعلومات (مثل بتة واحدة) لتمثيل كل رمز. يمكن للمصممين تحسين أداء النظام باستخدام مخططات تعديل أكثر تعقيدًا مثل QAM لتشفير المزيد من المعلومات لكل رمز، أو عن طريق الوصول إلى قنوات الطيف الأوسع في نطاقات الموجات المليمترية ذات التردد الأعلى.
يحدد التعديل كيفية تجميع البيانات على الناقل، في حين تضمن مضخمات الطاقة (PAs) وصول بتات البيانات إلى وجهتها المقصودة. في مجال الجيل الخامس التجاري، تعطي مضخمات الطاقة الأولوية للكفاءة والخطية ضمن نطاقات التردد المحددة لدعم المصفوفات المرحلية عالية الإنتاجية. ومع ذلك، في الأنظمة العسكرية، عادةً ما يتم السعي إلى نطاق ترددي أوسع وقوة أعلى لتحسين وضوح الرادار وقدرات الاتصال عبر الأقمار الصناعية وسهولة الاستخدام.
حتى مع تقدم تكنولوجيا التعديل، لا يزال هناك حد أساسي لكمية البيانات المدفوعة عبر نطاقات تردد حاملة محددة (FC). أحد المبادئ الأساسية هو أن إنتاجية البيانات ترتبط مباشرة بعرض القناة، وهو عرض النطاق الترددي للإشارة المعدلة (FBW). لتحقيق معدلات نقل بيانات أعلى، يلزم وجود قناة تردد حاملة أوسع، تمامًا مثل التبديل من طريق سريع مزدحم ذو حارة واحدة إلى طريق سريع ذو عشرة حارات (الشكل 1).