بهبود منابع اپراتور با استفاده از روش شکل دهی پرتو در ارایه 5G

شکل‌دهی پرتو (Beamforming) یک روش انتقال سیگنال رادیویی است که اکسس پوینتی (Access Point) که دارای این تکنولوژی باشد، انرژی سیگنال رادیویی را به سمت کاربران فعال در شبکه  WI-FI، متمرکز و هدایت می‌کند. این کار علاوه بر افزایش پهنای باند هر کاربر، منجر به افزایش محدوده پوشش اکسس پوینت و گسترش بیش تر شبکه و در نهایت جلوگیری از هدر رفت انرژی در انتقال داده می شود. در گزارش پیش رو ابتدا مختصری بر فناوری نسل پنجم اینترنت و توانایی های آن می پردازیم و سپس از بین تکنولوژی های وابسته به نسل پنجم که سرعت بالای آن را فراهم می کند شکل دهی پرتو را معرفی و تعریف می کنیم. اهمیت پرداختن به این موضوع از آن جهت است که فناوری نسل پنجم امروز در کشور ما به صورت فراگیر در حال پیاده سازی است. بنابراین اپراتورهایی مثل همراه اول که شبکه ای با پوشش گسترده دارند و به سمت پیاده سازی یوزکیس های تجاری رفته اند، خوب است که از فناوری هایی نظیر شکل دهی پرتو جهت بهبود منابع خود بهره مند شوند.

فناوری نسل پنجم و توانمندی های آن

یکى از تکنولوژى هاى نوینى که زندگى انسان ها را در ۱۰۰ سال اخیر دستخوش تغییر کرده در حوزه مهندسى الکترونیک و ارتباطات است. تکنولوژى بى سیم اجازه داد انسان ها به صورت موبایل و متحرک با هم ارتباط برقرار کنند. تقریبا ً بیشتر وسایل ارتباطى که امروزه با آن ها سر و کار داریم، از تکنولوژى وایرلس یا بى سیم بهره مى برند. گوشى هاى تلفنى که هر سال به روز مى شوند و ما براى خرید آن ها صف مى کشیم، از این زیرساخت استفاده مى کنند. چیزى که به تازگى در دنیاى ما در حال مطرح شدن است، تکنولوژى ۵G یا نسل پنجم این سرى از فناورى هاست که قرار است دنیاى ما را دگرگون کند.

فناوری نسل پنجم قادر است هزار برابر ترافیک بیشترى را نسبت به شبکه هاى امروزى مدیریت کند و سرعت آن بیش از ۱۰ برابر سرعت ۴G یا  LTEاست. براى درک بهتر این سرعت می توان سرعت دانلود فیلم ها را در نظر گفت به طوری که یک فیلم سینمایى ۱ گیگابایتى با کیفیت HD در کمتر از ۱ ثانیه دانلود مى شود؛ یعنى حدود ۱ گیگابایت بر ثانیه. این درحالی است که این سرعت مینیموم۵G  است و می تواند تا ده ها برابر افزایش یابد. تا جایى که مى توان یک فیلم چند ۱۰ گیگابایتى با کیفیت ۸k را در دو تا سه ثانیه دانلود کرد. همچنین در ۵G  سرعت واکنش کاهش مى یابد. براى درک سرعت واکنش ۵G  می توان آن را با سرعت واکنش انسان مقایسه کرد که به صورت میانگین چیزى حدود ۲۵۰ میلى ثانیه است.

یعنى انسان مى تواند در کمتر از یک ثانیه واکنش نشان دهد. البته این مقدار در امور مختلف متفاوت است، ولى اساسا انسان بسیار سریع است. سرعت واکنش در۵G ،۱ میلى ثانیه  است. این سرعت با کلیک کردن روى لینک ها قابل حس کردن نیست! به همین دلیل است که نسل پنجم تکنولوژى وایرلس فراتر از گوشى هاى تلفن و مقایسه کردن سرعت دانلود و از این قبیل مسائل است.

این نسل از فناورى، زیرساخت برخى تکنولوژى هاى دیگر مثل اینترنت اشیاء، هوش مصنوعى و واقعیت مجازى و افزوده است. یعنى کاربرد اصلى این تکنولوژى با این میزان سرعت و سرعت واکنش، در جایى مثل اتومبیل هاى خودران و بدون سرنشین خواهد بود.

ماشینى که توسط ربات هدایت مى شود، در آن واحد در حال محاسبه کردن هزاران شی و جسم است که هر کدام ماهیت متغیرى دارند. به همین خاطر است که وقتى یک گربه جلوى ماشینى با سرعت ۶۰ تا ۷۰ کیلومتر بر ساعت مى پرد، سرعت واکنش بالاى ۵G باعث مى شود اتومبیل واکنش نشان دهد. چنین بستر و زیرساختى براى پا گرفتن صنعت خودروهاى بى سرنشین لازم است. همچنین این حد از سرعت باعث مى شود که ما در دنیاى واقعیت مجازى به صورت time Real تعامل داشته باشیم مانند جراحى که مى تواند بدون حضور فیزیکى بدن یک موجود زنده را در نقطه دیگرى از دنیا جراحى کند.

ارایه فناوری نسل پنجم ملزوماتی متفاوت از نسل های دیگر دارد که سرعت بالای این فناوری از آن ناشی شده است. اولین تفاوت فناوری نسل پنجم با سایر نسل ها در این است که ۵G در محدوده فرکانس هاى بالاتر یا به اصطلاح امواج میلى مترى قرار دارد. این محدوده توسط موبایل ها یا دیگر وسایل الکترونیک اشغال نشده است و در دسترس قرار گرفتن آن به معنى پهناى باند بیشتر براى همه است. اما با توجه به اینکه فرکانس بالا معادل طول موج کوتاه است، برای انتقال اطلاعات در بردهای بالا آنتن های ۴G به کار نمی آیند و در نتیجه در فناوری های نسل پنجم از آنتن هاى کوچک یا  cell Smallاستفاده می شود.

تکنولوژى بعدى که در نسل پنجم استفاده می شود MIMO Massive است. مایمو که از output multiple input multiple  گرفته شده است، به این معنى است که یک سیستم در یک لحظه بتواند هم اطلاعاتى را ارسال کند و هم اطلاعاتى را دریافت کند.

در حال حاضر آنتن هاى ۴G حدوداً ۱۲ پورت دارند، درحالى که ایستگاه هاى مسیو مایمو مى توانند حدود ۱۰۰ پورت را ساپورت کنند. این مقدار مى تواند ظرفیت شبکه هاى ۵G را تا ۲۲ برابر یا بیشتر، افزایش دهد. اما مسیو مایمو نیز مشکلات خاص خودش را دارد. در حال حاضر آنتن هاى مخابراتى سیگنال هاى مخابراتى را در یک لحظه در همه جهات ارسال مى کنند.

اگر بخواهیم همین کار را در مسیو مایمو انجام دهیم، ممکن است در سیگنال ها تداخل به وجود آید. براى حل این موضوع به تکنولوژى Beamforming مى رسیم.

 شکل دهی پرتو منشا سرعت فناوری نسل پنجم

بیم فرمینگ براى سیگنال هاى مخابراتى مانند چراغ راهنمایى است. به جاى اینکه ایستگاه فرستنده، امواج را در همه جهت ها ارسال کند، سیگنال ها را در یک جهت خاص براى کاربرى خاص مى فرستد. این دقت، تداخل امواج را از بین مى برد و کارایى بیشترى نیز دارد؛ کارایى بیشتر به معنى آن است که ایستگاه مى تواند سیگنال هاى ورودى و خروجى بیشترى را در هر لحظه مدیریت کند.

براى درک بهتر نحوه عملکرد بیم فرمینگ فرض کنید در یک ساختمان هستید و مى خواهید با فرد دیگرى تماس بگیرید. مسیو مایمو همه سیگنال ها را دریافت مى کند و زمان رسیدن آن سیگنال ها و جهت آمدن سیگنال را ذخیره مى کند؛ سپس از الگوریتم هاى پردازش سیگنال ها استفاده مى کند.

پس از این پردازش ها، محل دقیق گوشى شما، یعنى جایى که از آن سیگنال فرستاده شده است، مشخص مى شود. بعد از این مرحله بهترین مسیر براى فرستادن سیگنال ها به گوشى شما مسیریابى مى شود. این کار براى تمامى دستگاه هاى متصل به شبکه نیز اجرا مى شود.

ناگفته نماند که کارهاى دیگرى نیز براى بهبود نتیجه و کاهش تداخل ها انجام مى شود. به بیان ساده تر مى توان این فرآیند را به تفاوت لامپ و چراغ قوه تشبیه کرد؛ لامپ نور را به همه جهات مى تاباند و دور تا دور خود را به گیرنده هدایت مى شوند. روشن مى کند و چراغ قوه فقط جایى که بخواهیم را روشن مى کند. در این تکنولوژى امواج مستقیما به گیرنده هدایت می شوند.

بنابر آنچه گفته شد و با توجه به اینکه فناوری نسل پنجم در کشور در حال گسترش است، انتظار می رود که اپراتورهای مخابراتی و به ویژه اپراتور همراه اول که در ارایه یوزکیس های مبتنی بر نسل پنجم پیشرو بوده است برای صرفه جویی در انرژی از فناوری شکل دهی پرتو استفاده کند.