Wireless 101
M11 · L03
الوحدة 11 · الدرس 3

ثلاثة عملاء وراديو واحد

كل جيلٍ قبله صُمّم لخدمةٍ واحدة، فأمكنه أن يجمّد وسائطه — ثبّت LTE تباعد 15 كيلوهرتز لكل نطاقٍ وكل سرعة (الدرس M10-L2). أمّا NR فكُتبت مواصفتها في مواجهة ثلاث خدماتٍ يناقض بعض مطالبها بعضاً.

01 / 11
Wireless 101
M11 · L03
الزوايا الثلاث (ITU-R M.2410)

تجرّ في اتّجاهاتٍ متعاكسة

  • eMBB — ذروة 20 غيغابت/ث. تريد أوسع قناةٍ و256-QAM
  • URLLC — 1 ميلي ثانية و99.999%. تريد أقصر إرسالٍ وهامشاً محفوظاً
  • mMTC — 10⁶ جهاز/كم² = جهازٌ في المتر المربّع. تريد قناةً ضيّقةً ونوماً
  • الـ99.999% هي 1 في 10⁵: عند 1000 رزمة/ث، فشلٌ كل 100 ثانية
  • وذهاب HARQ وإيابه في LTE 8 ميلي ثانية — ثماني ميزانيّاتٍ لإعادةٍ واحدة (الدرس M6-L4)

لا طقم وسائط ثابتٍ هو الأفضل للثلاثة. فجُعلت NR قابلةً للضبط بدلاً من ذلك.

02 / 11
Wireless 101
M11 · L03
الترقيم المرن

ضاعِف التباعد، وانصِف الفتحة

الفتحة 14 رمزاً عند كل تباعد
\Delta f = 15\cdot 2^{k}\ \text{kHz} \;\Rightarrow\; T_{slot} = \frac{14}{\Delta f} \approx \frac{1\ \text{ms}}{2^{k}}

15 و30 و60 و120 كيلوهرتز → فتحاتٌ من 1 و0.5 و0.25 و0.125 ميلي ثانية. وكتلة المورد تبقى 12 حاملاً فرعيّاً (الدرس M10-L2)، فعند 120 كيلوهرتز يكون عرضها 12 × 120 = 1.44 ميغاهرتز.

03 / 11
Wireless 101
M11 · L03
الثمن، مسعَّراً

زمن الاستجابة يكلّف مدى البادئة

  • العبء لا يتحرّك: 4.69/71.36 = 6.6% عند كل تباعد (الدرس M10-L2)
  • لكن مدّة البادئة تنتصف: 4.69 → 0.59 µs
  • وعند 300 متر لكل µs يهبط المدى 1407 م → 176 م
  • ودوبلر عند 28 غيغاهرتز و100 كم/س: 27.78/0.0107 = 2593 هرتز
  • وهي 17.3% من 15 كيلوهرتز — لكن 2.2% من 120 كيلوهرتز ✓

28/3.5 = 120/15 = 8، فتقييس التباعد مع التردد يحفظ نسبة دوبلر ثابتة. والفتحات القصيرة تناسب الخلايا الصغيرة والنطاقات العالية، ولا تناسب غيرها.

04 / 11
Wireless 101
M11 · L03
دون 6 غيغاهرتز مقابل المليمترية

عرض النطاق يهزم نسبة الضوضاء

شانون، في الحالتين (الدرس M6-L1)
\begin{aligned} 100\,\text{MHz} @ 20\,\text{dB} &= 10^{8}\log_2(101) = 666\ \text{Mbit/s} \\ 400\,\text{MHz} @ 10\,\text{dB} &= 4{\times}10^{8}\log_2(11) = 1.38\ \text{Gbit/s} \end{aligned}

1384/666 = 2.08 ضعف السعة على 4 أضعاف عرض النطاق عند نسبةٍ أسوأ بعشرة ديسيبل. ومطابقة 1.38 غيغابت/ث داخل 100 ميغاهرتز تحتاج 41.7 ديسيبل — وهي ما لا تملكه وصلةٌ محمولة.

05 / 11
Wireless 101
M11 · L03
جرّبها — لا ضبط يفوز بكل شيء

اختر ترقيماً

التباعد 30 kHz
عرض النطاق 100 MHz
نسبة الضوضاء 20 dB
الفتحة 0.500 ms الرمز 35.67 µs البادئة 2.34 µs = 6.6% كتلة المورد 360 kHz السعة 666 Mbit/s مدى البادئة 703 m متوازن — eMBB واسع النطاق
06 / 11
Wireless 101
M11 · L03
لماذا تعمل المليمترية من أصله

العقوبة هي الدواء

فتحةٌ ثابتة لا كسبٌ ثابت (الدرس M8-L1)
10\log_{10}64 = 20\log_{10}8 = 18.1\ \text{dB}
3.5 → 28 غيغاهرتز
+18.1 dB
64 عنصراً
−18.1 dB
اللوح عند 28 غيغاهرتز
4.3 cm

λ = 10.7 مم، فشبكةٌ 8 × 8 بتباعد λ/2 تمتدّ 7 × 5.36 = 37.5 مم. وهي لا تشفي الحجب: فالجسم ما زال يكلّف 20–40 ديسيبل (الدرس M8-L2).

07 / 11
Wireless 101
M11 · L03
gNodeB ونواة 5G

الراديو ليس الميزانيّة

الليف يحمل 200 متر لكل ميكروثانية
\frac{2\times 150\ \text{km}}{2\times10^{8}\ \text{m/s}} = 1.5\ \text{ms}

تُقسم gNB إلى وحدةٍ مركزيّةٍ وموزَّعةٍ وراديويّة؛ ونواة 5G خدمات — AMF للتحكّم وSMF للجلسات وUPF لرُزَمك. وبوّابةٌ على بُعد 150 كم تحرق 1.5 ميلي ثانية من الليف وحده؛ وUPF حافّيّة على بُعد 10 كم تكلّف 100 µs.

08 / 11
Wireless 101
M11 · L03
التقطيع، والمؤشّر الذي كذب

مستقلّ أو لا

  • التقطيع — شبكاتٌ منطقيّةٌ منفصلة، لكلٍّ اتّفاقيّة خدمتها، على بنيةٍ واحدة
  • الحدّ الصادق: هو تنسيقٌ لا طيف — فما زالت خليّةٌ واحدةٌ ومجدولٌ واحد
  • غير المستقلّ يرسو بمستوى التحكّم على محطّةٍ من LTE وعلى نواة LTE
  • فأظهرت الهواتف الأولى 5G وهي تراسل عبر 4G — ومعدّل النقل كان حقيقيّاً
  • المستقلّ هو gNB مع 5GC من طرفٍ إلى طرف — والتقطيع وURLLC يحتاجانه

كل خاصيّةٍ غير راديويّةٍ في هذا الدرس تقتضي التشغيل المستقلّ. وتلك الهجرة تعني أكثر من أي رقم ذروة.

09 / 11
Wireless 101
اختبار سريع

تحقّق ممّاترسّخ

أربعة أسئلة عن 5G NR — الزوايا الثلاث، والترقيم المرن، وموجة الملّي، والنواة.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

10 / 11
Wireless 101
M11 · L03
خلاصة

ما تعلّمته

  • الزوايا الثلاث تتناقض، فصار Δf = 15·2k كيلوهرتز والفتحات 1 → 0.125 ميلي ثانية
  • عبء البادئة يبقى 6.6%؛ ومداها يهبط 1407 م → 176 م
  • 100 ميغاهرتز عند 20 ديسيبل = 666 ميغابت/ث؛ و400 عند 10 = 1.38 غيغابت/ث
  • ‎+18.1 ديسيبل خسارة مسارٍ، و−18.1 من 64 عنصراً — وهما 20 log₁₀8 نفسها
  • الـ20 غيغابت/ث تحتاج 800 ميغاهرتز و4 طبقاتٍ و256-QAM وخطّ نظرٍ معاً
التالي في الوحدة 11
البلوتوث وزيغبي وLoRa ←
كل الدروس اقرأ المقالة
11 / 11