كل جيلٍ سبق هذا الجيل صُمّم حول خدمةٍ واحدةٍ مسيطرة. فقد صُمّم 2G للمكالمة الصوتيّة، وصُمّم 3G للمكالمة الصوتيّة مع قناة بياناتٍ مثبّتةٍ إلى جانبها، وصُمّم 4G LTE لأنبوب رُزَمٍ يصل إلى هاتفٍ ذكيّ (الدرس M11-L2). كان لكلٍّ منها عميلٌ واحد في الذهن، فأمكن لكلٍّ منها أن يختار طقماً واحداً من وسائط الطبقة الفيزيائيّة ويجمّده — وهو بالضبط ما فعله LTE إذ ثبّت تباعد حوامله الفرعيّة عند 15 كيلوهرتز لكل نطاقٍ وكل حجم خليّةٍ وكل سرعة (الدرس M10-L2). أمّا 5G NR فقد كُتبت مواصفته في مواجهة ثلاثة عملاء في الوقت نفسه، ومطالبهم يناقض بعضها بعضاً. والمحتوى المهمّ في هذا الدرس ليس قائمة الخصائص الجديدة، بل الطريقة التي أرغم بها ذلك التناقض واجهة الهواء على أن تصبح قابلةً للضبط لا مجرّد أسرع.
للخدمات الثلاث أسماء، ولها — على غير المعتاد في مصطلحات التسويق — تعريفاتٌ رقميّةٌ دقيقة. وهي مأخوذةٌ من متطلّبات IMT-2020 (التوصية ITU-R M.2410) ومن دراسة السيناريوهات في 3GPP، وهي أهدافٌ كان على أي تقنيةٍ مرشّحةٍ أن تُظهر تحقيقها، لا قياساتٌ لشبكةٍ منشورة — وهو فرقٌ يجدر حمله معنا في ما تبقّى من الدرس:
حوِّل كل واحدٍ من هذه الأرقام إلى وحدةٍ تستطيع تصوّرها. فكثافة 10⁶ جهازٍ في الكيلومتر المربّع هي 10⁶ جهازٍ مقسومةً على 10⁶ متر مربّع، أي جهازٌ واحد في كل متر مربّع، في كل مكان، على امتداد كيلومترٍ مربّعٍ كامل. وموثوقيّة 99.999% هي فشلٌ واحد في 10⁵ رزمة، فالآلة التي تُرسل رزمةً كل ميلي ثانية — أي 1000 رزمةٍ في الثانية — تفشل مرّةً كل 10⁵/1000 = 100 ثانية. أمّا ميزانيّة زمن استجابةٍ من ميلي ثانيةٍ واحدةٍ فهي قاسيةٌ بجانب LTE، الذي فترة جدولته إطارٌ فرعيٌّ واحد بميلي ثانية، وذهاب وإياب إعادة إرسال HARQ فيه 8 ميلي ثانية (وقد قدّم الدرس M6-L4 نظام HARQ كتأخيرٍ يُشترى به إنقاذ كتلة): فإعادة إرسالٍ واحدة في LTE تتجاوز ميزانيّة URLLC كلّها ثماني مرّات.
| الزاوية | المطلب الرئيسي | ما تطلبه من الراديو | ما ترضى بالتخلّي عنه |
|---|---|---|---|
| eMBB | ذروة 20 غيغابت/ث و100 ميغابت/ث معيشة | عرض نطاقٍ هائل وتضمينٌ عالي الرتبة (256-QAM، الدرس M5-L4) وطبقاتٌ مكانيّةٌ كثيرة (الدرس M10-L3) | زمن الاستجابة — فمخزن الفيديو يخفي 100 ميلي ثانيةٍ دون شكوى |
| URLLC | 1 ميلي ثانية و99.999% | فترات إرسالٍ قصيرةً جداً وتضميناً محافظاً وسعةً محفوظةً احتياطاً | معدّل النقل والكفاءة الطيفيّة — فالرزم ضئيلة |
| mMTC | 10⁶/كم² وبطاريّة سنوات | عرض نطاقٍ ضيّقاً وتغطيةً عميقةً وجهازاً نائماً في جُلّ وقته | زمن الاستجابة ومعدّل النقل معاً — فقراءة العدّاد قد تنتظر ساعات |
اقرأ العمودين الأخيرين معاً ويظهر التضادّ جليّاً. فـeMBB تريد أوسع قناةٍ ممكنةٍ وأكثف كوكبةٍ ممكنة؛ وURLLC تريد أقصر إرسالٍ ممكنٍ وهامشاً متروكاً غير مستعمَل؛ وmMTC تريد أضيق قناةٍ وراديو مطفأ. وليس هناك طقمٌ واحدٌ من الوسائط يكون في الوقت نفسه الأفضل للثلاثة، ولم تتظاهر 3GPP بغير ذلك. بل جاءت مواصفة NR عائلةً من التهيئات تتشارك إطاراً واحداً، وتباعد الحوامل الفرعيّة هو القرص الرئيسي فيها. فالترقيم المرن ليس بنداً في قائمة خصائص؛ إنه الجواب البنيوي المباشر عن وجود ثلاثة عملاء.
لـLTE ترقيمٌ واحدٌ بالضبط، وقد عمل الدرس M10-L2 عليه حتى نهايته: تباعدٌ 15 كيلوهرتز، فيدوم الرمز المفيد Tu = 1/15000 = 66.67 µs، وبادئةٌ دوريّةٌ عاديّةٌ من 4.69 µs ترفع الرمز المُرسَل إلى 71.36 µs، وتكلّف البادئة 4.69/71.36 = 6.6% عبئاً. وقد أبقت NR على كل قرارٍ بنيويٍّ في تلك الجملة وجعلت التباعد نفسه مضاعفاً لـ15 كيلوهرتز بقوى الاثنين. رقّم الاختيارات بالدليل k = 0 و1 و2 و3 فيسقط الترقيم كلّه من سطرٍ واحد:
| Δf | Tu = 1/Δf | البادئة العاديّة | الرمز | الفتحة (14 رمزاً) | فتحات في الميلي ثانية | RB = 12Δf | مدى البادئة |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 كيلوهرتز | 66.67 µs | 4.69 µs | 71.36 µs | 1 ms | 1 | 180 كيلوهرتز | 1407 م |
| 30 كيلوهرتز | 33.33 µs | 2.34 µs | 35.67 µs | 0.5 ms | 2 | 360 كيلوهرتز | 703 م |
| 60 كيلوهرتز | 16.67 µs | 1.17 µs | 17.84 µs | 0.25 ms | 4 | 720 كيلوهرتز | 352 م |
| 120 كيلوهرتز | 8.33 µs | 0.59 µs | 8.92 µs | 0.125 ms | 8 | 1.44 ميغاهرتز | 176 م |
ويستحقّ مدخلان في هذا الجدول تحقّقاً باليد. فكتلة المورد دائماً 12 حاملاً فرعيّاً — أثبت ذلك الدرس M10-L2 ولم تغيّره NR — فيتقيّس عرضها بالتباعد: 12 × 120 كيلوهرتز = 1440 كيلوهرتز، أي كتلة موردٍ عرضها 1.44 ميغاهرتز، ثمانية أضعاف 180 كيلوهرتز في LTE. وعمود الفتحة هو عمود زمن الاستجابة: فأصغر وحدةٍ يوزّعها المجدول عادةً هي الفتحة، فالانتقال من 15 إلى 120 كيلوهرتز يقصّر حبّة الجدولة من 1 ميلي ثانية إلى 0.125 ميلي ثانية، أي تحسّنٌ بـثمانية أضعاف لم يُشترَ بغير تغيير متغيّرات.
البادئة الدوريّة معرَّفةٌ كنسبةٍ من الرمز، فهي تنتصف كلّما تضاعف التباعد. ولذلك نتيجةٌ مريحةٌ جداً وأخرى محرجة. المريحة أن العبء ثابتٌ مع المقياس: فقد حسبه الدرس M10-L2 عند تباعد 30 كيلوهرتز، حيث Tu = 33.33 µs والبادئة 4.69/2 = 2.34 µs، فيكون 2.34/35.67 = 6.6% — مطابقاً لرقم LTE، لأن البسط والمقام تقيّسا معاً:
والنتيجة المحرجة أن مدّة البادئة هي التي تسوّر تعدّد المسار، والمدّة هي بالضبط ما ينقص. فعند 15 كيلوهرتز تمتصّ 4.69 µs من البادئة أصداءً تصل متأخّرةً حتى 4.69 µs، وهو عند 300 متر لكل µs (ثابت الدرس M10-L4 المريح) 1407 متر من المسار الزائد. وعند 120 كيلوهرتز تصبح 0.59 µs و176 متراً. فأقصر الفتحات لا تُستعمل إلا حيث يكون انتشار التأخير في القناة صغيراً — خلايا صغيرة، وداخل المباني، والموجات المليمترية — وفي خليّةٍ ريفيّةٍ كبيرة يعيد 120 كيلوهرتز بالضبط تداخل ما بين الرموز الذي وُجدت البادئة لمنعه. وتلك هي المقايضة في جملة: الفتحات الأقصر تشتري زمن الاستجابة وتكلّف مناعة تعدّد المسار.
وهناك سببٌ ثانٍ يوجب نموّ التباعد مع التردد، وهو أحدّ السببين. أعطى الدرس M8-L3 إزاحة دوبلر بأنها fd = v/λ، والتداخل بين الحوامل يتوقّف على fd كنسبةٍ من تباعد الحوامل الفرعيّة. خُذ مركبةً بسرعة 100 كم/س = 27.78 م/ث. عند 3.5 غيغاهرتز يكون λ = 3×10⁸/3.5×10⁹ = 85.7 مم، فتكون fd = 27.78/0.0857 = 324 هرتز، أي 324/15 000 = 2.2% من تباعد 15 كيلوهرتز — وهذا مريح. وعند 28 غيغاهرتز يكون λ = 3×10⁸/28×10⁹ = 10.7 مم، فتكون fd = 27.78/0.0107 = 2593 هرتز، أي 17.3% من 15 كيلوهرتز — وهذا غير قابلٍ للاستعمال — لكنه 2593/120 000 = 2.2% من تباعد 120 كيلوهرتز. والرقمان متطابقان إلى ثلاث خانات، وليس ذلك من الحظّ: فنسبة التردد 28/3.5 = 8 ونسبة التباعد 120/15 = 8 هما العدد نفسه. فتقييس التباعد مع تردد الحامل يحفظ نسبة دوبلر ثابتة، وتلك هي قاعدة التصميم كلّها في سطر.
ويتبع ذلك زمن التجانس أيضاً. فقد احتاج الدرس M10-L4 أن يكون Tc أكبر بكثيرٍ من فترة التقابل، ويعطي Tc ≈ 0.423/fd في الدرس M8-L3 قيمة 0.423/2593 = 163 µs عند 28 غيغاهرتز و100 كم/س. والفتحة عند 120 كيلوهرتز هي 125 µs، فتقدير القناة المأخوذ في أوّل الفتحة ما زال يصف القناة نفسها في آخرها — بالكاد. وعند 15 كيلوهرتز تكون الفتحة 1 ميلي ثانية، أي ستّة أضعاف زمن التجانس، فيكون التقدير خيالاً. فالترقيمات السريعة ليست رفاهيةً في الموجات المليمترية؛ إنها الترقيمات الوحيدة التي تعمل هناك.
ورافعةٌ أخرى لزمن الاستجابة، لأن جدول الفتحات وحده لا يبلغ ميلي ثانيةً من طرفٍ إلى طرف. تُتيح NR للإرسال أن يشغل 2 أو 4 أو 7 رموز بدلاً من فتحةٍ كاملة، وأن يبدأ عند أي حدّ رمزٍ لا أن ينتظر بداية الفتحة التالية — واسمها الرسمي جدولة النوع B، واسمها الشائع الفتحة المصغّرة. فعند 120 كيلوهرتز تدوم فتحةٌ مصغّرةٌ من رمزين 2 × 8.92 = 17.8 µs، وحتى عند 30 كيلوهرتز تكون 2 × 35.67 = 71.3 µs. وبهذا، مع الفتحة الأقصر، يُستوفى الجزء الراديوي من ميزانيّة الميلي ثانية: لا بالإرسال الأسرع، بل بأن يُسمح لك أن تبدأ أبكر وتتوقّف أبكر.
ثغرةٌ واحدةٌ صادقةٌ في الجدول. تعرّف المواصفة أيضاً تباعد 240 كيلوهرتز، وأُضيف 480 و960 كيلوهرتز لاحقاً للنطاقات فوق 52.6 غيغاهرتز — لكن 240 كيلوهرتز لا يُستعمل إلا لإشارات التزامن والبثّ التي يبحث عنها الجهاز قبل أن يتّصل، ولا يُستعمل لبيانات المستخدم أبداً. والسطور الأربعة أعلاه هي الترقيمات الأربعة التي تحمل الحِمل فعلاً في الشبكات التجاريّة، ولهذا يعمل هذا الدرس بـ15 و30 و60 و120 كيلوهرتز ولا يذكر غيرها إلا هنا.
تقسم NR طيفها إلى مجالَي ترددٍ، وأغلب الادّعاءات المُلتبسة عن 5G تأتي من نقل رقمٍ من أحد المجالين مع وصف تغطية الآخر. يمتدّ FR1 من 410 ميغاهرتز إلى 7125 ميغاهرتز — وهو ما يُسمّى دارجاً «دون 6» — وهو الذي يحمل الشبكة التي يستعملها الناس فعلاً. ويمتدّ FR2 من 24.25 إلى 52.6 غيغاهرتز، وهو مجال الموجات المليمترية، وهو الذي يحمل العناوين الصحفيّة. وقد أثبت الدرس M10-L4 أن FR2 هو TDD عالميّاً، وأن FR1 المتوسّط هو TDD في كل مكانٍ تقريباً أيضاً، فكلا المجالين أدناه ينال التقابل الذي يريده MIMO الضخم.
| الخاصيّة | دون 6 غيغاهرتز (FR1 المتوسّط) | الموجات المليمترية (FR2) |
|---|---|---|
| النطاقات المعتادة | n77 من 3300 إلى 4200 ميغاهرتز، وn78 من 3300 إلى 3800، وn79 من 4400 إلى 5000 | n257 من 26.5 إلى 29.5 غيغاهرتز، وn258 من 24.25 إلى 27.5، وn260 من 37 إلى 40، وn261 من 27.5 إلى 28.35 |
| عرض القناة | حتى 100 ميغاهرتز للحامل | حتى 400 ميغاهرتز للحامل، وعدّةُ حواملٍ مجمَّعة |
| الترقيم المعتاد | 30 كيلوهرتز — فتحة 0.5 ميلي ثانية ومدى بادئةٍ 703 م | 120 كيلوهرتز — فتحة 0.125 ميلي ثانية ومدى بادئةٍ 176 م |
| الانتشار | ينعطف حول المباني وينفذ الجدران بخسارة (الدرس M8-L2) | الانعطاف ضئيلٌ جداً، وجسم الإنسان يكلّف 20–40 ديسيبل بحسب التقارير (الدرس M8-L2) |
| نصف قطر الخليّة | مئات الأمتار إلى بضعة كيلومترات | عشرات إلى بضع مئاتٍ من الأمتار، وخطّ النظر مفضّلٌ بقوّة |
| ما هو له | التغطية — الطبقة التي تحمل الحِمل | الذروة والكثافة — الملاعب والقاعات والنفاذ الثابت |
وسعّر الآن الفرق بشانون (الدرس M6-L1) لا بالصفات. أعطِ الخليّة المتوسّطة نسبةً مواتيةً بـ20 ديسيبل، وهي نسبةٌ خطّيّةٌ قدرها 100، وأعطِ الخليّة المليمترية 10 ديسيبل، أي نسبة 10 — وهذه إعاقةٌ عادلة، لأن FR2 يعمل عند خسارة مسارٍ أعلى بكثيرٍ ويعيش أقرب إلى أرضيّة ضوضائه (الدرس M9-L1). والحسابان كلاهما سطرٌ واحد:
والنسبة هي الدرس: 1384/666 = 2.08، فالموجة المليمترية تسلّم نحو ضعف السعة وهي تحمل أربعة أضعاف عرض النطاق عند نسبة إشارةٍ إلى ضوضاء أسوأ بعشرة ديسيبل. وذلك تجسيدٌ لعدم تناظر شانون — فالسعة خطّيّةٌ في عرض النطاق ولوغاريتميّةٌ في نسبة الإشارة إلى الضوضاء، فشراء الطيف صفقةٌ أفضل بكثيرٍ من شراء نسبة الإشارة إلى الضوضاء، متى كان الطيف متاحاً. واقلب المقارنة لترى كم هي صفقةٌ جيّدة: لتحصل على 1.38 غيغابت/ث من 100 ميغاهرتز يلزمك log₂(1 + SNR) = 1.384×10⁹/10⁸ = 13.84 bit/s/Hz، أي SNR = 213.84 − 1 = 14 650، وهي 10 log₁₀(14 650) = 41.7 ديسيبل. ولا توجد وصلةٌ محمولةٌ تعمل عند 41.7 ديسيبل؛ فحتى 256-QAM، أكثف كوكبةٍ تدعمها NR (الدرس M5-L4)، تطلب شيئاً في حدود 30 ديسيبل مع الترميز. فعرض النطاق ليس طريقاً مختصرةً إلى الجواب نفسه — إنه الطريق الوحيدة إلى ذلك الجواب.
كل ما سبق يقول إن الموجة المليمترية ينبغي أن تكون ميئوساً منها، والدرس M8-L1 هو موضع الاعتراض المعتاد: فخسارة المسار في الفضاء الحرّ ترتفع بمقدار 20 log₁₀f، فالانتقال من 3.5 إلى 28 غيغاهرتز يكلّف 20 log₁₀(8) = 18.1 ديسيبل عند المسافة نفسها. تحقّق منه بالطريق الطويل عند 100 متر بالصيغة القياسيّة 32.44 + 20 log₁₀fMHz + 20 log₁₀dkm: فعند 3.5 غيغاهرتز يكون 32.44 + 70.88 − 20 = 83.3 ديسيبل، وعند 28 غيغاهرتز يكون 32.44 + 88.94 − 20 = 101.4 ديسيبل. والفرق 18.1 ديسيبل ✓.
لكن الدرس M8-L1 قدّم أيضاً التصحيح الذي يجعل الموجة المليمترية قابلةً للحياة، وهو أهمّ فكرةٍ منفردةٍ في هذا القسم: تلك العقوبة أثرٌ هوائيّ لا أثر امتصاص. فالـλ في صيغة فرايس دخلت من فتحة الهوائي المستقبِل الفعّالة، لا من الفضاء الذي بينهما. أثبتْ كسب الهوائي وستخسر الترددات الأعلى؛ وأثبت الفتحة الفيزيائيّة وستفوز الترددات الأعلى، لأن كسب الفتحة يرتفع مع f². ومصفوفةُ عناصر متباعدةٍ بنصف طول الموجة هي بالضبط جهازٌ لتثبيت الفتحة الفيزيائيّة بينما يتقلّص طول الموجة — إذ تكتفي بإدخال عناصر أكثر:
وجسّد اللوح. عند 28 غيغاهرتز يكون λ = 10.7 مم، فيكون تباعد العناصر بنصف طول الموجة 5.36 مم. وشبكةٌ 8 × 8 من 64 عنصراً تمتدّ 7 × 5.36 = 37.5 مم بين مراكز العناصر الطرفيّة، فيكون اللوح مع قليلٍ من الحافة نحو 4.3 سم في 4.3 سم، أي قرابة 18 سم² — لوحٌ يدخل خلف غلاف عمود إنارة، وتدخل نسخٌ صغيرةٌ منه في هاتف. أمّا الـ64 عنصراً نفسها عند 3.5 غيغاهرتز فتحتاج تباعد 42.9 مم وتمتدّ نحو 34 سم في 34 سم، أي زهاء 1180 سم²، وهي 64 ضعف المساحة. وهذا المعامل 64 هو السبب الكامل في أن MIMO الضخم (الدرس M10-L3) تقنيّةٌ مليمتريّةٌ أوّلاً ومتوسّطة النطاق ثانياً.
وكن صادقاً في ما لا تصلحه المصفوفة. فكسب المصفوفة يستردّ حدّ الفضاء الحرّ. ولا يفعل شيئاً على الإطلاق تجاه الحقيقتين الأصعب في الدرس M8-L2: فعند λ ≈ 1 سم لا تكاد الموجة تنعطف حول عائق، وجسم الإنسان في المسار يكلّف 20 إلى 40 ديسيبل، وهو معامل 100 إلى 10 000 في القدرة. ولا يرى أي مقدارٍ من الكسب من خلال شخص. أمّا ما تستطيعه المصفوفة فهو التوجيه — أن تهجر الاتّجاه المحجوب وتجد مساراً منعكساً عن جدار — ولهذا تعتني منشورات FR2 بإدارة الحزمة وسرعة تبديلها وبتوفّر أكثر من خطّ نظرٍ واحد. فالحجب هو السبب في أن الموجة المليمترية طبقة سعةٍ تحت طبقة تغطيةٍ دون 6 غيغاهرتز، لا بديلٌ عنها.
وصف الدرس M11-L2 معماريّة LTE بأنها eNodeB يحدّث نواةً مطوَّرةً للرُزَم. وتعيد NR تسمية الاثنين وتغيّر بنيتهما الداخليّة، والتغييران ليسا تجميليّين — فاثنان منهما هما ما يسلّم رقم URLLC فعلاً، لأن الراديو حدٌّ واحدٌ فقط في ميزانيّة زمن الاستجابة.
المحطّة القاعدة في 5G هي gNodeB، أو gNB، وهي بخلاف eNodeB ليست بالضرورة صندوقاً واحداً. فهي تُقسم عادةً إلى وحدة راديو عند الهوائي، ووحدة موزَّعة قريبةٍ تتولّى الجدولة الحسّاسة للزمن وعمل الطبقة الفيزيائيّة، ووحدة مركزيّة قد تخدم وحداتٍ موزَّعةً كثيرةً من موقعٍ واحدٍ وتتولّى طبقات البروتوكول الأقلّ حساسيّةً للزمن. والقسمة مهمّةٌ لسببٍ عمليّ: فعلى المجدول أن يجيب داخل فتحة — 125 µs عند 120 كيلوهرتز — فلا يستطيع الجلوس في الطرف الأقصى من ليفٍ طويل، بينما الوظائف التي تتحمّل الميلي ثواني أرخص تمركزاً. فتقسيم العمل يُختار بحسب أيّ الوظائف يبقى حيّاً مع تأخير الوصلة بينها.
تستبدل نواة 5G بطقم صناديق LTE الثابت معماريّةً قائمةً على الخدمات: وظائف شبكةٍ مسمّاةٌ تكتشف بعضها بعضاً وتتخاطب ببروتوكولات الويب المعتادة لا بواجهات اتّصالاتٍ خاصّة. وثلاثٌ منها تحمل معظم العمل الحامل للحِمل، وفصلها هو المقصود:
وهذه الجملة الأخيرة هي حكاية زمن الاستجابة كلّها. فقد بدأ LTE يفصل التحكّم عن مستوى المستخدم في أواخر عمره؛ أمّا NR فصُمّمت هكذا من البداية، ولأن UPF وظيفةٌ مستقلّة فيمكن تركيبها في حافّة الشبكة بدلاً من مركز بياناتٍ وطنيّ. سعّر الفرق بالنوع نفسه من الحساب الذي استعمله الدرس M10-L4 للفترات الحارسة، وتذكّر أن الضوء في الليف يسير بسرعة c/n وn ≈ 1.47، أي نحو 2×10⁸ م/ث — 200 متر لكل ميكروثانية لا 300 كما في الفضاء الحرّ:
فالحكاية الصادقة لكيف تبلغ NR ميلي ثانيةً حكايةٌ من ثلاثة أجزاء: فتحاتٌ أقصر وفتحاتٌ مصغّرةٌ للراديو، وHARQ يُقلَب أسرع من 8 ميلي ثانيةٍ في LTE، ومستوى مستخدمٍ قريبٌ فيزيائيّاً من الجهاز. واثنان من هذه الثلاثة معماريّة لا راديو. وهذا أشهر إسقاطٍ في شرح زمن استجابة 5G، وهو السبب في أن مشغّلاً قد ينشر كل خاصيّةٍ في هذا الدرس ولا يقدّم URLLC مع ذلك.
ما إن تصبح النواة طقماً من الخدمات لا طقماً من الصناديق، حتى تستطيع أن تُنشئ أكثر من نسخةٍ منها. وتقطيع الشبكة هو ذلك بالضبط: عدّة شبكاتٍ منفصلةٍ منطقيّاً من طرفٍ إلى طرفٍ تعمل فوق بنيةٍ تحتيّةٍ فيزيائيّةٍ واحدة، لكلٍّ منها وظائفها المختارة وسياساتها واتّفاقيّة مستوى خدمتها. ويشير الجهاز إلى القطعة التي يريدها عند اتّصاله، بمعرّف قطعةٍ أنواع خدمته المعياريّة هي — بلا مفاجأة — eMBB وURLLC واتّصال الآلات، أي الزوايا الثلاث التي افتتح بها هذا الدرس، مرقّاةً إلى كائناتٍ من الدرجة الأولى في الشبكة.
وكن صادقاً في ما هي القطعة وما ليست. هي نافعةٌ حقّاً: فحِمل التحكّم في مصنعٍ يمكن أن يُمنح إدارة جلساتٍ خاصّةً به ومستوى مستخدمٍ حافّيّاً خاصّاً به وسياسة قبولٍ خاصّة، فلا يستطيع ملعبٌ مملوءٌ بتدفّقات الفيديو على الخليّة الفيزيائيّة نفسها أن يجوّعه. لكن التقطيع قدرةُ تنسيقٍ وتجارةٍ أكثر بكثيرٍ منه قدرةً راديويّة. فما زال في الخليّة طقمٌ واحدٌ من كتل المورد، ومكبّرٌ واحد، ومجدولٌ واحد؛ والقطعة لا تخلق طيفاً. وما تخلقه هو مطالبةٌ قابلةٌ للإنفاذ على الطيف الموجود، مع سياسةٍ منفصلةٍ وفوترةٍ منفصلةٍ وتأكيدٍ منفصل. فتعامل مع «نشرنا التقطيع» كقولٍ عن النواة ونظام التشغيل، واسأل بشكلٍ منفصلٍ عمّا قيل للمجدول أن يفعله به.
هذا أكثر تمييزٍ في 5G يُفهم خطأً، وهو يفسّر تجربةً استهلاكيّةً بعينها. في التشغيل غير المستقلّ — وهو الطريقة التي أُطلقت بها كل شبكةٍ تقريباً — يتّصل الجهاز بمحطّةٍ قاعدةٍ من LTE وبـgNB في الوقت نفسه. وجانب LTE هو السيّد: فهو يملك مستوى التحكّم، ويحمل الإشارات، ويدير التنقّل، ويتّصل بنواة LTE. أمّا gNB فعقدةٌ ثانويّةٌ مثبَّتةٌ إلى جانبه لتضيف معدّل نقلٍ في مستوى المستخدم. وفي التشغيل المستقلّ تقف gNB وحدها مع نواة 5G، ولا يدخل LTE في الأمر إطلاقاً.
وقل النتيجة صريحةً، فالتسويق لم يقلها. فالجهاز غير المستقلّ الذي يُظهر مؤشّر 5G يستعمل حوامل NR للبيانات حقّاً — والزيادة في معدّل النقل حقيقيّة — بينما كل إشاراته LTE ورُزَمه تعبر نواة LTE. ومعنى ذلك: لا نواة 5G، فلا معماريّةً قائمةً على الخدمات، فـلا تقطيع شبكة؛ ولا ضماناتٍ لزمن استجابةٍ أصيلةً في 5G، لأن مستوى التحكّم والنواة لم يُصمّما لها؛ ولا صوتاً على NR، فتتراجع المكالمات إلى خدمة الصوت في LTE التي وصفها الدرس M11-L2. فكل ما في هذا الدرس وليس خاصيّةً راديويّةً محضةً يقتضي التشغيل المستقلّ. ولهذا فإن هجرة الصناعة البطيئة الباهظة من غير المستقلّ إلى المستقلّ تعني لما تستطيعه 5G فعلاً أكثر من أي رقم ذروة.
| الجانب | غير مستقلّ (NSA) | مستقلّ (SA) |
|---|---|---|
| مستوى التحكّم | eNodeB من LTE، وإشارات LTE | gNodeB، وإشارات NR |
| نواة الشبكة | نواة الرُزَم المطوَّرة في LTE | نواة 5G، قائمةٌ على الخدمات |
| ما تكسبه | معدّل نقلٍ من حامل NR، من اليوم الأول، بالمواقع القائمة | التقطيع، ومستوى مستخدمٍ حافّيّ، وأهداف زمن استجابةٍ منخفض، وصوتٌ على NR |
| مؤشّر الجهاز | يُظهر 5G وهو يراسل عبر LTE | يُظهر 5G ويعنيها من طرفٍ إلى طرف |
أثار الدرس M10-L3 هذه النقطة في MIMO وهي تحتاج إثارةً أقوى هنا. احسب ما يقتضيه عنوان الـ20 غيغابت/ث فعلاً. خُذ كفاءةً طيفيّةً نحو 6 bit/s/Hz للطبقة المكانيّة — أي ثمانية بتّاتٍ للرمز في 256-QAM (الدرس M5-L4)، ناقص معدّل الترميز، ناقص 6.6% للبادئة، ناقص الإشارات المرجعيّة وعبء التحكّم. ثم 20×10⁹ / (6 × 4 طبقات) = 833 ميغاهرتز من عرض النطاق، أي: حاملان مليمتريّان مجمَّعان بعرض 400 ميغاهرتز، وأربع طبقاتٍ مكانيّة، وأكثف تضمينٍ في NR، ومعدّل ترميزٍ قريبٌ من واحد — كلّها في الوقت نفسه، ولذلك كلّها في خطّ نظر. واضرب عائداً للتحقّق: 800×10⁶ × 4 × 6 = 19.2×10⁹ ≈ 20 غيغابت/ث ✓.
وكلٌّ من تلك الشروط قابلٌ للتحقيق منفرداً. والمشكلة في كلمة معاً. فخطّ النظر عند 28 غيغاهرتز يعني ألا يكون بينك وبين اللوح شخصٌ ولا مركبةٌ ولا ورقة شجر؛ ومعدّل ترميزٍ قريبٌ من واحد يعني نسبة إشارةٍ إلى ضوضاء لا توجد إلا قريباً؛ وأربع طبقاتٍ مكانيّةٍ نظيفةٍ تحتاج الاستطارة الغنيّة التي يميل خطّ النظر الصافي إلى عدم توفيرها (وهو تحذير الدرس M10-L3 نفسه)؛ و800 ميغاهرتز من طيف FR2 المجمَّع منشورةٌ في عددٍ قليلٍ من المواضع. والاحتمال المشترك لتحقّق كل ذلك هو ما يجعل الـ20 غيغابت/ث رقم عرضٍ توضيحيّ. أمّا الخليّة متوسّطة النطاق التي تخدم حيّاً كاملاً فلها قناةٌ واحدةٌ بعرض 100 ميغاهرتز، يحدّها شانون عند 666 ميغابت/ث بنسبة 20 ديسيبل، مقسومةً على كل من يرتبط بها — وذلك، لا العنوان، هو الرقم الذي يصف 5G كما يلقاها معظم الناس.
لاحظ أي زاويةٍ لم يسلّمها هذا الدرس. فـeMBB تُجاب بعرض النطاق والترقيم وMIMO الضخم؛ وURLLC تُجاب بالفتحات القصيرة والفتحات المصغّرة ومستوى مستخدمٍ حافّيّ. أمّا mMTC فتُجاب في معظمها بشيءٍ ليس NR أصلاً. فالتقنيّات التي وصلت العدّادات والحسّاسات فعلاً — إنترنت الأشياء ضيّق النطاق وLTE-M — مشتقّةٌ من LTE وضيّقة النطاق ومُعيَّرةٌ قبل إطلاق 5G؛ وهي محمولةٌ إلى شبكات 5G لا مستبدَلةٌ بتصميمٍ من NR. ويتناولها الدرس M11-L4 إلى جانب البلوتوث وZigbee وLoRa، ومقارنة ميزانيّات قدرتها بكل ما في هذا الدرس أوضح توضيحٍ في الدورة لأن «الأحدث» و«المناسب للمهمّة» سؤالان مختلفان. وما بعد ذلك، تجمع الوحدة 12 الدورة كلّها في نظامٍ واحدٍ من طرفٍ إلى طرفٍ وتنظر في ما يُقترح لـ6G — حيث تعود حجّة الزوايا الثلاث نفسها، بزوايا أخرى.