الوحدة 12 · الدرس 1

جمع كل القطع معاً — نظامٌ من الطرف إلى الطرف

24 دقيقة قراءة
مقال

ثلاثةٌ وأربعون درساً، سلّمك كلٌّ منها قطعةً واحدة. كان التضمين درساً، وفقد المسار درساً، والضوضاء درساً، وOFDM درساً، وكلٌّ منها عولج بأرقامه الخاصّة، مُنتقاةً لتُوصل مغزى ذلك الدرس نظيفاً. والذي لم يحدث قطُّ هو ما يفعله المهندس العامل فعلاً: خُذ نظاماً واحداً، وثبّت مجموعةً واحدة من البارامترات، واحملها عبر كل كتلة من بتٍّ عند المصدر إلى بتٍّ عند الوجهة — حتّى يصير التضمين الذي اخترته في السطر الرابع هو السبب في أنّ الخليّة 336 متراً لا 892، ويصير هامش التداخل الذي اضطُررت بعدها إلى التنازل عنه هو السبب في أنّك تحتاج ثلاثة أضعاف عدد المحطّات القاعديّة.

لا يُدخل هذا الدرس فيزياء جديدة. مهمّته كلّها التجميع، وفيه وصلةٌ محسوبةٌ واحدة لا غير. وكلّ رقمٍ أدناه إمّا مُعادُ حسابه من البارامترات في الأعلى، وإمّا محمولٌ من درسٍ مُسمّى؛ وحيث يختلف رقمٌ عن الدرس الذي جاء منه، يُذكَر الاختلاف صراحةً بدل أن يُطمَس. فإن استطعت متابعة وصلةٍ واحدة من طرفها إلى طرفها، استطعت بناء الجدول الحسابي الذي يقرّر أتُبنى شبكةٌ أم لا — والأنفع من ذلك، صرت تعرف أيّ سطرٍ في جدول غيرك هو الذي يكذب.

السلسلة، في الاتّجاهين

ابدأ من شكل الشيء. الوصلة الراديويّة خطُّ إنتاج، والمستقبِل هو الخطّ نفسه معكوساً. كلّ كتلةٍ تكلّف شيئاً — عرض نطاق، أو قدرة، أو زمن استجابة، أو ديسيبلات، أو مالاً — وتشتري شيئاً آخر؛ والجدول أدناه يسمّي الدرس الذي سعّر كلّ مقايضة. اقرأ النصفين بوصفهما صورتين متقابلتين في مرآة: كلّ عمليّةٍ على جانبٍ تنقضها العمليّة التي تقابلها على الجانب الآخر.

كتلة الإرسالتُدرَّس فيما تكلّفهما تشتريه
المصدر، ورقمنتهM5-L1أخذ عيّنات الموجة وتكميمها يحوّل إشارةً تناظريّةً واحدة إلى معدّل بتّاتٍ خامٍ أعلى بكثيركلّ ما يأتي بعده: تصحيح الأخطاء والتعمية والتعديد والتجديد لا توجد إلّا للأعداد
ترميز المصدر (الضغط)غير مُدرَّس في هذه الدورةتعقيدٌ وتأخيرٌ عند الطرفينبتّاتٌ أقلّ تُحمَل، وهي أرخص ديسيبل في السلسلة كلّها. ذُكِر هنا لاكتمال الصورة — فالدرس M5-L1 يعدّ الضغط نتيجةً للانتقال إلى الرقمي لكنّه لا يطوّره
ترميز القناةM6-L4, M9-L2عرض النطاق أو المعدّل: شفرةٌ بمعدّل Rc ترسل 1/Rc من بتّات القناة لكلّ بتّ معلومة، زائد تأخير فكّ الترميزكسب الترميز — من 5 إلى 8 ديسيبل للشفرات التقليديّة، ومن 10 إلى 11 ديسيبل لتيربو وLDPC، مقيساً عند معدّل خطأ بتٍّ مُعلَن (M9-L2)
ربط البتّات بالرموزM5-L2, M5-L3, M5-L4نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة: كلّ بتّين إضافيّين في الرمز يكلّفان نحو 6 ديسيبل (M6-L4)log₂M بتّاً لكلّ رمز، أي كفاءةً طيفيّة (M6-L3)
تشكيل النبضة / تضمين OFDMM6-L2, M10-L2عرض نطاقٍ زائد α للحاملة الواحدة؛ والبادئة الدوريّة وPAPR لـOFDMتداخلٌ بين الرموز صفريٌّ عند لحظات المعاينة، ولـOFDM قناةٌ هي عددٌ مركّبٌ واحد لكلّ حاملٍ فرعي
الرفع إلى التردّد الراديويM3-L1مذبذبٌ تصير ضوضاء طوره وخطؤه الترددي أرضيّةً لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (تداخل الحوامل في M10-L2)إشارة نطاقٍ قاعديّ نُقلت إلى نطاقٍ يكون فيه الهوائي بحجمٍ معقول (M3-L1, M7-L2)
مكبّر القدرةM5-L4, M10-L2الكفاءة: إشارةٌ بـ8–12 ديسيبل من PAPR تقتضي إرجاع المكبّر للخلف بالقدر نفسهقدرة الإرسال — الحدّ المطلق الأوّل والوحيد في موازنة الوصلة (M9-L4)
الهوائيM7-L1, M7-L2, M7-L4الفُتحة، وهي حجمٌ فيزيائي؛ والكسب في اتّجاهٍ واحد هو فقدٌ في كلّ اتّجاهٍ آخركسبٌ اتّجاهيّ بـdBi، ومع مصفوفةٍ حزمةٌ قابلة للتوجيه (M7-L4)

وبين الهوائيّين يقع الجزء الذي لم يصمّمه أحد. تُسهم القناة بأربعة أشكالٍ من الإفساد، ويجدر أن تلاحظ أنّها تفشل بأربع طرائق مختلفة، ولذلك تُسعَّر بأربع أدواتٍ مختلفة:

كتلة الاستقبالتُدرَّس فيما تكلّفهما تشتريه
الهوائي، ثمّ مكبّر الضوضاء المنخفضةM7-L2, M9-L1كلّ ديسيبل من عامل الضوضاء ديسيبلٌ من المدى تتنازل عنه. وتَسَلسُل فرايس يجعل المرحلة الأولى هي المهيمنة، ولهذا يجلس المكبّر عند الهوائيسلسلة الاستقبال كلّها تنهار في رقمٍ واحد هو NF
الخفض إلى النطاق القاعديM3-L1, M10-L2خطأ المذبذب المحلّي يصير تداخلاً بين الحوامل لا تزيله القدرةعودة التردّد الراديوي إلى النطاق القاعدي، حيث يجري أخذ العيّنات
المرشّح المطابق / FFTM6-L2, M10-L2مزامنةٌ في الزمن والتردّد، ولـOFDM تحويل FFT مع كل رمزأفضل نسبة إشارةٍ إلى ضوضاء ممكنة في ضوضاء غاوسيّة (زوج جذر جيب التمام المرفوع في M6-L2)، وقنواتٌ مسطّحة لكلّ حاملٍ فرعي
المُعادِل / تقدير القناةM10-L2, M10-L3رموزٌ استرشاديّة ومرجعيّة، وهي حمولةٌ لا ترسلهاقسمةٌ مركّبةٌ واحدة لكلّ حاملٍ فرعي بدل مُعادِلٍ تكيّفيٍّ بخطّ تأخيرٍ متفرّع
إزالة التضمينM5-L3, M9-L2نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة التي تُقاس الموازنة كلّها إزاءها — الحدّ الوحيد الذي لا يستطيع المستقبِل مساومتهقراراتٌ على البتّات، ومعها معدّل الخطأ الذي حوّله M9-L2 إلى منحنى
فكّ ترميز القناةM9-L2زمن استجابة، ومساحة سيليكونكسب الترميز الذي دفع المرسِل عرض نطاقٍ ثمناً له — يُحصَّل هنا، ولا مكان سواه
فكّ ترميز المصدر، والوجهةM5-L1—البتّ الذي وُضِع في الأعلى. فإن كان البتّ نفسه، فقد نجحت الوصلة

كتلتان في تلك القائمة ليستا راديو أصلاً، وواحدةٌ غائبةٌ تماماً. ترميز المصدر وفكّ ترميزه ينتميان إلى نظريّة المعلومات ولا يُطوَّران في أيّ موضعٍ من WRL 101 — يذكر M5-L1 الضغط بوصفه فائدةً للانتقال إلى الرقمي ثمّ يقف. وهما في المخطّط لأنّ سلسلةً تُرسَم من دونهما تُغري بالاعتقاد أنّ الراديو هو من يقرّر معدّل البيانات، بينما المرمِّز في الواقع هو من يقرّره غالباً. وكن مرتاباً بالقدر نفسه من الغياب الآخر: ليس في السلسلة أعلاه شيءٌ اسمه «بروتوكول»، ومع ذلك فإعادة الإرسال والجدولة والترويسات تلتهم عادةً من المعدّل المُسلَّم أكثر ممّا يلتهمه أيّ ديسيبل مفردٍ أدناه.

نظامٌ واحد، مجموعةُ بارامتراتٍ واحدة

ثبّت الآن البارامترات ولا تغيّرها بعدها أبداً إلّا عن قصد. الوصلة هي وصلةٌ هابطة في نطاق 5G NR المتوسّط: موقعٌ حضريٌّ كبير عند 3.5 غيغاهرتز، في النطاق n78 الذي يعدّه الدرسان M10-L4 وM11-L3 مزدوجاً بتقسيم الزمن في كل مكانٍ تقريباً، يخدم جهازاً محمولاً باليد. وكلّ قيمةٍ أدناه إمّا رقمٌ استعمله درسٌ مُسمّى من قبل، وإمّا رقمٌ معياريٌّ مذكورٌ بوصفه كذلك.

البارامترالقيمةمن أين يأتي
تردّد الحامل3.5 غيغاهرتزالنطاق n78، 3300–3800 ميغاهرتز (M10-L4, M11-L3)
عرض نطاق القناة100 ميغاهرتز، TDDيحسب M9-L1 أرضيّة الضوضاء لـ100 ميغاهرتز؛ ويسرد M10-L2 صفّ 100 ميغاهرتز / 4096 نقطة / 30 كيلوهرتز
تباعد الحوامل الفرعيّة30 كيلوهرتز، بادئة دوريّة عاديّة 2.34 µsM10-L2، ومُتحقَّقٌ منه أدناه
قدرة المحطّة القاعديّة46 dBm (40 واط) لكلّ حاملرقم M9-L4 للموقع الكبير
فقد المغذّي والموصّلات2.0 ديسيبلM9-L4
كسب هوائي اللوحة17 dBi للوحة قطاعيّةM7-L2، مستعمَلٌ في المثال الخلوي في M9-L4
كسب هوائي الهاتف0 dBiM7-L2
فقد الجسم3.0 ديسيبلM9-L4
فقد التنفيذ2.0 ديسيبلM9-L4
عامل ضوضاء الهاتف7.0 ديسيبلموازنة الوصلة الهابطة في M9-L4
التضمين ومعدّل الترميز64-QAM، Rc = 3/4M5-L4, M6-L3
الطبقات المكانيّة2 (وصلة 2×2 إلى هاتفٍ بهوائيّين)M10-L3: min(Nt, Nr) = 2
أُسّ فقد المسارn = 3.5، مُثبَّتٌ عند d₀ = 100 مM8-L4: الحضريّ الكبير n = 2.7–3.5، ومرجعٌ خارجيٌّ عند 100 م أو 1 كم
الهوامشخبوت 8.0، تظليل 10.2، تداخل 3.0 ديسيبلM8-L3, M8-L4, M9-L3، كلّها كما سعّرها M9-L4

الخطوة 1 — أرضيّة الضوضاء، وهي غير قابلة للتفاوض

كلّ ما يُسهم به المستقبِل ينهار في رقمٍ واحد، وقد بناه M9-L1 من −174 dBm/Hz عند 290 كلفن. حدُّ عرض النطاق لـ100 ميغاهرتز هو 10 log₁₀(10⁸) = 80.00 ديسيبل بالضبط، فتكون الأرضيّة الحراريّة −174 + 80 = −94.0 dBm — وهو الرقم نفسه الذي يذكره M9-L1 لقناة 5G بعرض 100 ميغاهرتز، فهذا تحقُّقٌ لا حسابٌ جديد. أضف عامل ضوضاء الهاتف 7 ديسيبل، فتصير الأرضيّة الفعّالة −87.0 dBm.

الخطوة 2 — نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة، مشتقّةً لا مزعومة

هذا هو الحدّ الذي تتحايل عليه أكثر الموازنات، فابنِه بدل ذلك من M6-L4 وM9-L2. يحتاج 64-QAM غير المُرمَّز إلى Eb/N₀ = 18.8 ديسيبل عند معدّل خطأ بتٍّ 10−6 (جدول M6-L4، المقتبَس ثانيةً في M9-L2). وشفرة LDPC بمعدّل 3/4 تُعيد كسب ترميزٍ يضعه M6-L4 عند 5 إلى 8 ديسيبل ويضعه M9-L2 عند 10 إلى 11 — والدرسان يختلفان، وهذا الدرس الختاميّ لن يموّه على ذلك. خُذ 5.3 ديسيبل، دون أدنى المديين معاً، فيصير كلّ رقمٍ يليه أرضيّةً لا تنبّؤاً؛ ويمشي قسم «ما لا يستطيع هذا النموذج إخبارك به» بأثر رقمٍ أسخى على الجواب. ثمّ حوّل الطاقة لكلّ بتّ إلى نسبة قدرةٍ بعلاقة M9-L1: SNR = Eb/N₀ + 10 log₁₀η، حيث η هي الكفاءة الطيفيّة على الحامل الفرعي، log₂64 × 3/4 = 6 × 0.75 = 4.5 b/s/Hz:

نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة، من التضمين والشفرة والكفاءة
\mathrm{SNR}_{req} = \frac{E_b}{N_0}\bigg|_{unc} - G_c + 10\log_{10}\eta_{sub} = 18.8 - 5.3 + 6.53 = 20.0\ \text{dB}
10 log₁₀(4.5) = 6.53 ديسيبل، فيكون المجموع 18.8 − 5.3 + 6.53 = 20.03 ديسيبل، ويُقرَّب إلى 20.0 ديسيبل. وهذا رقمٌ يستحقّ وقفة: استعمل M9-L4 نسبةً مطلوبة قدرها 20 ديسيبل لـ64-QAM عند معدّل 3/4 ونسبها إلى M9-L1، وهنا أُعيد بناؤها من Eb/N₀ غير المُرمَّز ومن كسب ترميزٍ مُعلَن. طريقان، والرقم نفسه ✓ — والآن صار لـ20 ديسيبل افتراضُ كسب ترميزٍ ملتصقٌ بها يمكن مجادلته.

الخطوة 3 — الحساسيّة

الحساسيّة، من M9-L1
S_{\text{dBm}} = -174 + 10\log_{10}B + \mathrm{NF} + \mathrm{SNR}_{req} = -174 + 80 + 7 + 20.0 = -67.0\ \text{dBm}
أربعة حدود، تماماً كما جمعها M9-L1: الفيزياء، واختيارك لعرض النطاق، ومقدّمتك الراديويّة، وتضمينك. تبدو −67.0 dBm رديئةً بجانب أرقام −100 dBm المذكورة للراديوات ضيّقة النطاق، وهي كذلك بحقّ — فثمانون ديسيبلاً منها هي حدّ عرض النطاق. حساسيّةٌ بلا عرض نطاقٍ إلى جانبها لا معنى لها (M9-L1, M9-L4)، وهذا أوضح مثالٍ ممكن: السيليكون نفسه في قناة 200 كيلوهرتز يقرأ أفضل بـ10 log₁₀(10⁸/2×10⁵) = 27.0 ديسيبل.

الخطوة 4 — جانب الإرسال، نزولاً إلى القدرة المستقبَلة

EIRP أوّلاً، لأنّه كلّ ما تعرفه بقيّة الوصلة عن المرسِل (M8-L1): 46.0 − 2.0 + 17.0 = 61.0 dBm. وهذا هو EIRP نفسه الذي حسبه M9-L4 لوصلته الهابطة عند 900 ميغاهرتز، من الأسطر الثلاثة نفسها — مصادفةُ افتراضاتٍ مشتركة لا اشتقاق، لكنّها مرساةٌ مفيدة. ثمّ فُقدُ طرف الاستقبال:

الخطوة 5 — الهوامش، والمسافة التي تسقط منها

ثلاثة هوامش، بثلاث آليّات، تُجمَع جمعاً بدل جذر مجموع المربّعات لأنّها ليست كلّها غاوسيّةً بالديسيبل (قاعدة M9-L4): 8.0 ديسيبل هامش خبوت، وهو الرقم الذي بَرَّره M9-L4 لوصلة OFDM يمتدّ رمزها أبعد كثيراً من عرض نطاق الترابط (M8-L3) — وهو متحفّظٌ هنا، إذ يضيف هوائيا الاستقبال تنوّعاً فوقه؛ و10.2 ديسيبل للتظليل، وهي 1.28 × 8 ديسيبل لموثوقيّة 90% عند حافة الخليّة عند الانحراف الحضري σ في M8-L4؛ و3.0 ديسيبل هامش تداخل، وهو الارتفاع فوق الحراري في M9-L3. المجموع 21.2 ديسيبل. وتُغلَق الوصلة حين

56.0 − PL ≥ −67.0 + 21.2 = −45.8 dBm، فيكون فقد المسار المسموح 56.0 + 45.8 = 101.8 ديسيبل.

حوّل ذلك إلى مسافة. نموذج هاتا مستبعَدٌ هنا — يذكر M8-L4 أنّ صلاحيّته تنتهي عند 1500 ميغاهرتز، و3.5 غيغاهرتز أكثر من ضعف ذلك — فاستعمل نموذج لوغاريتم المسافة بمرساةٍ خارجيّة. يحسب M11-L3 فقد الفضاء الحرّ عند 3.5 غيغاهرتز على 100 م بأنّه 83.3 ديسيبل؛ وبإعادة الحساب من صيغة M8-L1: 92.45 + 20 log₁₀(0.1) + 20 log₁₀(3.5) = 92.45 − 20 + 10.88 = 83.33 ديسيبل ✓.

نصف القطر المخدوم عند أعلى تضمين
d = d_0 \cdot 10^{\frac{PL_{max} - PL(d_0)}{10n}} = 100 \cdot 10^{\frac{101.8 - 83.33}{35}} = 336\ \text{m}
(101.8 − 83.33)/35 = 18.47/35 = 0.5277، و100.5277 = 3.371، فتكون d = 337 م — أو 336 م إن حملت فقد المسار المسموح غير المقرَّب 101.768 ديسيبل بدل 101.8 المطبوع أعلاه. والأداة التفاعليّة تحمل السلسلة غير المقرَّبة، فتُظهر 336. تحقّق عكسيّاً: 83.33 + 35 × log₁₀(3.371) = 83.33 + 18.47 = 101.8 ديسيبل ✓. ستّةٌ وثلاثون وثلاثمئة متر هي نصف القطر الصادق لـ64-QAM من موقعٍ كبير قدرته 40 واط — وهي السبب في أنّ مواقع 5G في المدن الكثيفة تتباعد مئات الأمتار لا كيلومترات.

أعِد الأسطر الثلاثة الأخيرة عند أسفل سلّم التضمين، فيغطّي الموقع نفسه مدينةً مختلفة. فـQPSK بمعدّل 1/2 له η = 2 × 0.5 = 1.0 b/s/Hz، أي 10 log₁₀(1.0) = 0، ويعطي M6-L4 قيمة 10.5 ديسيبل من Eb/N₀ غير المُرمَّز لـQPSK عند معدّل خطأ بتٍّ 10−6. ومع كسب الترميز نفسه 5.3 ديسيبل، تكون SNRreq = 10.5 − 5.3 + 0 = 5.2 ديسيبل:

موقعٌ واحد، وبيئةٌ فيزيائيّةٌ واحدة، ومجموعةُ هوامشَ واحدة، ونصفا قطرٍ يختلفان بعامل 2.65 — والشيء الوحيد الذي تغيّر هو كم بتّاً طلبت من كلّ رمزٍ أن يحمل. التغطية ليست خاصّيّةً لمحطّةٍ قاعديّة. إنّها خاصّيّةٌ لمحطّةٍ قاعديّة ومعدّل بياناتٍ معاً، يُذكران معاً.

من الهرتز إلى البتّات المُسلَّمة

تقول الموازنة أعلاه إنّ الوصلة تُغلَق عند 336 م. ولا تقول شيئاً عن السرعة، والفجوة بين «100 ميغاهرتز» و«الميغابتّات المُسلَّمة» هي حيث تُصنَع معظم دعاوى صحائف البيانات. ابنِها بالطريقة الصادقة، عاملاً عاملاً، مستعملاً أرقام M10-L2.

الخطوة 6 — كم عنصر موارد في الثانية

الخطوة 7 — البتّات

معدّل البتّات المُسلَّم، مُجمَّعاً من ستّة عوامل
R_b = L \cdot N_{sc} \cdot R_{sym} \cdot U \cdot \log_2 M \cdot R_c
L طبقات (M10-L3)، وNsc حاملاً فرعيّاً، وRsym رمزاً في الثانية، وU النسبة النافعة، وlog₂M بتّاً لكلّ رمز (M5-L4)، وRc معدّل الترميز (M6-L3). عدديّاً: 91.73×10⁶ × 0.86 = 78.89 × 10⁶ عنصر بياناتٍ في الثانية، يحمل كلٌّ منها 6 × 3/4 = 4.5 بتّ معلومة، فتكون النتيجة 355.0 Mbit/s لكلّ طبقة و710 Mbit/s على طبقتين.

والآن الكفاءة الطيفيّة، وهي تعريف M6-L3 مطبَّقاً على الرقم الذي سُلِّم فعلاً لا على الرقم الذي على الحامل الفرعي: η = 710×10⁶/100×10⁶ = 7.10 b/s/Hz. على الحامل الفرعي كانت 4.5 لكلّ طبقة، أي 9.0 لطبقتين؛ والنسبة 7.10/9.0 = 0.789 هي النسبة النافعة، وقد وصلت مرّةً ثانية من طريقٍ مختلف ✓. وقارنها برقمٍ منشور: يعطي جدول M6-L3 لـLTE بـMIMO 2×2 ذروةً نحو 7.5 b/s/Hz، بلغها بالطريقة نفسها — 64-QAM في تدفّقين مكانيّين. و7.10 مقابل 7.5 اتّفاقٌ في حدود 5%، والباقي هو الترميز: فعند معدّل 5/6 بدل 3/4 تعطي السلسلة نفسها 6 × 5/6 × 2 × 0.789 = 7.89 b/s/Hz، فتقع 7.5 في M6-L3 بين معدّلَي الترميز في هذا الدرس. لا شيء متناقض، والمقارنة إنّما تنجح لأنّ كلا الرقمين ذُكِر مع افتراضاته.

الـ710 Mbit/s لحظةٌ في الوصلة الهابطة، لا ساعةٌ منها. هذا حاملٌ مزدوجٌ بتقسيم الزمن، فالاتّجاهان يتقاسمان المئة ميغاهرتز نفسها في الزمن. ويعمل M10-L4 أمثلته عند حصّةٍ هابطةٍ قدرها 75% (ويسعّر البديل بـ10 log₁₀(0.75) = −1.25 ديسيبل من متوسّط القدرة)، وهو ما يجعل المعدّل الهابط المستدام على نمط 3:1 يساوي 710 × 0.75 = 532 Mbit/s، والكفاءة المستدامة 5.32 b/s/Hz. ولاحظ بدقّة أنّ الموازنة لا تدفع هذه الـ25% — فـ46 dBm هي القدرة أثناء شقٍّ هابط، فيبقى المدى 336 م. الازدواج الزمني يفرض ثمناً على المعدّل، لا على الديسيبلات. وفترة الحراسة لا تكلّف شيئاً عند حجم الخليّة هذا أيضاً: 336 م تعني رحلة ذهابٍ وإيابٍ طولها 672 م، وهي عند 300 م لكلّ ميكروثانية في M10-L4 تساوي 2.24 µs، مقابل رمزٍ واحدٍ عند 30 كيلوهرتز مدّته 35.67 µs متاحٍ كحراسة — ستّة عشر ضعفاً ممّا يلزم.

أين ذهبت الموازنة فعلاً

هاك الوصلة كلّها في عمودٍ واحدٍ من الديسيبلات. اقرأه من أعلاه إلى أسفله ولاحظ أنّ السطر الأخير ليس تقريباً: نسبة الإشارة إلى الضوضاء المتبقّية عند حافة الخليّة تساوي بالضبط النسبة التي طلبها التضمين، لأنّ المسافة حُلَّت لتجعلها كذلك. والدفتر الذي يُغلَق حتّى الكسر العشري دفترٌ تستطيع تسليمه إلى غيرك.

السطرالقيمةالمجموع الجاريالمصدر
خرج مكبّر القدرة+46.0 dBm46.0 dBmموقعٌ كبير 40 واط (M9-L4)
فقد المغذّي والموصّلات−2.0 ديسيبل44.0M9-L4
كسب هوائي اللوحة+17.0 dBi61.0 dBm = EIRPM7-L2, M8-L1
فقد المسار عند 336 م، n = 3.5−101.8 ديسيبل−40.8نموذج لوغاريتم المسافة في M8-L4، مُثبَّتاً على 83.3 ديسيبل في M11-L3
كسب هوائي الهاتف+0.0 dBi−40.8M7-L2
فقد الجسم−3.0 ديسيبل−43.8M9-L4
فقد التنفيذ−2.0 ديسيبل−45.8 dBm = PₕₓM9-L4 — الفجوة بين مُزيل تضمينٍ حقيقي ونظريّة M5-L2
الضوضاء الحراريّة في 100 ميغاهرتز−94.0 dBm—−174 + 80 (M9-L1)
عامل الضوضاء+7.0 ديسيبل−87.0 dBm أرضيّةتَسَلسُل فرايس في M9-L1، وقيمة الهاتف في M9-L4
النسبة المتاحة—−45.8 − (−87.0) = 41.2 dBالمغزى كلّه من الأسطر السبعة أعلاه
هامش الخبوت المحجوز−8.0 ديسيبل33.2ذيل رايلي في M8-L3، مخفَّفاً بتنوّع OFDM الترددي (M10-L2)
هامش التظليل المحجوز−10.2 ديسيبل23.01.28 × 8 ديسيبل عند حافة خليّة 90% (M8-L4)
هامش التداخل المحجوز−3.0 ديسيبل20.0ارتفاعٌ 3 ديسيبل فوق الحراري (M9-L3)
النسبة عند حافة الخليّة 90%—20.0 dB—
النسبة التي يطلبها 64-QAM بمعدّل 3/4—20.0 dB18.8 − 5.3 + 6.53 (M6-L4, M9-L2, M9-L1)
هامش الوصلة—0.0 dB ✓صفرٌ بحكم البناء — فـ336 م هي نصف القطر الذي يبلغ عنده الصفر

اقرأ الدفتر بحسب ما يكلّف لا بحسب ما يجمع. سُلِّم المستقبِل 41.2 ديسيبل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء فأعاد 21.2 ديسيبل منها إلى الإحصاء قبل أن يرى مُزيل التضمين رمزاً واحداً — أكثر من نصفها، أُنفِق على أشياء لم تحدث بعد وقد لا تحدث. وليس ذلك هدراً؛ إنّه ثمن الوعد بموثوقيّة 90% بدل 50%. لكنّه أكبر إنفاقٍ مفردٍ في الصحيفة، أكبر من كسب الهوائي، وأكبر من كسب الترميز، وهو الوحيد الذي لا يظهر أبداً في رقمٍ تسويقي.

الفجوة إلى شانون، مُفكَّكة

تحقُّقٌ أخير، وهو الذي يربط الوحدة 6 بكلّ ما بعدها. عند 20.0 ديسيبل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء، يعطي M6-L3 سقف شانون بأنّه log₂(1 + 100) = 6.658 b/s/Hz لكلّ قناةٍ مكانيّة، ويقول M10-L3 إنّ قناتين تخضعان له كلٌّ على حدة، فيكون سقف هذه الوصلة 2 × 100 ميغاهرتز × 6.658 = 1331.6 Mbit/s. وقد سلّمنا 710. والنقص كلّه هو 10 log₁₀(1331.6/710) = 2.73 ديسيبل، وينفكّ إلى جزأين مُسمّيين لا ثالث لهما:

سببان، ولا شيء غيرهما
10\log_{10}\!\frac{C}{R_b} = \underbrace{10\log_{10}\frac{6.658}{4.5}}_{1.70} + \underbrace{10\log_{10}\frac{1}{0.789}}_{1.03} = 2.73\ \text{dB}
1.70 ديسيبل هي فجوة التنفيذ التي سمّاها M6-L3 — فـ64-QAM بمعدّل 3/4 يسلّم 4.5 من الـ6.658 b/s/Hz التي تسمح بها النسبة، لأنّ كوكبةً حقيقيّةً بشفرةٍ حقيقيّة لا تبلغ الحدّ. و1.03 ديسيبل هي الحمل. ومجموعهما 2.73 ديسيبل، و10 log₁₀(1331.6/710.0) = 2.73 ديسيبل ✓. الفرق بين رقم الكتاب والرقم المُسلَّم محسوبٌ بالكامل، سطراً سطراً، ولا يبقى منه شيء. وهذا هو المقصود من درسٍ خِتامي.

حلقة التصميم: غيّر شيئاً واحداً، تتحرّك ثلاثة

كلّ ما مضى كان مروراً واحداً عبر السلسلة. والذي يجعل تصميم الأنظمة انضباطاً لا عمليّةَ حسابٍ هو أنّ البارامترات مترابطة، فالتغيير الواحد ينتشر حتّى يعود ويغيّر الشيء الذي كنت تحاول تحسينه. أغلق حلقةً واحدةً إغلاقاً كاملاً، بمجموعة البارامترات نفسها، فيتّضح شكل المسألة.

والطلب عاديّ: انتقل من 64-QAM إلى 256-QAM وأعطني ثلثاً إضافيّاً من الإنتاجيّة. تابِعه في دورته.

تلك هي الحلقة، وهي لا تنتهي من تلقاء نفسها. كلّ خطوة تكثيفٍ ترفع التداخل، فتُصغّر الخلايا، فتفرض تكثيفاً أكثر. والذي يكسر الحلقة ليس قدرةً أكبر — فرفع قدرة إرسال الجميع يرفع التداخل بالقدر نفسه ولا يغيّر شيئاً (وهي النقطة المركزيّة في M9-L3). الذي يكسرها هو التمييز المكاني: حزمٌ ضيّقة تضع الطاقة على مستخدمٍ واحد وصفراً على الخليّة المجاورة، وهي مصفوفة M7-L4 وMIMO الضخم في M10-L3، وهي أقوى سببٍ مفردٍ في أنّ 5G استثمر في الهوائيّات بدل عرض النطاق. وحدُّ التداخل هو الحدّ الوحيد في هذا الدرس كلّه الذي يتوقّف على قراراتٍ اتّخذها آخرون، وهذا بعينه ما يجعله الحدّ الصعب.

ما لا يستطيع هذا النموذج أن يخبرك به

مثالٌ محسوبٌ بهذا الترتيب يستدرج ثقةً أكثر ممّا استحقّ، فاختم بالحدود. وكلٌّ من هذه قيدٌ ذكرته الدروس المصدر، وتكراره ليس تواضعاً — إنّه الفرق بين نموذجٍ ودعوى.

ما الذي بنته الدورة

انظر إلى الدفتر مرّةً أخيرة وعُدّ الدروس التي فيه. تسع وحداتٍ وسبعة عشر درساً ظهرت في عمودٍ واحدٍ من ستّة عشر رقماً: ديسيبلات M2-L4، وسبب وجود الحامل من M3-L1، وكوكبة M5-L4، والنسبة المطلوبة من M6-L4، وتعريف الكفاءة من M6-L3، وكسب الهوائي من M7-L2، وفقد المسار من M8-L1 وM8-L4، وإحصاء الخبوت من M8-L3، وأرضيّة الضوضاء من M9-L1، ومعدّل الخطأ من M9-L2، والتداخل من M9-L3، وانضباط الموازنة من M9-L4، وأرقام M10-L2، وطبقات M10-L3، وازدواج M10-L4، وخطّة النطاق من M11-L3. ولم يكن أيٌّ منها اختياريّاً. احذف أيّ سطرٍ منها يتغيّر الجواب بعاملٍ تلاحظه في خريطة تغطية.

وثمّة شيءٌ ثانٍ أهدأ بنته الدورة، وهو عادةٌ لا صيغة: كلّ رقمٍ يصل ومعه عرض نطاقٍ ومرجعٌ وافتراضٌ ونطاق صلاحيّة، وإلّا فهو لا يصل. حساسيّةٌ بلا عرض نطاقٍ مزاج (M9-L4). ودعوى مدىً بلا أُسّ فقد مسارٍ أفضل حالة (M11-L4). ونموذجٌ يُقتبَس خارج نطاق صلاحيّته يعيد رقماً واثقاً بلا معنى (M8-L4). وكفاءةٌ طيفيّة بلا افتراض حملٍ لا يمكن مقارنتها بشيء (M6-L3). وهذه الجمل الأربع هي، في النهاية، معظم ما يفصل المهندس عن جدولٍ حسابي.

الخلاصات الأساسيّة

السابق: البلوتوث وزيغبي وLoRa نظرة عامة التالي: الموضوعات الناشئة