تعمل 5G على تحويل الصناعات والمجتمع وكيف نتواصل ونعيش. إن 4G ليست مجرد 5G LTE أسرع ، فهي واحدة من أكثر التقنيات تحويلية في تاريخ الاتصالات. إنه أسرع بعشر مرات من الجيل الرابع ، ويدعم حركة مرور الشبكة 10،4 مرة ، ويمكنه التعامل مع أجهزة أكثر بمئة مرة ، مع تمكين خمسين وقت الاستجابة مع عدم وجود أي توقف محسوس. يعد توقيت الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) من أهم التقنيات التي ستساعد في تحقيق وعد 10,000G. يوفر توقيت MEMS حلولًا أصغر بكثير وأقل طاقة من الأجهزة المكافئة القائمة على الكوارتز ، وهي أكثر مقاومة للظروف البيئية القاسية.
ما هي التغييرات التكنولوجية المطلوبة لتحقيق إمكانات 5G بشكل كامل؟
على الرغم من أن 5G تعتمد على البنية التحتية الحالية لـ 4G ، فإن شبكات 5G المنتشرة على نطاق واسع تتطلب إعادة تصميم كاملة للبنية التحتية للاتصالات. يتفق خبراء الصناعة عمومًا على أن طرح شبكات 5G بالكامل قد يستغرق عقدًا من الزمن وإدراك قيمتها الكاملة من خلال إنترنت الأشياء ، والقيادة الآلية ، والتطبيب عن بعد ، والذكاء الاصطناعي ، والواقع الافتراضي والواقع المعزز. بدأت شركات النقل الرائدة بالفعل في تقديم خدمة 5G في مناطق المترو الرئيسية هذا العام ، وقد نشهد ما يصل إلى 1.8 مليار اتصال 5G منتشرة في جميع أنحاء العالم بحلول نهاية عام 2021. واحدة من أهم التقنيات التي تمكن 5G من طرف إلى طرف هو توقيت MEMS.
ما الذي يستمر في دفع الحاجة إلى الوفاء بوعد 5G؟
يتطلب الوفاء بالوعد الكامل لشبكة 5G الأداء وعرض النطاق الترددي وزمن الوصول بما يتجاوز ما هو ممكن مع الشبكات الحالية. لقد قمنا حتى الآن بنشر شبكات دون 6 جيجاهرتز، ويحتاج السوق إلى موجة مليمترية فائقة السرعة (mmWave) التكنلوجيا في نطاق 24 جيجا هرتز إلى 40 جيجا هرتز. وسيتطلب هذا التحول نشرًا واسع النطاق للمعدات الخارجية للتغلب على تحديات خط البصر والانسداد والتغطية المرتبطة بترددات الموجات المليمترية.
ظهر متطلبان مهمان للنشر مع تقنية الجيل الخامس: تكثيف الشبكة حيث تتم إضافة مواقع الخلايا أينما كان ذلك لزيادة مقدار السعة المتاحة والتشكيل السحابي الذي يتم فيه استخدام الضوء وأعمدة المرافق الأخرى لتحويل الشبكات وتمكين الخدمات التي تعمل بتقنية الجيل الخامس. نظرًا لتعرضها للصدمات والاهتزازات ودرجات الحرارة القصوى وغير ذلك من ضغوط البيئة القاسية ، تتطلب عمليات النشر هذه مكونات توقيت مرنة وقوية ، وهذا يعني نظام MEMS.
كيف يتم ضمان موثوقية 5G؟
قد يتطلب ضمان شبكات 5G mmWave الموثوقة والمرنة ما يصل إلى 100 × أكثر من المعدات (المحطات الأساسية والخلايا الصغيرة والمرحلات والمكررات) المنتشرة بالقرب من مباني العملاء مثل أعمدة الإنارة وإشارات المرور والملاعب وأسطح المنازل والجدران الخارجية. ستعمل معظم هذه المعدات في بيئات خارجية قاسية وتتحمل درجات الحرارة والرياح والاهتزاز والصدمات الشديدة.
ما هي التقنيات التي تتأثر أو تشارك في تطبيقات 5G؟
تشمل تقنيات الأجهزة والبرامج المتأثرة أو المشاركة في تطبيقات 5G ، على سبيل المثال لا الحصر ، الدوائر المتكاملة للترددات اللاسلكية المحسنة ، وصفائف الهوائي ، ومكبرات الصوت ، وتقنيات تشكيل الحزمة ، وتقنيات إدارة الحزمة. في مؤتمر شبكات الوصول الراديوي المفتوح والذكي (O-RAN) الذي تم تحديده من قبل المشغل مؤخرًا ، كانت الحاجة إلى مزامنة التوقيت لـ 5G موضوعًا نوقش بشدة. هذا لأن العديد من التقنيات الأساسية المتضمنة في 5G لا تتطلب المزامنة فحسب ، بل تتطلب في الواقع مستويات من محاذاة التوقيت بما يتجاوز أي شيء تم نشره سابقًا على هذا النطاق.
لماذا تعتبر أجهزة التوقيت مهمة جدًا لعمليات نشر 5G؟
تعد أجهزة التوقيت القلب النابض لجميع الأنظمة الإلكترونية بما في ذلك البنية التحتية للاتصالات والمعدات الصناعية وأنظمة السيارات ومنتجات إلكترونية لا حصر لها. فكر في شريحة التوقيت على أنها جهاز إيقاع يستخدمه عازف البيانو ، مما يوفر للموسيقي إيقاعًا دقيقًا وثابتًا للحصول على أداء موسيقي أكثر وضوحًا ووضوحًا. على الرغم من انتشار تكنولوجيا التوقيت في حياتنا ، فإن قلة نسبيًا من الناس - باستثناء مهندسي النظام والمهندسين المعماريين - على دراية بالأدوار الحاسمة التي لعبتها الساعات والمذبذبات في ثورات الاتصالات على مدى العقود العديدة الماضية. مع دخولنا عصر الجيل الخامس ، أصبحت تقنية التوقيت أكثر أهمية من أي وقت مضى.
ما هي تقنيات التوقيت المختلفة في 5G؟ لماذا النظم الكهروميكانيكية الصغرى القائمة على السيليكون؟
استخدمت معظم الأنظمة الإلكترونية تاريخياً أجهزة توقيت تعتمد على الكوارتز ، تشبه وظيفياً بلورات الكوارتز التي يتردد صداها بهدوء داخل ساعات المعصم التناظرية. الكوارتز هي تقنية توقيت عمرها 70 عامًا ، وقد خدمتنا الرنانات والمذبذبات بشكل جيد على مدى عقود. ومع ذلك ، هناك ثورة هادئة جارية في صناعة التوقيت. استبدلت أجيال جديدة من أجهزة التوقيت القائمة على رنانات الأنظمة الميكانيكية الإلكترونية الدقيقة (MEMS) الصغيرة والمبتكرة الكوارتز في التطبيقات التي تتطلب أعلى موثوقية ومرونة للضغوط البيئية. توفر تقنية MEMS ، جنبًا إلى جنب مع الدوائر التناظرية ، حل توقيت كامل أصغر بكثير وأقل طاقة من الأجهزة المكافئة القائمة على الكوارتز ، وأكثر مقاومة للظروف البيئية القاسية.
لماذا ظهرت MEMS كتقنية توقيت 5G بحكم الواقع؟
تم تحسين أجهزة توقيت MEMS على مدى أجيال متعددة وقد حلت بشكل مطرد محل نظيراتها القائمة على الكوارتز في العديد من تطبيقات الاتصالات والشبكات المطلوبة مثل 4G LTE والبنية التحتية اللاسلكية 5G. توفر الرنانات والمذبذبات المستندة إلى MEMS وأجهزة "نظام على مدار الساعة على رقاقة" أوامر أداء وموثوقية ومرونة أعلى من حلول الكوارتز. لهذه الأسباب ، تعد MEMS تقنية توقيت دقيقة مثالية لمحطات 5G الكبيرة والخلايا الصغيرة المنتشرة في الهواء الطلق ، مما يساعد صانعي المعدات وشركات الاتصالات المتنقلة على الوفاء بوعد 5G.
وفي الختام
سيعتمد نجاح 5G جزئيًا على رضا العملاء ، ليس فقط من حيث الأداء اللاسلكي منقطع النظير ولكن أيضًا من حيث الموثوقية القوية. مع 5G ، ببساطة لا يوجد خيار لانقطاع المكالمات أو انقطاع الشبكة بسبب درجات الحرارة القصوى أو الاهتزاز المفرط أو الصدمات المفاجئة. سواء كان الأمر يتعلق بسيارة ذاتية القيادة أو الجراحة عن بُعد ، يجب أن يكون المشغلون والمستخدمون على حدٍ سواء قادرين على الاعتماد على 5G كتقنية آمنة من الفشل. بدأ صانعو معدات 5G بالفعل في استخدام تقنية التوقيت المستندة إلى MEMS في البنية التحتية للشبكة. في الواقع ، أكثر من 10 تطبيقات مختلفة للجيل الخامس تستخدم الآن أجهزة توقيت MEMS.
لقد حان الوقت: إن ثورة 5G تسير على قدم وساق ، وستساعد التطورات الأخيرة في تقنية توقيت MEMS على تنشيط الابتكار والتحول القادم للشبكات اللاسلكية.
عن المؤلف
حول SiTime