מגדילים עד למקסימום את הפוטנציאל הטמון בדור 5 עם מחשוב חכם הטרוגני וניתן לשדרוג

ככל שהמסחור של דור 5 ממשיך לתפוס מקום, נוצרת עלייה בצפיות באשר להשפעתו האפשרית של דור 5 על העולם שלנו, שהופך להיות מחובר יותר ויותר. למעשה, במהלך העשור הבא אנו מצפים לראות את הצרכנים, העסקים והתחומים העסקיים עוברים שינוי שיתחולל בשל היכולות של דור 5, שעה שהטכנולוגיה מתפרשת באופן נרחב יותר. על אף הפוטנציאל הטמון בגורמים משני צורה אלו, נושאים שונים כגון ביצועים, הספק, כיסוי ועלות מציבים מחסומים, שיכולים לעכב את הפרישה והיישום של רשתות דור 5.

מתמודדים עם האתגרים

אם בוחנים את הביצועים, מסתבר שתקשורת רדיו MIMO מסיבי, אשר מיועד לתחום של תת 6 ג’יגה הרץ (32T32R ו- 64T64R) ברוחבי פס אמצעיים, הם אלו המהווים את גורם הצורה העיקרי הנפרש ברחבי העולם עבור הרדיו החדש (NR) בדור החמישי (5G), שבמרכז קרן השידור. אמנם התוצאות בשטח הציגו שיפורים מבטיחים, בייחוד ביחס לתפוקה של החיבור היורד, אך הביצועים לא היו על פי המצופה. כמו כן, הספק, כיסוי ועלות הפכו להיות אתגרים נוספים שאתם צריך להתמודד. ובנוסף, הביצועים של החיבור העולה היו גרועים עבור התקני ציוד קצה (UE) שנמצאים בגבול התא.

מפעילים ויצרני ציוד מקור של מערכות הפיקו לקחים חשובים כבר מהגל הראשון של פעולות פרישת הרדיו החדש בדור 5, והתכנסו לערוך כמה שיפורים בדור הבא של תכנון מערכות של הרדיו החדש בדור 5, על מנת להתגבר על הבעיות האלו. אופטימיזציה משותפת חוצת שכבות בין הגורם המתזמן (שכבת MAC) לעיצוב האלומה (beamforming) (PHY נמוך), חלוקה פונקציונלית משופרת לצורך ניהול אופטימלי של עיצוב אלומה ויישומים של אלגוריתמי לימוד מכונה (ML), הם חלק מהתחומים המובילים של מחקר ומימוש. אימוץ של מגברי הספק בטכנולוגיית GaN, בעלי נצילות גבוהה יותר, שיפורים באלגוריתמים של ליניאריזציית מגברי הספק ואינטגרציה של פונקציות דיגיטליות ופונקציות המרה מאנלוגי לדיגיטלי ומדיגיטלי לאנלוגי (ADC/ DAC), הם וקטורי הפיתוח המובילים להפחתת ההספק ולהקטנת העלות של לוחות אנטנה לתקשורת הרדיו החדש המסיבי MIMO בדור החמישי.

חשוב לזכור שאנחנו עדיין בשלב מוקדם של השקה מסחרית של הרדיו החדש בדור החמישי. פס רחב נייד מורחב הוא תרחיש השימוש המוביל, אשר עונה על הדרישה המתפשטת במהירות לרוחב פס ברשתות התקשורת הניידת. ארכיטקטורת הליבה המשבשת שקיימת בדור החמישי והיא מבוססת על שירות, אינה קיימת עוד בתחומי הפרישה העכשוויים. בזמן שפרישת הדור החמישי עוברת ממצב בלתי עצמאי (אשר מעוגן בתקן LTE בהקשר לאותות בקרה) למצב של פעולה עצמאית, נוכל לראות בדור החמישי את הופעתה של רשת ליבה מבוססת שירות. המעבר לרשת ליבה בדור החמישי יוכל להאיץ את הופעתם של יישומים ותרחישי שימוש חדשים. מעבר זה, בתמורה, יציב דרישות נוספות בפני תחנות הבסיס של הרדיו החדש בדור החמישי במונחים של זמן המתנה (latency), תפוקה ואמינות. יכולתו של הבסיס המותקן בתחנות בסיס של הרדיו החדש בדור החמישי להתאים עצמו לדרישות שיצוצו במהלך 3 – 5 השנים הבאות, תהיה מכרעת לפרישת שירותים חדשים.

הצרכים המשתנים של המפעילים

אין ספק שדרישות הציוד בדור הבא של הדור החמישי מתפתחות כאשר יותר מפעילים מתכננים פרישות. רוחב הפס המאוכלס האופייני של מערכת, שהוא 100 מגה הרץ, מוכפל ל- 200 מגה הרץ. מספר חברות התשתית ושילובים של חברות תשתית עולה אף הוא. ויחידת הקצה הדיגיטלית מכוונת לרוחב פס גבוה יותר בהרבה עבור התקני רדיו בתת 6 ג’יגה הרץ.

הדרישות האופייניות של רוחב פס במערכות הדור הבא, הדור החמישי, עבור תחומי האמצע של פס הרוחב או עבור פס הרוחב C הן רוחב פס מיידי של 400 מגה הרץ עם רוחב פס מאוכלס של 200 מגה הרץ. כל זאת על מנת שיתאפשרו שיתוף של מפעילים רבים בציוד והקטנה של מספר יחידות SKU הקיימות במערכת, במטרה לענות על דרישות הלקוחות במדינות השונות. השימוש בטכנולוגיות PA חדשות נלקח בחשבון עבור התקני רדיו לרוחב פס רחב, במיוחד בזמן שימוש בהתקני PA בטכנולוגיית GaN, על מנת להגדיל את נצילות ההספק ב- 5 – 10 אחוזים נוספים. הפעולות הכרוכות בהפיכה לליניארי או ביטול עיוות מקדים (predistortion) דיגיטלי במערכות אלו, מורכבות יותר בהרבה ונדרש להם מחשוב רב. בעת המימוש של כל השינויים האלו חובה להקפיד שעקבת ההספק תהיה זהה לכל מגה הרץ של הספקטרום.

הגדלה למקסימום של פוטנציאל הרשת של הדור החמישי

עבור מפעילים שבונים רשתות בדור החמישי, מערכות MIMO לתקשורת רדיו מסיבי של הרדיו החדש בדור החמישי בקרן רוחב הפס האמצעי לתחום תת 6 ג’יגה הרץ, מספקות קיבולת תא גבוהה יותר בהרבה עם יכולת ייחודית לכוון את הקיבולת למקום שבו היא נדרשת. להתקני רדיו מאקרו (macro radio) בתחום רוחב הפס הנמוך יש מאפייני כיסוי גבוהים. רשתות לניידים, המורכבות ממערכות MIMO לתקשורת רדיו מסיבי בתחום תת 6 ג’יגה הרץ, בעלות קיבול גבוה עם תיאום טוב, או כאלו שמורכבות מהתקני רדיו מאקרו בעלי אזורי כיסוי רחבים, יהוו שילוב אידיאלי שיוכל להציע היקף, ביצועים והשקת שירות כדאי מבחינת עלות.

על מנת להגדיל למקסימום את פוטנציאל הרשת, יש צורך שמערכות פס הבסיס בדור החמישי יהיו מערכות חכמות עם אלגוריתמים של אינטליגנציה מלאכותית (AI) ולימוד מכונה (ML), כדי לגרום להתקני רדיו לפעול בדרך מתואמת היטב ולהגדיל למקסימום את הביצועים לכל צומת רדיו, במקביל לאיזון יעיל של עומס התעבורה על פני צמתים אלו. מעבר לכך, אפשר יהיה לפרוש התקני רדיו של גלים מילימטריים בדור החמישי בנוסף על רשתות לתחום תת 6 ג’יגה הרץ במקומות שבהם תידרש קיבולת גבוהה וסביבת הרדיו תתאים היטב להתפשטות של גלים מילימטריים. התקני רדיו לגלים מילימטריים בדור החמישי נמצאים כבר עתה בניסויים ראשוניים ובפרישה באזורים מסוימים בעולם. צפוי שטכנולוגיה זו תשתפר במהלך השנים הקרובות, כך שאפשר יהיה להציע את העלות הנמוכה ביותר עבור קיבולת נתונים בכמה אתרים בתוך רשתות של התקנים ניידים. ככל שרשתות הליבה בדור החמישי יתפרשו בעתיד, שירותים חדשים רבים יופיעו על פני השטח, לצד דרישות חדשות. חשוב מאוד שיהיו קיימים התקני רדיו ניתנים להתאמה ומערכות פס בסיס, כדי להתאים לדרישות עתידיות כאלו, אשר יוצבו בתחום על מנת לשמור על החזר הוצאות הוניות (CAPEX) שהושקעו, ואולי אף להגדיל אותו למקסימום, מבלי להחמיץ תזרימי הכנסות בשירותי הדור החמישי בעתיד.

קידום רשתות הדור החמישי של הדור הבא

התעשייה שמה את עינה על פתרונות הדור הבא, שיהיו גמישים, מבוססי תקנים של רשתות הדור החמישי וישלבו יכולת תכנות בתוכנה, עיבוד זמן אמת, אופטימיזציה של חומרה וקישוריות של כל התקן לכל התקן, עם האבטחה והבטיחות הנדרשות. כל אלו יאפשרו לספקי מערכות אלחוטיות לתכנן, להמציא ולבדל את הפתרונות שלהם, בנוסף על קלות ביצוע שדרוגים בשטח ועם יתרונות חשובים של זמן יציאה לשוק (TTM).

הצורך במחשוב מסתגל

עם הדרישות של תשתית הדור החמישי ומפרטים תעשייתיים שעדיין מתפתחים, קיים צורך עז במחשוב מסתגל. פלטפורמת האצת המחשוב המסתגלת (ACAP) ב- 7 ננו מטר Versal™ של Xilinx, שהיא קטגוריה חדשה של התקני מחשוב הטרוגניים, מתוכננת לענות על הדרישות של ציוד הדור החמישי בדור הבא. בלב הדור החמישי פועלת פלטפורמת מחשוב הטרוגנית באינטגרציה גבוהה וריבוי ליבות, ומבצעת את עיבוד האותות המורכב בזמן אמת, לרבות טכניקות עיצוב האלומה (beamforming) המתוחכמות, אשר משמשות להגדלת קיבולת הרשת.

© כל הזכויות שמורות 2020 Xilinx

לדור החמישי נדרש עיצוב אלומה שמצריך צפיפות מחשוב משמעותית וקישוריות מתקדמת במהירות גבוהה – על גבי השבב ומחוץ לשבב – על מנת לעמוד בדרישות של זמן המתנה (latency) נמוך עבור הדור החמישי. בנוסף לכך, דרישות שונות של חציצה פונקציונלית במערכת ומימוש אלגוריתמים הובילו לטווח רחב של ביצועי עיבוד ודיוק בחישובים. התאמה לדרישה זו, תוך כדי עמידה באילוצי עקבת מעגל של המערכת ובדרישות התרמיות שלה באופן אופטימלי, מאתגרת ביותר עבור התקני FPGA. פלטפורמות האצת המחשוב המסתגלות של Versal מספקות צפיפות מחשוב יוצאת דופן בצריכת הספק נמוכה ומאפשרות לבצע את עיבוד האותות בזמן אמת עם זמן המתנה נמוך, כפי שנדרש על ידי אלגוריתמי עיצוב האלומה. מנועי האינטליגנציה המלאכותית, שהם חלק מסדרת ליבות AI של Versal, מתאימים במיוחד למימוש הפונקציות המתמטיות הנדרשות ומציעים צפיפות מחשוב גבוהה, קישוריות מתקדמת, וגם את היכולת להיות מתוכנתים פעם נוספת ואת האפשרות להגדיר את הקונפיגורציה שלהם מחדש, גם אחרי פרישתם.

רשתות הדור החמישי העתידיות

במבט לעתיד, יש צורך להפוך את רשתות הדור החמישי לכאלו שניתנות יותר לשדרוג, לחכמות יותר ולהטרוגניות יותר. טכנולוגיות כדוגמת תאים קטנים מבוזרים, MIMO לרדיו מסיבי, עם מאות אנטנות ועיבוד מרכזי של פס הבסיס באמצעות CloudRAN, ירחיבו באופן דרמטי את הכיסוי ואת תפוקת הנתונים. יהיה צורך לחבר רשתות של תשתיות תמסורת (backhaul) ותשתיות שדה (fronthaul) אופטיות לצורך עיבוד. ועל מנת שאפשר יהיה להבטיח את מימוש הפוטנציאל האמיתי של הדור החמישי, על המפעילים ויצרני התשתית האלחוטית למנף טכנולוגיות שמאפשרות לענות על אתגרי קיבולת, קישוריות וביצועים, ותוך כדי כך, גם להציע גמישות שתוכל לתמוך בתקנים מרובים, בפסי שידור מרובים וברשתות משנה מרובות, כדי לאפשר מקרי שימוש ויישומים מגוונים של הדור החמישי

הארפיינדר מתארו