בית » New-Tech Magazine » טכנולוגיה חדשנית מניעה פריסה מהירה של מוצרים, שירותים ומודלים עסקיים חדשניים בדור 5

עתידו של העולם האלחוטי נשען על פיתוח המוצרים המרתקים ביותר, בשילוב של טכנולוגיות מתקדמות, במטרה לשפר את ביצועי המערכות עד למקסימום, תוך כדי דחיפת העלות וצריכת ההספק לאופטימיזציה. השגת מטרה זו תשחרר את הפריסה של מוצרים ושירותים דור 5 (5G), עבור מפעילי מערכות ניידות ועבור כל המערכת האקולוגית, החל בעסקים דרך צרכנים ועד לכלכלה. כאשר דור 5 מציע פוטנציאל כזה, נשאלת השאלה איך יכולה התעשייה להתגבר על האתגרים הכרוכים בעלות, הספק וביצועים, אם היא רוצה להבטיח שהגל השני של הדור החמישי יהיה הצלחה?

כל איש עסקים יודע כיצד להגן על ההשקעה שלו, ודבר זה חל גם על מפעילים והשקעותיהם בדור הרביעי. הרשתות הקיימות של הדור הרביעי מורכבות מתשתית כגון מגדלי תא ומתחמים שבהם חלקים שונים של רשתות גישה בתקשורת רדיו, ולכן, המפעילים בודקים כעת כיצד הם יכולים להתבסס על השקעות אלו על ידי שדרוג שלהם לדור החמישי. לדוגמה, במקומות שבהם קיימת צפיפות גבוהה כמו למשל אזורים עירוניים נרחבים יהיה צורך לספק קיבולת רדיו נוספת. עם לוחות של ריבוי כניסות וריבוי יציאות מסיביות (mMIMO), אשר ייצרו את תשתית הפריסה של מערכות הרדיו בדור החמישי, יוכלו המפעילים להשתמש באתרים הקיימים שלהם, ולשדרג אותם על ידי החלפת לוחות פסיביים בדור 4 בלוחות אקטיביים של דור 5. מובן שיש צורך שההתקנה תהיה קלה, שהעלות שלה תהיה נמוכה ושדרישות החומרה יהיו חסכוניות ככל האפשר.

אופטימיזציה טובה יותר של העלויות

קיימות כמה דרכים שבהן מפעילים יכולים להבטיח שתשתית הרשת שלהם של דור 5 תהיה משופרת באופן אופטימלי מבחינת העלות. למשל, על ידי שימוש בטכנולוגיית סיליקון מתקדמת בזמן השדרוג מאתרי דור 4 קיימים ללוחות mMIMO בדור 5, אשר משמעותו שיצרני ציוד מקור (OEM) יוכלו לתכנן מערכות שיתאימו בצורה הטובה ביותר לצרכים הייחודיים שלהם. בשורה התחתונה, פירושו של דבר, שאפשר יהיה לייצר את הלוחות לפי דרישות עלות ייעודיות ולפי אמות מידה של ביצועים ורוחב פס. במונחים של הוצאות תפעול (OPEX), מאחר שלמגברי הספק (PA) יש נטייה לצרוך את הנתח העיקרי של ההספק בלוחות התקני רדיו, לשימוש במגברי הספק בטכנולוגיה המתקדמת ביותר יש חשיבות עליונה. בנוסף, הממדים של לוחות mMIMO צריכים להיות דומים לאלו של הלוחות הפסיביים הקיימים של דור 4, על מנת שאפשר יהיה להחליף אותם באופן ישיר, מבלי להגדיל את דמי השכירות של האתר.

כביטוי נוסף שיסייע לקדם את ההשקה של דור 5, מפעילים החלו לשתף ביניהם פעולה על ידי שיתוף העלויות הכרוכות בציוד של דור 5. באופן מיוחד, Vodafone ו- Telefónica בבריטניה. שתי החברות הכריזו על תוכניות על שיתוף מגדלי תאים ותשתית של לוחות. כמו כן, שתי חברות התשתית הודיעו שהסכם זה לשיתוף רשת יאפשר להן להאיץ את הפריסה של טכנולוגיית דור 5 ויקטין את עלויות ההשקה. כל זה יכול היה להיות אפשרי בזכות מפרטי 3GPP אשר מאפשרים למפעילים לשתף ציוד של דור 4 ושל דור 5 באותו התקן רדיו, ולשתף התקני רדיו בין מפעילים מרובים.

טכנולוגיית GaN עבור מגברי הספק

בפריסה של רשתות דור 5, הפכה צריכת ההספק לנושא חיוני נוסף שיש צורך לתת לו מענה. מגברי הספק מבוססים כיום על טכנולוגית LDMOS (מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת בפעפוע צדי) ששולטים בצריכת ההספק הכוללת של שידורי רדיו עם פיזור הספק של 1 קילו ואט. מכאן אפשר להבין מדוע נחקרות כיום טכנולוגיות חלופיות. במיוחד מגברי הספק מבוססי גאליום ניטריד (GaN) שהחלו להופיע ונמצאים כבר עתה בפריסה, עובדה שיש בה היגיון בהתחשב בכך שהתכונות של הטכנולוגיה מבוססת GaN עולות על התכונות של טכנולוגית LMDOS מבוססת הסיליקון, במונחים של רוחב פס ושל דרישות צפיפות הספק. בסין למשל, השימוש בטכנולוגית GaN הפך להיות נרחב בזכות יכולות נצילות ההספק שלה, המצוינות במיוחד בתדירויות גבוהות, כגון 3.5 ג’יגה הרץ. בעת השימוש ב- GaN צריכת ההספק הכוללת של מגבר הספק יכולה להשתפר באופן משמעותי, ולכך יש השפעה משנית על הגודל, הנפח המשקל והעלות של הלוח.

מאחר שטכנולוגית GaN היא לא ליניארית, יש לכלול אלגוריתמים ספרתיים רבי יכולת של ביטול עיוותים מראש (predistortion) על מנת להפוך לליניאריים את מגברי ההספק בטכנולוגיית GaN בעלי נצילות ההספק הגבוהה ביותר. מאותו רגע שניתן מענה לנושא צריכת ההספק, יש אפשרות להקטין את הנפח ואת המשקל של מפזרי החום. מלכתחילה חובר מפזר החום כדי להרחיק את החום מהחלק של הת”ר, כך שבזכות הקטנת ההספק של תדר הרדיו אפשר יהיה להקטין את הנפח והמשקל של היחידה. הנפח והמשקל של היחידה קובעים את מספר אנשי הצוות והציוד הנדרשים להרכבתם של הלוחות האלה במגדל. גורם הסילום (scaling factor) של העלות יכול להיות פי 2 עד 3, בתלות בנפח, במשקל ובמספר האנשים הנדרשים לצורך התקנת הלוחות.

שילוב סיליקון מתקדם

האוטומציה של התהליך הספרתי (DPA) שמערך באמצעות GaN צריכה להיות בעלת יכולת רבה יותר והיכולת לעבד רוחב פס של 400 מגה הרץ ויותר, היא חיונית. Xilinx הכריזה לאחרונה על מוצר חדש, Zync® RFSoC DFE, שהוא בעל פונקציות בלוקים IP בחומרה בתא תקני לקבלת הספק ועלות. פלטפורמת RFSoC המסתגלת, משלבת יותר IP מוקשח מאשר היא משלבת לוגיקה בתוכנה, עובדה שמאפשרת פתרון גמיש בעל ביצועים גבוהים, בעל נצילות הספק וכדאי מבחינת העלות. ההתקן כולל לוגיקה ניתנת לתכנות, אשר מאפשרת למשתמשים להתאים באופן אישי ולהוסיף אלגוריתמים עצמיים ואף להתאים באופטימיזציה ולשדרג את התכנון שלהם עם השינויים בתקנים וברוחב הפס. יכולת התאמה זו והיכולת להתאים לעתיד מהווים יתרונות עצומים.

כמו כן, DPD IP מוקשח, מבוסס על ידע IP מוכח בליבת תוכנה בייצור של Xilinx שהורחב כדי לתמוך ברוחב הפס המתקדם של מגברי הספק בטכנולוגית GaN, על מנת לשפר את נצילות ההספק. באופן מיוחד, Zync® RFSoC DFE מאפשר גמישות בשוק, מאחר שההשקה של דור 5 נתונה למודלים עסקיים משבשים, אשר מונעים מיוזמות של תפעוליות בינית (לדוגמה ORAN, TIP), מספקי שירות חדשים ומתחרות גוברת. יכולת ההתאמה בחומרה של הפלטפורמה מאפשרת חדשנות במקביל לאספקה של אותם היתרונות שיש למערכות ASIC, בלי הצורך להשתמש בציוד חד פעמי (NRE): הקטנה של הסיכון והפחתה של הוצאות TCO כוללות עבור שחקנים חדשים בשוק ועבור יצרני ציוד מקור ותיקים כאחד.

איור 1: תרשים בלוקים של Zync RFSoC DFE

אופטימיזציה של הביצועים

אם בודקים את היחידה המבוזרת (DU), מסתבר שרבים מבין המפעילים קשורים למערכות קנייניות אשר מוצעות על ידי יצרני ציוד מקור אשר להם יש שליטה מועטה על אופטימיזציה של מערכות אלו. עם ההופעה של דור 5, המשמעות של 3GPP היא שקיימת אפשרות שתחנות הבסיס המופרדות, כלומר יחידות מבוזרות/ יחידה מרכזית (DU/ CU) יהיו וירטואליות לחלוטין. פתרון אפשרי, יכול להיות גישה של שרת ממוסחר אשר בו פועלת תוכנה פתוחה, שבה המפעילים יכולים לשלוט בביצועי הרשת, לשפר אותם באופטימיזציה בכוחות עצמם ולהשתמש בהם עבור שירותי דור 5. במונחים של רווח קיבולת כולל, להפרדה בין יחידת DU לבין יחידת הרדיו (RU) יש חשיבות כדי להבטיח שיהיה מימוש של שיפור קיבולת המערכת, פי 3 עד 5. המימוש נקבע בעיקר על ידי ההפרדה והפיצול המבני בין הפונקציונליות שמועברת אל יחידת DU לבין הפונקציונליות והמחשב שנמצאים ביחידת הרדיו.

ביצועי Uplink

אם נתבונן באופן מעמיק יותר על אופטימיזציה של ביצועים, נראה שלפיצול המבני הנכון בין פס הבסיס לבין הרדיו יש חשיבות רבה לצורך מימוש פוטנציאל הביצועים. בגל הראשון של הפריסה, במיוחד בזה של הקישור מעלה (uplink – UL), היו כמה מגבלות ביצועים, ורוחב הפס והקיבולת שציפו להם, לא התקבלו.

הביצועים של מעצבי האלומה (beamformer) ביחידת הרדיו מושפעים מכמה דברים, כמו למשל מהגיל ומהדיוק של משקל האלומה (beam weight). רזולוציה מוגבלת של תדירות משקל האלומה משפיעה גם על ביצועי הקישור למעלה של מערכת דור 5, מאחר שיש שיתוף רק במשקל אלומה אחד בין כ- 12 ספקי תשתית משניים. מצב זה נוצר מאחר שממשק fronthaul (FH) יהיה רווי לחלוטין אם משקלי אלומה יחידים יישומו עבור כל ספק תשתית משני.

כיצד ניתן אם כן, לתת מענה לאתגרי הביצועים האלה של הקישור למעלה? המשמעות של מימוש הערכת ערוץ מבוססת סמלי ייחוס, ושל חישוב משקלי אלומה ישירות ביחידת הרדיו, היא שאפשר להפעיל אותם באופן ישיר על מעצב האלומה, והתוצאה תהיה עדכוני מודל ערוץ עם זמני המתנה (latency) קצרים וביצועים גבוהים יותר. מצב זה יוביל גם לרזולוציה משופרת של תדירות משקל אלומה עם משקל אלומה עבור כל ספק תשתית משני, במקביל לאספקת ביצועים טובים יותר בהרבה בקישור למעלה. ואולם, לכך יידרש מחשוב נוסף. למרבה המזל, טכנולוגית הסיליקון המתקדמת, כדוגמת פלטפורמת Versal™ ACAP של Xilinx® מציעה צפיפות מחשוב יוצאת דופן עם צריכת הספק נמוכה, לצורך ביצוע עיבוד אותות בזמן אמת עם זמני המתנה קצרים, אשר נדרש 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 וכן יכולת תכנות מחדש וביצוע קונפיגורציה מחדש. התקני פלטפורמת ACAP מציעים גם את היכולת הנוספת הנדרשת כדי לשדרג את מעצב האלומה ולהוסיף פונקציונליות עודפת גם אחרי הפריסה.

וירטואליזציית O–RAN

לבסוף, אין אפשרות לדון בעתיד של דור 5 בלי להזכיר את Open RAN (O–RAN). מפעילי דור 5 מתרחקים בקביעות מציוד אלחוטי מסורתי, שהוא קנייני, לטובת גישה הדוגלת בשימוש ביחידות רדיו וביחידות DU/ CUפתוחות ומופרדות, והם בוחרים בספקים שונים עבור יחידות DU/ CU(O–DU ו- O–CU) ויחידות הרדיו (O–RU). על ידי אימוץ ארכיטקטורה ומפרט O–RAN, המפעילים יכולים לבחור בגישה חדשנית יותר עבור כל חלק ב- O–RAN שלהם ולזכות בעלויות CAPEX ו- OPEX מופחתות ועם בעלות כוללת (TCO) נמוכה יותר.

בין אם מדובר ביחידת O–RAN או ביחידות וירטואליות של פס הבסיס, “ביצוע וירטואליזיה דור 5” נושאת בחובה את ההבטחה לשירותי תוכנה בפריסת תקשורת בקצה, כגון לצפייה ישירה (streaming) בווידיאו, לגיימינג או לשירותים דורשניים בכלי רכב. עם השקעות בתשתית דור 5 שמתרחבים לתמיכה בשירותים חדשים וברוחב פס גבוה, מתעורר צורך בהאצה גדולה יותר של המערכות, כדי לעמוד בהיקף הגדל ובדרישות רוחב הפס. על מנת לענות על דרישות אלו מציעה Xilinx כרטיס מאיץ T1 Telco עבור יחידות O–RAM מבוזרות (O–DU) ועבור יחידות vBBU ברשתות דור 5. כרטיסי האצת Telco של Xilinx מפחיתים את העומס מפונקציות פס הבסיס בדור 5, שהם רגישים לזמני המתנה ובעלי תפוקה גבוהה מאוד, ומשחררים בכך את מעבדי שרת התקשורת לצורך פונקציות תוכנה מעניינות יותר ומסחריות יותר. כרטיסים אלו מספקים את הביצועים, את היכולת ואת קלות הפריסה הנכונים, אשר נדרשים עבור טכנולוגיית הקצה הווירטואלית של דור 5.

איור 2: כרטיס מאיץ T1 Telco

העתיד מסתגל

כיצד תיראה טכנולוגיית דור 5 העתידית? אין ספק שהיא צריכה להיות מסתגלת. הגל הראשון של דור 5 הציע לנו תמונה ברורה של מדדים מוצלחים והעמיד אתגרים בפני אותם גלים שבאים אחריו, וברור שטכנולוגיית סיליקון מתקדמת היא רכיב חשוב ביותר למימוש החזון של דור 5 לקיבולת גבוהה יותר, לצריכת הספק מיטבית, לעלות וביצועים משופרים, וכן, למוצרים ושירותים חדשניים ומשופרים, הכל באופן שיכול להתקיים מבחינה כלכלית.