مع ظهور عصر الجيل الخامس، ولضمان نقل إشارة مستقر وتغطية أوسع، أصبح بناء محطات قاعدة الجيل الخامس باعتبارها "رواد" شبكات الجيل الخامس واسعة النطاق أمرا بالغ الأهمية.
ما هي محطة قاعدة الجيل الخامس وكيف يتم بناؤها؟
اعتبارًا من نهاية عام 2022، بلغ إجمالي عدد محطات الاتصالات المتنقلة في بلدي 10.72 مليون، بزيادة صافية قدرها 754,000 عن نهاية العام السابق. من بينها، بلغ إجمالي عدد محطات 5G الأساسية 2.22 مليون، بزيادة صافية قدرها 795,000 عن نهاية العام السابق، وهو ما يمثل 20.7٪ من إجمالي عدد محطات الهواتف المحمولة الأساسية، بزيادة قدرها 6.4 نقطة مئوية عن نهاية العام السابق. بالإضافة إلى ذلك، زاد حجم مستخدمي الهواتف المحمولة بشكل مطرد، ويمثل مستخدمو 5G أكثر من 30٪. اعتبارًا من نهاية سبتمبر، بلغ إجمالي عدد مستخدمي الهواتف المحمولة لشركات الاتصالات الأساسية الثلاث 1.682 مليار. من بينهم، بلغ عدد مستخدمي الهواتف المحمولة 5G 510 مليون، بزيادة صافية قدرها 155 مليون عن نهاية العام السابق، وهو ما يمثل 30.3٪ من مستخدمي الهواتف المحمولة.
تقنية الجيل الخامس للاتصالات المتنقلة (5G) هي جيل جديد من تقنيات الاتصالات المتنقلة عريضة النطاق، تتميز بسرعات عالية، وزمن وصول منخفض، ونطاق اتصال واسع. تُعدّ مرافق اتصالات 5G بنية تحتية شبكية لتحقيق الترابط بين الأشخاص والآلات والأشياء. ولتلبية متطلبات تطبيقات 5G المتنوعة، أصبحت مؤشرات الأداء الرئيسية أكثر تنوعًا. وقد حدد الاتحاد الدولي للاتصالات ثمانية مؤشرات أداء رئيسية للجيل الخامس، من أبرزها السرعة العالية، وزمن الوصول المنخفض، ونطاق الاتصال الواسع. يصل معدل تجربة المستخدم إلى 5 جيجابت في الثانية، وزمن وصول منخفض يصل إلى 5 مللي ثانية، وتصل سعة اتصال المستخدم إلى مليون اتصال/كيلومتر مربع.
تُعدّ محطات البثّ من الجيل الخامس (5G) المعدات الأساسية لشبكات الجيل الخامس، حيث توفّر تغطية لاسلكية وتُتيح نقل الإشارات اللاسلكية بين شبكات الاتصالات السلكية والأجهزة اللاسلكية. وتُعرف هذه المحطات أيضاً باسم محطات البثّ الخلوية من الجيل الخامس أو محطات البثّ الراديوية من الجيل الخامس في شبكات الاتصالات العالمية ، ويؤثر تصميمها وشكلها بشكل مباشر على كيفية نشر شبكات الجيل الخامس. فكلما زاد التردد، زاد التوهين أثناء انتشار الإشارة، وبالتالي تزداد كثافة محطات البثّ في شبكات الجيل الخامس.
مكونات محطة قاعدة الجيل الخامس الخلوية وتكوين النظام
يتكون نظام محطة قاعدة 5G الكامل من المعدات الرئيسية، ومعدات ومرافق دعم الطاقة، والأبراج، وغرف الحاسوب. تشمل المعدات الرئيسية وحدة معالجة النطاق الأساسي (BBU) ووحدة معالجة الهوائي النشط (AAU)، بينما تشمل المرافق الداعمة الإرسال، وإمدادات الطاقة، وتكييف الهواء، والأبراج، ومغذي الهوائي، ونظام التأريض، وغيرها.
من بينها، تُعد وحدة النطاق الأساسي (BBU) - أو وحدة النطاق الأساسي لشبكات الجيل الخامس - أهمّ المعدات في أنظمة النطاق الأساسي لشبكات الجيل الخامس . وعادةً ما توضع في غرفة حاسوب مخفية نسبيًا، بحيث لا يراها المستخدمون العاديون. وتتولى وحدة النطاق الأساسي مسؤولية معالجة الإشارات والبيانات الخاصة بالشبكة الأساسية والمستخدمين. وتُطبّق في وحدة النطاق الأساسي في شبكات الجيل الخامس أكثر البروتوكولات والخوارزميات تعقيدًا.
من حيث المظهر، تبدو وحدة BBU كالهيكل الرئيسي لجهاز كمبيوتر مكتبي. في الواقع، تُشبه وحدة BBU الخادم المخصص (وليس الخادم متعدد الأغراض كجهاز الكمبيوتر المُضيف). تُنفذ وظائفها الرئيسية من خلال لوحتي مفاتيح: لوحة التحكم الرئيسية ولوحة النطاق الأساسي.
يمكن رؤية إطار وحدة BBU بوضوح، حيث يحتوي على 8 فتحات تشبه الأدراج، تُستخدم لإدخال لوحة التحكم الرئيسية ولوحة النطاق الأساسي. يعتمد عدد لوحات التحكم الرئيسية ولوحات النطاق الأساسي المطلوب إدخالها في إطار وحدة BBU بشكل أساسي على متطلبات سعة المحطة الأساسية المراد فتحها. كلما زاد عدد اللوحات المُدخلة، زادت سعة المحطة الأساسية، وزاد عدد المستخدمين الذين يُمكن خدمتهم في الوقت نفسه.
5g cellular base station components diagramلوحة التحكم الرئيسية مسؤولة عن معالجة الإشارات (إشارات RRC) من الشبكة الأساسية وهواتف المستخدمين المحمولة، وهي مسؤولة عن الربط مع الشبكة الأساسية، واستقبال معلومات مزامنة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ومعلومات تحديد الموقع. أما لوحة النطاق الأساسي، فهي مسؤولة عن معالجة النطاق الأساسي، مثل ترميز البيانات وتعديلها، وتنقل البيانات المعالجة إلى وحدة RRU.
وُضعت وحدة الراديو عن بُعد (RRU) في الأصل ضمن إطار وحدة BBU. وكانت تُسمى سابقًا وحدة الترددات الراديوية (RFU). استُخدمت لتحويل إشارة النطاق الأساسي التي تُرسلها لوحة النطاق الأساسي عبر الألياف الضوئية إلى إشارة عالية التردد ضمن نطاق التردد الخاص بالمشغل، ثم تُرسلها إلى الهوائي عبر وحدة التغذية. لاحقًا، تبيّن أن خسارة الإرسال في وحدة التغذية كبيرة جدًا. فإذا وُضعت وحدة RFU في إطار وحدة BBU في غرفة الماكينة، وعُلّقت الهوائي على برج بعيد، فإن مسافة الإرسال في وحدة التغذية تكون بعيدة جدًا، ما يُسبب خسارة كبيرة. لذلك، أُخرجت وحدة RFU ببساطة وعُلقت على البرج مع الهوائي باستخدام الألياف الضوئية (خسارة الإرسال في الألياف الضوئية صغيرة نسبيًا). وأصبحت تُعرف الآن باسم وحدة الترددات الراديوية عن بُعد (RRU).
معلومات أساسية: كيف تعمل محطات الجيل الخامس الأساسية
طريقة عمل معدات المحطة الأساسية
1. يعمل جهاز محطة الجيل الخامس بنفس طريقة عمل جهاز محطة الجيل الرابع. ويكمن الاختلاف في المكونات المادية في أن وحدة الراديو البعيدة (RRU) مع الهوائي في الجيل الرابع تُستبدل بوحدة الهوائي المساعد (AAU) في الجيل الخامس. وتتميز مصفوفة هوائيات محطة الجيل الخامس بتطورها الكبير. إضافةً إلى ذلك، تستبدل محطة الجيل الخامس في وضع SA وحدة النطاق الأساسي (BBU) في وضع NSA بوحدة التوزيع (DU) ووحدة التحكم (CU). أما باقي التوصيلات الخارجية فهي نفسها.
2. تحتاج BBU (أو DU+CU) وAAU إلى مصدر طاقة للعمل، ويتم الحصول على مصدر الطاقة من وحدة توزيع الطاقة DC الخاصة بمحطة القاعدة من خلال DCDU (يشير خط السهم الأحمر في الشكل أعلاه إلى خط مصدر الطاقة DC واتجاه مصدر الطاقة).
٣. لكي تعمل وحدة BBU بشكل طبيعي، يجب الوصول إلى إشارة مزامنة ساعة GPS. يجب توصيل إشارة GPS على التوالي مع مانع الصواعق قبل الوصول إلى وحدة BBU.
4. يتم توصيل مصدر إشارة BBU من خلال الألياف الضوئية من جهاز الإرسال PTN الخاص بمحطة القاعدة.
5. يجب تأريض جميع المعدات، ويجب توصيل تأريض المعدات بشريط التأريض القريب.
هناك نوعان من أوضاع شبكات 5G: NSA وSA
يشير مصطلح NSA إلى نمط الشبكات غير المستقلة، الذي يجمع بين محطات الجيل الخامس الأساسية ومحطات الجيل الرابع الأساسية، وهو نمط الشبكات السائد حاليًا. أما SA، فيشير إلى نمط الشبكات المستقلة، الذي يُحقق الشبكات من خلال بناء محطات الجيل الخامس الأساسية المستقلة. حاليًا، تُطبق معظم شبكات الجيل الخامس المُستخدمة في البداية نمط الشبكات غير المستقلة (NSA)، ثم تنتقل تدريجيًا إلى نمط الشبكات ثنائي الوضع على هذا الأساس، وصولًا إلى نمط الشبكات المستقلة (SA).
يتم تثبيت هذه الهوائيات في مكان مرتفع على برج محطة قاعدة الجيل الخامس ، وتتصل بوحدة النطاق الأساسي عبر كابلات الألياف الضوئية الميدانية.
تصنيف محطات الجيل الخامس وقوة الإرسال
تنقسم محطات قاعدة الجيل الخامس (5G) بشكل رئيسي إلى محطات قاعدة كبيرة ومحطات قاعدة صغيرة. تُبنى محطات القاعدة الكبيرة عادةً على أبراج حديدية، وتتميز بحجمها الكبير واستيعابها عددًا كبيرًا من المستخدمين، ونطاق تغطيتها واسع جدًا. ومع ذلك، نظرًا لنطاق التردد العالي لتقنية الجيل الخامس (5G)، فإن نطاق الإشارة الذي تغطيه محطات القاعدة الكبيرة محدود، مما يتطلب تعاون عدد كبير من محطات القاعدة الصغيرة مع محطات القاعدة الكبيرة لتحقيق تغطية مستمرة وتغطية داخلية سطحية. تنقسم محطات القاعدة الصغيرة، وفقًا لحجم منطقة التغطية، إلى محطات قاعدة صغيرة، ومحطات قاعدة صغيرة، ومحطات قاعدة طائرة.
كان من المتوقع في البداية أن تعمل الشبكة المستقبلية جنبًا إلى جنب مع تقنيات الجيل الثاني والثالث والرابع والخامس. تعتمد شبكة تشاينا يونيكوم الحالية على ثلاثة معايير، وهي GUL، وثلاثة نطاقات ترددية، وهي 2M/3M/4M. سيؤدي إدخال طيف 5G الجديد ووحداته الجديدة إلى تعقيد مواقع محطات القاعدة، كما سيزيد من تكاليف استهلاك الطاقة في الموقع وتكاليف استئجار الأبراج.
ولكن الوضع الحقيقي ليس كذلك.
في عملية النشر الفعلية، تدعم معدات الجيل الخامس وحدات النطاق الأساسي (BBU) ذات السعة الكبيرة والمعيار الكامل product حلول متعددة المعايير تجمع بين هوائيات الترددات اللاسلكية كاملة النطاق، مما يتيح تركيبها في مواقع بسيطة للغاية، ويقلل من استهلاك الطاقة وتكاليف استئجار الأبراج. هيكلها كالتالي:
هوائي 1+1 بسيط: هوائي 1P (سلبي) متعدد المنافذ يضم هوائي Sub 3G القياسي الحالي، وهوائي 1A (نشط) مستقل بتقنية 5G 3D MIMO. في سوق وحدات ترشيح الهوائيات (AFU) الحالي لمحطات 5G الأساسية ، يُساعد هذا النوع من التكامل العالي لوحدات ترشيح الهوائيات (AFU) المشغلين على خفض تكاليف استئجار الأبراج وتعقيد عملية النشر بشكل كبير.
وحدة تكامل متعددة الترددات: من خلال 1.8G + 2.1G ثنائي التردد 4T4R ووحدات متعددة الترددات الأخرى، يتم استخدام 1 كـ 2، مما يبسط وحدات RF على البرج، ويدعم تكامل هوائي 1 + 1 البسيط؛
نطاق أساسي كامل المواصفات: وحدة BBU كاملة المواصفات ذات سعة كبيرة، تدعم وحدة BBU واحدة ستة أوضاع في وضع واحد؛
محطة واحدة وخزانة واحدة: من خلال الخزانات الخارجية الذكية، يتم تحقيق محطة واحدة وخزانة واحدة، مما يوفر الاستثمار في موارد غرفة المعدات.
تعمل المعدات ذات النطاق الكامل القياسية والهوائي البسيط 1 + 1 على تبسيط التعقيد الناتج عن الموقع المشترك 2/3/4/5G إلى حد كبير، مما لا يمكن أن يحقق زيادة أو زيادة قليلة في إيجار البرج في عصر 5G، مما يقلل من تكاليف تشغيل المشغلين.
تختلف قدرة إرسال محطات الجيل الخامس بشكل كبير تبعًا لنوع الجهاز المحدد ومتطلبات التغطية. ولتوضيح الصورة، إليك معايير قدرة الإرسال الشائعة في هذا المجال:
| نوع محطة قاعدة الجيل الخامس | القدرة النموذجية للإرسال (واط) | سيناريو التطبيق الرئيسي |
|---|---|---|
| محطة قاعدة ماكرو | 40 واط – 200 واط+ | تغطية خارجية واسعة (ريفية وحضرية) |
| محطة قاعدة صغيرة | 5W - 20W | المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية ومستويات الشوارع |
| محطة قاعدة بيكو | 0.2W - 5W | تغطية داخلية (مراكز التسوق والمباني المكتبية) |
| محطة قاعدة فيمتو | أقل من 0.1 واط | الشبكات الخاصة المنزلية أو شبكات المؤسسات الصغيرة |
خاتمة
تُعدّ محطة القاعدة الذكية بتقنية الجيل الخامس سريعة الاستجابة أسلوبًا جديدًا في إنشاء المواقع، وتتميز عملية الإنشاء بالسهولة واليسر. فبفضل نظام الأساسات ذي الأثقال الموازنة، لا حاجة للحفر في موقع المحطة، مما يجعل عملية الإنشاء آمنة وسريعة. ويحلّ هذا النظام مشكلة طول مدة الإنشاء وبطء وتيرة العمل في مواقع الأساسات التقليدية المصبوبة في الموقع. والأهم من ذلك، أن محطة القاعدة product يتميز هذا المنتج بإمكانية إعادة الاستخدام، وتوفير الطاقة، ومراعاة البيئة. كما أنه يلبي احتياجات الربط الشبكي السريع وبناء المواقع في عملية إنشاء محطات الجيل الخامس المستقبلية، ويوفر البنية التحتية اللازمة للأجهزة اللازمة للاستخدام التجاري واسع النطاق لتقنية الجيل الخامس.
