شرح هوائيات ميمو ٥ جي للإغطاء الداخلي

شرح هوائيات ميمو ٥ جي للإغطاء الداخلي

الشبكة الداخلية من الجيل الخامس نادرًا ما تكون مسألة بسيطة تتعلق فقط بإضافة هوائيات إضافية داخل المبنى. أ هوائي MIMO 5G هي جزء من مسار الإرسال اللاسلكي الذي يشمل أيضًا محطة القاعدة، ووحدة رأس نظام التوزيع المُوزَّع (DAS)، والشبكة التغذوية، والموصلات، وموزِّعات الإشارات، وهندسة التركيب، والأجهزة التي تستخدم الشبكة. وعندما تتم مواءمة هذه المكونات مع بعضها بدقة، يمكن لتقنية MIMO الاستفادة المثلى من قناة الإرسال اللاسلكي في المكاتب والمرافق العامة ومراكز النقل والمستشفيات والمنشآت الصناعية الداخلية. أما إذا لم تكن مُوَاءَمَةً، فإن إضافة منافذ الهوائيات وحدها لن تحل مشكلة التغطية الضعيفة أو انخفاض سعة النقل.

وبصفتي مهندس أنظمة الترددات الراديوية (RF)، أبدأ من نقطة التغذية وأتتبع مسار الإشارة مكوِّنًا مكوِّنًا. ويكتسب هذا النهج أهميةً بالغةً في البيئات الداخلية، لأن الجدران والزجاج والعناصر المعدنية والأشخاص والانعكاسات تُشكِّل قناة انتقال تتغير من منطقة إلى أخرى. ويوضِّح هذا الدليل وظيفة الهوائي المتعدد المدخلات والمتعدد المخرجات للجيل الخامس (MIMO 5G)، ولماذا تكتسب هذه الوظيفة أهميةً بالغةً في أنظمة الهوائيات الداخلية المبنية على تقنية التوزيع المُوزَّع (DAS)، وما يجب التحقق منه قبل تحديد مواصفات أحد هذه الهوائيات.

ما هو الهوائي المتعدد المدخلات والمتعدد المخرجات للجيل الخامس؟

ميمو تعني مدخلات متعددة ومخرجات متعددة. وفي نظام الراديو المُعتمِد على ميمو، يمكن استخدام أكثر من مسار إرسال واستقبال لإرسال الإشارات الراديوية واستقبالها. وحسب تهيئة الشبكة وظروف القناة، قد تحسّن هذه المسارات الموثوقية عبر التنوّع، أو تدعم تدفقات بيانات إضافية عبر التعدد المكاني، أو تساعد في إدارة التداخل. وتوفّر هوائي ميمو ٥ جي المسارات الجانبية الخاصة بالهوائي اللازمة لهذه السلوكيات النظامية؛ ولا يُعتبر معزّزًا مستقلًّا للإيرادات.

تُسمّى تقنية راديو ٥ جي «الراديو الجديد» (إن آر)، ويصف مشروع الشراكة الثالثة (٣ جي بي بي) النظام الكلي لراديو ٥ جي إن آر في الوثيقة تي إس ٣٨٫٣٠٠. وتشكّل تقنية ميمو جزءًا أصليًّا من تصميم راديو ٥ جي الأوسع، بما في ذلك تشكيل الحزم من جانب الشبكة ومعالجة الإشارات متعددة الهوائيات. أما في أنظمة الهوائيات الموزَّعة داخليًّا، فإن السؤال العملي يركّز أكثر على ما إذا كان الهوائي السلبي ومسار الكابل وترتيب المنافذ قادرًا على الحفاظ على الأداء الراديوي الذي تتوقعه معدات الراديو النشطة.

لهذا السبب، يجب قراءة تسمية «٢×٢» أو «٤×٤» أو أي تسمية أخرى لمجموعة إم آي أم أو (MIMO) على أنها وصفٌ لمسارات الإشارات الراديوية المتاحة، وليس كوعدٍ بمعدل بيانات مستخدم ثابت. فقدرة الجهاز، والطيف الترددي، وسلوك جهاز الجدولة، وظروف نسبة الإشارة إلى التداخل، والمبنى نفسه لا تزال تؤثر في النتيجة.

لماذا تُغيِّر التغطية الداخلية مشكلة التصميم؟

تختلف القيود المفروضة على التغطية الداخلية عن تلك المفروضة على المواقع الخارجية الكبيرة (الماكرو). إذ يجب أن تخترق الإشارة الجدران الفاصلة والأثاث وردهات المصاعد والسقوف وأنماط ازدحام المكان المتغيرة. وقد تساعد الانعكاسات في تكوين مسارات متعددة مفيدة، لكنها قد تؤدي أيضًا إلى تفاوت في التغطية. ولذلك، يجب أخذ هوائي إم آي أم أو (MIMO) الخاص بشبكة الجيل الخامس بعين الاعتبار وفق موقع تركيبه المقصود، وأشرطة التردد التي يخدمها، وتخطيط المساحة الداخلية — وليس فقط كعنصر من عناصر قائمة المواد.

في نظام هوائي لِنظام التوزيع المُوزَّع (DAS)، تُستخدَم عادةً هوائيات غير موجَّهة ذات كسب منخفض لتوزيع التغطية عبر المناطق المُعرَّفة. والهدف عادةً هو تحقيق خدمة متجانسة وسلوك متوقَّع للتبديل بين الهوائيات، بدلًا من شعاع ضيِّق يمتد لمسافات طويلة. ويجب مراجعة أماكن تركيب الهوائيات بالنسبة لأبعاد الغرفة ونوع مادة السقف ومسارات الكابلات واشتراطات السلامة من الحرائق والعوائق المحتملة. ولا يمكن لهوائي مختار جيدًا أن يعوِّض عن عدد غير مناسب من الهوائيات أو عن شبكة توزيع غير متوازنة.

في مشروعٍ في مرحلة التوعية، يفيد الفصل بين ثلاث طبقات من المسؤوليات. فطبقة الإرسال والاستقبال (الراديو) وطبقة المعالجة الأساسية (البيسباند) تحدِّدان كيفية جدولة موارد تقنية التعدد المُدخل والمُخرَج (MIMO). وتنقل شبكة التوزيع المُوزَّع (DAS) الطاقة الراديويّة عبر الكابلات والمكوِّنات السلبية. أما الهوائي الداخلي فيُشعّ ويستقبل المسارات المتاحة في المنطقة المقصودة لتوفير الخدمة. ويمكن أن يؤدي أي عدم تطابق في أيٍّ من هذه الطبقات إلى الحد من أداء النظام بالكامل.

المداخل والاستقطاب والعزل: الفحوص العملية لتقنية التعدد المُدخل والمُخرَج (MIMO)

عند مراجعة هوائي ميمو 5 جي، ابدأ بعدد المنافذ وترتيب الاستقطاب المقصود. ويمكن للمنافذ المستقطبة تشابكيًّا أو المفصولة بطرق أخرى أن تدعم المسارات الإشارية المستقلة التي تتطلبها تصاميم الميمو. أما التفصيل المهم المتعلق بالتركيب فهو ليس مجرَّد وجود موصلين، بل ما إذا كانت تخصيصات المنافذ تبقى ثابتة من مخرج الراديو عبر كابلات التغذية إلى الهوائي.

ويجب إيلاء عزل المنفذ عن المنفذ نفس القدر من الاهتمام. فعزلٌ كافٍ يساعد في الحد من الاقتران غير المرغوب بين المسارات. والمواصفة الأهم في هذه الحالة هي المسار الراديوي الكامل، لأن مواصفة هوائي جيدة قد تُضعف بسبب توجيه الكابلات بشكل رديء أو تلف الموصلات أو استخدام مكوِّنات سلبية غير مناسبة. وبتجربتي الشخصية — مع أخذ التحفظ بأن تخطيط كل مبنى يختلف عن الآخر — فإن واجهة الموصل غالبًا ما تكون الموضع الذي تبدأ فيه المشكلات الميدانية القابلة للتفادي.

• تحقق من النطاقات: واطابق نطاق الترددات الذي يدعمه الهوائي مع نطاقات 4 جي/5 جي المُركَّبة وأي نطاقات مقررة للتوسُّع مستقبلًا.
• رسم خرائط المنافذ من الطرف إلى الطرف: وسم مسارات التغذية والتحقق من وصول كل مسار لاسلكي إلى منفذ الهوائي المقصود.
• التحقق من العزل ونسبة الموجة الراكدة الجهدية (VSWR): تقييم قيم الهوائي المنشورة جنبًا إلى جنب مع قياسات قبول النظام.
• الحفاظ على الفصل المادي: تجنب توجيه المسارات بطريقة تُفقِد التصميم المقصود للقطبية أو العزل.

لماذا يهم انخفاض التوليد غير الخطي السلبي في نظام هوائي داخلي موزَّع؟

يحدث التوليد غير الخطي السلبي (PIM) عندما تُنتج التوصيلات أو المواد غير الخطية منتجات خلط غير مرغوب فيها تحت تأثير طاقة التردد اللاسلكي. وفي الأنظمة متعددة النطاقات، قد تقع هذه المنتجات داخل نطاقات الاستقبال الحساسة وترفع مستوى الضوضاء الفعّال. ولذلك يُعد انخفاض التوليد غير الخطي السلبي عنصرًا أساسيًّا في أنظمة الهوائيات الموزَّعة (DAS)، لا سيما في الحالات التي تشترك فيها عدة خدمات في البنية التحتية الداخلية.

اجتياز اختبار المؤهلات الأولي هو شرط الدخول، وليس الهدف النهائي. والسؤال الأكثر فائدة هو ما إذا كانت الموصلات وممارسات العزم وتجميعات الكابلات والموزعات وواجهات الهوائيات ستظل مستقرة كهربائيًّا بعد التركيب والصيانة والتغيرات البيئية الطبيعية. وقد تكون المواقع الداخلية خاضعة للتحكم مقارنةً بالمواقع على الأسطح، لكن التكثف والاهتزاز والملوثات وإعادة العمل المتكررة لا تزال قادرةً على التأثير في الواجهات.

مثالٌ ذي صلةٍ لمخططي الأنظمة هو 380-6000MHz PIM منخفضة الهوائية الداخلية Mimo Omni مع N-الموصول الإناث . ويُحدِّد عنوان منتجه المنشور نطاق تشغيل واسعًا، وموقعًا منخفض التداخل غير الخطي (PIM)، واستخدامًا داخليًّا لأنظمة MIMO، وشكلًا كرويًّا (ذو اتجاهات متعددة)، وواجهة موصل من نوع N أنثى. ومع ذلك، يجب أن تستند قرار الملائمة النهائي إلى خطة التردد الخاصة بالمشروع، ومتطلبات المنافذ، والأداء الفعلي المقاس للنظام، وتصميم التركيب.

تدفق عملٍ مباشرٍ للاختيار

1. حدد هدف التغطية. حدِّد المناطق الداخلية، والتقنيات، وأشرطة التردد، وتوقعات السعة، وأولويات الخدمة.
2. اختر معمارية نظام التوزيع المُوزَّع. أكِّد ما إذا كان التصميم يستخدم توزيعًا سلبيًّا أو نشطًا أو هجينًا، ووثِّق مسارات الإشارات الراديوية المتاحة.
3. حدِّد متطلبات الهوائي. حدِّد نطاق التردد وعدد المنافذ وأنماط الإشعاع ونوع الموصل وأسلوب التثبيت وقدرة التحمُّل والهدف من انخفاض التشويه غير الخطي حيثما كان ذلك ذا صلة.
4. تحقق من صحة الاتصال الكامل. اشمل في خطة القبول خسائر الكابلات ونوعية الموصلات وأداء المقسِّمات/المؤازِرات وفقدان الانعكاس ورسم تخطيط المنافذ.
5. شغِّل النظام حسب المنطقة. اختبر المناطق الداخلية المُنفَّذة فعليًّا بدلًا من افتراض أن نتيجة الاختبار المخبري تمثِّل الشبكة المُركَّبة فعليًّا.

كانت عادتي المُعتادة تتمحور حول اختيار أرخص مكوِّن راديو ترددي يحقِّق الحد الأدنى من المواصفات. لكن بالنسبة لنظام موزَّع، فإن تكلفة الملكية الإجمالية تُعدُّ معيارًا أفضل: إذ قد تفوق تكلفة زيارة الاستبدال أو التحقيق في ارتفاع مستوى الضوضاء أو إصلاح صعب في السقف الفرق في السعر بين المكونات المُحدَّدة بدقة كافية.

التصورات الخاطئة الشائعة حول هوائي ميمو ٥ جي

«المزيد من المنافذ يضمن سرعة أعلى.» يمكن أن تتيح مسارات الهوائي الإضافية خيارات نظام أكثر، لكن النتيجة تعتمد على تكوين الراديو وقدرات وحدة المستخدم (UE) والطيف وجودة القناة.

«أي هوائي عريض النطاق جاهز تلقائيًا لكل نشر لشبكة 5G.» تُعد تغطية عريض النطاق مفيدة فقط عندما تكون نطاقات التردد ذات الصلة ومنافذ MIMO ومتطلبات فقدان الانعكاس وظروف التركيب متوافقة جميعها.

«انخفاض التشويه غير الخطي (PIM) هو مسألة تتعلق بالهوائي فقط.» انخفاض التشويه غير الخطي (PIM) هو انضباط نظامي. فالمقابس والكابلات والأجهزة السلبية وجودة التصنيع والتلوث يمكن أن تؤثر جميعها على النتيجة بعد التركيب.

أسئلة استعراض هوائيات MIMO لشبكة 5G الداخلية

استخدم الأسئلة التالية أثناء مراجعة التصميم. وكل إجابة منها مشروطة: فالتكوين الصحيح هوائي MIMO 5G يعتمد على تصميم الراديو وتخطيط المبنى ومعايير القبول.

استخدم رسم التغطية نفسه وخريطة المنافذ عبر فرق مُدمِّج أنظمة التردد اللاسلكي والمنصِّبين وفرق المشتريات. وافِق على الهوائي باعتباره جزءًا من نظام التوزيع المُركَّب (داس)، وليس كشراء منفصل.

الخلاصة النهائية

تُعَدُّ هوائيات ميمو ٥ جي مكوِّنًا أساسيًّا مهمًّا لتغطية شبكات الجيل الخامس داخليًّا، لكنها تكون أكثر فائدةً عندما تُحدَّد كجزءٍ من نظام هوائي كامل للنظام الموزَّع للهوائيات (داس). ابدأ بتحديد مناطق التغطية ومسارات الإرسال اللاسلكي، وتحقَّق من توافق الترددات ومنافذ الاتصال، واحمِ عزل النظام وأداءه المنخفض في ما يتعلَّق بالتشويش غير الخطي (بي آي إم) عبر سلسلة الاتصال الكاملة، واختبر النظام المركَّب حسب كل منطقة. ويوفِّر هذا النهج الهندسي القائم على المبدأ الأول مسارًا أوضح للمشاريع الخاصة بتغطية الأماكن الداخلية، بدءًا من ورقة مواصفات الهوائي ووصولًا إلى تقديم خدمةٍ موثوقةٍ في العالم الحقيقي.