الحلول

نظرة عامة يعد استخدام منصات وأنظمة مفتوحة المصدر والأجهزة لدراسة المحطات الأساسية على نطاق صغير اتجاهًا مهمًا للبحوث في مجالات الاتصالات اللاسلكية اللاسلكية.معدات محطة قاعدة تجارية تقليدية مكلفة، لديها دورات تطوير طويلة، وتعقيد التشغيل العالي، وتغييرات وظيفية صعبة.لمعالجة مسألة التغييرات الوظيفية المعقدة ودورات التطوير الطويلة في دراسة محطات أساس الاتصالات اللاسلكية LTE, the proposed solution adopts the open-source OAI 5G and srsRAN software systems and a software-defined radio (SDR) hardware platform to build real-time operating base stations for research on interactions with terminalsهذا النهج يتجنب قضايا المحطات الأساسية الضخمة والمكلفة مع دورات تطوير طويلة، وتحسين كفاءة البحوث على المحطات الأساسية والتفاعلات المحطة. الحل بناءً على سلسلة USRP-LW/SDR-LW من أجهزة الراديو المحددة برمجيًا ، جنبًا إلى جنب مع منصات البرمجيات مثل srsRAN و OpenAirInterface (OAI) 5G ،يمكن بناء محطة قاعدة محاكاة 4G/5G ومحطةمن خلال استخدام نماذج مختلفة من أجهزة الراديو المحددة برمجياتًا وبارامترات تكوين محطة قاعدة مختلفة ، يمكن تحقيق وظائف مختلفة.هذا النظام يمكن أن يحاكي بالكامل نهاية إلى نهاية بروتوكول كومة، تصميم نماذج دقيقة للمحطة الأساسية والمحطة والشبكة الأساسية ، مع الامتثال لمواصفات بروتوكول 3GPP المقابلة.يدعم التكامل مع المعدات التجارية (مثل المحطات التجارية والشبكات الأساسية) ويسمح بالتطوير الثانوي على أساس كومة البروتوكول. يوضح الشكل 1 بنية نظام LTE ، والتي تتكون من ثلاثة أجزاء: الشبكة الأساسية (EPC) ، المحطة الأساسية (eNB) ، والمستخدم (UE).كل جزء ينفذ وظائفه المقابلة وفقا لمجموعة بروتوكول 3GPP LTEعلى جانب UE ، تتضمن الهندسة المعمارية وظائف مثل PHY و MAC و RLC و PDCP و RRC. يتواصل UE مع eNB لتبادل البيانات الصعودية والهبوطية عبر الواجهة الجوية.في الوسط هي بنية eNB، والذي يتضمن واجهة الهواء مع UE واجهة S1-U و S1-MME مع الشبكة الأساسية. على الجانب الأيمن هو EPC ، والذي يتكون أساسا من عناصر الشبكة مثل MME ، S-GW ،و P-GW. يظهر الشكل 2 بنية نظام NR. ترث واجهة الراديو 5G كومة بروتوكول 4G ، مع إدخال طبقة SDAP إضافية في مستوى المستخدم للاحتفال بجودة الخدمة (QoS).وتقسم بنية نظام الجيل الخامس إلى ثلاثة أجزاء: المستخدم (UE) ، محطة قاعدة 5G (gNodeB) ، والشبكة الأساسية (5GC). يتم توصيل ng-eNB و gNodeB و 5GC من خلال واجهة NG.

نظرة عامة تكنولوجيا الإدخال المتعدد والإخراج المتعدد على نطاق واسع (MIMO) هي تكنولوجيا رئيسية في اتصالات شبكة 5G.يستخدم مجموعة من الهوائيات على نطاق واسع لتحقيق إرسال إشارة فعال واستقبالمن خلال زيادة عدد الهوائياتيمكن لتكنولوجيا MIMO واسعة النطاق تحسين قدرة القناة وكفاءة الطيفية للنظام بشكل كبير دون الحاجة إلى موارد الطيف الإضافية أو طاقة الإرساللتحقيق رؤية الجيل الخامس وتلبية متطلبات الأداء الحاسمة للكفاءة الطيفية ، من الضروري إنشاء نماذج أولية وتحقق من صحة MIMO واسعة النطاق وغيرها من التقنيات ذات الصلة.وبما أن المحاكاة المعتمدة على الحاسوب وحدها لا يمكن أن تحل العديد من المشاكل المعقدة التي لم تحل، من الضروري تطوير أنظمة نموذجية قادرة على العمل في الوقت الحقيقي في ظل ظروف القناة الفعلية وإرسال/استقبال إشارات RF حقيقية.الذي يجمع بين برنامج محاكاة على جهاز كمبيوتر مع منصة راديو محددة برمجيًا (SDR)، يمكن أن تعالج هذه التحديات، وتسهيل الانتقال من المحاكاة النظرية إلى التطبيق العملي وبالتالي تسريع تطوير أنظمة الاتصالات من الجيل التالي. الحل يتم تنفيذ هذا الحل باستخدام LuowaveUSRP-LW N321منصة ، والتي تتكون في المقام الأول من واجهة RF قابلة للبرمجة USRP-LW N321 ، الخوادم ، المفاتيح ، ومصدر الساعةأوكتو كلوك-LW-G. مخطط الإعداد النموذج الموصى به الـUSRP-LW N321هو جهاز لاسلكي محدد برمجيًا للشبكة يمكنه توفير موثوقية وقدرات مقاومة للخلل للتنفيذ في الأنظمة اللاسلكية على نطاق واسع وموزعة.إنه SDR عالي الأداء الذي يستخدم تصميم RF فريد لتقديم قنوات 2 RX و 2 TX في نصف عرض RU. معمارية المزامنة المرنة تدعم مرجع الساعة 10 ميغا هرتز ، مرجع وقت PPS لدخول TX LO و RX LO الخارجي ، مما يتيح منصة اختبار MIMO متماسكة في المرحلة. أوكتو كلوك-LW-Gهو نظام تخصيص الأجهزة لمصادر الساعة عالية الدقة. وهو مفيد للغاية للمستخدمين الذين يرغبون في إنشاء نظام متعدد القنوات ومزامنة إلى وقت مرجعية مشتركة. على سبيل المثال ،يمكننا استخدام OctoClock-G لتنفيذ العمليات المتماسكة على USRP N210 ومزامنة مع النظامهذا يتيح العديد من تطبيقات المصفوفة المرحلية، مثل تشكيل الشعاع، والبحث عن اتجاه عالي الدقة، والجمع بين التنوع، أو تصميم مقاطع MIMO.

نظرة عامة على حلول 5G الأمواج المليمترية مع تزايد الطلب على نقل البيانات عالية جدا، وانخفاض فترة تأخير والقدرة الكبيرة في سوق الاتصالات المتنقلة،تحتاج صناعة الاتصالات إلى تطوير نطاقات ترددية أخرى لتكنولوجيا 5G اللاسلكية لتخفيف الضغط الحالي على استخدام الطيف اللاسلكي في الشبكات.   ما يسمى بـ 5G الموجة المليمترية ، وفقًا لبروتوكول 3GPP 38.101 ، 5G NR يستخدم بشكل رئيسي شريطين تردديين: شريط تردد FR1 وشركة تردد FR2.نطاق التردد لمجموعة ترددات FR1 هو 450MHz - 6GHz، والمعروف أيضًا باسم نطاق التردد تحت 6 غيغاهرتز؛ نطاق التردد في نطاق التردد FR2 هو 24.25 غيغاهرتز - 52.6 غيغاهرتز ، يشار إليه عادةً باسم الموجة المليمترية.     مزايا 5G mmWave السرعة العالية والقدرة الكبيرة موجة ملم يمكن أن توفر سرعة نقل بيانات عالية للغاية، مع معدل ذروة تصل إلى 30 جيجابت في الثانية، ودعم الاتصال في وقت واحد من عدد كبير من الأجهزة،و مناسبة لسيناريوهات مثل البث المباشرفيديو التعريف والواقع الافتراضي. فترة تأخير منخفضة يمكن لتكنولوجيا موجات ملم أن تحقق استجابة أسرع من خلال تقليل تأخر الاتصال. إنها صديقة للغاية للسيناريوهات التي تتطلب نقل البيانات في الوقت الحقيقي،مثل القيادة الذاتية والتحكم عن بعد. التوجيه العالي: الموجة الميمية لديها توجيه جيد وأشعة ضيقة ، مما يؤدي إلى تحديد الموقع والدفع الدقيق ، ويمكن أن يحسن من أمن الإشارة ويقلل من التداخل. خصائص كل الأحوال الجوية: ينتشر موجات ملم أقل تأثيراً من المناخ، وله خصائص في جميع الأحوال الجوية. في الوقت الحالي ، يمكن أن ترسل أجهزة الاستقبال USRP وإستقبال إشارات RF تحت 6 GHz ، تغطي نطاق تردد Sub6G. لتلبية متطلبات NR FR2 ، قامت LUOWAVE بتخصيصها بشكل عميق.وحدات توسيع الموجات mmWaveلـ USRP ، والتي يمكن أن تحول إشارات الترددات المتوسطة إلى نطاق ترددات موجات ملم ، مما يساعد المستخدمين على إنشاء أنظمة الاتصالات المتنقلة 5G mmWave بسرعة.   الحل تم بناء نظام الاتصالات 5G المليمتر الموجة على أساس سلسلة USRP-LW/SDR-LW من منصات الراديو المحددة برمجيات،وحدات توسيع الموجات المليمترية ومنصة البرمجيات 5G OpenAirInterface (OAI)لديها وظيفة محاكاة بيئة شبكة 5G NSA / SA ويمكن أن تدعم استكشاف التقنيات ذات الصلة للاتصالات 5G المليميتر الموجة.من خلال استخدام أنواع مختلفة من أجهزة الراديو المحددة برمجياتًا ومعلمات تكوين محطة قاعدة مختلفة، يمكن تحقيق وظائف مختلفة. يمكن لهذا النظام محاكاة كاملة لمجموعة البروتوكول من النهاية إلى النهاية ، محاكاة كاملة للمحطات الأساسية والمحطات والشبكات الأساسية ، وتلبية مواصفات بروتوكول 3GPP المقابلة.يدعم التواصل مع المعدات التجارية ويدعم التطوير الثانوي على أساس كومة البروتوكول.   مخطط الإعداد جانب محطة القاعدة: يتكون من جهاز راديوي مستقل عالي الأداء SDR-LW 2974، وحدة توسيع موجة مليمتر وحدة تحويل صعودية وحدة تحويل هبوطية واحدة ، وهما هوائيان منقوشان موجات مليمتر.     جانب المحطة: ويتكون من جهاز راديو محدد ببرمجيات USRP-LW B210، وحدة تحويل الموجة المليمترية إلى الموجة المليمترية ، وحدة تحويل الموجة المليمترية إلى الموجة المليمترية ، وحدة تحويل الموجة المليمترية إلى الموجة المليمترية ، وكمبيوتر أعلى ، وهناك هوائيان منقذان من الموجة المليمترية.         منتجات ذات صلة متطلبات معالجة 5G-NR أعلى بكثير من متطلبات 4G ، وبالتالي تتطلب أجهزة SDR عالية الأداء أو أجهزة الكمبيوتر الشخصية الأكثر تقدمًا كمحاسب مضيف لUSRP.من خلال وحدة توسيع الموجة المليمترية المصاحبة ومحول الصعود، يمكن دعم تحويل التردد المستمر من 24GHz إلى 44GHz ، مما يلبي احتياجات البحث في الاتصالات المليمترية 5G. (1) سلسلة SDR-LWسلسلة SDR-LW هي جهاز SDR مستقل عالي الأداء أطلقته شركة لوغوغانغ الإلكترونية. وهي تتكون من معالج محمول و FPGA و RF front-end.من خلال العمل في التآزر مع معالج Intel X86 و FPGA، يتم تعزيز مرونة المعدات اللاسلكية المحددة برمجيًا. يمكن للمضيف من جهاز سلسلة SDR-LW تشغيل برنامج محطة قاعدة / محطة 5G ،والجهة الأمامية تدرك نقل الإشارة للمحطات الأساسية والأجهزة النهائية من خلال الهوائيات القرنإطار التصميم المتكامل يسمح لها ببناء نماذج أولية بسرعة لأنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة عالية الأداء.SDR-LW 2974وSDR-LW 3980 النماذج: (2) سلسلة USRP-LWUSRP-LW N321 هو جهاز لاسلكي عالية الأداء محدد برمجيًا يحتوي على عرض نطاق ترددي فوري يصل إلى 200 ميغاهرتز RF front-end ، يدعم تكوين MIMO ، ومجهز بـ ADC و DAC عالي السرعة.يمكنه التعامل مع مهام معالجة إشارات معقدة وتلبية متطلبات الاتصالات اللاسلكية المتنوعة.يتم تثبيت محطات قاعدة ناعمة ومحطات ناعمة على جهاز الكمبيوتر المتصل بـ USRP-LW N321 لتنفيذ وظائف كومة بروتوكول NR اللاسلكي.USRP-LW N321 يكمل التحويل الرقمي إلى التناظري ويستكمل وظائف الإرسال والاستقبال في نهاية RF. معالج النطاق الأساسي لـ USRP-LW N321 يعتمد Xilinx Zynq-7100 SoC ، يدمج FPGA قابل للبرمجة من قبل المستخدم على نطاق واسع و CPU ARM مزدوج النواة ،توفير دعم قوي للمعالجة في الوقت الحقيقي وببطء منخفض. باستخدام منافذ SFP + و QSFP + ، يمكن لـ USRP-LW N321 إرسال تدفقات بيانات I / Q عالية الإنتاجية إلى جهاز الكمبيوتر المضيف أو معالج FPGA ، مما يستوفي متطلبات معالجة البيانات عالية السرعة.يدعم مهام التنفيذ عن بعد، مثل تحديث البرامج وإعادة التشغيل وإعادة تعيين المصنع، وبالتالي تبسيط التحكم وإدارة شبكة الراديو.

نظرة عامة مع دخولنا عصر الجيل السادس، فإن نطاقات ترددات الاتصالات اللاسلكية تتقدم نحو نطاقات أعلى مثل الموجات المليمترية و التيرا هرتز،تتداخل تدريجيا مع ترددات استشعار الرادار التقليديةإن دمج الاستشعار والاتصالات على نفس الطيف لا يزيد فقط من استغلال موارد الطيف ولكن يقلل أيضًا من ندرة موارد الطيف اللاسلكي التقليدية.بعبارات بسيطةتتضمن تكنولوجيا الاستشعار والاتصالات المتكاملة إضافة قدرات شبيهة بالرادار (الإستشعار) لشبكات الاتصالات المحمولة الخلوية الحالية (الاتصالات) ،تمكين الكشف عن الكائنات المحيطة بها وتتبعها مثل الطائرات بدون طيارأو السيارات أو السفن بمعنى ضيق ، يشير الاستشعار والاتصالات المتكاملة إلى أنظمة الاتصالات القادرة على قياس المدى وقياس السرعة وقياس الزاوية والتصوير وكشف الهدف وتتبع الهدفو التعرف على الهدف، الذي كان يطلق عليه في البداية "تكامل الرادار والاتصالات". بمعنى أوسع ، يشير الاستشعار والاتصالات المتكاملة إلى أنظمة الاتصالات التي يمكن أن تدرك سمات وحالات جميع الخدمات والشبكات والمستخدمين والأجهزة النهائية ،والكائنات البيئية، والتي قد تتجاوز قدرات الرادار التقليدي في الاستشعار. الحل يتم عرض البنية العامة لمنصة أجهزة نظام الاستشعار والاتصالات المتكاملة في الشكل 1.جهاز الراديو المحدد برمجيًا من سلسلة SDR-LW/USRP-LW بمثابة جهاز الاستقبال والاتصالات المتكاملبينما تقوم بإرسال إشارات لخدمة مستخدمي الاتصالات، فإنها تتلقى أيضا إشارات الصدى لتمكين الكشف عن أهداف متعددة. النموذج الموصى به الـسلسلة SDR-LWهو جهاز مستقل عالي الأداء SDR (اللاسلكي المحدد برمجيًا) الذي أطلقته Luoguang Electronics ، يتكون من معالج محمول ، FPGA ، و RF front-end.من خلال الاستفادة من العملية التعاونية لمعالج إنتل X86 و FPGA، يتم تعزيز مرونة المعدات الراديوية المحددة برمجيًا. يسمح إطار التصميم "كل شيء في واحد" بنشر سريع لأنظمة الاستشعار والاتصالات المتكاملة ،سواء في الداخل أو في الخارج.