סוללים את הדרך לקראת הדור החמישי 5G בעזרת מערכות סלולאריות בגלים מילימטריים

דרישות משתמשי התקשורת האלחוטית לרוחב פס אינן יודעות שובע. דרישות אלה עוררו גל חסר תקדים של השקעות, הן מצד הציבור והן מצד מגזרים פרטיים, במטרה לחקור דרכים חדשות להגדלת קיבולת הרשתות ולענות עליהן. האנליסטים מנבאים כי זו רק שאלה של זמן עד שהדרישה תעבור את הקיבולת הקיימת. חוקרי התקשורת האלחוטית

(Wireless) ממשיכים להציג רעיונות חדשים במטרה להתמודד עם הדרישות להגדלת קיבולת הרשתות, וחוקרי טופולוגיות של רשתות שלא רק יכולות להתמודד עם הבעיה, אלא גם מציעות תכונות ופונקציות שמעולם לא נחשבו לאפשריות. המעבר מרעיון, שמוצג בתוכנה, לאב טיפוס הפועל עם אותות אמתיים דורש השקעה גדולה מאוד של זמן וכסף, השקעה המגבילה את קצב אימוץ הטכנולוגיות ויכולות חדשות. גישות תוכן המשלבות תוכנה הניתנת לתכנות מחדש, יחד עם דרכים להאצת פיתוח אב הטיפוס יכולות להחיש את התכנון, המחקר וההטעמה של הטכנולוגיות הללו בדרכים חדישות.

מתן מענה לדרישות בעזרת גלים מילימטריים
פס התדרים הגבוהים ביותר הנמצאים בשימוש מעשי הוא פס הגלים המילימטריים – EHF, שהוא מעל לפס תדרי המיקרו-גל. פס תדרים זה כולל את התדרים שבין 30
ל-300GHz, או במושגי אורך גל – בין 1 ל-10 מילימטר. לפס זה יש מספר שמות – ערוץ מילימטרי, גלים מילימטריים ו-mm wave. על מנת להגדיל את היעילות הספקטרלית של מערכות תקשורת סלולאריות בנות זמננו, החוקרים בוחנים טכניקות ברמת השכבה הפיזית כגון MIMO, תיאום התאבכות, הגדלת צפיפות הרשת, ושיטות אחרות. הזמינות של פלחי ספקטרום (הן כאלה הזקוקים לרישיון והן כאלה שאינם זקוקים לרישיון) בתחום פס ה-mmWave, מעל 28GHz, עוררה ענין מצדם של החוקרים, הן באקדמיה והן בתעשייה. החוקרים רואים כאן דרך שתאפשר לענות על דרישות תעבורת מידע בקצבים מרובי Gb/s, דרישות שככל הנראה תופענה החל משנת 2020.
השימוש בתחומי תדר אלו לתקשורת סלולארית מציב כמה אתגרים, הנובעים מתופעות כגון הגדלת הפסדי הנתיב, הפסדי התפשטות בגלל נוכחות אדי מים ובליעה בחמצן.
מדידות ערוצים שנעשו לאחרונה באזורים אורבניים צפופים, הראו שניתן ליצור חוליות תקשורת סלולארית בעלות סבירה תוך ניצול צירוף של אלומות מאנטנות מתכווננות (steerable antenna) וטופולוגיות רשת חדישות. בנוסף על כך היתרונות הנובעים מטכנולוגיות חדישות של CMOS שמגדילים את היתכנות מערכות mmWave. ניתן להעריך כי בשנים הבאות מחקרים רבים יעברו משלב המחקר התיאורטי לשלב המעשי , ויאפשרו את השימוש במערכות תקשורת סלולארית mmWave בת הדור החמישי 5G.

הגדרת החזית הטכנולוגית החדשה בעזרת פלטפורמות נשיונל אינסטרומנטס (NI)
החברה מהווה גורם משמעותי בתחומי המחקר החדשים של תקשורת mmWave.החברה מעמידה לרשות החוקרים והמפתחים כלים וטכנולוגיות לצורך הגדרת החזית החדשה של התקשורת הסלולארית. התקני החומרה של החברה ופלטפורמות התוכנה שלה מעניקות לחוקרים את היכולת לפתח חידושים באופן מהיר יותר, ומאפשר את המעבר ממחקר תיאורטי לבניה מהירה של אבי-טיפוס.
פלטפורמות NI PXI Express תוכננה כך שתוכל לבצע עיבוד וסינכרון אותות, והן כוללות את כל פונקציות הבקרה הדרושות, את הדקי המבוא והמוצא הדרושים על מנת להטמיע פרוטוקולי תקשורת סלולארית של הדור החמישי, תקשורת עתירת ג’יגביטים לשניה. סביבת התכנון הגרפית של החברה, NI LabVIEW, מאפשרת לחוקרים להתמקד בתחומי מחקרם וחוסכת מהם את הצורך להתמחות בתכנון או הכרת מרכיבים חיוניים אחרים של המערכת, כיוון שהיא מכילה ואוספת פתרונות ותכנונים בדוקים, מוכחים ומוכנים מראש. הפלטפורמה של החברה כוללת יכולות ופתרונות לתחומי סנכרון, תזמון, טיפול בנתונים, בקרת זרימת נתונים – פונקציות שהן מרכיבים חיוניים של מערכות תקשורת. בתכנון נכון, האופי המודולארי של פלטפורמות החברה יספק את הגמישות הדרושה לצורך הגעה לקצב נתונים של 10Gb/s עבור מערכות תקשורת נתונים סלולארית מדור 5, ויאפשר ביצועים הגדולים בסדר גודל מעבר לדרישות שדרת התקשורת (backhaul) ב-mmWave.
פלטפורמת ערוץ mmWave כוללת את המכלולים הבאים:
סל כרטיסי (NI PXIe-1085), בקר עם מעבד i7 עם ארבע ליבות (NI PXIe-8135), מודול NI FlexRIO FPGA (), מודול digitizer adapter (), מתאם למחולל אותות (AT-1212), מודול הדקי I/O לאותות שעון (NI PXIe-5652), ומודול לאותות שעון יחוס בתדר של QuickSyn® synthesizers.
המערכת מכילה מערכת לניהול חלוקה גמישה וניהול קוד ואלגוריתמים בין המחשב המארח למערכת (LabVIEW host), הפלטפורמה מכילה בקר עם מערכת הפעלה בזמן אמת של LabVIEW או עבור מערכת הפעלה חלונות ורכיב מיתכנת (LabVIEW FPGA Module): יכולת החלוקה הגמישה נותנת לחוקרים את היכולת לבחון באופן מהיר אלגוריתמי נקודה צפה על המחשב המארח, ולבצע בעזרת המעבד מבוסס FPGA הפועל בזמן אמת, עיבודי אות לפי הצורך בתוך אותה סביבת התכן הגרפי LabVIEW.
יכולות עיבוד ניתנות להרחבה בעזרת מספר רב של מודולי NI FlexRIO FPGA () ומספר רב של מארזים בעלי חיבורים פנימיים מהירים.
יכולת טיפול בפרוטוקולים ובאלגוריתמים בעלי רגישות קריטית לזמן לעיבוד אותות על מערכת הפעלה לזמן אמת שרצה על בקר של החברה לזמן אמת.
תקשורת בין מודולים באמצעות פנל אחורי מסוג PXI Express הפועל באופן דו כיווני ב-1.6GB/s
תקשורת DMS בין בקר זמן אמת ומודולי NI FlexRIO FPGA; תקשורת P2P בין מודולי NI FlexRIO FPGA הנה תכונה הטבועה ב-LabVIEW.
קווי דרבון בתצורת PXI Express בדיוק של פיקו-שניות, שיכולים להיות מבוקרים על ידי מודולי תזמון וסנכרון (NI PXIe-6674T) אותם ניתן לחבר למקורות אותות תזמון שונים
מודולים של הדקי מבוא ומוצא הניתנים לתכנות ומבוקרים על ידי LabVIEW.
סביבת LabVIEW אשר משלבת מודולי חישוב שונים, כגון C, .m ,VHDL, ושילוב FPGA IP של חברות צד שלישי.

למידע נוסף בקרו באתר החברה