דור 5 (5G) מציין תמורה דורית שתשפיע באופן יסודי על עסקים וצרכנים ברחבי העולם. הוא מבטיח חוויה ללא גבולות, עם נתונים מהירים יותר בהרבה, זמני תגובה ברשת קצרים יותר (זמן אחזור קצר יותר), גישה מיידית לכל מקום מכל מקום ויכולת שמתאימה למיליארדי התקנים. ולא מדובר רק ביכולת להוריד וידיאו לטלפון במהירות רבה יותר. בניגוד לדור 3 (3G) ודור 4 (4G), בדור 5 יש ניסיון להתרחב אל מעבר להתקנים הניידים, אל תוך היישומים הנוגעים בכל ההיבטים של חיינו. החל ביכולת לאפשר את ה’אינטרנט של הדברים’ בתעשייה ועד הבטחת בטיחותם של כלי הרכב האוטונומיים – דור 5 משנה את החיים שלנו בדרכים שקשה אפילו לדמיין אותן.
“בעוד עשר שנים, נביט לאחור ונאמר שדור 5 היה אחד משינויי הטכנולוגיה החשובים ביותר מעולם”, אמר פאטריק מורהד (Patrick Moorhead), נשיא ואנליסט ראשי בחברת Moor Insights & Strategy. “הוא מאפשר את כל מה שאנחנו רואים שמופיע סביבנו היום, בין אם מדובר במכוניות אוטונומיות בעלות יכולת לשוחח האחת עם השנייה או רק בחוויית הוידיאו המדהימה ביותר”.
הדרך אל דור 5
גוף התקנון 3GPP מתקדם במרץ לכיוון של הגדרת דור 5, אבל העבודה האמיתית נמצאת רק בתחילתה. חברות המתמחות במוליכים למחצה, בתשתיות רשת, בענן המחשוב, בתוכנה בייצור ובטכנולוגיות הבדיקות חייבות כעת לתכנן, לפתח ולספק פתרונות שמשתמשים ביכולות האלחוטיות החדשות האלו. וזו אינה משימה קלה.
דור 5 מתאפיין בטכנולוגיות חדשות כגון Massive MIMO (ריבוי כניסות, ריבוי יציאות עם ריבוי אנטנות) ושימוש בגלים מילימטריים (mmWave). בשתי טכנולוגיות אלו משתמשים באנטנות מרובות ובעיצוב אלומה (beamforming), שיטות שמהוות התרחקות רבה מהארכיטקטורות האלחוטיות הקודמות. דור 5 כולל גם מנגנונים חדשים של בקרה אלחוטית, אשר מפצלים את הבקרה והנתונים על מנת להשתמש בתפישה של פיצול רשתות וירטואלי (network slicing) המאפשרת שדרוג רמת השירות להתקני משתמש אישיים.
בנוסף, התקנים המוצעים עבור דור 5 מורכבים יותר בהרבה מאשר התקנים של דור 3 ודור 4. דור 5 ישנה את צורתן של הרשתות ולכן, על התעשייה לשנות את האופן שבו מערכות אלו מתוכננות, מפותחות ונבדקות. בתכנון של אלגוריתמים, יצירת מודלים של מערכות, לבדה, ללא אימות כלשהו בעולם הממשי, אינה מספיקה כדי לקדם רעיון מהתפישה ועד הייצור. בבדיקות, השיטות המסורתיות שמתמקדות ברכיב יחיד לא תוכלנה לספק הסברים לגבי ההשפעות הכוללות על המערכת.
גישה מבוססת פלטפורמה
חוקרים ברחבי העולם העוסקים בתחום המערכות האלחוטיות גילו עד מהרה שהנתיב היחיד להצלחה לכיוון דור 5 עובר דרך גישה מבוססת פלטפורמה, כשהליבה היא תוכנה. Nokia יצאה לשוק עם אב הטיפוס הראשון לדור 5 בגלים מילימטריים שפועל ב- 73 ג’יגה הרץ, ובכך קבעה שיא בקצבי הנתונים עם גישה ניידת בשימוש בספקטרום הגלים המילימטריים. אוניברסיטת Lund (שוודיה) פיתחה את אב הטיפוס הראשון בטכנולוגיית Massive MIMO וחוקרים באוניברסיטת בריסטול בשיתוף עם Facebook הרחיבו את אבי הטיפוס שלהם בטכנולוגיית Massive MIMO והשיגו אבני דרך של נצילות ספקטרום ללא תקדים.
אבי טיפוס של מערכות אלו כבר מילאו תפקיד חשוב בהתפתחות של טכנולוגיית דור 5. גישת התכנון המבוסס פלטפורמה, ששימשה בדוגמאות אלו, ניצלה באופן מלא את היתרונות של התקני רדיו בהגדרת תוכנה (SDR) על מנת להתמודד עם אתגרי המערכת ולקצר את הזמן הדרוש כדי להגיע לתוצאות. התקני SDR המשמשים בתכנון וביצירת אבי טיפוס ימשיכו להתפתח ככל שהתוכנה תשתנה. אפשר גם לדמיין התקני SDR בעלי יכולות טובות אף יותר, עם תוכנה שמתפרשת אל מעבר לשכבה הפיסית, על מנת למנף את המערכת הסביבתית הנרחבת של תוכנה בקוד מקור פתוח. מצב זה יאפשר לחוקרים לפנות אל השכבות הגבוהות יותר ואל הרשת כדי לקצר עוד יותר את הזמן הדרוש לאימוץ הטכנולוגיה ולערער את הגישה המבודדת (siloed approach) לתכנון.
החדשנות של דור 5 לא נעצרת בתכנון
פתרונות בתחומי הבדיקות והמדידות ימלאו תפקיד חשוב במחזור המעבר למסחרי. מערכות בדיקה חייבות להתרחב אל מעבר לשכבה הפיסית על מנת לבצע במהירות ובכדאיות בדיקות של טכנולוגיות מרובות אנטנות, אשר במהלכן משתמשים באלומות שניתן לשלוט בהן ולכוון אותן. בנוסף, מערכות אלו חייבות לתת מענה להתקנים החדשים בעלי היכולות בתחום הגלים המילימטריים וברוחבי פס רחבים ביותר. יש צורך שפתרונות הבדיקות האלו, לא רק יוכלו לבדוק את הפרמטרים החשובים של התקן, אלא גם יהיו כדאיים מבחינת העלות עבור דור 5 כדי לממש את הפוטנציאל המלא שלו ויאמצו אותו באופן נרחב.
עם מאפיינים אלו, לדור 5 נדרשת גישה שונה כדי לבדוק התקנים ומערכות אלחוטיים. לדוגמה, בדיקה דרך האוויר (OTA) ברמת המערכת חייבת להפוך להיות סטנדרטית במערכת הסביבתית של דור 5. בדיקה דרך האוויר מציבה כמה אתגרים, אך נראה שהאתגר המרתיע ביותר שייך לסביבה שבה חייבים להתקיים זה לצד זה ציוד הבדיקה והיחידה שנבדקת. האוויר הוא תווך בלתי צפוי, והערוץ עצמו משתנה בזמן ובתלות בתנאי הסביבה. מהנדסים שעוסקים בבדיקות אלחוטיות חייבים לבודד את הערוץ בתרחיש של בדיקות דרך האוויר ולבצע בקרה של ההתקן על בסיס לפי אלומה, על מנת “לבדוק” באופן יעיל את ההתקן.
נוסף לכך, חברות כגון Intel יצאו לשוק עם מודולים ראשוניים של אנטנות במערך אלומות (phased array) שמתאפיינים באנטנה מחוברת ישירות לממשק הקדמי של הת”ר (RF), על מנת להקטין למינימום את הפסדי המערכת. מאחר שהגישה אל ההתקן מוגבלת, יש צורך להעלות את תדר הפעולה של ציוד הבדיקה לפסי הגלים המילימטריים ולאפיין מדדי ביצועים חשובים עבור כל אלומה בנפרד.
ולבסוף, בעוד שרוחב הפס הוא אתגר מוכר בתחום הבדיקות, רוחב הפס הנמדד של דור 5 צפוי לגדול פי 50 מרוחב הפס הרגיל של ערוץ LTE. ברוחבי פס כאלה, מערכות בדיקה חייבות לא רק לחולל צורות גל ברוחב פס רחבים יותר ולבצע הרכשה שלהם, אלא גם לעבד את כל הנתונים האלו בזמן אמת.
מה הלאה?
חוקרים בתחום האלחוטי אימצו גישה של תכנון פלטפורמה באמצעות התקני SDR על מנת לזרז את שלב המחקר המוקדם של דור 5, והם סיפקו תוצאות. כיום, ספקי פתרונות בתחום הבדיקות חייבים לעשות דבר דומה. דור 5 יוצר שינוי פרדיגמה שלא נראה כמותה מעולם, וגישה מבוססת פלטפורמה, גמישה וניתנת להגדרת קונפיגורציה בתוכנה, תהיה חיונית לפיתוח המערכת הסביבתית הזו.
ג’יימס קימרי (James Kimery), מנהל מחקר בתחום האלחוטי והתקני רדיו בהגדרת תוכנה (), National Instruments
