کتاب Millimeter Wave Communications in 5G and Towards 6G

تمرکز این کتاب بر توضیح جنبه‌های مختلف سیستم‌های میلی‌متر موج (mmWave) است. این سیستم‌ها یکی از اجزای اصلی شبکه‌های سلولی نسل پنجم (5G) امروز هستند و ستون اصلی سیستم‌های نسل ششم (6G) در حال ظهور و فراتر از آن خواهند بود. از نظر فنی، رژیم mmWave برای سیستم‌هایی که در یک رژیم فرکانس مربوط به طول موج‌های میلی‌متری (30–300 گیگاهرتز) کار می‌کنند، کاربرد دارد.

در عمل، در سطح پروژه مشارکت نسل سوم (3GPP)، رژیم mmWave با فرکانس محدوده 2 (FR2) نشان داده می‌شود و برای محدوده 24.25–71 گیگاهرتز است. گسترش‌های FR2 شامل فرکانس محدوده 4 (FR4) با تمرکز بر 71–114.25 گیگاهرتز و فرکانس محدوده 5 (FR5) با تمرکز بر فرکانس‌های فراتر از 114.25 گیگاهرتز است.

جنبه‌های مختلف طراحی سیستم‌های FR2 همچنین بر طراحی سیستم‌های فرکانس محدوده 3 (FR3) با تمرکز بر 7.125–24.25 گیگاهرتز تأثیر می‌گذارند که از نظر گستردگی طیف در حال تکامل 6G نیز اهمیت زیادی دارند.

طیف FR2 و به طور گسترده‌تر سیستم‌های mmWave تا آغاز فرآیند استانداردسازی 5G به دلیل تعدادی از دلایل مورد توجه مهندسان بی‌سیم عملی قرار نگرفت. برخی از این دلایل عبارتند از:

• کمبود طیف دارای مجوز در FR2 برای عملیات سلولی
• پیچیدگی‌های طراحی سطح دستگاه اجزای رادیو فرکانس (RF) و نمایه‌های مصرف بالای توان، مساحت و مصرف توان آنها و همچنین مدیریت حرارتی مرتبط با مصرف توان بالاتر
• بودجه‌های لینک ضعیف که یک عملیات سلول کوچک مربوط به فاصله‌های بین سایت 200–500 متری (ISD) در مقابل پوشش 1–3 کیلومتری برای سیستم‌های نسل سوم/چهارم (3G/4G) را نشان می‌دهد.
• افزایش هزینه‌های سرمایه‌ای (Capex) و هزینه‌های عملیاتی (Opex) مرتبط با استقرار این سلول‌های کوچک
• ضرورت شکل‌دهی پرتو چند آنتنی در سطح RF برای پل زدن بودجه لینک، که نیازمند پیشرفت در طراحی آرایه آنتن، طراحی مدار مجتمع رادیو فرکانس (RFIC) و فناوری‌های بسته‌بندی است
• فقدان یک طراحی لایه فیزیکی سیستماتیک که از ویژگی‌های منحصربه‌فرد مرتبط با این فرکانس‌ها استفاده کند و نقص‌های آنها را جبران کند.

در طول ده سال گذشته، سیستم‌های بی‌سیم mmWave شاهد یک انقلاب عظیم از شروع با مقالات سفید و اسناد چشم‌انداز منتهی به نمونه‌های آزمایشی و تلاش‌های استانداردسازی پیش از 5G به دنبال فرآیند استانداردسازی نسل پنجم-رادیو جدید (5G-NR) برای انتشار 15 (Rel. 15) در 3GPP بوده‌اند. این منجر به طراحی، توسعه و تکامل مودم‌های سازگار با 5G-NR مانند خانواده‌های مودم Snapdragon®1 X50، X55، X60، X65، X70 و X75 از Qualcomm Technologies شد.

این تحولات به موازات تکامل مشخصات 3GPP در Rel. 16 و فراتر از آن انجام شده است. با توجه به این پیشینه، کتاب Millimeter Wave Communications in 5G and Towards 6G مسائل اساسی پشت فناوری mmWave را بررسی، کاوش و رمزگشایی می‌کند.

خواهیم دید که این تکامل را می‌توان به عنوان یک تداوم مشاهده کرد که با انقلاب چند ورودی چند خروجی (MIMO) که ستون فقرات سیستم‌های 3G و 4G و همچنین سری استانداردهای 802.11 موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) برای سیستم‌های WiFi است، آغاز می‌شود.