طائرة 5G: سيسنا هي محطة منصة عالية الارتفاع

تمتلئ السماء فوق طوكيو بالحركة الجوية هذه الأيام وسط تدفق السياح الدوليين. لكن إحدى الطائرات ساعدت مؤخراً في إحياء حلم الوصول إلى الإنترنت للجميع عبر الجو. أعلن باحثون في اليابان في 28 مايو أنهم نجحوا في اختبار معدات اتصالات 5G في نطاق 38 جيجاهيرتز من ارتفاع 4 كيلومترات.

تهدف التجربة إلى تطوير وصلة ترحيل جوي مع وصلات نطاق موجة مليمترية بين المحطات الأرضية ومحاكاة محطة منصة عالية الارتفاع (HAPS)، وهي محطة راديو على متن طائرة غير مأهولة تبقى عالياً في طبقة الستراتوسفير لفترات طويلة من الزمن. تم تجهيز طائرة من طراز سيسنا تحلق من مطار تشوفو في غرب طوكيو بمحطة قاعدة 5G بتردد 38 جيجا هرتز وجهاز شبكة أساسي، وتم تجهيز ثلاث محطات أرضية بهوائيات عدسة مع تتبع تلقائي.

مع استخدام سيسنا كمحطة ترحيل، أتاح الإعداد الاتصال بين محطة أرضية واحدة متصلة بشبكة 5G الأرضية ومحطة قاعدة أرضية متصلة بمحطة المستخدم، وفقًا لاتحاد الشركات اليابانية والمعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.

“لقد قمنا بتطوير التكنولوجيا التي تتيح الاتصال باستخدام 5G [New Radio] قال شينيتشي تاناكا، مدير قسم أعمال الفضاء في محطة SKY Perfect JSAT: “من خلال توجيه حزم 38 جيجا هرتز بشكل صحيح نحو ثلاث محطات أرضية مع التكيف مع وضع الطيران والسرعة والاتجاه والموقع والارتفاع وما إلى ذلك أثناء دوران الطائرة”. “لقد أكدنا أن النظام الموجود على متن الطائرة، المصمم للطبقة الستراتوسفيرية، يتمتع بأداء مناسب للاتصالات والتتبع حتى في ظل تقلبات سرعة الطيران والمواقف لطائرة من طراز Cessna، والتي تكون أكثر خطورة من تلك الموجودة في HAPS.”

وأضاف تاناكا أن أقصى عرض لشعاع هوائي المحطة الأرضية هو 0.8 درجة، وأظهرت التجربة طريقة تتبع تلتقط دائمًا طائرة سيسنا في هذا النطاق الزاوي.

سيسنا [top left] يحمل هوائي 38 جيجا هرتز [top right] أثناء الرحلة، تعمل كمحطة قاعدة 5G لأجهزة الاستقبال على الأرض [bottom right]. وتمكنت الطائرة من الاتصال بمحطات أرضية متعددة في وقت واحد [illustration, bottom left].إن تي تي دوكومو

تتمتع نطاقات الموجات المليمترية، مثل النطاق 38 جيجا هرتز، بأعلى سعة بيانات لـ 5G وهي مناسبة للأماكن المزدحمة مثل الملاعب ومراكز التسوق. ومع ذلك، عند استخدامها في الهواء الطلق، يمكن تخفيف الإشارات بسبب المطر والرطوبة الأخرى في الغلاف الجوي. ولمواجهة ذلك، نجح الكونسورتيوم في اختبار خوارزمية تقوم بالتبديل تلقائيًا بين محطات أرضية متعددة للتعويض عن الإشارات الضعيفة بسبب الرطوبة.

على عكس جهود Google الفاشلة في Loon، والتي ركزت على توفير اتصال مباشر لمحطات المستخدم، تهدف تجربة HAPS إلى إنشاء خطوط توصيل للمحطات الأساسية. تم تصميم التجربة، بقيادة وزارة الشؤون الداخلية والاتصالات اليابانية، لتوفير اتصالات عالية السرعة وقدرة عالية لتطوير شبكات 5G و6G وكذلك الاستجابة لحالات الطوارئ. وهذا الأخير أمر بالغ الأهمية في اليابان المعرضة للكوارث – ففي يناير/كانون الثاني، انقطعت خطوط الاتصال حول شبه جزيرة نوتو على بحر اليابان في أعقاب زلزال بلغت قوته 7 درجات على مقياس ريختر وتسبب في سقوط أكثر من 1500 ضحية.

وقالت هيناتا كوهارا، الباحثة في قسم ابتكار شبكات 6G في شركة NTT Docomo: “هذه هي أول تجربة اتصالات 5G ناجحة في العالم عبر السماء باستخدام تردد Q-band”. “بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام محطات اتصالات 5G الأساسية ومعدات الشبكة الأساسية على متن الطائرة للاتصال بين المحطات الأرضية المتعددة يتيح إمكانية تبديل المسار الأرضي بشكل مرن وسريع”. [gateway] محطة لوصلة تغذية، وهي قوية ضد خصائص الانتشار مثل هطول الأمطار. وهناك ميزة رئيسية أخرى وهي استخدام طريقة تشكيل الشعاع الرقمية الكاملة للتحكم في الشعاع، والتي تستخدم حزمًا مستقلة متعددة لتحسين كفاءة استخدام التردد.

وقال كوهارا إن تعويض إزاحة دوبلر كان تحديًا في التجربة، مضيفًا أن الباحثين سيجرون المزيد من الاختبارات لإيجاد حل بهدف تسويق خدمة HAPS في عام 2026. وبصرف النظر عن SKY Perfect JSAT وNTT Docomo، يضم الكونسورتيوم شركة Panasonic Holdings. ، المعروفة بمعداتها الإلكترونية.

وتأتي دفعة HAPS في الوقت الذي أعلنت فيه شركة NTT Docomo أنها قادت اتحادًا آخر في استثمار بقيمة 100 مليون دولار في شركة AALTO HAPS التابعة لشركة Airbus، المشغلة للمركبة الجوية غير المأهولة ذات الأجنحة الثابتة Zephyr. ويمكن استخدام الجناح الذي يعمل بالطاقة الشمسية للاتصالات المباشرة بالأجهزة من الجيل الخامس أو لمراقبة الأرض، وقد سجل أرقامًا قياسية بما في ذلك 64 يومًا من الطيران في الستراتوسفير. وبحسب شركة إيرباص، فإن قدرتها على الوصول إلى “ما يصل إلى 250 برجًا أرضيًا في التضاريس الجبلية الصعبة”. وقالت Docomo إن الاستثمار يهدف إلى تسويق خدمات Zephyr في اليابان، بما في ذلك تغطية المناطق الريفية ومناطق الكوارث، وفي جميع أنحاء العالم في عام 2026.