Mfumo wa uundaji modeli wa tabaka mtambuka kutoka PHY hadi mfumo ni mkabala wa tathmini unaofuatilia katika mnyororo mmoja wa uigaji jinsi vigezo vya tabaka halisi, kama masafa ya kibeba, ueneaji, faida ya antena, uelekeo na mwingiliano, vinavyopelekwa kwenye urekebishaji wa kiungo, ugawaji wa rasilimali za MAC na hatimaye viashiria vya utendaji wa kiwango cha mfumo. Utafiti wa Navneet Kaur na Lav Gupta unatumia 5G Toolbox na 6G Exploration Library katika MATLAB R2025b kulinganisha msingi wa 5G na usanidi unaoelekezwa kwa 6G katika eneo lilelile la huduma la 500 m × 500 m. Uigaji ulitumia vituo vinne vya msingi na vifaa 200 vya mtumiaji (UE) kwa 5G, na vituo tisa vya msingi pamoja na UE 400 kwa senario inayoelekezwa kwa 6G. Katika matokeo, throughput ya jumla ya usanidi unaoelekezwa kwa 6G inaongezeka kutoka 3,391 Gbps hadi 33,282 Gbps, huku ucheleweshaji wa wastani ukipungua kutoka 2,44 ms hadi 0,38 ms, upotevu wa pakiti kutoka %2,42 hadi %1,45, na nishati/bit kutoka 15,788 nJ/bit hadi 0,936 nJ/bit. Kwa upande mwingine, ufunikaji wa mtandao unapungua kutoka %80,0 hadi %76,8. Thamani hizi hazikutokana na mtandao halisi wa majaribio ya 6G, bali na uigaji wa mfumo unaodhibitiwa ulioundwa kwa vigezo maalumu na kwa sehemu vya kudhaniwa vinavyoelekezwa kwa 6G; hivyo matokeo hayawezi kufasiriwa kama utendaji uliohakikishwa wa kiwango cha mwisho cha 6G.

Mchango mkuu wa kisayansi wa utafiti si kutoa tu hitimisho kwamba “6G ni ya haraka zaidi”. Watafiti wanafuatilia katika mnyororo mmoja wa kisababishi wa modeli jinsi faida kubwa ya antena, utumaji wenye uelekeo, utengaji wa mwingiliano na usaidizi wa RIS vinavyoathiri SINR; jinsi SINR inavyoruhusu viwango vya juu vya MCS; jinsi hali hiyo inavyobadilisha ufanisi wa spektra na throughput ya mtumiaji; na hatimaye jinsi matokeo ya mfumo kama throughput, ucheleweshaji, uaminifu wa pakiti, upatikanaji wa chaneli na nishati/bit yanavyoundwa.

Tatizo kuu ambalo utafiti unajaribu kutatua

Katika fasihi ya 6G, malengo kama viwango vya juu sana vya data, ucheleweshaji mdogo sana, ufanisi mkubwa wa nishati na maeneo mapya ya spektra hujadiliwa mara nyingi. Hata hivyo, tafiti zinazofuatilia kwa kiasi chini ya hali zilezile jinsi uboreshaji unaopendekezwa katika tabaka halisi unavyoenea katika mtandao halisi wa seli nyingi kutoka ubora wa muunganisho hadi ugawaji wa rasilimali za MAC na KPI za kiwango cha mfumo ni chache zaidi.

Utafiti huu unajaribu kuziba pengo hilo kwa kuendesha usanidi wa 5G na ule unaoelekezwa kwa 6G chini ya eneo lilelile la huduma, mkabala wa trafiki, mgawanyo wa watumiaji, mtiririko wa hesabu na ufafanuzi wa KPI. Hivyo unalenga kuhakikisha kuwa mabadiliko kati ya senario hizo mbili hayatokani tu na miundo tofauti ya uigaji, bali na vigezo vilivyofafanuliwa vya redio, antena, ueneaji na msongamano.

Tathmini ya Tabaka Mtambuka Kutoka PHY hadi Mfumo ni Nini?

Tathmini ya tabaka mtambuka kutoka PHY hadi mfumo ni mkabala wa uundaji modeli unaofuatilia katika mnyororo mmoja wa hesabu athari zinazofuatana za hali za ishara na ueneaji katika tabaka halisi kwa urekebishaji wa kiungo, ugawaji wa rasilimali za MAC na viashiria vya utendaji wa kiwango cha mfumo. Katika utafiti huu, upotevu wa njia, LOS/NLOS, kivuli, ufifiaji wa Rayleigh, faida za antena na uelekeo pamoja na mwingiliano huamua kwanza SINR; SINR huamua MCS iliyochaguliwa na ufanisi wa spektra, hali hizo huunda throughput na ucheleweshaji wa mtumiaji, na matokeo ya watumiaji huunda KPI za mfumo kama throughput ya jumla, ufunikaji, CSSR, kiwango cha drop na upatikanaji wa chaneli.

Eneo la pamoja la mtandao na muundo wa watumiaji

Senario zote mbili zimeundwa katika eneo la huduma la 500 m × 500 m. Msingi wa 5G una vituo vinne vya msingi na UE 200, huku senario inayoelekezwa kwa 6G ikiwa na vituo tisa vya msingi na UE 400. Mgawanyo wa UE uliundwa kuwakilisha aina zilezile za trafiki katika senario zote mbili:

• %60 simu mahiri,
• %30 kifaa cha IoMT,
• %10 mtumiaji wa AR/VR.

Mgawanyo huu unawakilisha trafiki ya jumla ya simu, trafiki ya sensa/ufuatiliaji wa afya na programu zenye kiwango kikubwa cha data zinazohitaji ucheleweshaji mdogo. Utafiti unaunda modeli ya mwelekeo wa downlink pekee; uplink PHY, udhibiti wa nguvu wa uplink na tabia ya uplink scheduler hazijajumuishwa katika uigaji.

Usanidi halisi wa 5G na unaoelekezwa kwa 6G

Kuna hoja muhimu ya kimbinu hapa: 30 GHz, 4096-QAM, tabaka nane za anga, faida ya RIS na baadhi ya vigezo vya nishati/ucheleweshaji havitumiwi kama “kiwango cha 6G kilichokamilika”. Chanzo kinaviweka kama chaguo za uundaji modeli zinazoelekezwa kwa 6G zinazowakilisha mielekeo ya mitandao ya baadaye.

Uchaguzi wa kituo cha msingi

Kwa kila UE, umbali mlalo wa Euclidean kwenda vituo vyote vya msingi huhesabiwa na kituo kilicho karibu zaidi huchaguliwa kuwa seli ya huduma:

\[ b_0=\arg\min_b d_{2D}(u,b), \qquad d_{\min}=d_{2D}(u,b_0) \]

Hapa \(b_0\) inaonyesha faharasa ya kituo cha msingi cha huduma, na \(d_{2D}(u,b)\) inaonyesha umbali mlalo kati ya UE \(u\) na kituo cha msingi \(b\). Vituo vingine vya msingi huchukuliwa kuwa vyanzo vya mwingiliano kwa UE hiyo.

Umbali wa 3B na modeli ya LOS/NLOS

Umbali mlalo huunganishwa na tofauti ya urefu kati ya kituo cha msingi na mtumiaji ili kuhesabu umbali wa muunganisho wa pande tatu:

\[ d_{3D}=\sqrt{d_{2D}^{2}+(h_{BS}-h_{UT})^{2}} \]

Uainishaji wa LOS/NLOS hufanywa kwa mkabala wa uwezekano unaotegemea umbali kwa msingi wa 3GPP TR 38.901. Uwezekano wa jumla wa LOS uliotumiwa katika chanzo ni:

\[ P_{\mathrm{LOS}}(d)=\frac{18}{d} +e^{-d/C}\left(1-\frac{18}{d}\right) \]

\(C\) ni thamani thabiti ya ufifiaji inayotegemea senario; utafiti ulitumia 63 kwa UMa na 36 kwa UMi. Ikiwa kigezo cha Uniform \(u\in[0,1]\) ni kidogo kuliko \(P_{\mathrm{LOS}}\), muunganisho hupewa LOS, vinginevyo NLOS.

Upotevu wa njia wa LOS huhesabiwa kwa jumla kama:

\[ PL_{\mathrm{LOS}} =a+b\log_{10}(d_{3D})+20\log_{10}(f_c) \]

na katika muunganisho wa NLOS hutumiwa:

\[ PL_{\mathrm{NLOS}} =\max(PL'_{\mathrm{NLOS}},PL_{\mathrm{LOS}}) \]

Operesheni ya upeo huzuia upotevu wa NLOS kuwa chini ya upotevu wa LOS wa muunganisho huohuo, jambo ambalo halingekuwa la kimwili.

Kivuli na ufifiaji wa Rayleigh

Kwa mabadiliko makubwa ya chaneli, kivuli cha Gaussian chenye wastani sifuri na mkengeuko sanifu wa 8 dB huongezwa:

\[ PL_{\mathrm{total}}=PL+X_\sigma \]

Kwa ufifiaji wa njia nyingi wa kiwango kidogo, faida ya nguvu ya Rayleigh huchukuliwa kutoka mgawanyo wa kielelezo wenye wastani wa moja:

\[ g_{\mathrm{Rayleigh}}\sim \mathrm{Exponential}(1) \]

na hubadilishwa kwenda eneo la dB kwa:

\[ G^{dB}_{\mathrm{Rayleigh}} =10\log_{10}(\max(\varepsilon,g_{\mathrm{Rayleigh}})) \]

\(\varepsilon\) ni kikomo kidogo chanya cha chini kinachozuia ukosefu wa uthabiti wa kihesabu.

Usaidizi wa RIS

Uso mahiri unaoweza kusanidiwa upya (Reconfigurable Intelligent Surface, RIS) umeundwa modeli kama faida bainifu ya link-budget katika senario inayoelekezwa kwa 6G pekee. Utafiti unafafanua faida ya RIS ya:

• +5 dB katika masafa ya 80–300 m,
• +2,5 dB katika masafa ya 300–600 m

Thamani hizi si vigawo vilivyowekwa na kiwango; chanzo kinazitaja wazi kuwa makadirio ya uigaji yanayotegemea uelewa wa kimwili. Athari yake katika upotevu wa jumla wa njia ni:

\[ PL^{RIS}_{tot}=PL_{tot}-\Delta_{RIS}(d) \]

Kwa hiyo, katika modeli hii RIS si uigaji wa kina wa uboreshaji halisi wa uso wa sumakuumeme, bali ni faida ya ziada ya link-budget inayotegemea umbali.

Utumaji wenye uelekeo na utengaji wa mwingiliano

Faida ya uelekeo inayotumiwa kwa muunganisho unaotakiwa imefafanuliwa kama:

\[ G_{dir}=10\log_{10}(\max(1,N_{\mathrm{Layers}})) \]

Katika hali inayoelekezwa kwa 6G, +3 dB ya ziada huongezwa:

\[ G_{dir,6G}=G_{dir}+3\ \mathrm{dB} \]

Kwa miunganisho ya mwingiliano, uelekeo huwakilishwa kwa muhula tofauti wa utengaji:

\[ I_{iso}=3+1.3\log_2(\max(1,N_{\mathrm{Layers}})) \]

na katika senario inayoelekezwa kwa 6G hutumiwa:

\[ I_{iso,6G}=I_{iso}+5 \]

Chanzo kinasisitiza kwamba vigawo hivi havijawekwa na kiwango; ni vigezo vya uundaji modeli vilivyochaguliwa ili kukadiria athari ya jiometri ya antena na tabia ya beamforming katika kiwango cha mfumo.

Nguvu kwa kila kizuizi cha rasilimali

Inadhaniwa kuwa nguvu ya jumla ya kituo cha msingi inagawanywa sawa kati ya vizuizi vya rasilimali. Urekebishaji hufanywa kwa:

\[ \Delta_{RB}=10\log_{10}(N_{RB}) \]

Nguvu ya ishara ya huduma kwa kila RB ni:

\[ P_{\mathrm{sig,RB}} =P_{tx}-PL_{tot}+G_{BS}+G_{UE}+G_{dir} -10\log_{10}(N_{RB}) \]

ndivyo ilivyo.

Kwa kituo kimoja cha msingi cha mwingiliano:

\[ P_{b,RB} =P_{tx}-PL_b+G_{\mathrm{Rayleigh},b} +G_{BS}+G_{UE}-I_{iso}-\Delta_{RB} \]

hupatikana, na nguvu za vituo vyote vya msingi visivyotoa huduma hujumlishwa katika eneo la mstari ili kupata inter-cell interference ya jumla.

Kelele ya joto na SINR

Kelele ya joto kwa kila RB huhesabiwa kwa:

\[ N_{RB,dBm} =-174+10\log_{10}(B_{RB})+NF \]

Katika utafiti, kiwango cha kelele cha kipokezi ni \(NF=7\) dB. \(-174\) dBm/Hz inawakilisha takriban wiani wa spektra ya nguvu ya kelele ya joto katika halijoto ya 290 K.

Katika eneo la mstari, SINR ni:

\[ SINR= \frac{P_{\mathrm{sig,RB}}} {P_{\mathrm{intf,RB}}+P_{\mathrm{noise,RB}}} \]

na kwa kuripoti:

\[ \gamma_{dB}=10\log_{10}(SINR) \]

huhesabiwa.

Urekebishaji wa kiungo kutoka SINR hadi MCS

Kila ingizo la MCS hufafanuliwa kwa kizingiti cha SINR, modulesheni, bit kwa kila alama na kiwango cha usimbaji:

\[ \{\gamma_{th},mod,b,R\} \]

Ili kupunguza uchaguzi wenye matumaini kupita kiasi, ukingo wa usalama wa 1,5 dB huondolewa kutoka SINR iliyohesabiwa:

\[ \gamma_{eff}=SINR_{dB}-1.5\ \mathrm{dB} \]

Kisha MCS ya juu zaidi inayotimiza sharti la kizingiti huchaguliwa:

\[ MCS=\arg\max_k\{k:\gamma_{eff}\geq \gamma_{th,k}\} \]

Modeli ya BER, BLER na PER

Ukingo wa SINR kulingana na kizingiti cha MCS iliyochaguliwa hufafanuliwa kama:

\[ \Delta\gamma=\gamma_{dB}-\gamma_{th} \]

BER imekadiriwa kwa:

\[ BER= \min\left( 0.5, \max\left(10^{-7}, BER_0\,10^{-0.2\Delta\gamma}\right) \right) \]

Huu si uchanganuzi wa link-level waveform, bali mkabala wa uigaji wa mfumo unaozingatia MCS.

Modeli ya kilojistiki ya BLER ni:

\[ BLER_{log}= \frac{1}{1+\exp(\alpha(\gamma_{dB}-\gamma_{th}))} \]

\(\alpha\) imewekwa kuwa 0,9 kwa 5G na 1,3 kwa usanidi unaoelekezwa kwa 6G. Vigawo hivi pia vinafafanuliwa katika chanzo kama thamani za uundaji modeli zilizochaguliwa kwa ukalibishaji.

Muhula unaotokana na hitilafu za bit ndani ya pakiti ni:

\[ BLER_{bits}=1-(1-BER)^{N_{bits}} \]

na uwezekano wa jumla wa hitilafu ya pakiti ni:

\[ PER= \min\left( 0.5, \max\left(10^{-6}, 0.6BLER_{log}+0.4BLER_{bits} \right) \right) \]

Uzito wa 0,6/0,4 si sehemu ya kiwango; ni vigawo vilivyokalibishwa vilivyotumiwa na utafiti kwa uigaji.

Tabaka fanisi la MIMO na ufanisi wa spektra

Dhana kwamba si tabaka zote za MIMO zilizosanidiwa zinaweza kutumiwa kwa ufanisi katika hali mbaya za muunganisho inawakilishwa na mkabala huu:

\[ L_{eff} =\min\left( N_L,\, 1+0.5\log_2(1+\gamma_{lin}) \right) \]

Ufanisi ghafi wa spektra ni:

\[ SE_{raw}=b\,R\,L_{eff} \]

na ufanisi wa mwisho wa spektra wa kiungo ni:

\[ SE=\min(SE_{raw},14) \]

Kikomo cha 14 bps/Hz si kikomo cha kiwango cha 3GPP; katika chanzo kimefafanuliwa kama kikomo cha juu cha kihafidhina cha uigaji kinachozuia makadirio ya juu kupita kiasi ya mfumo.

Tabaka la MAC: ugawaji sawa wa rasilimali

Katika tabaka la MAC, abstraksheni ya full-buffer na equal-share scheduler imetumiwa. Jumla ya upana wa bendi wa PDSCH wa kituo cha msingi hugawanywa sawa kati ya watumiaji waliounganishwa na seli hiyo:

\[ B_{UE}= \frac{B_{PDSCH}}{N_{UE,onBS}} \]

Mkabala huu hauundi modeli ya uboreshaji wa muda-masafa na QoS wa scheduler halisi ya uzalishaji; unawakilisha kwa njia rahisi na inayoweza kurudiwa kupungua kwa upana wa bendi kwa kila mtumiaji kadiri mzigo wa seli unavyoongezeka.

Throughput

Throughput kwa kila mtumiaji ni:

\[ T_{UE} = \frac{SE\cdot B_{UE}\cdot(1-PER)}{10^9} \quad \mathrm{Gbps} \]

na jumla ya mtandao ni:

\[ T_{agg}=\sum_{u\in all}T_{UE}(u) \]

ndivyo ilivyo.

Vipengele vya ucheleweshaji

Muda wa slot huhesabiwa kwa nambariolojia ya NR:

\[ \mu=\log_2\left(\frac{SCS}{15\,\mathrm{kHz}}\right), \qquad T_{slot}=\frac{1\,\mathrm{ms}}{2^\mu} \]

Katika mfano wa chanzo, 30 kHz SCS hutoa muda wa slot wa 0,5 ms, na 120 kHz SCS hutoa 0,125 ms.

Ucheleweshaji wa uchakataji umewekwa kuwa thabiti katika modeli:

\[ T_{proc}= \begin{cases} 1.0\,\mathrm{ms}, & 5G\\ 0.1\,\mathrm{ms}, & 6G\text{-yönelimli} \end{cases} \]

Thamani ya 0,1 ms hapa si thamani ya lazima iliyopimwa katika maunzi halisi ya 6G; ni dhana inayowakilisha uchakataji wa baseband ulioharakishwa wa siku zijazo.

Ucheleweshaji wa ueneaji ni:

\[ T_{prop}=\frac{d}{c}, \qquad c=3\times10^8\,\mathrm{m/s} \]

na ucheleweshaji wa utumaji kwa pakiti ya baiti 1500 ni:

\[ T_{tx}=\frac{L_{bits}}{T_{UE}}, \qquad L_{bits}=1500\times8 \]

Jumla ni:

\[ Latency=T_{slot}+T_{proc}+T_{prop}+T_{tx} \]

Modeli haijumuishi ucheleweshaji wa foleni na scheduler ya kina.

Modeli ya jitter

Jitter huundwa kwa:

\[ Jitter_i=\beta(1+0.5U)\ \mathrm{ms}, \qquad U\sim Uniform[0,1] \]

\(\beta\) huchaguliwa kuwa %10 ya muda wa slot: takriban 0,05 ms kwa 5G na takriban 0,01 ms kwa senario inayoelekezwa kwa 6G. Kwa hiyo, sehemu muhimu ya matokeo ya jitter hutokana moja kwa moja na dhana ya uratibu wa muda iliyofafanuliwa katika uigaji.

Modeli ya nishati/bit

Nguvu za kawaida za UE kulingana na aina ya kifaa zimewekwa kama:

• simu mahiri: 0,2 W,
• IoMT: 0,05 W,
• AR/VR: 0,8 W

Nguvu fanisi ni:

\[ P_{UE,eff}= \begin{cases} P_{UE}, & 5G\\ P_{UE}\times0.35\times0.90, & 6G\text{-yönelimli} \end{cases} \]

Vipengele vya 0,35 na 0,90 havikutolewa na kiwango. Cha kwanza kinawakilisha dhana ya ufanisi wa maunzi/redio unaoelekezwa kwa 6G, na cha pili unafuu wa duty-cycle wa %10.

Nishati/bit huhesabiwa kama:

\[ E_b= \frac{P_{UE,eff}} {T_{UE}\times10^9} \quad \mathrm{J/bit} \]

Kwa hiyo, faida ya nishati upande wa 6G haiathiriwi tu na faida za kiungo cha redio, bali pia na dhana ya nguvu fanisi ya UE iliyo chini zaidi iliyofafanuliwa mapema na modeli.

Ufanisi wa spektra wa mfumo

Jumla ya upana wa bendi uliopangwa ni:

\[ B_{sched}=B_{PDSCH}\cdot N_{BS} \]

na ufanisi wa spektra wa mfumo ni:

\[ \eta=\frac{T_{agg}}{B_{sched}} \]

Ili kuwakilisha ishara ya udhibiti, ishara za marejeleo, vichwa na mzigo wa scheduler, overhead ya %25 hutumiwa katika 5G na %20 katika senario inayoelekezwa kwa 6G:

\[ \eta_{final}=\eta(1-overhead) \]

Katika hali hii, \(0.75\eta\) hupatikana kwa 5G na \(0.80\eta\) kwa muundo unaoelekezwa kwa 6G. Thamani hizi za overhead pia ni dhana za mfumo zilizokalibishwa za utafiti.

KPI za ufikiaji, upatikanaji na ufunikaji

Kizingiti cha admission cha 4 dB SINR kimetumiwa kwa CSSR:

\[ admit=\mathbf{1}\{\gamma_{dB}>4\,\mathrm{dB}\} \]

\[ CSSR(\%)=100\cdot mean[admit] \]

Kiwango cha kuzuiwa ni:

\[ Blocked\ Rate(\%)=100-CSSR(\%) \]

Upatikanaji wa chaneli unahitaji sharti la \(PER<0.10\) pamoja na kizingiti cha SINR:

\[ access= \mathbf{1}\{\gamma_{dB}>4\,\mathrm{dB}\land PER<0.10\} \]

Ufunikaji umefafanuliwa kwa usable throughput na ukingo wa SINR unaotegemea teknolojia:

\[ covered= \mathbf{1} \{T_{UE}>10^{-5}\land \gamma_{dB}>(4-m)\} \]

Hapa \(m=2\) dB imetumiwa kwa 5G na \(m=3\) dB kwa senario inayoelekezwa kwa 6G.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mnyororo wa uchakataji wa uigaji

1. Senario ya 5G au inayoelekezwa kwa 6G huchaguliwa.
2. Vigezo vya kibeba, PDSCH, antena, RIS, nguvu na ueneaji huandaliwa.
3. Vituo vya msingi na watumiaji huwekwa katika eneo lilelile la huduma.
4. Kila UE huunganishwa na kituo cha msingi kilicho karibu zaidi.
5. Upotevu wa njia, LOS/NLOS, kivuli na ufifiaji wa Rayleigh huhesabiwa kwa miunganisho ya huduma na mwingiliano.
6. Katika senario inayoelekezwa kwa 6G, faida ya RIS huongezwa katika umbali unaofaa.
7. Athari za antena/uelekeo na utengaji wa mwingiliano hutumiwa.
8. Ishara, mwingiliano na kelele huhesabiwa katika kiwango cha RB ili kupata SINR.
9. MCS, BER, BLER, PER na ufanisi wa spektra hutolewa kutoka SINR.
10. UE hupangwa kwa vituo vyao vya msingi vya huduma na upana wa bendi wa PDSCH hugawanywa sawa.
11. Throughput, latency, jitter na energy/bit za mtumiaji huhesabiwa.
12. Matokeo huunganishwa katika kiwango cha mfumo ili kuunda KPI za throughput ya jumla, ufunikaji, CSSR, blocking, drop, channel availability na RB utilization.

Mgawanyo wa modulesheni

Kulingana na matokeo ya Figure 2 ya chanzo, %53,5 ya watumiaji wa 5G huchagua 256-QAM, huku %17,0 wakitumia QPSK, %8,0 wakitumia 16-QAM na %20,0 wakibaki nje ya kizingiti cha chini cha MCS.

Katika senario inayoelekezwa kwa 6G, mgawanyo unasogea kwenye modulesheni za juu zaidi: %34,0 huchagua 4096-QAM, %12,2 huchagua 1024-QAM na %10,0 huchagua 256-QAM. Kiwango cha QPSK kinashuka hadi %5,5. Hata hivyo, uwiano wa watumiaji walio nje ya MCS ya chini unaongezeka hadi %23,2. Chanzo kinahusisha hali hii na upotevu mkubwa wa ueneaji katika 30 GHz unaoathiri hasa UE zilizo mbali zaidi.

Tokeo hili ni muhimu: muundo unaoelekezwa kwa 6G unaonyesha kwa wakati mmoja uwezo mkubwa wa ufanisi wa spektra na unyeti mkubwa wa ueneaji kwenye ukingo wa seli.

Je, Senario Inayoelekezwa kwa 6G ni Bora Kuliko 5G kwa Kila Jambo Katika Utafiti Huu?

La. Ingawa uigaji hutoa maboresho ya throughput, ucheleweshaji, upotevu wa pakiti, SINR, ufanisi wa spektra, jitter, nishati/bit na baadhi ya viashiria vya mwendelezo katika usanidi unaoelekezwa kwa 6G, unapunguza ufunikaji wa mtandao kutoka %80,0 hadi %76,8. Chanzo kinahusisha kushuka huku na upotevu mkubwa wa njia pamoja na unyeti wa blockage katika 30 GHz; uwekaji mnene zaidi wa vituo vya msingi, faida kubwa ya antena, uelekeo na usaidizi wa RIS hufidia upotevu kwa sehemu lakini haviuondoi kabisa.

Matokeo ya KPI za mfumo yaliyounganishwa

Kwa nini throughput huongezeka takriban mara kumi?

Kuongezeka kwa throughput ya jumla kutoka 3,391 Gbps hadi 33,282 Gbps si tokeo la sifa moja ya PHY. Katika senario inayoelekezwa kwa 6G, jumla ya upana wa bendi uliopangwa huongezeka kutoka 98,3 MHz hadi 396,0 MHz; vituo tisa vya msingi huhudumia eneo lilelile kwa msongamano mkubwa kuliko vituo vinne; SINR ya juu huruhusu MCS ya juu na tabaka fanisi zaidi za anga; uwezekano wa hitilafu ya pakiti pia hupungua. Vipengele vyote hivi huathiri kwa pamoja mlinganyo wa throughput.

Kwa nini ucheleweshaji hupungua?

Vipengele vitatu vya modeli ni muhimu hasa katika kushuka kwa ucheleweshaji kutoka 2,44 ms hadi 0,38 ms. Cha kwanza ni muda mfupi wa slot kwa sababu ya 120 kHz SCS. Cha pili ni ucheleweshaji wa uchakataji uliokubaliwa moja kwa moja kuwa 0,1 ms katika senario inayoelekezwa kwa 6G. Cha tatu ni kwamba throughput ya juu ya mtumiaji inapunguza ucheleweshaji wa utumaji wa \(T_{tx}\). Kwa kuwa modeli haijumuishi ucheleweshaji wa foleni, tokeo hili si sawa na ucheleweshaji kamili wa end-to-end wa mtandao wa kibiashara.

SINR na uaminifu

Wastani wa SINR unaongezeka kutoka 20,10 dB hadi 24,24 dB. Chanzo kinahusisha hali hii na faida kubwa za antena za BS/UE, uelekeo wenye nguvu zaidi, utengaji wa mwingiliano na usaidizi wa RIS. SINR ya juu huongeza matumizi ya MCS ya juu katika hatua ya link adaptation na kuboresha uaminifu wa pakiti kupitia mnyororo wa BER/BLER/PER.

Wastani wa upotevu wa pakiti unapungua kutoka %2,42 hadi %1,45. Kiwango cha call drop kinashuka kutoka %6,88 hadi %6,25, huku channel availability ikiongezeka kutoka %74,5 hadi %75,0.

Kwa nini CSSR na call blocking hazibadiliki?

Katika usanidi wote, CSSR ni takriban %80 na kiwango cha call-blocked ni takriban %20. Sababu ni kwamba uamuzi wa admission katika modeli umefungwa kwenye kizingiti thabiti cha 4 dB SINR. Kwa hiyo, tokeo hilo halithibitishi kwamba mafanikio ya kuanzisha simu katika mitandao halisi ya waendeshaji wa 6G lazima yafanane na 5G; linaonyesha tu kwamba senario hizo mbili zinafikia KPI ileile ya mfumo katika uigaji uliojengwa kwa sheria hii ya admission.

Ubadilishanaji wa ufunikaji

Ufunikaji ni %80,0 katika 5G na %76,8 katika senario inayoelekezwa kwa 6G. Chanzo kinahusisha hali hii na upotevu mkubwa unaotegemea umbali katika masafa ya juu. 30 GHz ni nyeti zaidi kwa blockage na path-loss kuliko 3,5 GHz. Kuongeza msongamano hadi vituo tisa vya msingi, faida ya antena ya BS ya 25 dBi, uelekeo na usaidizi wa RIS hupunguza hasara hii lakini haviondoi kabisa.

Matokeo ya CDF ya migawanyo ya watumiaji

Katika Figure 5 ya chanzo, mikunjo ya CDF ya senario inayoelekezwa kwa 6G kwa ujumla inasogea kuelekea upande wa utendaji bora. Median ya SINR ni takriban 25–27 dB, ikilinganishwa na takriban 18–20 dB katika 5G. Median ya throughput kwa kila mtumiaji huongezeka kutoka takriban 0,05 Gbps hadi karibu 0,12 Gbps. Median ya ufanisi wa spektra ni takriban 7 bps/Hz katika 5G na takriban 10 bps/Hz katika muundo unaoelekezwa kwa 6G. Katika mgawanyo wa nishati/bit, chanzo pia kinaripoti mabadiliko kutoka bendi ya median ya takriban 20–30 nJ/bit hadi bendi ya takriban 8–12 nJ/bit.

Thamani hizi za CDF ni usomaji wa takriban wa mgawanyo ulioripotiwa kutoka Figure 5; hazipaswi kuchanganywa na wastani sahihi wa mfumo katika Table II.

Tabia inayotegemea umbali

Figure 6 na Figure 7 zinaonyesha kwamba ubora wa muunganisho hubadilika katika usanidi wote umbali kutoka kituo cha msingi unapoongezeka. Katika senario inayoelekezwa kwa 6G, watumiaji walio karibu na kituo cha msingi hunufaika sana na faida kubwa ya antena na uelekeo, huku masafa badilifu ya received-power ya watumiaji wa mbali yakiwa mapana zaidi kwa sababu ya 30 GHz.

Chanzo kinasema kuwa SINR katika 5G mara nyingi iko katika masafa ya 0–30 dB, na thamani za 20–40 dB zinaweza kuonekana kwa watumiaji wa karibu katika senario inayoelekezwa kwa 6G. Throughput ya 6G hufikia takriban 0,10–0,25 Gbps katika umbali mfupi, huku thamani za 5G zikibaki chini ya 0,05 Gbps kwa sehemu kubwa. Ucheleweshaji wa watumiaji wengi wa senario inayoelekezwa kwa 6G hubaki chini ya 1 ms, huku mgawanyo wa 5G ukionyesha masafa ya takriban 2–6 ms.

Hata hivyo, nukta ghafi za data za kihesabu za michoro hii hazijatolewa katika PDF kwa mfumo wa jedwali. Kwa hiyo, thamani za takriban zinazoonekana kwenye grafu hazipaswi kutumiwa kama nukta sahihi za kipimo katika grafu ya Verianla itakayochorwa upya.

Mnyororo wa sababu na matokeo kati ya tabaka

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika mazingira ya uigaji yaliyofafanuliwa, usanidi unaoelekezwa kwa 6G hutoa throughput ya jumla iliyo juu sana kuliko msingi wa 5G.
• Chini ya modeli iliyofafanuliwa ya slot na processing-delay, ucheleweshaji wa wastani hupungua kwa kiasi kikubwa.
• Wastani wa SINR huongezeka kwa uelekeo mkubwa, faida ya antena, utengaji wa mwingiliano na faida ya RIS.
• SINR ya juu huruhusu uchaguzi wa MCS ya juu na ufanisi mkubwa wa spektra.
• Upotevu wa pakiti na kiwango cha call-drop hupungua katika uigaji.
• Ufunikaji hupungua kidogo kwa sababu ya upotevu wa ueneaji wa 30 GHz.
• Tofauti ya utendaji haitokani na kigezo kimoja, bali na mchanganyiko wa mabadiliko katika viwango vya PHY, link, MAC na mfumo.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono

• Utafiti huu si kipimo cha mtandao halisi wa kibiashara wa 6G.
• 4096-QAM, faida ya RIS, processing delay, vipengele vya kupunguza nishati na baadhi ya vigawo vya directional-isolation havijathibitishwa kama kiwango cha mwisho cha 6G.
• Matokeo hayathibitishi kwamba 6G itakuwa bora kuliko 5G katika kila eneo la kijiografia au kila senario ya uwekaji.
• Kwa kuwa uplink haijaundwa modeli, tabia ya huduma ya pande mbili ya end-to-end haijathibitishwa.
• Trafiki badilifu, scheduler ya kina, queueing, mobility na handover hazijaundwa modeli.
• RIS haijatatuliwa kama uboreshaji halisi wa sumakuumeme wa chaneli/uso, bali imewakilishwa kama faida bainifu ya dB.
• Faida ya nishati/bit haitokani na hali za redio pekee; inaathiriwa moja kwa moja pia na kipengele cha nguvu fanisi cha 0,35 × 0,90 kilichofafanuliwa kwa 6G.
• Matokeo ya uigaji hayawezi kufasiriwa kama utendaji halisi wa eneo au dhamana ya SLA ya mwendeshaji.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: From PHY to System: A Standards-Aligned Cross-Layer Framework for Quantitative Evaluation of 5G and 6G-Oriented Wireless Networks

Waandishi: Navneet Kaur; Lav Gupta

Aina ya chanzo: Preprint ya utafiti.

Hali ya mapitio ya wataalamu rika: Haijapitiwa na wataalamu rika. PDF ya chanzo inasema wazi “This preprint research paper has not been peer reviewed”.

Jukwaa: SSRN.

DOI: 10.2139/ssrn.7208052

Tarehe ya rekodi ya SSRN: 30 Julai 2026.

Taasisi za waandishi: Hazijatajwa katika PDF ya chanzo; rekodi ya SSRN pia haitoi ushirika wa kitaasisi.

Leseni: Chanzo hakitaji wazi Creative Commons au leseni nyingine sawa ya matumizi tena. Kwa hiyo, badala ya kunakili michoro asilia moja kwa moja, michoro maalumu ya Verianla inayohifadhi mahusiano ya kisayansi na data wazi ya kihesabu inapendelewa.

Jukwaa la uigaji: MATLAB R2025b; MathWorks 5G Toolbox; MathWorks 6G Exploration Library.

Marejeleo makuu ya kiwango/modeli: Mielekeo ya ITU IMT-2030, modeli za ueneaji za 3GPP TR 38.901 UMa/UMi na mkabala wa kizuizi cha rasilimali/nambariolojia unaotegemea NR.

Kikomo kikuu cha kimbinu: Utafiti si mtandao halisi wa eneo wa 6G, jaribio la utiifu wa kiwango halisi cha 6G wala jaribio la mtandao wa pande mbili la end-to-end. Vigawo mbalimbali na dhana za utendaji katika senario inayoelekezwa kwa 6G zimefafanuliwa na chanzo kuwa thamani zilizokalibishwa kwa uigaji au zilizochochewa kimwili. Kwa hiyo, ulinganisho wa 5G–6G unapaswa kufasiriwa ndani ya masharti ya modeli iliyofafanuliwa pekee.

Utafiti wa baadaye: Chanzo kinapendekeza uundaji modeli wa uplink, trafiki badilifu, mobility-aware scheduling, link adaptation na beam management zinazosaidiwa na AI, pamoja na topolojia tofauti za mitandao ya tabaka nyingi, kama upanuzi wa baadaye.