W 2021 roku budowa i rozwój globalnej sieci 5G poczyniły ogromne postępy.Według danych opublikowanych przez GSA w sierpniu ponad 175 operatorów w ponad 70 krajach i regionach uruchomiło komercyjne usługi 5G.W 5G inwestuje 285 operatorów.Tempo budowy 5G w Chinach jest w światowej czołówce.Liczba stacji bazowych 5G w Chinach przekroczyła milion, osiągając oszałamiającą liczbę 1159000, co stanowi ponad 70% powierzchni świata.Innymi słowy, na każde trzy stacje bazowe 5G na świecie, dwie znajdują się w Chinach.
Stacja bazowa 5G
Ciągłe doskonalenie infrastruktury sieci 5G przyspieszyło lądowanie 5G w Internecie konsumenckim i przemysłowym.Zwłaszcza w branży pionowej w Chinach istnieje ponad 10 000 przypadków zastosowań 5G, obejmujących wiele dziedzin, takich jak produkcja przemysłowa, energia i moc, porty, kopalnie, logistyka i transport.
Nie ulega wątpliwości, że 5G stało się ostrą bronią cyfrowej transformacji krajowych przedsiębiorstw i motorem wysokiej jakości rozwoju gospodarki cyfrowej w całym społeczeństwie.
Jednak podczas gdy aplikacje 5G są przyspieszane, okaże się, że istniejąca technologia 5G zaczęła wykazywać stan „niekompetencji” w niektórych specjalnych scenariuszach aplikacji branżowych.Pod względem szybkości, pojemności, opóźnień i niezawodności nie jest w stanie spełnić w 100% wymagań scenariusza.
Dlaczego?Czy 5G, na które ludzie bardzo liczą, nadal trudno nazwać dużą odpowiedzialnością?
Oczywiście nie.Głównym powodem, dla którego 5G jest „niewystarczające”, jest to, że używamy tylko „połowy 5G”.
Myślę, że wiele osób wie, że chociaż standard 5G jest jedyny, to istnieją dwa pasma częstotliwości.Jeden nazywa się pasmem poniżej 6 GHz, a zakres częstotliwości jest poniżej 6 GHz (dokładnie poniżej 7,125 GHz).Drugi nazywa się pasmem fal milimetrowych, a zakres częstotliwości przekracza 24 GHz.
Porównanie zasięgu dwóch pasm częstotliwości
Obecnie w Chinach dostępne jest tylko pasmo 5G w paśmie poniżej 6 GHz i nie ma komercyjnego pasma 5G w paśmie milimetrowym.Dlatego cała energia 5G nie została całkowicie uwolniona.
Zalety techniczne fali milimetrowej
Chociaż 5G w paśmie poniżej 6 GHz i 5G w paśmie fal milimetrowych to 5G, istnieją duże różnice w charakterystyce wydajności.
Zgodnie z wiedzą zawartą w podręcznikach fizyki do gimnazjum, im wyższa częstotliwość bezprzewodowej fali elektromagnetycznej, tym krótsza długość fali i tym gorsza zdolność dyfrakcyjna.Co więcej, im wyższa częstotliwość, tym większa utrata penetracji.Dlatego zasięg 5G w paśmie fal milimetrowych jest oczywiście słabszy niż ten pierwszy.Jest to główny powód, dla którego po raz pierwszy w Chinach nie ma komercyjnej fali milimetrowej, a także powód, dla którego ludzie kwestionują falę milimetrową.
W rzeczywistości głęboko zakorzeniona logika i prawda tego problemu nie są takie same, jak wyobraźnia wszystkich.Innymi słowy, w rzeczywistości mamy błędne uprzedzenia na temat fal milimetrowych.
Po pierwsze, z punktu widzenia technologii, musimy osiągnąć konsensus, to znaczy przy założeniu braku rewolucyjnych zmian w istniejącej podstawowej teorii komunikacji, jeśli chcemy jeszcze bardziej znacząco poprawić szybkość sieci i przepustowość, możemy jedynie dokonać problem ze spektrum.
Poszukiwanie bogatszych zasobów widma z wyższych pasm częstotliwości jest nieuniknionym wyborem dla rozwoju technologii komunikacji mobilnej.Dotyczy to obecnie fal milimetrowych i teraherców, które mogą być wykorzystywane w 6G w przyszłości.
Schematyczny diagram widma fal milimetrowych
Obecnie pasmo poniżej 6 GHz ma maksymalną szerokość pasma 100 MHz (nawet 10 MHz lub 20 MHz w niektórych miejscach za granicą).Osiągnięcie szybkości 5Gbps czy nawet 10Gbps jest zbyt trudne.
Pasmo fal milimetrowych 5G sięga 200mhz-800mhz, co znacznie ułatwia osiągnięcie powyższych celów.
Nie tak dawno temu, w sierpniu 2021 r., Qualcomm połączył siły z ZTE, aby po raz pierwszy w Chinach zrealizować podwójne połączenie 5G SA (nr-dc).W oparciu o kanał nośny 200 MHz w paśmie fal milimetrowych 26 GHz i pasmo 100 MHz w paśmie 3,5 GHz, firma Qualcomm wspólnie pracowała nad osiągnięciem szczytowej szybkości łącza w dół dla jednego użytkownika przekraczającej 2,43 Gb/s.
Obie firmy wykorzystują również technologię agregacji nośnej, aby osiągnąć szczytową przepustowość łącza w dół dla jednego użytkownika przekraczającą 5 Gb/s w oparciu o cztery kanały nośne 200 MHz w paśmie fal milimetrowych 26 GHz.
W czerwcu tego roku, na targach MWC w Barcelonie, Qualcomm zrealizował szczytową przepustowość do 10,5 Gb/s, wykorzystując Xiaolong X65, 8-kanałową agregację opartą na paśmie fal n261 milimetrów (pasmo pojedynczej nośnej 100 MHz) i pasmo 100 MHz w paśmie n77.Jest to najszybsza szybkość komunikacji komórkowej w branży.
Pojedyncza szerokość pasma nośnej 100 MHz i 200 MHz może osiągnąć ten efekt.W przyszłości, w oparciu o jedną nośną 400MHz i 800MHz, bez wątpienia osiągnie prędkość znacznie przekraczającą 10Gbps!
Oprócz znacznego wzrostu szybkości, kolejną zaletą fali milimetrowej jest mniejsze opóźnienie.
Ze względu na odstępy podnośnych opóźnienie fali milimetrowej 5G może wynosić jedną czwartą opóźnienia poniżej 6 GHz.Zgodnie z testową weryfikacją,
opóźnienie interfejsu powietrznego fali milimetrowej 5G może wynosić 1 ms, a opóźnienie w obie strony może wynosić 4 ms, co jest doskonałe.
Trzecią zaletą fali milimetrowej jest jej mały rozmiar.
Długość fali fali milimetrowej jest bardzo krótka, więc jej antena jest bardzo krótka.W ten sposób można jeszcze bardziej zmniejszyć objętość urządzeń wykorzystujących fale milimetrowe i uzyskać wyższy stopień integracji.Zmniejsza się trudność projektowania produktów przez producentów, co sprzyja promowaniu miniaturyzacji stacji bazowych i terminali.
Antena fal milimetrowych (żółte cząsteczki to oscylatory anteny)
Bardziej gęste układy anten na dużą skalę i więcej oscylatorów antenowych są również bardzo korzystne dla zastosowania kształtowania wiązki.Wiązka anteny fal milimetrowych może grać dalej i ma silniejsze zdolności przeciwzakłóceniowe, co sprzyja nadrobieniu wady zasięgu.
Im więcej oscylatorów, tym węższa wiązka i większa odległość
Czwartą zaletą fali milimetrowej jest jej zdolność do precyzyjnego pozycjonowania.
Zdolność pozycjonowania systemu bezprzewodowego jest ściśle związana z jego długością fali.Im krótsza długość fali, tym większa dokładność pozycjonowania.
Pozycjonowanie fal milimetrowych może być dokładne do poziomu centymetra lub nawet niższego.Z tego powodu wiele samochodów korzysta obecnie z radarów wykorzystujących fale milimetrowe.
Powiedziawszy już o zaletach fali milimetrowej, wróćmy i porozmawiajmy o wadach fali milimetrowej.
Każda technologia (komunikacyjna) ma swoje zalety i wady.Wadą fali milimetrowej jest słaba penetracja i krótki zasięg.
Wcześniej wspomnieliśmy, że fala milimetrowa może zwiększyć zasięg pokrycia poprzez wzmocnienie kształtowania wiązki.Innymi słowy, energia dużej liczby anten jest skoncentrowana w określonym kierunku, aby wzmocnić sygnał w określonym kierunku.
Teraz fala milimetrowa przyjmuje antenę kierunkową o dużym zysku, aby sprostać wyzwaniu mobilności dzięki technologii wielowiązkowej.Zgodnie z praktycznymi wynikami, analogowe kształtowanie wiązki wspierające wąską wiązkę może skutecznie przezwyciężyć znaczną utratę ścieżki w paśmie częstotliwości powyżej 24 GHz.
Zestaw anten kierunkowych o dużym zysku
Oprócz kształtowania wiązki wielowiązkowa fala milimetrowa może również lepiej realizować przełączanie wiązki, prowadzenie wiązki i śledzenie wiązki.
Przełączanie wiązki oznacza, że terminal może wybrać bardziej odpowiednie wiązki kandydujące do rozsądnego przełączania w ciągle zmieniającym się środowisku, aby uzyskać lepszy efekt sygnału.
Kierowanie wiązką oznacza, że terminal może zmienić kierunek wiązki łącza w górę, aby dopasować się do kierunku wiązki padającej z gnodeb.
Śledzenie wiązki oznacza, że terminal może odróżnić różne wiązki od gnodeb.Wiązka może poruszać się wraz z ruchem terminala, aby uzyskać silny zysk anteny.
Możliwość zarządzania wiązką ulepszoną falą milimetrową może skutecznie poprawić niezawodność sygnału i osiągnąć silniejsze wzmocnienie sygnału.
Fala milimetrowa może również przyjąć różnorodność ścieżek, aby poradzić sobie z problemem blokowania poprzez różnorodność pionową i różnorodność poziomą.
Demonstracja efektu symulacji różnorodności ścieżek
Po stronie terminala różnorodność anten terminala może również poprawić niezawodność sygnału, złagodzić problem blokowania dłoni i zmniejszyć wpływ spowodowany losową orientacją użytkownika.
Demonstracja efektu symulacji różnorodności terminali
Podsumowując, dzięki dogłębnym badaniom technologii odbicia fali milimetrowej i różnorodności ścieżek, zasięg fali milimetrowej został znacznie poprawiony, a transmisja bez linii wzroku (NLOS) została zrealizowana dzięki bardziej zaawansowanej technologii wielowiązkowej.Pod względem technologicznym fala milimetrowa rozwiązała poprzednie wąskie gardło i stała się coraz bardziej dojrzała, co może w pełni zaspokoić popyt komercyjny.
Jeśli chodzi o łańcuch przemysłowy, 5Gfala milimetrowa jest również znacznie bardziej dojrzała niż myślisz.
W zeszłym miesiącu Fuchang Li, dyrektor centrum badań nad technologią bezprzewodową w China Unicom Research Institute, wyjaśnił, że „obecnie możliwości łańcucha w branży fal milimetrowych osiągnęły dojrzałość”.
Na targach MWC w Szanghaju na początku roku krajowi operatorzy mówili też: „przy wsparciu widma, standardów i przemysłu, fala milimetrowa poczyniła pozytywne postępy w komercjalizacji. Do 2022 r. 5Gfala milimetrowa będzie miała zdolność komercyjną na dużą skalę”.
Złożono wniosek o falę milimetrową
Po zapoznaniu się z technicznymi zaletami fali milimetrowej przyjrzyjmy się konkretnym scenariuszom jej zastosowania.
Jak wszyscy wiemy, najważniejszą rzeczą w korzystaniu z technologii jest „rozwijanie mocnych stron i unikanie słabych”.Innymi słowy, w scenariuszu należy zastosować technologię, która w pełni wykorzysta swoje zalety.
Zaletami fali milimetrowej 5G są szybkość, pojemność i opóźnienie czasowe.Dlatego jest najbardziej odpowiedni dla lotnisk, dworców, teatrów, sal gimnastycznych i innych gęsto zaludnionych miejsc, a także pionowych scen przemysłowych, które są bardzo wrażliwe na opóźnienia czasowe, takich jak produkcja przemysłowa, zdalne sterowanie, Internet pojazdów i tak dalej.
Jeśli chodzi o konkretne obszary zastosowań, wirtualna rzeczywistość, szybki dostęp, automatyka przemysłowa, zdrowie medyczne, inteligentny transport itp. to wszystkie miejsca, w których można zastosować fale milimetrowe 5G.
Do konsumpcji Internetu.
W przypadku zwykłych użytkowników indywidualnych największe zapotrzebowanie na przepustowość pochodzi z wideo, a największe zapotrzebowanie na opóźnienia dotyczy gier.Technologia VR / AR (rzeczywistość wirtualna / rzeczywistość rozszerzona) ma podwójne wymagania dotyczące przepustowości i opóźnienia.
Szybko rozwija się technologia VR/AR, w tym bardzo gorący ostatnio metawszechświat, który również jest z nimi ściśle powiązany.
Aby uzyskać doskonałe wrażenia immersyjne i całkowicie wyeliminować zawroty głowy, rozdzielczość wideo VR musi przekraczać 8K (nawet 16K i 32K), a opóźnienie musi mieścić się w granicach 7ms.Nie ma wątpliwości, że fala milimetrowa 5G jest najbardziej odpowiednią technologią transmisji bezprzewodowej.
Qualcomm i Ericsson przeprowadzili test XR w oparciu o falę milimetrową 5G, zapewniając każdemu użytkownikowi 90 klatek na sekundę i 2K × XR w rozdzielczości 2K, z opóźnieniem mniejszym niż 20 ms i średnią przepustowością łącza w dół powyżej 50 Mb/s.
Wyniki testów pokazują, że tylko jeden gnodeb o przepustowości systemowej 100 MHz może obsługiwać jednocześnie dostęp 5G sześciu użytkowników XR.Przy wsparciu funkcji 5G w przyszłości bardziej obiecujące jest wspieranie jednoczesnego dostępu ponad 12 użytkowników.
Test XR
Innym ważnym scenariuszem zastosowania powierzchni fal milimetrowych 5G dla użytkowników końcowych typu C jest transmisja na żywo wydarzeń sportowych na dużą skalę.
W lutym 2021 roku na Raymond James Stadium odbyły się finały sezonu futbolu amerykańskiego „super bowl”.
Z pomocą Qualcomm, Verizon, znany amerykański operator, zbudował stadion w najszybszym stadionie internetowym na świecie, wykorzystując technologię fal milimetrowych 5G.
Podczas zawodów sieć 5G na falach milimetrowych przeniosła ponad 4,5 tb całkowitego ruchu.W niektórych scenariuszach szczytowa szybkość sięgała nawet 3 Gb/s, czyli około 20 razy więcej niż w przypadku 4G LTE.
Jeśli chodzi o prędkość łącza w górę, ten Super Bowl jest pierwszym na świecie ważnym wydarzeniem wykorzystującym transmisję łącza w górę na fali milimetrowej 5G.Struktura ramki fal milimetrowych jest elastyczna, a stosunek ramek łącza w górę i łącza w dół można regulować, aby uzyskać wyższą przepustowość łącza w górę.
Według danych terenowych, nawet w godzinach szczytu fala milimetrowa 5G jest o ponad 50% szybsza niż 4G LTE.Dzięki silnym możliwościom uplinku fani mogą przesyłać zdjęcia i filmy, aby dzielić się wspaniałymi momentami gry.
Verizon stworzył również aplikację wspierającą fanów w oglądaniu 7-kanałowych strumieniowych transmisji na żywo w jakości HD w tym samym czasie, a 7 kamer prezentuje rozgrywki z różnych perspektyw.
W 2022 roku w Pekinie rozpoczną się 24. Zimowe Igrzyska Olimpijskie.W tym czasie pojawi się nie tylko zapotrzebowanie na dostęp i ruch wnoszone przez telefony komórkowe odbiorców, ale także zapotrzebowanie na dane zwrotne wnoszone przez media.W szczególności wielokanałowy sygnał wideo 4K HD i panoramiczny sygnał wideo z kamery (używany do oglądania VR) stanowią poważne wyzwanie dla przepustowości łącza w górę sieci komunikacji mobilnej.
W odpowiedzi na te wyzwania China Unicom planuje aktywnie odpowiedzieć technologią fal milimetrowych 5G.
W maju tego roku ZTE, China Unicom i Qualcomm przeprowadziły test.Wykorzystując falę milimetrową 5G + dużą strukturę ramki łącza zwrotnego, treści wideo 8K gromadzone w czasie rzeczywistym mogą być stabilnie przesyłane z powrotem, a ostatecznie pomyślnie odbierane i odtwarzane na końcu odbierającym.
Przyjrzyjmy się scenariuszowi aplikacji w branży pionowej.
Fala milimetrowa 5G ma szerszą perspektywę zastosowania w tob.
Przede wszystkim wspomniana wyżej VR/AR może znaleźć zastosowanie również w przemyśle tobowym.
Na przykład inżynierowie mogą przeprowadzać zdalne inspekcje sprzętu w różnych miejscach za pośrednictwem AR, udzielać zdalnych wskazówek inżynierom w różnych miejscach i przeprowadzać zdalną akceptację towarów w różnych miejscach.W okresie epidemii aplikacje te mogą pomóc przedsiębiorstwom w rozwiązywaniu praktycznych problemów i znacznej redukcji kosztów.
Spójrz na aplikację do zwrotu wideo.Obecnie na wielu fabrycznych liniach produkcyjnych zainstalowano dużą liczbę kamer, w tym niektóre kamery o wysokiej rozdzielczości do kontroli jakości.Te aparaty wykonują dużą liczbę zdjęć produktów w wysokiej rozdzielczości w celu analizy defektów.
Na przykład COMAC przeprowadza w ten sposób analizę pęknięć metalu na złączach lutowanych produktów i natryskiwanych powierzchniach.Po zrobieniu zdjęć należy je przesłać do chmury lub platformy przetwarzania brzegowego MEC z prędkością łącza w górę 700-800 Mb/s.Przyjmuje strukturę ramki uplink o dużej fali milimetrowej 5G, którą można łatwo obsługiwać.
Kolejną sceną ściśle związaną z technologią fal milimetrowych 5G jest pojazd bezzałogowy AGV.
Fala milimetrowa 5G obsługuje działanie AGV
AGV to właściwie zminiaturyzowana bezzałogowa scena jazdy.Pozycjonowanie, nawigacja, planowanie i unikanie przeszkód AGV mają wysokie wymagania dotyczące opóźnień i niezawodności sieci, a także wysokie wymagania dotyczące możliwości dokładnego pozycjonowania.Duża liczba aktualizacji map pojazdów AGV w czasie rzeczywistym stawia również wymagania dotyczące przepustowości sieci.
Fala milimetrowa 5G może w pełni spełnić powyższe wymagania scenariuszy aplikacji AGV.
W styczniu 2020 r. firmy Ericsson i Audi pomyślnie przetestowały funkcję urllc 5G i praktyczne zastosowanie automatyki przemysłowej oparte na fali milimetrowej 5G w fabrycznym laboratorium w Kista w Szwecji.
Wśród nich wspólnie zbudowali jednostkę robota, która jest połączona falą milimetrową 5G.
Jak pokazano na powyższym rysunku, gdy ramię robota tworzy kierownicę, kurtyna laserowa może chronić otwieraną stronę jednostki robota.Jeśli pracownicy fabryki sięgną, w oparciu o wysoką niezawodność 5G urllc, robot natychmiast przestanie działać, aby uniknąć obrażeń pracowników.
Ta natychmiastowa reakcja zapewniająca niezawodność jest niemożliwa w przypadku tradycyjnego Wi-Fi lub 4G.
Powyższy przykład to tylko część scenariusza zastosowania fali milimetrowej 5G.Oprócz Internetu przemysłowego, fala milimetrowa 5G jest silna w zdalnej chirurgii w inteligentnej medycynie i bez sterowników w Internecie pojazdów.
Jako zaawansowana technologia z wieloma zaletami, takimi jak wysoka szybkość, duża pojemność, małe opóźnienie, wysoka niezawodność i wysoka dokładność pozycjonowania, fala milimetrowa 5G przyciągnęła szerokie zainteresowanie ze wszystkich środowisk.
Wniosek
XXI wiek to wiek danych.
Ogromna wartość handlowa zawarta w danych została doceniona przez świat.W dzisiejszych czasach prawie wszystkie branże poszukują relacji między sobą a danymi i uczestniczą w eksploracji wartości danych.
Technologie łączności reprezentowane przez 5Ga technologie obliczeniowe reprezentowane przez cloud computing, big data i sztuczną inteligencję są niezbędnymi narzędziami wydobywania wartości danych.
Pełne wykorzystanie 5G, zwłaszcza w paśmie fal milimetrowych, jest równoznaczne z opanowaniem „złotego klucza” transformacji cyfrowej, który może nie tylko zrealizować skok innowacyjności produktywności, ale także być niepokonany w zaciekłej konkurencji w przyszłości.
Jednym słowem technologia i branża 5Gfala milimetrowa w pełni dojrzała.Z zastosowaniem5Gprzemysł stopniowo wkraczający w obszar głębokiej wody, powinniśmy przyspieszyć krajowe lądowanie komercyjne5Gfala milimetrowa i realizacja skoordynowanego rozwoju fali sub-6 i milimetrowej.
Czas postu: 14 grudnia 2021 r
