В 2021 году строительство и развитие глобальной сети 5G добились больших успехов.Согласно данным, опубликованным GSA в августе, более 175 операторов в более чем 70 странах и регионах запустили коммерческие услуги 5G.285 операторов инвестируют в 5G.Темпы строительства 5G в Китае лидируют в мире.Количество базовых станций 5G в Китае превысило один миллион и достигло ошеломляющих 1 159 000, что составляет более 70% всего мира.Другими словами, из каждых трех базовых станций 5G в мире две расположены в Китае.
базовая станция 5G
Постоянное совершенствование сетевой инфраструктуры 5G ускорило появление 5G в потребительском и промышленном Интернете.Особенно в вертикальной отрасли в Китае насчитывается более 10 000 случаев применения 5G, охватывающих многие области, такие как промышленное производство, энергетика, порты, шахты, логистика и транспорт.
Нет сомнений, что 5G стал острым оружием цифровой трансформации отечественных предприятий и двигателем качественного развития цифровой экономики во всем обществе.
Однако, хотя приложения 5G ускоряются, мы обнаружим, что существующая технология 5G начала демонстрировать состояние «некомпетентности» в некоторых особых отраслевых сценариях приложений.По скорости, пропускной способности, задержке и надежности он не может на 100% удовлетворить требованиям сценария.
Почему?Является ли 5G, которого люди очень ждут, все еще трудной задачей?
Конечно, нет.Основная причина, по которой 5G «неадекватна», заключается в том, что мы используем только «половину 5G».
Я думаю, многие знают, что хотя стандарт 5G является единственным, есть две полосы частот.Один из них называется диапазоном ниже 6 ГГц, а диапазон частот ниже 6 ГГц (точнее, ниже 7,125 ГГц).Другой называется диапазоном миллиметровых волн, а диапазон частот выше 24 ГГц.
Сравнение диапазонов двух частотных диапазонов
В настоящее время в Китае коммерчески доступен только 5G в диапазоне до 6 ГГц, а 5G в миллиметровом диапазоне отсутствует.Таким образом, вся энергия 5G не была полностью высвобождена.
Технические преимущества миллиметровых волн
Хотя 5G в диапазоне менее 6 ГГц и 5G в диапазоне миллиметровых волн являются 5G, существуют большие различия в рабочих характеристиках.
Согласно знаниям из учебников физики для средней школы, чем выше частота беспроводной электромагнитной волны, тем короче длина волны и тем хуже дифракционная способность.Более того, чем выше частота, тем больше потери на проникновение.Поэтому покрытие 5G миллиметрового диапазона волн явно слабее первого.Это основная причина, по которой в Китае впервые не используется коммерческая миллиметровая волна, а также причина, по которой люди сомневаются в миллиметровой волне.
На самом деле глубоко укоренившаяся логика и истинность этой проблемы не совсем совпадают с представлениями каждого.Другими словами, у нас на самом деле есть некоторые неправильные предубеждения о миллиметровых волнах.
Прежде всего, с точки зрения технологии, у нас должен быть консенсус, то есть при условии отсутствия революционных изменений в существующей базовой теории связи, если мы хотим еще больше значительно улучшить скорость и пропускную способность сети, мы можем только сделать проблема в спектре.
Поиск более богатых ресурсов спектра из полос более высоких частот является неизбежным выбором для развития технологии мобильной связи.Это верно для миллиметровых волн сейчас и терагерцовых, которые могут быть использованы для 6G в будущем.
Схематическая диаграмма спектра миллиметровых волн
В настоящее время полоса ниже 6 ГГц имеет максимальную ширину полосы пропускания 100 МГц (даже 10 или 20 МГц в некоторых местах за границей).Слишком сложно достичь скорости 5 Гбит/с или даже 10 Гбит/с.
Диапазон миллиметровых волн 5G достигает 200-800 МГц, что значительно упрощает достижение вышеуказанных целей.
Не так давно, в августе 2021 года, Qualcomm объединила усилия с ZTE, чтобы впервые реализовать двойное соединение 5G SA (nr-dc) в Китае.Основываясь на несущем канале 200 МГц в диапазоне миллиметровых волн 26 ГГц и полосе пропускания 100 МГц в диапазоне 3,5 ГГц, Qualcomm совместно работала над достижением пиковой скорости нисходящего канала для одного пользователя более 2,43 Гбит/с.
Обе компании также используют технологию агрегации несущих для достижения пиковой скорости нисходящего канала для одного пользователя более 5 Гбит/с на основе четырех несущих каналов по 200 МГц в диапазоне миллиметровых волн 26 ГГц.
В июне этого года на выставке MWC в Барселоне компания Qualcomm реализовала пиковую скорость до 10,5 Гбит/с, используя Xiaolong X65, 8-канальную агрегацию на основе диапазона миллиметровых волн n261 (полоса пропускания одной несущей 100 МГц) и пропускную способность 100 МГц в диапазоне n77.Это самая высокая скорость сотовой связи в отрасли.
Этого эффекта можно добиться с полосой пропускания одной несущей 100 МГц и 200 МГц.В будущем, на основе одной несущей 400 МГц и 800 МГц, он, несомненно, достигнет скорости, намного превышающей 10 Гбит / с!
Помимо значительного увеличения скорости, еще одним преимуществом миллиметровых волн является меньшая задержка.
Из-за разнесения поднесущих задержка миллиметровых волн 5G может составлять четверть от задержки ниже 6 ГГц.Согласно тестовой проверке,
задержка радиоинтерфейса миллиметровой волны 5G может составлять 1 мс, а задержка приема-передачи может составлять 4 мс, что превосходно.
Третьим преимуществом миллиметровых волн является их малый размер.
Длина волны миллиметровой волны очень короткая, поэтому ее антенна очень короткая.Таким образом, объем оборудования миллиметрового диапазона может быть дополнительно уменьшен и достигнута более высокая степень интеграции.Для производителей снижается сложность разработки продуктов, что способствует миниатюризации базовых станций и терминалов.
Антенна миллиметрового диапазона (желтые частицы - антенные генераторы)
Более плотные крупномасштабные антенные решетки и большее количество антенных генераторов также очень полезны для применения формирования луча.Луч антенны миллиметрового диапазона может играть дальше и имеет более сильную помехоустойчивость, что способствует восполнению недостатка покрытия.
Чем больше осцилляторов, тем уже луч и больше расстояние
Четвертым преимуществом миллиметровых волн является возможность высокоточного позиционирования.
Возможность позиционирования беспроводной системы тесно связана с ее длиной волны.Чем короче длина волны, тем выше точность позиционирования.
Позиционирование с помощью миллиметровых волн может быть точным до сантиметра или даже ниже.Вот почему многие автомобили сейчас используют радары миллиметрового диапазона.
Сказав о преимуществах миллиметровых волн, вернемся назад и поговорим о недостатках миллиметровых волн.
Любая (коммуникационная) технология имеет свои преимущества и недостатки.Недостатком миллиметровых волн является то, что они имеют слабое проникновение и короткий охват.
Ранее мы упоминали, что миллиметровые волны могут увеличить дальность покрытия за счет улучшения формирования луча.Другими словами, энергия большого количества антенн концентрируется в определенном направлении, чтобы усилить сигнал в определенном направлении.
Теперь миллиметровая волна принимает направленную антенную решетку с высоким коэффициентом усиления для решения проблемы мобильности с помощью многолучевой технологии.Согласно практическим результатам, аналоговое формирование луча, поддерживающее узкий луч, может эффективно преодолеть значительные потери на трассе в полосе частот выше 24 ГГц.
Направленная антенная решетка с высоким коэффициентом усиления
В дополнение к формированию луча многолучевые миллиметровые волны также могут лучше реализовать переключение луча, наведение луча и отслеживание луча.
Переключение лучей означает, что терминал может выбрать более подходящие лучи-кандидаты для разумного переключения в постоянно меняющейся среде для достижения лучшего эффекта сигнала.
Наведение луча означает, что терминал может изменить направление луча восходящей линии связи, чтобы оно соответствовало направлению падающего луча от gnodeb.
Отслеживание луча означает, что терминал может различать разные лучи от gnodeb.Луч может перемещаться вместе с терминалом, что обеспечивает сильное усиление антенны.
Усовершенствованные возможности управления лучом миллиметрового диапазона могут эффективно повысить надежность сигнала и добиться более сильного усиления сигнала.
Миллиметровая волна также может использовать разнесение путей для решения проблемы блокировки за счет вертикального и горизонтального разнесения.
Демонстрация эффекта моделирования разнообразия путей
На стороне терминала разнесение антенн терминала также может повысить надежность сигнала, облегчить проблему блокировки руки и уменьшить воздействие, вызванное случайной ориентацией пользователя.
Демонстрация эффекта моделирования терминального разнообразия
Подводя итог, можно сказать, что благодаря углубленному изучению технологии отражения миллиметровых волн и разнесения путей охват миллиметровых волн был значительно улучшен, а передача вне прямой видимости (NLOS) реализована с помощью более совершенной многолучевой технологии.С точки зрения технологии, миллиметровая волна устранила предыдущее узкое место и становится все более и более зрелой, что может полностью удовлетворить коммерческий спрос.
С точки зрения производственной цепочки, 5Gмиллиметровая волна также гораздо более зрелая, чем вы думаете.
В прошлом месяце Фучан Ли, директор исследовательского центра беспроводных технологий Китайского научно-исследовательского института Unicom, ясно дал понять, что «в настоящее время возможности отраслевых цепей миллиметрового диапазона стали зрелыми».
На выставке MWC в Шанхае в начале года отечественные операторы также заявили: «При поддержке спектра, стандартов и промышленности миллиметровые волны добились положительного прогресса в коммерциализации. К 2022 году 5Gмиллиметровая волна будет иметь крупномасштабную коммерческую мощность».
Подана заявка на миллиметровые волны
Закончив с техническими преимуществами миллиметрового диапазона, давайте рассмотрим конкретные сценарии его применения.
Как мы все знаем, самое главное в использовании технологий — «развивать сильные стороны и избегать слабых».Другими словами, в сценарии должна использоваться технология, которая может в полной мере раскрыть свои преимущества.
Преимуществами миллиметрового диапазона 5G являются скорость, пропускная способность и временная задержка.Поэтому он наиболее подходит для аэропортов, вокзалов, театров, спортивных залов и других густонаселенных мест, а также вертикальных производственных площадок, очень чувствительных к временным задержкам, таких как промышленное производство, дистанционное управление, Интернет транспортных средств и так далее.
С точки зрения конкретных областей применения, виртуальная реальность, высокоскоростной доступ, промышленная автоматизация, здравоохранение, интеллектуальный транспорт и т. д. — все это области, где можно использовать миллиметровую волну 5G.
Для потребления в Интернете.
Для обычных индивидуальных пользователей наибольшая потребность в пропускной способности исходит от видео, а наибольшая задержка — от игр.Технологии VR/AR (виртуальная реальность/дополненная реальность) предъявляют двойные требования к пропускной способности и задержке.
Технологии VR/AR развиваются стремительно, в том числе и очень горячая в последнее время метавселенная, которая также тесно с ними связана.
Чтобы получить идеальный эффект погружения и полностью устранить головокружение, разрешение видео VR должно быть выше 8K (даже 16K и 32K), а задержка должна быть в пределах 7 мс.Нет никаких сомнений в том, что миллиметровая волна 5G является наиболее подходящей технологией беспроводной передачи.
Qualcomm и Ericsson провели тест XR на основе миллиметровой волны 5G, предоставив каждому пользователю 90 кадров в секунду и 2K × опыт XR с разрешением 2K, с задержкой менее 20 мс и средней пропускной способностью нисходящего канала более 50 Мбит/с.
Результаты тестирования показывают, что только один gnodeb с системной полосой пропускания 100 МГц может одновременно поддерживать 5G-доступ шести пользователей XR.С поддержкой функций 5G в будущем перспективнее поддерживать одновременный доступ более 12 пользователей.
XR-тест
Еще одним важным сценарием применения поверхности миллиметровых волн 5G для конечных потребителей C является прямая трансляция крупномасштабных спортивных мероприятий.
В феврале 2021 года на стадионе Рэймонда Джеймса прошел финал «Суперкубка» сезона по американскому футболу.
С помощью Qualcomm известный американский оператор Verizon превратил стадион в самый быстрый интернет-стадион в мире, используя технологию миллиметровых волн 5G.
Во время соревнований по сети миллиметрового диапазона 5G было передано более 4,5 ТБ общего трафика.В некоторых сценариях пиковая скорость достигала 3 Гбит/с, что примерно в 20 раз выше, чем у 4G LTE.
С точки зрения скорости восходящего канала, этот суперкубок является первым в мире важным событием, использующим восходящую передачу миллиметрового диапазона 5G.Структура кадра миллиметрового диапазона является гибкой, а соотношение кадров восходящего и нисходящего каналов может быть отрегулировано для достижения более высокой пропускной способности восходящего канала.
Согласно полевым данным, даже в часы пик миллиметровая волна 5G более чем на 50% быстрее, чем 4G LTE.С помощью мощной восходящей связи фанаты могут загружать фотографии и видео, чтобы поделиться прекрасными моментами игры.
Verizon также создала приложение, чтобы помочь фанатам одновременно смотреть 7-канальные потоковые HD-игры в прямом эфире, а 7 камер представляют игры под разными углами.
В 2022 году в Пекине откроются 24-е Зимние Олимпийские игры.В то время будет не только потребность в доступе и трафике, создаваемая мобильными телефонами аудитории, но также потребность в обратных данных, вызванная вещанием СМИ.В частности, многоканальный видеосигнал 4K HD и видеосигнал панорамной камеры (используемый для просмотра VR) создают серьезную проблему для пропускной способности восходящего канала сети мобильной связи.
В ответ на эти вызовы China Unicom планирует активно реагировать с помощью технологии миллиметрового диапазона 5G.
В мае этого года ZTE, China Unicom и Qualcomm провели тест.Используя миллиметровую волну 5G + большую структуру кадров восходящей линии связи, видеоконтент 8K, собранный в режиме реального времени, может стабильно передаваться обратно и, наконец, успешно приниматься и воспроизводиться на принимающей стороне.
Давайте рассмотрим сценарий вертикального отраслевого приложения.
5G миллиметрового диапазона имеет более широкую перспективу применения в тоб.
Во-первых, упомянутые выше VR/AR можно использовать и в табачной индустрии.
Например, с помощью дополненной реальности инженеры могут проводить удаленный осмотр оборудования в разных местах, давать удаленные указания инженерам в разных местах и проводить удаленную приемку товаров в разных местах.В период эпидемии эти приложения могут помочь предприятиям решить практические проблемы и значительно сократить расходы.
Посмотрите на приложение для возврата видео.В настоящее время на многих заводских производственных линиях установлено большое количество камер, в том числе несколько камер высокой четкости для контроля качества.Эти камеры делают большое количество изображений продуктов высокой четкости для анализа дефектов.
Например, COMAC таким образом проводит анализ металлических трещин на паяных соединениях и напыленных поверхностях.После того, как фотографии сделаны, их необходимо загрузить в облако или на платформу граничных вычислений MEC со скоростью исходящего канала 700-800 Мбит/с.Он использует большую структуру кадра восходящей линии связи миллиметрового диапазона 5G, с которой легко обращаться.
Еще одна сцена, тесно связанная с технологией миллиметровых волн 5G, — это беспилотный автомобиль AGV.
Миллиметровая волна 5G поддерживает работу AGV
AGV на самом деле представляет собой миниатюрную сцену беспилотного вождения.Позиционирование AGV, навигация, планирование и предотвращение препятствий предъявляют высокие требования к задержке и надежности сети, а также высокие требования к возможности точного позиционирования.Большое количество обновлений карт AGV в реальном времени также выдвигает требования к пропускной способности сети.
Миллиметровая волна 5G может полностью удовлетворить вышеуказанные требования сценариев применения AGV.
В январе 2020 года Ericsson и Audi успешно протестировали функцию urllc 5G и практическое приложение для промышленной автоматизации на основе миллиметровых волн 5G в заводской лаборатории в Кисте, Швеция.
Среди них они совместно построили роботизированную установку, которая связана миллиметровой волной 5G.
Как показано на рисунке выше, когда манипулятор робота делает рулевое колесо, лазерная завеса может защитить открытую сторону робота.Если фабричные рабочие доберутся до места, благодаря высокой надежности 5G urllc, робот немедленно прекратит работу, чтобы избежать травм рабочих.
Такой мгновенный отклик для обеспечения надежности невозможен в традиционном Wi-Fi или 4G.
Приведенный выше пример является лишь частью сценария применения миллиметрового диапазона 5G.В дополнение к промышленному Интернету, миллиметровая волна 5G сильна в удаленной хирургии, умной медицине и без водителя в Интернете транспортных средств.
Как передовая технология со многими преимуществами, такими как высокая скорость, большая емкость, малая временная задержка, высокая надежность и высокая точность позиционирования, миллиметровая волна 5G привлекла широкое внимание во всех сферах жизни.
Заключение
XXI век — век данных.
Огромная коммерческая ценность, содержащаяся в данных, была признана миром.В настоящее время почти все отрасли ищут взаимосвязь между собой и данными и участвуют в добыче ценности данных.
Технологии связи, представленные 5Gи вычислительные технологии, представленные облачными вычислениями, большими данными и искусственным интеллектом, являются незаменимыми инструментами для извлечения ценности из данных.
Полное использование 5G, особенно в миллиметровом диапазоне волн, равносильно освоению «золотого ключика» цифровой трансформации, который может не только реализовать инновационный скачок производительности, но и стать непобедимым в жесткой конкуренции в будущем.
Одним словом, технология и индустрия 5Gмиллиметровая волна полностью созрела.С применением5Gпромышленность постепенно входит в глубоководную зону, мы должны активизировать внутреннюю коммерческую выгрузку5Gмиллиметровая волна и реализовать скоординированное развитие суб-6 и миллиметровой волны.
Время публикации: 14 декабря 2021 г.
