În 2021, construcția și dezvoltarea rețelei globale 5G a făcut mari realizări.Potrivit datelor publicate de GSA în august, peste 175 de operatori din peste 70 de țări și regiuni au lansat servicii comerciale 5G.Există 285 de operatori care investesc în 5G.Ritmul de construcție 5G al Chinei este în fruntea lumii.Numărul de stații de bază 5G din China a depășit un milion, ajungând la 1159000, reprezentând peste 70% din lume.Cu alte cuvinte, pentru fiecare trei stații de bază 5G din lume, două sunt situate în China.
Stație de bază 5G
Îmbunătățirea continuă a infrastructurii de rețea 5G a accelerat aterizarea 5G în internetul de consum și internetul industrial.În special în industria verticală, există mai mult de 10000 de cazuri de aplicații 5G în China, care acoperă multe domenii precum producția industrială, energie și energie, porturi, mine, logistică și transport.
Nu există nicio îndoială că 5G a devenit o armă ascuțită pentru transformarea digitală a întreprinderilor autohtone și un motor pentru dezvoltarea de înaltă calitate a economiei digitale în întreaga societate.
Cu toate acestea, în timp ce aplicațiile 5G sunt accelerate, vom descoperi că tehnologia 5G existentă a început să prezinte o stare de „incompetență” în unele scenarii speciale de aplicații industriale.În ceea ce privește rata, capacitatea, întârzierea și fiabilitatea, nu poate îndeplini 100% din cerințele scenariului.
De ce?Este 5G, care este foarte așteptat de oameni, încă dificil să fie o mare responsabilitate?
Desigur că nu.Principalul motiv pentru care 5G este „inadecvat” este că folosim doar „jumătate de 5G”.
Cred că mulți oameni știu că, deși standardul 5G este singurul, există două benzi de frecvență.Una se numește bandă sub-6 GHz, iar intervalul de frecvență este sub 6GHz (cu exactitate, sub 7,125Ghz).Cealaltă se numește bandă de unde milimetrice, iar intervalul de frecvență este peste 24GHz.
Compararea intervalului a două benzi de frecvență
În prezent, numai 5G de bandă sub-6 GHz este disponibil comercial în China și nu există 5G de bandă comercială de unde milimetrice.Prin urmare, toată energia 5G nu a fost eliberată complet.
Avantajele tehnice ale undei milimetrice
Deși 5G în banda sub-6 GHz și 5G în banda de unde milimetrice sunt 5G, există diferențe mari în caracteristicile de performanță.
Conform cunoștințelor din manualele de fizică din școala gimnazială, cu cât frecvența undelor electromagnetice fără fir este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și capacitatea de difracție este mai slabă.Mai mult, cu cât frecvența este mai mare, cu atât pierderile de penetrare sunt mai mari.Prin urmare, acoperirea 5G a benzii de unde milimetrice este evident mai slabă decât prima.Acesta este motivul principal pentru care nu există undă milimetrică comercială pentru prima dată în China și este, de asemenea, motivul pentru care oamenii pun la îndoială undele milimetrice.
De fapt, logica adânc înrădăcinată și adevărul acestei probleme nu sunt chiar aceleași cu imaginația tuturor.Cu alte cuvinte, avem de fapt niște prejudecăți greșite despre undele milimetrice.
În primul rând, din perspectiva tehnologiei, trebuie să avem un consens, adică sub premisa că nu există o schimbare revoluționară a teoriei de bază a comunicațiilor existente, dacă dorim să îmbunătățim în continuare semnificativ rata și lățimea de bandă a rețelei, putem face doar o problemă pe spectru.
Căutarea resurselor de spectru mai bogate din benzi de frecvență mai înalte este o alegere inevitabilă pentru dezvoltarea tehnologiei de comunicații mobile.Acest lucru este valabil pentru undele milimetrice acum și teraherți care pot fi folosite pentru 6G în viitor.
Schema schematică a spectrului undelor milimetrice
În prezent, banda sub-6 GHz are o lățime de bandă maximă de 100MHz (chiar și 10MHz sau 20MHz în unele locuri din străinătate).Este prea dificil să obții o rată de 5 Gbps sau chiar 10 Gbps.
Banda de unde milimetrice 5G ajunge la 200mhz-800mhz, ceea ce face mult mai ușoară atingerea obiectivelor de mai sus.
Nu cu mult timp în urmă, în august 2021, Qualcomm s-a unit cu ZTE pentru a realiza conexiunea duală 5G SA (nr-dc) pentru prima dată în China.Bazat pe canalul purtător de 200 MHz în banda de unde milimetrice de 26 GHz și lățime de bandă de 100 MHz în banda de 3,5 GHz, Qualcomm a lucrat împreună pentru a obține o rată de vârf pentru un singur utilizator downlink de peste 2,43 gbps.
Cele două companii folosesc, de asemenea, tehnologia de agregare a purtătorului pentru a obține o rată de vârf pentru un singur utilizator în downlink de peste 5 Gbps, bazată pe patru canale purtătoare de 200 MHz în banda de unde milimetrice de 26 GHz.
În iunie anul acesta, la expoziția MWC Barcelona, Qualcomm a realizat o rată de vârf de până la 10,5 Gbps utilizând Xiaolong X65, agregare pe 8 canale bazată pe banda de unde milimetrice n261 (lățime de bandă cu un singur purtător de 100 MHz) și lățime de bandă de 100 MHz în banda n77.Aceasta este cea mai rapidă rată de comunicare celulară din industrie.
Lățimea de bandă cu un singur purtător de 100MHz și 200MHz poate obține acest efect.În viitor, pe baza unui singur purtător de 400MHz și 800MHz, va atinge fără îndoială o rată care depășește cu mult 10Gbps!
Pe lângă creșterea semnificativă a ratei, un alt avantaj al undei milimetrice este întârzierea mai mică.
Datorită distanței dintre subpurtători, întârzierea undei milimetrice 5G poate fi un sfert din cea a sub-6ghz.Conform verificării testului,
întârzierea interfeței aeriene a undei milimetrice 5G poate fi de 1 ms, iar întârzierea dus-întors poate fi de 4 ms, ceea ce este excelent.
Al treilea avantaj al undei milimetrice este dimensiunea sa mică.
Lungimea de undă a undei milimetrice este foarte scurtă, astfel încât antena sa este foarte scurtă.În acest fel, volumul echipamentului cu unde milimetrice poate fi redus și mai mult și are un grad mai mare de integrare.Dificultatea producătorilor de a proiecta produse este redusă, ceea ce este favorabil promovării miniaturizării stațiilor de bază și a terminalelor.
Antenă cu unde milimetrice (particulele galbene sunt oscilatoare de antenă)
Rețele de antene la scară largă mai dense și mai multe oscilatoare de antene sunt, de asemenea, foarte benefice pentru aplicarea beamforming-ului.Fasciculul antenei cu unde milimetrice poate juca mai departe și are o capacitate anti-interferență mai puternică, ceea ce este propice pentru a compensa dezavantajul acoperirii.
Cu cât sunt mai mulți oscilatori, cu atât fasciculul este mai îngust și distanța este mai mare
Al patrulea avantaj al undei milimetrice este capacitatea sa de poziționare de înaltă precizie.
Capacitatea de poziționare a sistemului fără fir este strâns legată de lungimea de undă.Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât este mai mare precizia de poziționare.
Poziționarea undelor milimetrice poate fi precisă la nivelul centimetrilor sau chiar mai mică.Acesta este motivul pentru care multe mașini folosesc acum radar cu unde milimetrice.
Având în vedere avantajele undei milimetrice, să revenim și să vorbim despre dezavantajele undei milimetrice.
Orice tehnologie (de comunicare) are propriile sale avantaje și dezavantaje.Dezavantajul undei milimetrice este că are o penetrare slabă și o acoperire scurtă.
Anterior, am menționat că unda milimetrică poate îmbunătăți distanța de acoperire prin îmbunătățirea formării fasciculului.Cu alte cuvinte, energia unui număr mare de antene este concentrată într-o anumită direcție, astfel încât să sporească semnalul într-o anumită direcție.
Acum, unda milimetrică adoptă antenă direcțională cu câștig mare pentru a face față provocării de mobilitate prin tehnologia cu mai multe fascicule.Conform rezultatelor practice, formarea de fascicul analogic care susține fascicul îngust poate depăși eficient pierderea semnificativă a căii în banda de frecvență de peste 24 GHz.
Matrice de antene direcționale cu câștig ridicat
Pe lângă formarea fasciculului, fasciculul cu undă milimetrică poate realiza mai bine comutarea fasciculului, ghidarea fasciculului și urmărirea fasciculului.
Comutarea fasciculului înseamnă că terminalul poate selecta fascicule candidate mai potrivite pentru comutarea rezonabilă într-un mediu în continuă schimbare pentru a obține un efect de semnal mai bun.
Ghidarea fasciculului înseamnă că terminalul poate schimba direcția fasciculului uplink pentru a se potrivi cu direcția fasciculului incident de la gnodeb.
Urmărirea fasciculului înseamnă că terminalul poate distinge diferite fascicule de gnodeb.Fasciculul se poate mișca odată cu mișcarea terminalului, astfel încât să se obțină un câștig puternic al antenei.
Capacitatea de gestionare a fasciculului îmbunătățită cu unde milimetrice poate îmbunătăți în mod eficient fiabilitatea semnalului și poate obține un câștig mai puternic al semnalului.
Unda milimetrică poate adopta, de asemenea, diversitatea traseului pentru a face față problemei de blocare prin diversitatea verticală și diversitatea orizontală.
Demonstrarea efectului de simulare a diversității căilor
Pe partea terminalului, diversitatea antenei terminalului poate, de asemenea, să îmbunătățească fiabilitatea semnalului, să atenueze problema blocării mâinii și să reducă impactul cauzat de orientarea aleatorie a utilizatorului.
Demonstrarea efectului de simulare a diversității terminale
În concluzie, odată cu studiul aprofundat al tehnologiei de reflectare a undelor milimetrice și al diversității căilor, acoperirea undelor milimetrice a fost mult îmbunătățită și transmisia fără linie vizuală (NLOS) a fost realizată prin intermediul tehnologiei mai avansate cu mai multe fascicule.În ceea ce privește tehnologia, undele milimetrice au rezolvat blocajul anterior și au devenit din ce în ce mai mature, ceea ce poate satisface pe deplin cererea comercială.
În ceea ce privește lanțul industrial, 5Gunda milimetrică este, de asemenea, mult mai matură decât crezi.
Luna trecută, Fuchang Li, directorul centrului de cercetare în domeniul tehnologiei fără fir al Institutului de Cercetare China Unicom, a precizat că „în prezent, capacitatea lanțului industriei undelor milimetrice a devenit matură”.
La expoziția MWC Shanghai de la începutul anului, operatorii autohtoni au mai spus: „cu sprijinul spectrului, standardelor și industriei, undele milimetrice au făcut progrese pozitive în comercializare. Până în 2022, 5Gunda milimetrică va avea o capacitate comercială la scară largă”.
Depusă cererea undelor milimetrice
După ce am terminat avantajele tehnice ale undei milimetrice, să aruncăm o privire asupra scenariilor de aplicare specifice ale acesteia.
După cum știm cu toții, cel mai important lucru de folosit tehnologia este „dezvoltarea punctelor forte și evitarea punctelor slabe”.Cu alte cuvinte, în scenariu ar trebui folosită o tehnologie care să poată juca pe deplin avantajele sale.
Avantajele undei milimetrice 5G sunt rata, capacitatea și întârzierea.Prin urmare, este cel mai potrivit pentru aeroporturi, gări, teatre, săli de sport și alte locuri dens populate, precum și scene verticale ale industriei care sunt foarte sensibile la întârzieri, cum ar fi producția industrială, controlul de la distanță, internetul vehiculelor și așa mai departe.
În ceea ce privește domeniile de aplicație specifice, realitatea virtuală, accesul de mare viteză, automatizarea industrială, sănătatea medicală, transportul inteligent etc. sunt toate locurile în care se poate folosi unda milimetrică 5G.
Pentru consumul de internet.
Pentru utilizatorii individuali obișnuiți, cea mai mare cerere de lățime de bandă vine de la video și cea mai mare cerere de întârziere vine de la jocuri.Tehnologia VR / AR (realitatea virtuală / realitate augmentată) are cerințe duble pentru lățime de bandă și întârziere.
Tehnologia VR/AR se dezvoltă rapid, inclusiv metauniversul recent foarte fierbinte, care este, de asemenea, strâns legat de acestea.
Pentru a obține o experiență imersivă perfectă și pentru a elimina complet amețelile, rezoluția video a VR trebuie să fie peste 8K (chiar și 16K și 32K), iar întârzierea trebuie să fie de 7 ms.Nu există nicio îndoială că unda milimetrică 5G este cea mai potrivită tehnologie de transmisie fără fir.
Qualcomm și Ericsson au efectuat un test XR bazat pe unda milimetrică 5G, aducând 90 de cadre pe secundă și 2K pentru fiecare utilizator × experiență XR cu rezoluție de 2K, cu o întârziere de mai puțin de 20 ms și un debit mediu downlink de peste 50 Mbps.
Rezultatele testului arată că doar un singur gnodeb cu o lățime de bandă a sistemului de 100MHz poate suporta accesul 5G a șase utilizatori XR în același timp.Cu suportul caracteristicilor 5G în viitor, este mai promițător să accepte accesul simultan a mai mult de 12 utilizatori.
Test XR
Un alt scenariu important de aplicare a suprafeței undei milimetrice 5G pentru utilizatorii consumatorilor C-end este difuzarea în direct a evenimentelor sportive de amploare.
În februarie 2021, finala sezonului de fotbal american „super bowl” a avut loc pe Stadionul Raymond James.
Cu ajutorul Qualcomm, Verizon, un cunoscut operator american, a transformat stadionul în cel mai rapid stadion de internet din lume, folosind tehnologia undelor milimetrice 5G.
În timpul competiției, rețeaua de unde milimetrice 5G a transportat peste 4,5 tb din trafic total.În unele scenarii, rata de vârf a fost de până la 3 gbps, de aproximativ 20 de ori mai mare decât cea a 4G LTE.
În ceea ce privește viteza uplink-ului, acest super bowl este primul eveniment important din lume care utilizează transmisia uplink cu unde milimetrice 5G.Structura cadrului cu unde milimetrice este flexibilă, iar raportul cadrului uplink și downlink poate fi ajustat pentru a obține o lățime de bandă mai mare.
Conform datelor de teren, chiar și la orele de vârf, unda milimetrică 5G este cu peste 50% mai rapidă decât 4G LTE.Cu ajutorul abilității puternice de uplink, fanii pot încărca fotografii și videoclipuri pentru a împărtăși momentele minunate ale jocului.
Verizon a creat, de asemenea, o aplicație pentru a sprijini fanii să urmărească jocuri live HD pe 7 canale în același timp, iar 7 camere prezintă jocurile din unghiuri diferite.
În 2022, la Beijing va fi deschisă cea de-a 24-a ediție a Jocurilor Olimpice de iarnă.În acel moment, nu va exista doar cererea de acces și trafic adusă de telefoanele mobile ale audienței, ci și cererea de returnare a datelor adusă de difuzarea media.În special, semnalul video 4K HD multicanal și semnalul video panoramic al camerei (utilizat pentru vizionarea VR) reprezintă o provocare severă pentru lățimea de bandă a uplink-ului rețelei de comunicații mobile.
Ca răspuns la aceste provocări, China Unicom intenționează să răspundă activ cu tehnologia undelor milimetrice 5G.
În luna mai a acestui an, ZTE, China Unicom și Qualcomm au efectuat un test.Folosind unda milimetrică 5G + structura mare de cadru uplink, conținutul video 8K colectat în timp real poate fi transmis înapoi în mod stabil și, în sfârșit, primit și redat cu succes la capătul de recepție.
Să aruncăm o privire asupra scenariului de aplicare a industriei verticale.
Unda milimetrică 5G are o perspectivă mai largă de aplicare în tob.
În primul rând, VR / AR menționat mai sus poate fi folosit și în industria tob.
De exemplu, inginerii pot efectua inspecții de la distanță a echipamentelor în diferite locuri prin AR, pot oferi îndrumări de la distanță inginerilor în diferite locuri și pot efectua acceptarea de la distanță a mărfurilor în diferite locuri.În perioada epidemiei, aceste aplicații pot ajuta întreprinderile să rezolve probleme practice și să reducă considerabil costurile.
Uită-te la cererea de returnare a videoclipurilor.Acum multe linii de producție din fabrică au instalat un număr mare de camere, inclusiv unele camere de înaltă definiție pentru inspecția calității.Aceste camere realizează un număr mare de fotografii de înaltă definiție a produselor pentru analiza defectelor.
De exemplu, COMAC efectuează analiza fisurilor metalice pe îmbinările de lipit ale produselor și pe suprafețele pulverizate în acest fel.După ce fotografiile sunt făcute, acestea trebuie să fie încărcate pe platforma cloud sau MEC edge computing, cu o viteză de uplink de 700-800mbps.Adoptă o structură de cadru de uplink mare cu unde milimetrice 5G, care poate fi manipulată cu ușurință.
O altă scenă strâns legată de tehnologia undelor milimetrice 5G este vehiculul fără pilot AGV.
Unda milimetrică 5G acceptă funcționarea AGV
AGV este de fapt o scenă miniaturizată de conducere fără pilot.Poziționarea, navigarea, programarea și evitarea obstacolelor AGV au cerințe ridicate pentru întârzierea și fiabilitatea rețelei, precum și cerințe înalte pentru capacitatea de poziționare precisă.Un număr mare de actualizări ale hărților în timp real ale AGV prezintă, de asemenea, cerințe pentru lățimea de bandă a rețelei.
Unda milimetrică 5G poate îndeplini pe deplin cerințele de mai sus ale scenariilor de aplicare AGV.
În ianuarie 2020, Ericsson și Audi au testat cu succes funcția urllc 5G și aplicația practică de automatizare industrială bazată pe unda milimetrică 5G în laboratorul fabricii din Kista, Suedia.
Printre aceștia, au construit împreună o unitate de robot, care este conectată printr-o undă milimetrică 5G.
După cum se arată în figura de mai sus, atunci când brațul robotului face volanul, perdeaua laser poate proteja partea de deschidere a unității robot.Dacă lucrătorii din fabrică ajung, pe baza fiabilității ridicate a 5G urllc, robotul va înceta imediat să funcționeze pentru a evita rănirea lucrătorilor.
Acest răspuns instantaneu pentru a asigura fiabilitatea este imposibil în Wi-Fi sau 4G tradițional.
Exemplul de mai sus este doar o parte a scenariului de aplicare a undei milimetrice 5G.Pe lângă internetul industrial, unda milimetrică 5G este puternică în chirurgia la distanță în medicina inteligentă și fără șofer în internetul vehiculelor.
Fiind o tehnologie avansată cu multe avantaje, cum ar fi rată ridicată, capacitate mare, întârziere redusă, fiabilitate ridicată și precizie ridicată de poziționare, unda milimetrică 5G a atras o atenție extinsă din toate categoriile sociale.
Concluzie
Secolul 21 este un secol de date.
Valoarea comercială uriașă conținută în date a fost recunoscută de lume.În zilele noastre, aproape toate industriile caută relația dintre ele și date și participă la extragerea valorii datelor.
Tehnologii de conectivitate reprezentate de 5Giar tehnologiile de calcul reprezentate de cloud computing, big data și inteligența artificială sunt instrumente indispensabile pentru extragerea valorii datelor.
Folosirea pe deplin a 5G, în special în banda de unde milimetrice, echivalează cu stăpânirea unei „chei de aur” a transformării digitale, care nu numai că poate realiza saltul de inovație al productivității, ci poate fi și invincibilă în concurența acerbă din viitor.
Într-un cuvânt, tehnologia și industria 5Gunde milimetrice s-au maturizat pe deplin.Cu aplicarea lui5Gindustria intrând treptat în zona de apă adâncă, ar trebui să intensificăm debarcarea comercială internă de5Gundă milimetrică și să realizeze dezvoltarea coordonată a undei sub-6 și milimetrice.
Ora postării: 14-12-2021
