У 2021 році будівництво та розвиток глобальної мережі 5G досягло великих успіхів.Згідно з даними, оприлюдненими GSA в серпні, понад 175 операторів у більш ніж 70 країнах і регіонах запустили комерційні послуги 5G.285 операторів інвестують у 5G.Темпи будівництва 5G у Китаї перебувають на передовій у світі.Кількість базових станцій 5G у Китаї перевищила один мільйон і досягла приголомшливих 1159 000, що становить понад 70% у світі.Іншими словами, на кожні три базові станції 5G у світі дві розташовані в Китаї.
Базова станція 5G
Постійне вдосконалення мережевої інфраструктури 5G прискорило впровадження 5G у споживчий і промисловий Інтернет.Особливо у вертикальній промисловості, у Китаї є понад 10 000 заявок 5G, які охоплюють багато сфер, таких як промислове виробництво, енергетика, порти, шахти, логістика та транспорт.
Безсумнівно, 5G став гострою зброєю для цифрової трансформації вітчизняних підприємств і двигуном для якісного розвитку цифрової економіки в усьому суспільстві.
Однак, хоча додатки 5G прискорюються, ми побачимо, що існуюча технологія 5G почала демонструвати стан «некомпетентності» в деяких спеціальних галузевих сценаріях застосування.З точки зору швидкості, потужності, затримки та надійності він не може задовольнити 100% вимог сценарію.
чомуЧи 5G, якого дуже очікують люди, все ще важко бути великою відповідальністю?
Звичайно, ні.Основна причина, чому 5G є «неадекватним», полягає в тому, що ми використовуємо лише «половину 5G».
Думаю, багато людей знають, що хоча стандарт 5G є єдиним, є два діапазони частот.Один називається діапазоном нижче 6 ГГц, а діапазон частот нижче 6 ГГц (точніше, нижче 7,125 ГГц).Інший називається діапазоном міліметрових хвиль, а діапазон частот вище 24 ГГц.
Порівняння діапазонів двох діапазонів частот
Зараз у Китаї комерційно доступний лише 5G діапазону нижче 6 ГГц, а комерційного 5G діапазону міліметрових хвиль немає.Тому вся енергія 5G не була повністю вивільнена.
Технічні переваги міліметрової хвилі
Хоча 5G у діапазоні нижче 6 ГГц і 5G у міліметровому діапазоні є 5G, існують великі відмінності в характеристиках продуктивності.
Відповідно до відомостей у підручниках фізики для середньої школи, чим вища частота бездротової електромагнітної хвилі, тим коротша довжина хвилі та гірша дифракційна здатність.Крім того, чим вище частота, тим більше втрати на проникнення.Таким чином, покриття 5G міліметрового діапазону хвиль явно слабше, ніж перше.Це головна причина, чому в Китаї вперше немає комерційних міліметрових хвиль, і це також причина, чому люди ставлять під сумнів міліметрові хвилі.
Насправді глибинна логіка та істина цієї проблеми не зовсім такі, як уявляють усі.Іншими словами, ми насправді маємо деякі неправильні упередження щодо міліметрових хвиль.
Перш за все, з точки зору технології, ми повинні досягти консенсусу, тобто за умови відсутності революційних змін в існуючій базовій теорії зв’язку, якщо ми хочемо значно покращити швидкість мережі та пропускну здатність, ми можемо лише зробити проблема в спектрі.
Пошук більш багатих ресурсів спектру з вищих діапазонів частот є неминучим вибором для розвитку технологій мобільного зв'язку.Це вірно для міліметрових хвиль зараз і терагерцових, які можуть використовуватися для 6G у майбутньому.
Принципова схема спектра міліметрових хвиль
Наразі діапазон нижче 6 ГГц має максимальну смугу пропускання 100 МГц (навіть 10 МГц або 20 МГц у деяких місцях за кордоном).Надто важко досягти швидкості 5 Гбіт/с або навіть 10 Гбіт/с.
Діапазон міліметрових хвиль 5G досягає 200-800 МГц, що значно полегшує досягнення вищезазначених цілей.
Не так давно, у серпні 2021 року, Qualcomm об’єдналися з ZTE, щоб вперше реалізувати подвійне підключення 5G SA (nr-dc) у Китаї.Базуючись на несучому каналі 200 МГц у діапазоні міліметрових хвиль 26 ГГц і смузі пропускання 100 МГц у діапазоні 3,5 ГГц, Qualcomm працювала разом, щоб досягти пікової швидкості низхідного каналу для одного користувача понад 2,43 Гбіт/с.
Дві компанії також використовують технологію агрегації несучих для досягнення пікової швидкості низхідної лінії зв’язку для одного користувача понад 5 Гбіт/с на основі чотирьох несучих каналів 200 МГц у діапазоні міліметрових хвиль 26 ГГц.
У червні цього року на виставці MWC у Барселоні Qualcomm реалізувала пікову швидкість до 10,5 Гбіт/с за допомогою Xiaolong X65, 8-канальної агрегації на основі n261 міліметрового діапазону хвиль (пропускна здатність однієї несучої 100 МГц) і 100 МГц у діапазоні n77.Це найшвидша швидкість стільникового зв'язку в галузі.
Цей ефект можна досягти за допомогою пропускної здатності однієї несучої 100 МГц і 200 МГц.У майбутньому, на основі однієї несучої 400 МГц і 800 МГц, він, безсумнівно, досягне швидкості, що значно перевищує 10 Гбіт/с!
Окрім значного збільшення швидкості, ще однією перевагою міліметрової хвилі є менша затримка.
Через рознос піднесучих затримка хвилі міліметра 5G може становити чверть від затримки хвилі нижче 6 ГГц.Згідно тестової перевірки,
затримка повітряного інтерфейсу міліметрової хвилі 5G може становити 1 мс, а затримка в обидва кінці може становити 4 мс, що чудово.
Третя перевага міліметрової хвилі - її невеликі розміри.
Довжина хвилі міліметрової хвилі дуже мала, тому її антена дуже коротка.Таким чином, об’єм обладнання міліметрового діапазону можна додатково зменшити та мати вищий ступінь інтеграції.Для виробників зменшується складність проектування продуктів, що сприяє мініатюризації базових станцій і терміналів.
Антена міліметрового діапазону (жовті частинки - генератори антени)
Більш щільні великомасштабні антенні решітки та більше антенних генераторів також є дуже корисними для застосування формування променя.Промінь міліметрової антени може відтворюватися далі та має сильнішу здатність протидіяти перешкодам, що сприяє компенсуванню недоліку покриття.
Чим більше осциляторів, тим вужчий промінь і довша відстань
Четвертою перевагою міліметрової хвилі є її здатність високоточного позиціонування.
Здатність позиціонування бездротової системи тісно пов’язана з її довжиною хвилі.Чим коротша довжина хвилі, тим вища точність позиціонування.
Позиціонування міліметрової хвилі може бути з точністю до рівня сантиметра або навіть нижче.Ось чому зараз багато автомобілів використовують радари міліметрового діапазону.
Сказавши про переваги міліметрової хвилі, давайте повернемося і поговоримо про недоліки міліметрової хвилі.
Будь-яка (комунікаційна) технологія має свої переваги та недоліки.Недоліком міліметрової хвилі є слабка проникаюча здатність і короткий охоплення.
Раніше ми згадували, що міліметрові хвилі можуть збільшити відстань охоплення за рахунок покращення формування променя.Іншими словами, енергія великої кількості антен концентрується в певному напрямку, щоб посилити сигнал у певному напрямку.
Тепер міліметрова хвиля використовує спрямовану антенну решітку з високим коефіцієнтом посилення, щоб вирішити проблему мобільності за допомогою багатопроменевої технології.Згідно з практичними результатами, аналогове формування променя, що підтримує вузький промінь, може ефективно подолати значні втрати на шляху в діапазоні частот вище 24 ГГц.
Спрямована антенна решітка з високим коефіцієнтом посилення
Окрім формування променя, мультипромінь міліметрового діапазону може також краще реалізувати перемикання променя, наведення променя та відстеження променя.
Перемикання променів означає, що термінал може вибрати більш відповідні промені-кандидати для розумного перемикання в постійно мінливому середовищі для досягнення кращого ефекту сигналу.
Наведення променя означає, що термінал може змінити напрямок променя висхідної лінії зв’язку відповідно до напрямку падаючого променя від gnodeb.
Відстеження променів означає, що термінал може розрізняти різні промені від gnodeb.Промінь може рухатися разом із рухом терміналу, щоб досягти сильного посилення антени.
Покращена можливість керування променем міліметрового діапазону може ефективно підвищити надійність сигналу та досягти більшого посилення сигналу.
Міліметрова хвиля також може застосовувати рознесення шляхів, щоб вирішити проблему блокування за допомогою вертикального та горизонтального рознесення.
Демонстрація ефекту моделювання різноманітності шляху
З боку терміналу рознесення термінальної антени також може підвищити надійність сигналу, полегшити проблему блокування рук і зменшити вплив, спричинений випадковою орієнтацією користувача.
Демонстрація ефекту моделювання термінального рознесення
Підводячи підсумок, можна сказати, що завдяки поглибленому вивченню технології відбиття міліметрових хвиль і рознесенню шляхів охоплення міліметрових хвиль було значно покращено, а передача без прямої видимості (NLOS) реалізована за допомогою вдосконаленої багатопроменевої технології.З точки зору технології, міліметрова хвиля вирішила попереднє вузьке місце та стала все більш зрілою, що може повністю задовольнити комерційний попит.
З точки зору промислового ланцюга, 5Gміліметрова хвиля також набагато зріліша, ніж ви думаєте.
Минулого місяця Фучанг Лі, директор науково-дослідного центру бездротових технологій China Unicom Research Institute, дав зрозуміти, що «на даний момент можливості індустрії ланцюгів міліметрових хвиль стали зрілими».
На виставці MWC у Шанхаї на початку року вітчизняні оператори також заявили: «Завдяки підтримці спектра, стандартів і промисловості міліметрові хвилі досягли позитивного прогресу в комерціалізації. До 2022 року 5Gміліметрова хвиля матиме масштабну комерційну потужність».
Подано заявку на хвилю міліметра
Закінчивши з технічними перевагами міліметрової хвилі, розглянемо конкретні сценарії її застосування.
Як ми всі знаємо, найголовніше у використанні технологій – це «розвивати сильні сторони та уникати слабких».Іншими словами, у сценарії слід використовувати технологію, яка може повною мірою використовувати її переваги.
Перевагами 5G міліметрових хвиль є швидкість, пропускна здатність і час затримки.Таким чином, він найбільше підходить для аеропортів, вокзалів, театрів, спортивних залів та інших густонаселених місць, а також вертикальних промислових сцен, які дуже чутливі до затримки часу, таких як промислове виробництво, дистанційне керування, Інтернет транспортних засобів тощо.
З точки зору конкретних сфер застосування, віртуальна реальність, високошвидкісний доступ, промислова автоматизація, медичне здоров’я, інтелектуальний транспорт тощо – це все, де можна використовувати міліметрові хвилі 5G.
За споживання Інтернету.
Для звичайних індивідуальних користувачів найбільша вимога до пропускної здатності походить від відео, а найбільша затримка – від ігор.Технологія VR / AR (віртуальна реальність / доповнена реальність) має подвійні вимоги до пропускної здатності та затримки.
Технології VR / AR стрімко розвиваються, включаючи останнім часом дуже гарячий метавсесвіт, який також тісно з ними пов'язаний.
Щоб отримати ідеальний досвід занурення та повністю усунути запаморочення, роздільна здатність відео VR має бути вище 8K (навіть 16K та 32K), а затримка має бути в межах 7 мс.Немає сумніву, що міліметрові хвилі 5G є найбільш прийнятною технологією бездротової передачі.
Qualcomm і Ericsson провели тест XR на основі 5G міліметрової хвилі, забезпечуючи 90 кадрів на секунду та 2K для кожного користувача × XR досвід із роздільною здатністю 2K із затримкою менше 20 мс і середньою пропускною здатністю низхідного каналу понад 50 Мбіт/с.
Результати тестування показують, що лише один gnodeb із системною смугою пропускання 100 МГц може підтримувати доступ 5G для шести користувачів XR одночасно.З підтримкою функцій 5G у майбутньому перспективніше підтримувати одночасний доступ більше ніж 12 користувачів.
XR тест
Ще один важливий сценарій застосування поверхні міліметрових хвиль 5G для споживачів C-кінцевого сегмента — це пряма трансляція масштабних спортивних подій.
У лютому 2021 року на стадіоні Raymond James відбувся фінал сезону «Супербоул» з американського футболу.
За допомогою Qualcomm відомий американський оператор Verizon перетворив стадіон на найшвидший Інтернет-стадіон у світі за допомогою технології 5G міліметрових хвиль.
Під час конкурсу мережа 5G міліметрового діапазону передала понад 4,5 ТБ загального трафіку.У деяких сценаріях пікова швидкість досягала 3 Гбіт/с, приблизно в 20 разів більше, ніж у 4G LTE.
З точки зору швидкості висхідної лінії зв’язку, цей супербоул є першою важливою подією в світі, яка використовує передачу 5G міліметрових хвиль висхідної лінії зв’язку.Структура кадру міліметрової хвилі є гнучкою, а співвідношення кадрів висхідної та низхідної лінії зв’язку можна регулювати для досягнення вищої пропускної здатності висхідної лінії зв’язку.
Згідно з польовими даними, навіть у години пік 5G міліметрового діапазону більш ніж на 50% швидше, ніж 4G LTE.Завдяки потужній можливості висхідного зв’язку вболівальники можуть завантажувати фотографії та відео, щоб поділитися чудовими моментами гри.
Verizon також створила програму, щоб підтримувати любителів переглядати 7-канальні потокові HD-ігри в прямому ефірі одночасно, а 7 камер показують ігри з різних ракурсів.
У 2022 році в Пекіні відкриються 24-ті зимові Олімпійські ігри.У той час буде не тільки попит на доступ і трафік, викликаний мобільними телефонами аудиторії, але також попит на зворотні дані, викликаний медіа-мовленням.Зокрема, багатоканальний відеосигнал 4K HD і відеосигнал панорамної камери (використовується для перегляду VR) створюють серйозну проблему для смуги пропускання висхідної лінії зв’язку в мережі мобільного зв’язку.
У відповідь на ці виклики China Unicom планує активно реагувати за допомогою технології 5G міліметрових хвиль.
У травні цього року ZTE, China Unicom і Qualcomm провели тест.Використовуючи міліметрову хвилю 5G + велику кадрову структуру висхідної лінії зв’язку, відеоконтент 8K, зібраний у режимі реального часу, можна стабільно передавати назад і, нарешті, успішно приймати та відтворювати на приймальному кінці.
Давайте подивимося на сценарій застосування у вертикальній галузі.
5G міліметрової хвилі має ширшу перспективу застосування в Україні.
Перш за все, VR / AR, згадані вище, також можуть бути використані в індустрії tob.
Наприклад, інженери можуть проводити дистанційну перевірку обладнання в різних місцях через AR, надавати дистанційне керівництво інженерам у різних місцях і проводити віддалену приймання товарів у різних місцях.У період епідемії ці програми можуть допомогти підприємствам вирішити практичні проблеми та значно скоротити витрати.
Подивіться заявку на повернення відео.Зараз на багатьох фабричних виробничих лініях встановлено велику кількість камер, у тому числі деякі камери високої чіткості для перевірки якості.Ці камери роблять велику кількість зображень продукту високої чіткості для аналізу дефектів.
Наприклад, COMAC проводить таким чином аналіз металевих тріщин на паяних з’єднаннях і напилених поверхнях.Після того, як фотографії зроблені, їх потрібно завантажити в хмару або периферійну обчислювальну платформу MEC зі швидкістю вихідного зв’язку 700-800 Мбіт/с.Він приймає велику структуру кадру висхідної лінії зв’язку 5G міліметрової хвилі, з якою легко працювати.
Ще одна сцена, тісно пов’язана з технологією міліметрових хвиль 5G, – безпілотний автомобіль AGV.
5G міліметрової хвилі підтримує роботу AGV
AGV – це фактично мініатюрна сцена безпілотного водіння.Позиціонування, навігація, планування та уникнення перешкод AGV мають високі вимоги до затримки мережі та надійності, а також високі вимоги до здатності точного позиціонування.Велика кількість оновлень карти в реальному часі AGV також висуває вимоги до пропускної здатності мережі.
5G міліметрової хвилі може повністю відповідати вищевказаним вимогам сценаріїв застосування AGV.
У січні 2020 року Ericsson і Audi успішно випробували функцію 5G urllc і практичне застосування промислової автоматизації на основі 5G міліметрових хвиль у заводській лабораторії в Кісті, Швеція.
Серед них вони спільно побудували робототехніку, яка підключена за допомогою міліметрової хвилі 5G.
Як показано на малюнку вище, коли рука робота керує кермом, лазерна завіса може захистити відкриваючу сторону блоку робота.Виходячи з високої надійності 5G urllc, якщо працівники заводу дотягнуться до нього, робот негайно припинить роботу, щоб уникнути травмування працівників.
Така миттєва відповідь для забезпечення надійності неможлива в традиційному Wi-Fi або 4G.
Наведений вище приклад є лише частиною сценарію застосування 5G міліметрових хвиль.На додаток до промислового Інтернету, міліметрові хвилі 5G сильні у віддаленій хірургії в розумній медицині та без водіїв в Інтернеті транспортних засобів.
Як передова технологія з багатьма перевагами, такими як висока швидкість, велика ємність, низька затримка часу, висока надійність і висока точність позиціонування, 5G міліметрових хвиль привернула велику увагу з усіх верств суспільства.
Висновок
21 століття – це століття даних.
Величезна комерційна цінність даних була визнана світом.Сьогодні майже всі галузі шукають взаємозв’язок між собою та даними та беруть участь у видобутку цінності даних.
Технології підключення, представлені 5Gа обчислювальні технології, представлені хмарними обчисленнями, великими даними та штучним інтелектом, є незамінними інструментами для аналізу цінності даних.
Повне використання 5G, особливо в міліметровому діапазоні хвиль, рівносильне оволодінню «золотим ключем» цифрової трансформації, яка може не тільки реалізувати інноваційний стрибок продуктивності, але й бути непереможною в жорсткій конкуренції в майбутньому.
Одним словом, технологія та індустрія 5Gміліметрової хвилі повністю дозріли.Із застосуванням5Gпромисловість поступово виходить на глибоководну зону, ми повинні активізувати внутрішні комерційні посадки5Gміліметрової хвилі та реалізувати скоординований розвиток суб-6 та міліметрової хвилі.
Час публікації: 14 грудня 2021 р
