Em 2021, a construção e desenvolvimento da rede global 5G obteve grandes conquistas.De acordo com os dados divulgados pela GSA em agosto, mais de 175 operadoras em mais de 70 países e regiões lançaram serviços comerciais 5G.São 285 operadoras que estão investindo no 5G.O ritmo de construção 5G da China está na vanguarda do mundo.O número de estações base 5G na China ultrapassou um milhão, atingindo impressionantes 1159.000, representando mais de 70% do mundo.Ou seja, para cada três estações base 5G no mundo, duas estão localizadas na China.
estação base 5G
A melhoria contínua da infraestrutura de rede 5G acelerou o desembarque do 5G na Internet do consumidor e na Internet industrial.Especialmente na indústria vertical, existem mais de 10.000 casos de aplicação 5G na China, abrangendo muitos campos, como manufatura industrial, energia e energia, portos, minas, logística e transporte.
Não há dúvida de que o 5G se tornou uma arma afiada para a transformação digital das empresas nacionais e um motor para o desenvolvimento de alta qualidade da economia digital em toda a sociedade.
No entanto, enquanto os aplicativos 5G são acelerados, descobriremos que a tecnologia 5G existente começou a mostrar um estado de "incompetência" em alguns cenários especiais de aplicativos do setor.Em termos de taxa, capacidade, atraso e confiabilidade, não consegue atender 100% dos requisitos do cenário.
Por que?O 5G, tão esperado pelas pessoas, ainda é difícil de ser uma grande responsabilidade?
Claro que não.A principal razão pela qual o 5G é "inadequado" é que usamos apenas "meio 5G".
Acredito que muita gente saiba que embora o padrão 5G seja o único, existem duas bandas de frequência.Uma é chamada de banda sub-6 GHz e a faixa de frequência está abaixo de 6 GHz (com precisão, abaixo de 7,125 Ghz).O outro é chamado de banda de onda milimétrica e a faixa de frequência está acima de 24 GHz.
Comparação de alcance de duas bandas de frequência
Atualmente, apenas 5G de banda sub-6 GHz está disponível comercialmente na China, e não há 5G de banda de onda milimétrica comercial.Portanto, toda a energia do 5G não foi totalmente liberada.
Vantagens técnicas da onda milimétrica
Embora 5G na banda sub-6 GHz e 5G na banda de ondas milimétricas sejam 5G, existem grandes diferenças nas características de desempenho.
De acordo com o conhecimento dos livros didáticos de física do ensino médio, quanto maior a frequência da onda eletromagnética sem fio, menor o comprimento de onda e pior a capacidade de difração.Além disso, quanto maior a frequência, maior a perda de penetração.Portanto, a cobertura 5G da banda de ondas milimétricas é obviamente mais fraca que a anterior.Esta é a principal razão pela qual não há onda milimétrica comercial pela primeira vez na China, e é também a razão pela qual as pessoas questionam a onda milimétrica.
Na verdade, a lógica e a verdade arraigadas desse problema não são exatamente iguais à imaginação de todos.Em outras palavras, na verdade temos alguns preconceitos errados sobre ondas milimétricas.
Em primeiro lugar, do ponto de vista da tecnologia, devemos ter um consenso, ou seja, sob a premissa de nenhuma mudança revolucionária na teoria básica de comunicação existente, se quisermos melhorar ainda mais significativamente a taxa de rede e a largura de banda, só podemos fazer um problema no espectro.
Buscar recursos de espectro mais ricos em bandas de frequência mais altas é uma escolha inevitável para o desenvolvimento da tecnologia de comunicação móvel.Isso é verdade para ondas milimétricas agora e terahertz que podem ser usadas para 6G no futuro.
Diagrama esquemático do espectro de ondas milimétricas
Atualmente, a banda sub-6 GHz tem uma largura de banda máxima de 100MHz (mesmo 10MHz ou 20MHz em alguns lugares no exterior).É muito difícil atingir uma taxa de 5 Gbps ou mesmo 10 Gbps.
A banda de onda milimétrica 5G atinge 200mhz-800mhz, o que torna muito mais fácil atingir os objetivos acima.
Não muito tempo atrás, em agosto de 2021, a Qualcomm juntou-se à ZTE para realizar a conexão dupla 5G SA (nr-dc) pela primeira vez na China.Com base no canal portador de 200 MHz na banda de onda milimétrica de 26 GHz e na largura de banda de 100 MHz na banda de 3,5 GHz, a Qualcomm trabalhou em conjunto para atingir uma taxa de pico de downlink de usuário único de mais de 2,43 gbps.
As duas empresas também usam a tecnologia de agregação de operadora para atingir uma taxa de pico de downlink de usuário único de mais de 5 Gbps com base em quatro canais de operadora de 200 MHz na banda de onda milimétrica de 26 GHz.
Em junho deste ano, na exposição MWC Barcelona, a Qualcomm alcançou uma taxa de pico de até 10,5 Gbps usando Xiaolong X65, agregação de 8 canais baseada na banda de onda milimétrica n261 (largura de banda de portadora única de 100 MHz) e largura de banda de 100 MHz na banda n77.Esta é a taxa de comunicação celular mais rápida do setor.
Largura de banda única portadora de 100MHz e 200MHz pode alcançar este efeito.No futuro, baseado em portadora única de 400MHz e 800MHz, sem dúvida alcançará uma taxa muito superior a 10Gbps!
Além do aumento significativo da taxa, outra vantagem da onda milimétrica é o menor atraso.
Devido ao espaçamento da subportadora, o atraso da onda milimétrica 5G pode ser um quarto do sub-6ghz.De acordo com a verificação do teste,
o atraso da interface aérea da onda milimétrica 5G pode ser de 1 ms e o atraso de ida e volta pode ser de 4 ms, o que é excelente.
A terceira vantagem da onda milimétrica é seu tamanho pequeno.
O comprimento de onda da onda milimétrica é muito curto, então sua antena é muito curta.Desta forma, o volume do equipamento de ondas milimétricas pode ser ainda mais reduzido e possui maior grau de integração.A dificuldade dos fabricantes em projetar produtos é reduzida, o que favorece a promoção da miniaturização de estações base e terminais.
Antena de onda milimétrica (partículas amarelas são osciladores de antena)
Conjuntos de antenas de larga escala mais densos e mais osciladores de antena também são muito benéficos para a aplicação de beamforming.O feixe da antena de onda milimétrica pode tocar mais longe e tem uma capacidade anti-interferência mais forte, o que é propício para compensar a desvantagem da cobertura.
Quanto mais osciladores, mais estreito o feixe e maior a distância
A quarta vantagem da onda milimétrica é sua capacidade de posicionamento de alta precisão.
A capacidade de posicionamento do sistema sem fio está intimamente relacionada ao seu comprimento de onda.Quanto menor o comprimento de onda, maior a precisão do posicionamento.
O posicionamento de ondas milimétricas pode ser preciso até o nível centimétrico ou até menor.É por isso que muitos carros agora estão usando radar de ondas milimétricas.
Tendo dito as vantagens da onda milimétrica, vamos voltar e falar sobre as desvantagens da onda milimétrica.
Qualquer tecnologia (de comunicação) tem suas próprias vantagens e desvantagens.A desvantagem da onda milimétrica é que ela tem penetração fraca e cobertura curta.
Anteriormente, mencionamos que a onda milimétrica pode aumentar a distância de cobertura pelo aprimoramento da formação de feixe.Em outras palavras, a energia de um grande número de antenas é concentrada em uma determinada direção, de modo a aumentar o sinal em uma direção específica.
Agora, a onda milimétrica adota antena de arranjo direcional de alto ganho para enfrentar o desafio de mobilidade por meio da tecnologia multifeixe.De acordo com os resultados práticos, o beamforming analógico que suporta feixe estreito pode efetivamente superar a perda de caminho significativa na banda de frequência acima de 24 GHz.
Matriz de antena direcional de alto ganho
Além da formação de feixe, feixe múltiplo de onda milimétrica também pode realizar melhor a comutação de feixe, orientação de feixe e rastreamento de feixe.
A comutação de feixe significa que o terminal pode selecionar feixes candidatos mais adequados para comutação razoável em um ambiente em constante mudança para obter um melhor efeito de sinal.
A orientação do feixe significa que o terminal pode alterar a direção do feixe de uplink para corresponder à direção do feixe incidente do gnodeb.
Rastreamento de feixe significa que o terminal pode distinguir diferentes feixes do gnodeb.O feixe pode se mover com o movimento do terminal, de modo a obter um forte ganho de antena.
A capacidade aprimorada de gerenciamento de feixe de onda milimétrica pode efetivamente melhorar a confiabilidade do sinal e obter um ganho de sinal mais forte.
A onda milimétrica também pode adotar diversidade de caminho para lidar com o problema de bloqueio por meio de diversidade vertical e diversidade horizontal.
Demonstração do efeito de simulação da diversidade do caminho
No lado do terminal, a diversidade da antena do terminal também pode melhorar a confiabilidade do sinal, aliviar o problema de bloqueio manual e reduzir o impacto causado pela orientação aleatória do usuário.
Demonstração do efeito de simulação da diversidade terminal
Resumindo, com o estudo aprofundado da tecnologia de reflexão de ondas milimétricas e diversidade de caminho, a cobertura de ondas milimétricas foi bastante aprimorada e a transmissão sem linha de visão (NLOS) foi realizada por meio de tecnologia multifeixe mais avançada.Em termos de tecnologia, a onda milimétrica resolveu o gargalo anterior e tornou-se cada vez mais madura, o que pode atender totalmente à demanda comercial.
Em termos de cadeia industrial, o 5Gonda milimétrica também é muito mais madura do que você pensa.
No mês passado, Fuchang Li, diretor do centro de pesquisa de tecnologia sem fio do China Unicom Research Institute, deixou claro que "atualmente, a capacidade da cadeia da indústria de ondas milimétricas amadureceu".
Na exposição MWC Shanghai no início do ano, as operadoras domésticas também disseram: "com o apoio do espectro, padrões e indústria, a onda milimétrica fez um progresso positivo na comercialização. Até 2022, 5Gonda milimétrica terá capacidade comercial em grande escala."
Aplicação de onda milimétrica arquivada
Tendo concluído as vantagens técnicas da onda milimétrica, vamos dar uma olhada em seus cenários de aplicação específicos.
Como todos sabemos, o mais importante para usar a tecnologia é "desenvolver pontos fortes e evitar pontos fracos".Em outras palavras, uma tecnologia deve ser usada no cenário que pode aproveitar ao máximo suas vantagens.
As vantagens da onda milimétrica 5G são taxa, capacidade e atraso de tempo.Portanto, é mais adequado para aeroportos, estações, teatros, ginásios e outros locais densamente povoados, bem como cenas verticais da indústria que são muito sensíveis ao atraso de tempo, como manufatura industrial, controle remoto, Internet de veículos e assim por diante.
Em termos de campos de aplicação específicos, realidade virtual, acesso de alta velocidade, automação industrial, saúde médica, transporte inteligente, etc. são lugares onde a onda milimétrica 5G pode ser usada.
Para o consumo da Internet.
Para usuários individuais comuns, a maior demanda de largura de banda vem do vídeo e a maior demanda de atraso vem dos jogos.A tecnologia VR/AR (realidade virtual/realidade aumentada) tem requisitos duplos para largura de banda e atraso.
A tecnologia VR / AR está se desenvolvendo rapidamente, incluindo o metauniverso recentemente muito quente, que também está intimamente relacionado a eles.
Para obter uma experiência imersiva perfeita e eliminar completamente a tontura, a resolução de vídeo do VR deve estar acima de 8K (mesmo 16K e 32K) e o atraso deve estar dentro de 7ms.Não há dúvida de que a onda milimétrica 5G é a tecnologia de transmissão sem fio mais adequada.
A Qualcomm e a Ericsson realizaram o teste XR com base na onda milimétrica 5G, trazendo 90 quadros por segundo e 2K para cada experiência XR do usuário com resolução 2K, com um atraso de menos de 20 ms e uma taxa de transferência média de downlink de mais de 50 Mbps.
Os resultados do teste mostram que apenas um gnodeb com uma largura de banda do sistema de 100MHz pode suportar acesso 5G de seis usuários XR ao mesmo tempo.Com o suporte de recursos 5G no futuro, é mais promissor suportar o acesso simultâneo de mais de 12 usuários.
teste XR
Outro cenário de aplicação importante da superfície de onda milimétrica 5G para usuários finais C é a transmissão ao vivo de eventos esportivos de grande escala.
Em fevereiro de 2021, as finais da temporada de futebol americano "Super Bowl" foram realizadas no Raymond James Stadium.
Com a ajuda da Qualcomm, a Verizon, uma conhecida operadora dos EUA, transformou o estádio no estádio de Internet mais rápido do mundo usando a tecnologia de ondas milimétricas 5G.
Durante a competição, a rede 5G de ondas milimétricas transportou mais de 4,5 TB de tráfego total.Em alguns cenários, a taxa de pico chegou a 3 gbps, cerca de 20 vezes a do 4G LTE.
Em termos de velocidade de uplink, este super bowl é o primeiro evento importante do mundo usando transmissão de uplink de onda milimétrica 5G.A estrutura do quadro de ondas milimétricas é flexível e a taxa de quadro de uplink e downlink pode ser ajustada para obter maior largura de banda de uplink.
De acordo com os dados de campo, mesmo nos horários de pico, a onda milimétrica 5G é mais de 50% mais rápida que o 4G LTE.Com a ajuda de uma forte capacidade de uplink, os fãs podem fazer upload de fotos e vídeos para compartilhar os momentos maravilhosos do jogo.
A Verizon também criou um aplicativo para ajudar os fãs a assistir jogos ao vivo em HD de 7 canais ao mesmo tempo, e 7 câmeras apresentam os jogos de diferentes ângulos.
Em 2022, os 24º Jogos Olímpicos de Inverno serão abertos em Pequim.Nesse momento, haverá não apenas a demanda de acesso e tráfego trazida pelos celulares da audiência, mas também a demanda de retorno de dados trazida pela mídia de radiodifusão.Em particular, o sinal de vídeo 4K HD multicanal e o sinal de vídeo da câmera panorâmica (usado para visualização VR) representam um grande desafio para a largura de banda de uplink da rede de comunicação móvel.
Em resposta a esses desafios, a China Unicom planeja responder ativamente com a tecnologia de ondas milimétricas 5G.
Em maio deste ano, ZTE, China Unicom e Qualcomm realizaram um teste.Usando onda milimétrica 5G + grande estrutura de quadro de uplink, o conteúdo de vídeo 8K coletado em tempo real pode ser transmitido de volta de forma estável e, finalmente, recebido e reproduzido com sucesso na extremidade receptora.
Vamos dar uma olhada no cenário de aplicação da indústria vertical.
A onda milimétrica 5G tem uma perspectiva de aplicação mais ampla em tob.
Em primeiro lugar, VR / AR mencionado acima também pode ser usado na indústria de tob.
Por exemplo, os engenheiros podem realizar inspeção remota de equipamentos em locais diferentes por meio de AR, fornecer orientação remota a engenheiros em locais diferentes e realizar a aceitação remota de mercadorias em locais diferentes.Durante o período epidêmico, esses aplicativos podem ajudar as empresas a resolver problemas práticos e reduzir bastante os custos.
Veja o aplicativo de retorno de vídeo.Agora, muitas linhas de produção de fábrica instalaram um grande número de câmeras, incluindo algumas câmeras de alta definição para inspeção de qualidade.Essas câmeras tiram um grande número de fotos de produtos de alta definição para análise de defeitos.
Por exemplo, a COMAC realiza análise de trincas de metal em juntas de solda de produtos e superfícies pulverizadas dessa maneira.Depois que as fotos são tiradas, elas precisam ser carregadas na nuvem ou na plataforma de computação de borda MEC, com uma velocidade de uplink de 700-800mbps.Adota estrutura de quadro de uplink grande de onda milimétrica 5G, que pode ser facilmente manuseada.
Outra cena intimamente relacionada à tecnologia de ondas milimétricas 5G é o veículo não tripulado AGV.
Onda milimétrica 5G suporta operação AGV
AGV é na verdade uma cena de direção não tripulada miniaturizada.O posicionamento, navegação, agendamento e prevenção de obstáculos do AGV têm altos requisitos para atraso e confiabilidade da rede, bem como altos requisitos para capacidade de posicionamento preciso.Um grande número de atualizações de mapas em tempo real do AGV também apresentou requisitos para largura de banda de rede.
A onda milimétrica 5G pode atender totalmente aos requisitos acima dos cenários de aplicação AGV.
Em janeiro de 2020, a Ericsson e a Audi testaram com sucesso a função urllc 5G e a aplicação prática de automação industrial com base na onda milimétrica 5G no laboratório da fábrica em Kista, na Suécia.
Entre eles, eles construíram em conjunto uma unidade de robô, conectada por onda milimétrica 5G.
Conforme mostrado na figura acima, quando o braço do robô faz o volante, a cortina de laser pode proteger o lado de abertura da unidade do robô.Se os trabalhadores da fábrica entrarem em contato, com base na alta confiabilidade do urllc 5G, o robô parará de funcionar imediatamente para evitar ferimentos aos trabalhadores.
Essa resposta instantânea para garantir a confiabilidade é impossível no Wi Fi ou 4G tradicional.
O exemplo acima é apenas parte do cenário de aplicação da onda milimétrica 5G.Além da Internet industrial, a onda milimétrica 5G é forte em cirurgia remota em medicina inteligente e sem motorista na Internet de veículos.
Como uma tecnologia avançada com muitas vantagens, como alta taxa, grande capacidade, baixo atraso de tempo, alta confiabilidade e alta precisão de posicionamento, a onda milimétrica 5G atraiu grande atenção de todas as esferas da vida.
Conclusão
O século 21 é um século de dados.
O enorme valor comercial contido nos dados foi reconhecido pelo mundo.Hoje em dia, quase todas as indústrias estão buscando o relacionamento entre si e os dados e participando da mineração do valor dos dados.
Tecnologias de conectividade representadas pelo 5Ge tecnologias de computação representadas por computação em nuvem, big data e inteligência artificial são ferramentas indispensáveis para minerar o valor dos dados.
Aproveitar ao máximo o 5G, especialmente na faixa de ondas milimétricas, equivale a dominar uma “chave de ouro” da transformação digital, que pode não apenas realizar o salto de inovação da produtividade, mas também ser invencível na acirrada competição do futuro.
Em uma palavra, a tecnologia e a indústria do 5Gonda milimétrica estão totalmente amadurecidos.Com a aplicação de5Gindústria entrando gradualmente na área de águas profundas, devemos intensificar o desembarque comercial doméstico de5Gonda milimétrica e realizar o desenvolvimento coordenado de sub-6 e onda milimétrica.
Horário da postagem: 14 de dezembro de 2021
