Nel 2021, la costruzione e lo sviluppo della rete globale 5G hanno ottenuto grandi risultati.Secondo i dati diffusi da GSA ad agosto, più di 175 operatori in più di 70 paesi e regioni hanno lanciato servizi commerciali 5G.Sono 285 gli operatori che stanno investendo nel 5G.Il ritmo di costruzione del 5G in Cina è all'avanguardia nel mondo.Il numero di stazioni base 5G in Cina ha superato il milione, raggiungendo l'incredibile cifra di 1159000, pari a oltre il 70% del mondo.In altre parole, per ogni tre stazioni base 5G nel mondo, due si trovano in Cina.
Stazione base 5G
Il continuo miglioramento dell'infrastruttura di rete 5G ha accelerato l'arrivo del 5G nell'Internet dei consumatori e nell'Internet industriale.Soprattutto nell'industria verticale, ci sono più di 10000 casi di applicazione 5G in Cina, che coprono molti campi come la produzione industriale, l'energia e l'energia, i porti, le miniere, la logistica e i trasporti.
Non c'è dubbio che il 5G sia diventato un'arma affilata per la trasformazione digitale delle imprese nazionali e un motore per lo sviluppo di alta qualità dell'economia digitale nell'intera società.
Tuttavia, mentre le applicazioni 5G sono accelerate, scopriremo che la tecnologia 5G esistente ha iniziato a mostrare uno stato di "incompetenza" in alcuni scenari applicativi speciali del settore.In termini di velocità, capacità, ritardo e affidabilità, non può soddisfare al 100% i requisiti dello scenario.
Perché?Il 5G, che è molto atteso dalle persone, è ancora difficile da rappresentare una grande responsabilità?
Ovviamente no.Il motivo principale per cui il 5G è "inadeguato" è che usiamo solo "metà 5G".
Credo che molte persone sappiano che sebbene lo standard 5G sia l'unico, ci sono due bande di frequenza.Uno è chiamato banda sub-6 GHz e l'intervallo di frequenza è inferiore a 6 GHz (precisamente, inferiore a 7,125 Ghz).L'altro è chiamato banda di onde millimetriche e la gamma di frequenza è superiore a 24 GHz.
Confronto della gamma di due bande di frequenza
Al momento, in Cina è disponibile in commercio solo il 5G della banda inferiore a 6 GHz e non esiste il 5G della banda a onde millimetriche commerciale.Pertanto, tutta l'energia del 5G non è stata completamente rilasciata.
Vantaggi tecnici dell'onda millimetrica
Sebbene il 5G nella banda inferiore a 6 GHz e il 5G nella banda delle onde millimetriche siano 5G, ci sono grandi differenze nelle caratteristiche prestazionali.
Secondo la conoscenza nei libri di testo di fisica delle scuole medie, maggiore è la frequenza dell'onda elettromagnetica wireless, minore è la lunghezza d'onda e peggiore è la capacità di diffrazione.Inoltre, maggiore è la frequenza, maggiore è la perdita di penetrazione.Pertanto, la copertura 5G della banda delle onde millimetriche è ovviamente più debole della prima.Questo è il motivo principale per cui non ci sono onde millimetriche commerciali per la prima volta in Cina, ed è anche il motivo per cui le persone mettono in discussione le onde millimetriche.
In effetti, la logica e la verità profonde di questo problema non sono esattamente le stesse dell'immaginazione di tutti.In altre parole, in realtà abbiamo dei pregiudizi sbagliati sulle onde millimetriche.
Prima di tutto, dal punto di vista della tecnologia, dobbiamo avere un consenso, cioè, con la premessa di nessun cambiamento rivoluzionario nella teoria della comunicazione di base esistente, se vogliamo migliorare ulteriormente in modo significativo la velocità e la larghezza di banda della rete, possiamo solo fare un problema sullo spettro.
La ricerca di risorse di spettro più ricche da bande di frequenza più elevate è una scelta inevitabile per lo sviluppo della tecnologia di comunicazione mobile.Questo è vero per le onde millimetriche ora e per i terahertz che potrebbero essere utilizzati per il 6G in futuro.
Diagramma schematico dello spettro delle onde millimetriche
Al momento, la banda inferiore a 6 GHz ha una larghezza di banda massima di 100 MHz (anche 10 MHz o 20 MHz in alcuni luoghi all'estero).È troppo difficile raggiungere una velocità di 5 Gbps o addirittura 10 Gbps.
La banda delle onde millimetriche 5G raggiunge 200 mhz-800 mhz, il che rende molto più facile raggiungere gli obiettivi di cui sopra.
Non molto tempo fa, nell'agosto 2021, Qualcomm si è unita a ZTE per realizzare la doppia connessione 5G SA (nr-dc) per la prima volta in Cina.Sulla base di un canale portante da 200 MHz nella banda delle onde millimetriche da 26 GHz e di una larghezza di banda di 100 MHz nella banda da 3,5 GHz, Qualcomm ha collaborato per raggiungere una velocità di picco di downlink per singolo utente di oltre 2,43 gbps.
Le due società utilizzano anche la tecnologia di aggregazione dei vettori per raggiungere una velocità di picco di downlink per singolo utente di oltre 5 Gbps basata su quattro canali portanti da 200 MHz nella banda delle onde millimetriche da 26 GHz.
Nel giugno di quest'anno, alla fiera MWC di Barcellona, Qualcomm ha raggiunto una velocità di picco fino a 10,5 Gbps utilizzando Xiaolong X65, l'aggregazione a 8 canali basata sulla banda delle onde millimetriche n261 (banda a portante singola di 100 MHz) e una larghezza di banda di 100 MHz nella banda n77.Questa è la velocità di comunicazione cellulare più veloce del settore.
La larghezza di banda della singola portante di 100 MHz e 200 MHz può ottenere questo effetto.In futuro, basato su portante singola 400 MHz e 800 MHz, raggiungerà senza dubbio una velocità di gran lunga superiore a 10 Gbps!
Oltre al significativo aumento della velocità, un altro vantaggio dell'onda millimetrica è il minor ritardo.
A causa della spaziatura delle sottoportanti, il ritardo dell'onda millimetrica 5G può essere un quarto di quello di sub-6ghz.Secondo la verifica del test,
il ritardo dell'interfaccia aerea dell'onda millimetrica 5G può essere di 1 ms e il ritardo di andata e ritorno può essere di 4 ms, il che è eccellente.
Il terzo vantaggio dell'onda millimetrica è la sua piccola dimensione.
La lunghezza d'onda dell'onda millimetrica è molto breve, quindi la sua antenna è molto corta.In questo modo, il volume delle apparecchiature a onde millimetriche può essere ulteriormente ridotto e ha un grado di integrazione più elevato.La difficoltà per i produttori di progettare prodotti è ridotta, il che favorisce la miniaturizzazione di stazioni base e terminali.
Antenna a onde millimetriche (le particelle gialle sono oscillatori dell'antenna)
Anche gli array di antenne su larga scala più densi e più oscillatori di antenne sono molto utili per l'applicazione del beamforming.Il raggio dell'antenna a onde millimetriche può giocare più lontano e ha una maggiore capacità anti-interferenza, che contribuisce a compensare lo svantaggio della copertura.
Più oscillatori, più stretto è il raggio e maggiore è la distanza
Il quarto vantaggio dell'onda millimetrica è la sua capacità di posizionamento ad alta precisione.
La capacità di posizionamento del sistema wireless è strettamente correlata alla sua lunghezza d'onda.Minore è la lunghezza d'onda, maggiore è la precisione di posizionamento.
Il posizionamento delle onde millimetriche può essere preciso al centimetro o anche inferiore.Questo è il motivo per cui molte auto ora utilizzano radar a onde millimetriche.
Detto i vantaggi dell'onda millimetrica, torniamo indietro e parliamo degli svantaggi dell'onda millimetrica.
Qualsiasi tecnologia (di comunicazione) ha i suoi vantaggi e svantaggi.Lo svantaggio dell'onda millimetrica è che ha una penetrazione debole e una copertura breve.
In precedenza, abbiamo accennato al fatto che l'onda millimetrica può migliorare la distanza di copertura mediante il miglioramento del beamforming.In altre parole, l'energia di un gran numero di antenne è concentrata in una certa direzione, in modo da potenziare il segnale in una determinata direzione.
Ora l'onda millimetrica adotta un'antenna ad array direzionale ad alto guadagno per affrontare la sfida della mobilità attraverso la tecnologia multi raggio.Secondo i risultati pratici, il beamforming analogico che supporta il fascio stretto può efficacemente superare la significativa perdita di percorso nella banda di frequenza superiore a 24 GHz.
Array di antenne direzionali ad alto guadagno
Oltre al beamforming, il raggio multiplo a onde millimetriche può anche realizzare meglio la commutazione del raggio, la guida del raggio e il tracciamento del raggio.
La commutazione del raggio significa che il terminale può selezionare i raggi candidati più adatti per una commutazione ragionevole in un ambiente in continua evoluzione per ottenere un migliore effetto del segnale.
Guida del raggio significa che il terminale può cambiare la direzione del raggio di uplink in modo che corrisponda alla direzione del raggio incidente da gnodeb.
Tracciamento del raggio significa che il terminale può distinguere diversi raggi da gnodeb.Il raggio può muoversi con il movimento del terminale, in modo da ottenere un forte guadagno dell'antenna.
La capacità di gestione del raggio migliorata delle onde millimetriche può migliorare efficacemente l'affidabilità del segnale e ottenere un guadagno del segnale più forte.
L'onda millimetrica può anche adottare la diversità del percorso per affrontare il problema del blocco attraverso la diversità verticale e la diversità orizzontale.
Dimostrazione dell'effetto di simulazione della diversità del percorso
Sul lato terminale, la diversità dell'antenna terminale può anche migliorare l'affidabilità del segnale, alleviare il problema del blocco della mano e ridurre l'impatto causato dall'orientamento casuale dell'utente.
Dimostrazione dell'effetto di simulazione della diversità terminale
Per riassumere, con lo studio approfondito della tecnologia di riflessione delle onde millimetriche e della diversità del percorso, la copertura delle onde millimetriche è stata notevolmente migliorata e la trasmissione senza linea di vista (NLOS) è stata realizzata attraverso una tecnologia multi raggio più avanzata.In termini di tecnologia, l'onda millimetrica ha risolto il precedente collo di bottiglia ed è diventata sempre più matura, in grado di soddisfare pienamente la domanda commerciale.
In termini di catena industriale, 5Gl'onda millimetrica è anche molto più matura di quanto pensi.
Il mese scorso, Fuchang Li, direttore del centro di ricerca sulla tecnologia wireless del China Unicom Research Institute, ha chiarito che "al momento, la capacità della catena industriale delle onde millimetriche è diventata matura".
Alla fiera MWC Shanghai all'inizio dell'anno, gli operatori domestici hanno anche affermato: "con il supporto dello spettro, degli standard e dell'industria, l'onda millimetrica ha compiuto progressi positivi nella commercializzazione. Entro il 2022, 5Gl'onda millimetrica avrà una capacità commerciale su larga scala".
Domanda di onde millimetriche archiviata
Terminati i vantaggi tecnici dell'onda millimetrica, diamo un'occhiata ai suoi specifici scenari applicativi.
Come tutti sappiamo, la cosa più importante per utilizzare la tecnologia è "sviluppare i punti di forza ed evitare i punti deboli".In altre parole, nello scenario dovrebbe essere utilizzata una tecnologia in grado di sfruttare appieno i suoi vantaggi.
I vantaggi dell'onda millimetrica 5G sono velocità, capacità e ritardo.Pertanto, è più adatto per aeroporti, stazioni, teatri, palestre e altri luoghi densamente popolati, nonché per scene industriali verticali molto sensibili al ritardo, come la produzione industriale, il controllo remoto, Internet dei veicoli e così via.
In termini di campi di applicazione specifici, la realtà virtuale, l'accesso ad alta velocità, l'automazione industriale, la sanità medica, il trasporto intelligente, ecc. sono tutti luoghi in cui è possibile utilizzare l'onda millimetrica 5G.
Per il consumo di Internet.
Per i singoli utenti ordinari, la maggiore richiesta di larghezza di banda proviene dai video e la maggiore richiesta di ritardo proviene dai giochi.La tecnologia VR / AR (realtà virtuale / realtà aumentata) ha due requisiti per larghezza di banda e ritardo.
La tecnologia VR / AR si sta sviluppando rapidamente, incluso il metauniverso recentemente molto caldo, che è anche strettamente correlato a loro.
Per ottenere un'esperienza immersiva perfetta ed eliminare completamente le vertigini, la risoluzione video della realtà virtuale deve essere superiore a 8K (anche 16K e 32K) e il ritardo deve essere compreso tra 7 ms.Non c'è dubbio che l'onda millimetrica 5G sia la tecnologia di trasmissione wireless più adatta.
Qualcomm ed Ericsson hanno condotto test XR basati sull'onda millimetrica 5G, portando 90 fotogrammi al secondo e 2K a ciascun utente × esperienza XR con risoluzione 2K, con un ritardo inferiore a 20 ms e un throughput medio di downlink superiore a 50 Mbps.
I risultati del test mostrano che solo un gnodeb con una larghezza di banda del sistema di 100 MHz può supportare l'accesso 5G di sei utenti XR contemporaneamente.Con il supporto delle funzionalità 5G in futuro, è più promettente supportare l'accesso simultaneo di più di 12 utenti.
Prova XR
Un altro importante scenario di applicazione della superficie delle onde millimetriche 5G per gli utenti consumer C-end è la trasmissione in diretta di eventi sportivi su larga scala.
Nel febbraio 2021, il "Super Bowl" delle finali della stagione di football americano si è tenuto al Raymond James Stadium.
Con l'aiuto di Qualcomm, Verizon, un noto operatore statunitense, ha trasformato lo stadio nello stadio Internet più veloce al mondo utilizzando la tecnologia a onde millimetriche 5G.
Durante la competizione, la rete a onde millimetriche 5G ha trasportato più di 4,5 TB di traffico totale.In alcuni scenari, la velocità di picco raggiungeva i 3 gbps, circa 20 volte quella del 4G LTE.
In termini di velocità di uplink, questo super bowl è il primo evento importante al mondo che utilizza la trasmissione di uplink a onde millimetriche 5G.La struttura del frame dell'onda millimetrica è flessibile e il rapporto del frame di uplink e downlink può essere regolato per ottenere una maggiore larghezza di banda di uplink.
Secondo i dati sul campo, anche nelle ore di punta, l'onda millimetrica 5G è più veloce del 50% rispetto a 4G LTE.Con l'aiuto di una forte capacità di uplink, i fan possono caricare foto e video per condividere i meravigliosi momenti del gioco.
Verizon ha anche creato un'applicazione per supportare i fan a guardare i giochi live HD in streaming su 7 canali contemporaneamente e 7 telecamere presentano i giochi da diverse angolazioni.
Nel 2022 si apriranno a Pechino i XXIV Giochi Olimpici Invernali.A quel tempo, non ci sarà solo la domanda di accesso e traffico portata dai telefoni cellulari del pubblico, ma anche la domanda di dati di ritorno portata dalla trasmissione dei media.In particolare, il segnale video 4K HD multicanale e il segnale video della telecamera panoramica (utilizzato per la visualizzazione VR) rappresentano una grave sfida per la larghezza di banda di uplink della rete di comunicazione mobile.
In risposta a queste sfide, China Unicom intende rispondere attivamente con la tecnologia a onde millimetriche 5G.
Nel maggio di quest'anno, ZTE, China Unicom e Qualcomm hanno condotto un test.Utilizzando l'onda millimetrica 5G + una grande struttura del frame di uplink, i contenuti video 8K raccolti in tempo reale possono essere ritrasmessi in modo stabile e infine ricevuti e riprodotti con successo all'estremità ricevente.
Diamo un'occhiata allo scenario applicativo del settore verticale.
L'onda millimetrica 5G ha una prospettiva di applicazione più ampia in tob.
Prima di tutto, VR / AR sopra menzionati possono essere utilizzati anche nell'industria del tabacco.
Ad esempio, gli ingegneri possono condurre l'ispezione remota delle apparecchiature in luoghi diversi tramite AR, fornire una guida remota agli ingegneri in luoghi diversi e condurre l'accettazione remota delle merci in luoghi diversi.Durante il periodo epidemico, queste applicazioni possono aiutare le imprese a risolvere problemi pratici e ridurre notevolmente i costi.
Guarda l'applicazione di restituzione del video.Ora molte linee di produzione in fabbrica hanno installato un gran numero di telecamere, comprese alcune telecamere ad alta definizione per l'ispezione di qualità.Queste telecamere acquisiscono un gran numero di immagini di prodotti ad alta definizione per l'analisi dei difetti.
Ad esempio, COMAC esegue in questo modo l'analisi delle cricche metalliche sui giunti di saldatura dei prodotti e sulle superfici spruzzate.Dopo che le foto sono state scattate, devono essere caricate sul cloud o sulla piattaforma di edge computing MEC, con una velocità di uplink di 700-800 Mbps.Adotta una grande struttura del telaio di uplink a onde millimetriche 5G, che può essere facilmente gestita.
Un'altra scena strettamente correlata alla tecnologia a onde millimetriche 5G è il veicolo senza pilota AGV.
L'onda millimetrica 5G supporta il funzionamento dell'AGV
AGV è in realtà una scena di guida senza pilota miniaturizzata.Il posizionamento, la navigazione, la programmazione e l'evitamento degli ostacoli dell'AGV hanno requisiti elevati per il ritardo e l'affidabilità della rete, nonché requisiti elevati per la capacità di posizionamento accurato.Un gran numero di aggiornamenti delle mappe in tempo reale di AGV ha anche presentato requisiti per la larghezza di banda della rete.
L'onda millimetrica 5G può soddisfare pienamente i requisiti di cui sopra degli scenari applicativi AGV.
Nel gennaio 2020, Ericsson e Audi hanno testato con successo la funzione 5G urllc e una pratica applicazione di automazione industriale basata sull'onda millimetrica 5G nel laboratorio della fabbrica di Kista, in Svezia.
Tra questi, hanno costruito insieme un'unità robotica, che è collegata da un'onda millimetrica 5G.
Come mostrato nella figura sopra, quando il braccio del robot fa il volante, la tenda laser può proteggere il lato di apertura dell'unità del robot.Se gli operai della fabbrica entrano, in base all'elevata affidabilità di 5G urllc, il robot smetterà di funzionare immediatamente per evitare lesioni ai lavoratori.
Questa risposta istantanea per garantire l'affidabilità è impossibile nel tradizionale Wi-Fi o 4G.
L'esempio sopra è solo una parte dello scenario applicativo dell'onda millimetrica 5G.Oltre all'Internet industriale, l'onda millimetrica 5G è forte nella chirurgia a distanza nella medicina intelligente e senza conducente nell'Internet dei veicoli.
Essendo una tecnologia avanzata con molti vantaggi come alta velocità, grande capacità, basso ritardo, alta affidabilità e alta precisione di posizionamento, l'onda millimetrica 5G ha attirato grande attenzione da tutti i ceti sociali.
Conclusione
Il 21° secolo è un secolo di dati.
L'enorme valore commerciale contenuto nei dati è stato riconosciuto dal mondo.Al giorno d'oggi, quasi tutte le industrie cercano la relazione tra loro e i dati e partecipano all'estrazione del valore dei dati.
Tecnologie di connettività rappresentate dal 5Ge le tecnologie informatiche rappresentate da cloud computing, big data e intelligenza artificiale sono strumenti indispensabili per estrarre valore dai dati.
Fare pieno uso del 5G, soprattutto nella banda delle onde millimetriche, equivale a padroneggiare una "chiave d'oro" della trasformazione digitale, che può non solo realizzare il salto di innovazione della produttività, ma anche essere invincibile nella feroce concorrenza del futuro.
In una parola, la tecnologia e l'industria del 5Gle onde millimetriche sono completamente maturate.Con l'applicazione di5Gindustria entrando gradualmente nella zona di acque profonde, dovremmo intensificare lo sbarco commerciale interno di5Gonde millimetriche e realizzare lo sviluppo coordinato di sub-6 e onde millimetriche.
Tempo di pubblicazione: 14 dicembre 2021
