År 2021 har konstruktionen och utvecklingen av det globala 5G-nätverket gjort stora framsteg.Enligt uppgifter som släpptes av GSA i augusti har mer än 175 operatörer i mer än 70 länder och regioner lanserat kommersiella 5G-tjänster.Det finns 285 operatörer som investerar i 5G.Kinas 5G-byggtakt ligger i framkant i världen.Antalet 5G-basstationer i Kina har överstigit en miljon och nådde häpnadsväckande 1159000, vilket står för mer än 70 % av världen.Med andra ord, för var tredje 5G-basstation i världen finns två i Kina.
5G basstation
Den kontinuerliga förbättringen av 5G-nätverksinfrastrukturen har påskyndat landningen av 5G i konsumentinternet och industriellt internet.Speciellt inom den vertikala industrin finns det mer än 10 000 5G-applikationsfall i Kina, som täcker många områden som industriell tillverkning, energi och kraft, hamnar, gruvor, logistik och transport.
Det råder ingen tvekan om att 5G har blivit ett skarpt vapen för den digitala omvandlingen av inhemska företag och en motor för högkvalitativ utveckling av den digitala ekonomin i hela samhället.
Men medan 5G-applikationer accelereras, kommer vi att upptäcka att den befintliga 5G-tekniken har börjat visa ett tillstånd av "inkompetens" i vissa speciella industriapplikationsscenarier.När det gäller hastighet, kapacitet, fördröjning och tillförlitlighet kan den inte uppfylla 100 % av kraven i scenariot.
Varför?Är 5G, som förväntas av människor, fortfarande svårt att vara ett stort ansvar?
Självklart inte.Den främsta anledningen till att 5G är "otillräckligt" är att vi bara använder "halva 5G".
Jag tror att många vet att även om 5G-standarden är den enda, så finns det två frekvensband.Det ena kallas under 6 GHz-bandet och frekvensområdet är under 6 GHz (exakt, under 7,125Ghz).Den andra kallas millimetervågband och frekvensområdet är över 24GHz.
Räckviddsjämförelse av två frekvensband
För närvarande är endast 5G av sub-6 GHz-bandet kommersiellt tillgängligt i Kina, och det finns inget 5G kommersiellt millimetervågband.Därför har all energi från 5G inte frigjorts helt.
Tekniska fördelar med millimetervåg
Även om 5G i bandet under 6 GHz och 5G i millimetervågbandet är 5G, finns det stora skillnader i prestandaegenskaper.
Enligt kunskapen i läroböcker i fysik på mellanstadiet, ju högre frekvensen av trådlös elektromagnetisk våg är, desto kortare våglängd och desto sämre diffraktionsförmåga.Ju högre frekvensen är, desto större blir penetrationsförlusten.Därför är 5G-täckningen av millimetervågband uppenbarligen svagare än den förra.Detta är huvudorsaken till att det inte finns någon kommersiell millimetervåg för första gången i Kina, och det är också anledningen till att människor ifrågasätter millimetervåg.
Faktum är att den djupt rotade logiken och sanningen i detta problem är inte riktigt densamma som allas fantasi.Vi har med andra ord faktiskt en del felaktiga fördomar om millimetervågor.
Först och främst, ur teknikens perspektiv, måste vi ha en konsensus, det vill säga under förutsättningen att det inte finns någon revolutionerande förändring i den befintliga grundläggande kommunikationsteorin, om vi vill ytterligare avsevärt förbättra nätverkshastigheten och bandbredden, kan vi bara göra en fråga på spektrumet.
Att söka rikare spektrumresurser från högre frekvensband är ett oundvikligt val för utvecklingen av mobil kommunikationsteknik.Detta gäller för millimetervågor nu och terahertz som kan komma att användas för 6G i framtiden.
Schematiskt diagram av millimetervågspektrum
För närvarande har bandet under 6 GHz en maximal bandbredd på 100MHz (även 10MHz eller 20MHz på vissa platser utomlands).Det är för svårt att uppnå en hastighet på 5 Gbps eller till och med 10 Gbps.
5G millimetervågbandet når 200mhz-800mhz, vilket gör det mycket lättare att uppnå ovanstående mål.
För inte så länge sedan, i augusti 2021, gick Qualcomm ihop med ZTE för att för första gången realisera 5G SA dubbel anslutning (nr-dc) i Kina.Baserat på 200MHz bärvågskanal i 26ghz millimetervågband och 100MHz bandbredd i 3,5GHz band, arbetade Qualcomm tillsammans för att uppnå en enskild användares nedlänkstopphastighet på mer än 2,43gbps.
De två företagen använder också teknik för att uppnå en enskild nedlänkstopphastighet på mer än 5 Gbps baserat på fyra 200MHz bärvågskanaler i 26ghz millimetervågbandet.
I juni i år, på MWC Barcelona-mässan, realiserade Qualcomm en topphastighet på upp till 10,5 Gbps genom att använda Xiaolong X65, 8-kanals aggregering baserat på n261 millimeters vågband (en bandbredd på 100MHz) och 100MHz bandbredd i n77-bandet.Detta är den snabbaste cellulära kommunikationshastigheten i branschen.
En operatörsbandbredd på 100MHz och 200MHz kan uppnå denna effekt.I framtiden, baserat på singelbärare 400MHz och 800MHz, kommer den utan tvekan att uppnå en hastighet som vida överstiger 10Gbps!
Förutom den betydande ökningen av hastigheten är en annan fördel med millimetervåg lägre fördröjning.
På grund av underbärvågsavståndet kan fördröjningen för 5G millimetervåg vara en fjärdedel av den för sub-6ghz.Enligt testverifieringen,
luftgränssnittsfördröjningen på 5G-millimetervågen kan vara 1ms, och tur och returfördröjningen kan vara 4ms, vilket är utmärkt.
Den tredje fördelen med millimetervåg är dess ringa storlek.
Våglängden på millimetervågen är mycket kort, så dess antenn är mycket kort.På så sätt kan volymen av millimetervågsutrustning reduceras ytterligare och har en högre grad av integration.Svårigheten för tillverkare att designa produkter minskar, vilket bidrar till att främja miniatyrisering av basstationer och terminaler.
Millimetervågsantenn (gula partiklar är antennoscillatorer)
Mer täta storskaliga antennuppsättningar och fler antennoscillatorer är också mycket fördelaktiga för tillämpningen av strålformning.Strålen av millimetervågsantenn kan spela längre och har starkare anti-interferensförmåga, vilket bidrar till att kompensera för nackdelen med täckning.
Ju fler oscillatorer, desto smalare stråle och desto längre avstånd
Den fjärde fördelen med millimetervåg är dess positioneringsförmåga med hög precision.
Det trådlösa systemets positioneringsförmåga är nära relaterad till dess våglängd.Ju kortare våglängd, desto högre positioneringsnoggrannhet.
Millimetervågpositionering kan vara exakt till centimeternivå eller till och med lägre.Det är därför många bilar nu använder millimetervågsradar.
Efter att ha sagt fördelarna med millimetervåg, låt oss gå tillbaka och prata om nackdelarna med millimetervåg.
Vilken (kommunikations)teknologi som helst har sina egna fördelar och nackdelar.Nackdelen med millimetervåg är att den har svag penetration och kort täckning.
Tidigare nämnde vi att millimetervåg kan förbättra täckningsavståndet genom strålformningsförbättring.Med andra ord är energin hos ett stort antal antenner koncentrerad i en viss riktning, för att förstärka signalen i en specifik riktning.
Nu använder millimetervågen högförstärkningsriktad arrayantenn för att möta mobilitetsutmaningen genom multistråleteknik.Enligt de praktiska resultaten kan den analoga strålformande stödjande smala strålen effektivt övervinna den betydande vägförlusten i frekvensbandet över 24GHz.
Riktad antennuppsättning med hög förstärkning
Förutom strålformning kan millimetervåg multistråle också bättre realisera strålväxling, strålstyrning och strålspårning.
Strålomkoppling innebär att terminalen kan välja lämpligare kandidatstrålar för rimlig omkoppling i en ständigt föränderlig miljö för att uppnå bättre signaleffekt.
Strålstyrning innebär att terminalen kan ändra upplänksstråleriktningen för att matcha den infallande strålriktningen från gnodeb.
Beam tracking innebär att terminalen kan skilja olika strålar från gnodeb.Strålen kan röra sig med terminalens rörelse för att uppnå stark antennförstärkning.
Millimetervågsförbättrad strålhanteringskapacitet kan effektivt förbättra signaltillförlitligheten och uppnå starkare signalförstärkning.
Millimetervåg kan också anta vägdiversitet för att hantera blockeringsproblemet genom vertikal mångfald och horisontell mångfald.
Simuleringseffekt demonstration av vägmångfald
På terminalsidan kan terminalantenndiversiteten också förbättra signalens tillförlitlighet, lindra handblockeringsproblemet och minska påverkan som orsakas av användarens slumpmässiga orientering.
Simuleringseffekt demonstration av terminal mångfald
Sammanfattningsvis, med den djupgående studien av millimetervågsreflektionsteknik och bandiversitet, har täckningen av millimetervågor förbättrats avsevärt och non line of sight (NLOS) överföring har realiserats genom mer avancerad multi beam-teknik.Rent teknikmässigt har millimetervåg löst den tidigare flaskhalsen och blivit mer och mer mogen, vilket fullt ut kan möta den kommersiella efterfrågan.
När det gäller industriell kedja, 5Gmillimetervåg är också mycket mer mogen än du tror.
Förra månaden gjorde Fuchang Li, chef för forskningscentret för trådlös teknologi vid China Unicom Research Institute, klart att "för närvarande har millimetervågsindustrins kedjas förmåga blivit mogen."
På MWC Shanghai-utställningen i början av året sa inhemska operatörer också: "med stöd av spektrum, standarder och industri har millimetervågen gjort positiva kommersialiseringsframsteg. År 2022, 5Gmillimetervåg kommer att ha storskalig kommersiell kapacitet."
Millimetervågsansökan inlämnad
Efter att ha avslutat de tekniska fördelarna med millimetervåg, låt oss ta en titt på dess specifika tillämpningsscenarier.
Som vi alla vet är det viktigaste att använda tekniken att "utveckla styrkor och undvika svagheter".Med andra ord bör en teknik användas i scenariot som kan ge fullt ut spel till dess fördelar.
Fördelarna med 5G millimetervåg är hastighet, kapacitet och tidsfördröjning.Därför är den mest lämplig för flygplatser, stationer, teatrar, gymnastiksalar och andra tätbefolkade platser, såväl som vertikala industriscener som är mycket känsliga för tidsfördröjning, såsom industriell tillverkning, fjärrkontroll, internet för fordon och så vidare.
När det gäller specifika applikationsområden är virtuell verklighet, höghastighetsaccess, industriell automation, medicinsk hälsa, intelligenta transporter etc. alla platser där 5G millimetervåg kan användas.
För konsumtion av Internet.
För vanliga enskilda användare kommer det största bandbreddsbehovet från video och det största fördröjningsbehovet kommer från spel.VR/AR-teknik (virtuell verklighet/förstärkt verklighet) har dubbla krav på bandbredd och fördröjning.
VR/AR-tekniken utvecklas snabbt, inklusive det nyligen mycket heta metauniversumet, som också är nära besläktat med dem.
För att få en perfekt uppslukande upplevelse och helt eliminera yrsel måste videoupplösningen för VR vara över 8K (även 16K och 32K), och fördröjningen måste vara inom 7ms.Det råder ingen tvekan om att 5G millimetervåg är den mest lämpliga trådlösa överföringstekniken.
Qualcomm och Ericsson genomförde XR-test baserat på 5G millimetervåg, vilket gav 90 bilder per sekund och 2K till varje användare × XR-upplevelse med 2K-upplösning, med en fördröjning på mindre än 20ms, och en genomsnittlig nedlänksgenomströmning på mer än 50Mbps.
Testresultaten visar att endast en gnodeb med en systembandbredd på 100MHz kan stödja 5G-åtkomst för sex XR-användare samtidigt.Med stöd av 5G-funktioner i framtiden är det mer lovande att stödja samtidig åtkomst för fler än 12 användare.
XR-test
Ett annat viktigt tillämpningsscenario för 5G-millimetervågsyta till C-end konsumentanvändare är livesändning av storskaliga sportevenemang.
I februari 2021 hölls den amerikanska fotbollssäsongens final "super bowl" på Raymond James Stadium.
Med hjälp av Qualcomm har Verizon, en välkänd amerikansk operatör, byggt stadion till den snabbaste internetstadion i världen genom att använda 5G millimetervågsteknik.
Under tävlingen bar 5G-millimetervågnätverket mer än 4,5 tb av den totala trafiken.I vissa scenarier var topphastigheten så hög som 3gbps, ungefär 20 gånger den för 4G LTE.
När det gäller upplänkshastighet är denna superskål världens första viktiga evenemang som använder 5G millimetervågsupplänksöverföring.Millimetervågsramstrukturen är flexibel, och upplänks- och nedlänksramförhållandet kan justeras för att uppnå högre upplänksbandbredd.
Enligt fältdata är 5G-millimetervågen mer än 50 % snabbare än 4G LTE, även vid rusningstid.Med hjälp av stark upplänksförmåga kan fans ladda upp foton och videor för att dela de underbara ögonblicken i spelet.
Verizon har också skapat en applikation för att stödja fans att titta på 7-kanals strömmande HD-livespel samtidigt, och 7 kameror presenterar spelen från olika vinklar.
År 2022 invigs de 24:e vinter-OS i Peking.Vid den tidpunkten kommer det inte bara att finnas åtkomst- och trafikefterfrågan från publikens mobiltelefoner, utan också efterfrågan på returdata från mediasändningar.I synnerhet utgör flerkanalig 4K HD-videosignal och panoramakameravideosignal (används för VR-visning) en allvarlig utmaning för upplänksbandbredden för mobilkommunikationsnätverk.
Som svar på dessa utmaningar planerar China Unicom att aktivt svara med 5G millimetervågsteknik.
I maj i år genomförde ZTE, China Unicom och Qualcomm ett test.Med hjälp av 5G millimetervåg + stor upplänksramstruktur kan 8K-videoinnehåll som samlats in i realtid sändas tillbaka stabilt och slutligen framgångsrikt tas emot och spelas upp i mottagningssidan.
Låt oss ta en titt på det vertikala tillämpningsscenariot för industrin.
5G millimetervåg har ett bredare tillämpningsperspektiv i tob.
Först och främst kan VR/AR som nämns ovan också användas inom tob-industrin.
Till exempel kan ingenjörer utföra fjärrinspektion av utrustning på olika platser genom AR, ge fjärrvägledning till ingenjörer på olika platser och utföra fjärrmottagning av varor på olika platser.Under epidemiperioden kan dessa applikationer hjälpa företag att lösa praktiska problem och kraftigt minska kostnaderna.
Titta på videoreturansökan.Nu har många fabriksproduktionslinjer installerat ett stort antal kameror, inklusive några högupplösta kameror för kvalitetsinspektion.Dessa kameror tar ett stort antal högupplösta produktbilder för defektanalys.
Exempelvis utför COMAC metallsprickanalys på produktlödfogar och sprutade ytor på detta sätt.Efter att bilderna har tagits måste de laddas upp till molnet eller MEC edge computing-plattformen, med en upplänkshastighet på 700-800 Mbps.Den antar 5G millimetervåg stor upplänksramstruktur, som lätt kan hanteras.
En annan scen som är nära relaterad till 5G millimetervågsteknik är AGV obemannat fordon.
5G millimetervåg stöder AGV-drift
AGV är faktiskt en miniatyriserad obemannad körscen.AGV:s positionering, navigering, schemaläggning och undvikande av hinder ställer höga krav på nätverksfördröjning och tillförlitlighet, samt höga krav på noggrann positioneringsförmåga.Ett stort antal kartuppdateringar i realtid av AGV ställer också krav på nätverksbandbredd.
5G millimetervåg kan helt uppfylla ovanstående krav för AGV-applikationsscenarier.
I januari 2020 testade Ericsson och Audi framgångsrikt 5G urllc-funktion och praktisk industriell automationsapplikation baserad på 5G millimetervåg i fabrikslaboratoriet i Kista, Sverige.
Bland dem byggde de tillsammans en robotenhet, som är sammankopplad med 5G millimetervåg.
Som visas i figuren ovan, när robotarmen gör ratten, kan laserridån skydda öppningssidan av robotenheten.Om fabriksarbetare når in, baserat på den höga tillförlitligheten hos 5G urllc, kommer roboten att sluta arbeta omedelbart för att undvika skador på arbetare.
Detta omedelbara svar för att säkerställa tillförlitlighet är omöjligt i traditionellt Wi Fi eller 4G.
Ovanstående exempel är bara en del av tillämpningsscenariot för 5G millimetervåg.Förutom det industriella Internet är 5G millimetervåg stark inom fjärrkirurgi inom smart medicin och förarlös i fordonsinternet.
Som en avancerad teknik med många fördelar som hög hastighet, stor kapacitet, låg tidsfördröjning, hög tillförlitlighet och hög positioneringsnoggrannhet, har 5G millimetervåg tilldragit sig stor uppmärksamhet från alla samhällsskikt.
Slutsats
2000-talet är ett sekel av data.
Det enorma kommersiella värdet som finns i data har erkänts av världen.Nuförtiden letar nästan alla industrier efter relationen mellan sig själva och data och deltar i utvinningen av datavärde.
Anslutningsteknik representerad av 5Goch datorteknik som representeras av cloud computing, big data och artificiell intelligens är oumbärliga verktyg för att utvinna datavärde.
Att fullt ut utnyttja 5G, särskilt i millimetervågband, är liktydigt med att bemästra en "gyllene nyckel" av digital transformation, som inte bara kan realisera innovationssprånget av produktivitet, utan också vara oövervinnerlig i den hårda konkurrensen i framtiden.
Med ett ord, tekniken och industrin för 5Gmillimetervågen har mognat helt.Med tillämpning av5Gindustri gradvis in på djupt vatten området, bör vi intensifiera den inhemska kommersiella landning av5Gmillimetervåg och realisera den samordnade utvecklingen av sub-6 och millimetervåg.
Posttid: 2021-12-14
