En 2021, la construcción y el desarrollo de la red global 5G ha logrado grandes logros.Según los datos publicados por GSA en agosto, más de 175 operadores en más de 70 países y regiones han lanzado servicios comerciales 5G.Hay 285 operadores que están invirtiendo en 5G.El ritmo de construcción de 5G de China está a la vanguardia del mundo.El número de estaciones base 5G en China ha superado el millón, alcanzando la asombrosa cifra de 1159000, lo que representa más del 70 % del mundo.En otras palabras, de cada tres estaciones base 5G en el mundo, dos están ubicadas en China.
estación base 5G
La mejora continua de la infraestructura de red 5G ha acelerado el aterrizaje de 5G en Internet de consumo e Internet industrial.Especialmente en la industria vertical, hay más de 10000 casos de aplicación de 5G en China, que cubren muchos campos como la fabricación industrial, la energía, los puertos, las minas, la logística y el transporte.
No hay duda de que 5G se ha convertido en un arma afilada para la transformación digital de las empresas nacionales y un motor para el desarrollo de alta calidad de la economía digital en toda la sociedad.
Sin embargo, mientras se aceleran las aplicaciones 5G, encontraremos que la tecnología 5G existente ha comenzado a mostrar un estado de "incompetencia" en algunos escenarios de aplicaciones industriales especiales.En términos de tasa, capacidad, demora y confiabilidad, no puede cumplir con el 100% de los requisitos del escenario.
¿Por qué?¿Sigue siendo difícil que la 5G, que es muy esperada por la gente, sea una gran responsabilidad?
Por supuesto que no.La razón principal por la que 5G es "inadecuado" es que solo usamos "la mitad de 5G".
Creo que mucha gente sabe que aunque el estándar 5G es el único, hay dos bandas de frecuencia.Una se llama banda sub-6 GHz y el rango de frecuencia está por debajo de 6 GHz (precisamente, por debajo de 7,125 Ghz).La otra se llama banda de ondas milimétricas y el rango de frecuencia está por encima de los 24 GHz.
Comparación de rango de dos bandas de frecuencia
En la actualidad, solo 5G de banda sub-6 GHz está disponible comercialmente en China, y no hay 5G de banda de onda milimétrica comercial.Por lo tanto, toda la energía del 5G no se ha liberado por completo.
Ventajas técnicas de la onda milimétrica
Aunque 5G en la banda sub-6 GHz y 5G en la banda de ondas milimétricas son 5G, existen grandes diferencias en las características de rendimiento.
De acuerdo con el conocimiento en los libros de texto de física de la escuela secundaria, cuanto mayor sea la frecuencia de la onda electromagnética inalámbrica, menor será la longitud de onda y peor será la capacidad de difracción.Además, cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la pérdida de penetración.Por lo tanto, la cobertura 5G de la banda de ondas milimétricas es obviamente más débil que la anterior.Esta es la razón principal por la que no hay ondas milimétricas comerciales por primera vez en China, y también es la razón por la que la gente cuestiona las ondas milimétricas.
De hecho, la lógica profundamente arraigada y la verdad de este problema no son exactamente iguales a la imaginación de todos.En otras palabras, en realidad tenemos algunos prejuicios erróneos sobre las ondas milimétricas.
En primer lugar, desde la perspectiva de la tecnología, debemos tener un consenso, es decir, bajo la premisa de que no hay cambios revolucionarios en la teoría básica de comunicación existente, si queremos mejorar significativamente la velocidad de la red y el ancho de banda, solo podemos hacer un problema en el espectro.
La búsqueda de recursos de espectro más ricos en bandas de frecuencias más altas es una elección inevitable para el desarrollo de la tecnología de comunicaciones móviles.Esto es cierto para las ondas milimétricas ahora y los terahercios que pueden usarse para 6G en el futuro.
Diagrama esquemático del espectro de ondas milimétricas.
En la actualidad, la banda sub-6 GHz tiene un ancho de banda máximo de 100 MHz (incluso 10 MHz o 20 MHz en algunos lugares del extranjero).Es demasiado difícil lograr una tasa de 5 Gbps o incluso 10 Gbps.
La banda de ondas milimétricas 5G alcanza 200mhz-800mhz, lo que hace que sea mucho más fácil lograr los objetivos anteriores.
No hace mucho, en agosto de 2021, Qualcomm se unió a ZTE para realizar la conexión dual 5G SA (nr-dc) por primera vez en China.Basado en un canal portador de 200 MHz en una banda de ondas milimétricas de 26 GHz y un ancho de banda de 100 MHz en la banda de 3,5 GHz, Qualcomm trabajó en conjunto para lograr una velocidad máxima de enlace descendente de un solo usuario de más de 2,43 gbps.
Las dos empresas también utilizan tecnología de agregación de portadoras para lograr una velocidad máxima de enlace descendente de un solo usuario de más de 5 Gbps basada en cuatro canales portadores de 200 MHz en la banda de ondas milimétricas de 26 GHz.
En junio de este año, en la exposición MWC Barcelona, Qualcomm logró una velocidad máxima de hasta 10,5 Gbps mediante el uso de Xiaolong X65, agregación de 8 canales basada en la banda de ondas milimétricas n261 (ancho de banda de una sola portadora de 100 MHz) y un ancho de banda de 100 MHz en la banda n77.Esta es la velocidad de comunicación celular más rápida de la industria.
El ancho de banda de una sola portadora de 100 MHz y 200 MHz puede lograr este efecto.En el futuro, basado en una sola portadora de 400 MHz y 800 MHz, ¡indudablemente logrará una velocidad que supere con creces los 10 Gbps!
Además del aumento significativo en la tasa, otra ventaja de la onda milimétrica es un menor retardo.
Debido al espacio entre subportadoras, el retraso de la onda milimétrica 5G puede ser una cuarta parte del de sub-6ghz.De acuerdo con la verificación de la prueba,
el retraso de la interfaz aérea de la onda milimétrica 5G puede ser de 1 ms, y el retraso de ida y vuelta puede ser de 4 ms, lo cual es excelente.
La tercera ventaja de la onda milimétrica es su pequeño tamaño.
La longitud de onda de la onda milimétrica es muy corta, por lo que su antena es muy corta.De esta forma, el volumen del equipo de ondas milimétricas se puede reducir aún más y tiene un mayor grado de integración.Se reduce la dificultad de los fabricantes para diseñar productos, lo que favorece la promoción de la miniaturización de estaciones base y terminales.
Antena de ondas milimétricas (las partículas amarillas son osciladores de antena)
Los conjuntos de antenas a gran escala más densos y más osciladores de antena también son muy beneficiosos para la aplicación de formación de haces.El haz de la antena de ondas milimétricas puede jugar más lejos y tiene una mayor capacidad antiinterferencias, lo que ayuda a compensar la desventaja de la cobertura.
Cuantos más osciladores, más estrecho es el haz y más larga la distancia
La cuarta ventaja de la onda milimétrica es su capacidad de posicionamiento de alta precisión.
La capacidad de posicionamiento del sistema inalámbrico está estrechamente relacionada con su longitud de onda.Cuanto más corta sea la longitud de onda, mayor será la precisión de posicionamiento.
El posicionamiento de ondas milimétricas puede tener una precisión de centímetro o incluso menor.Es por eso que muchos automóviles ahora usan radares de ondas milimétricas.
Habiendo dicho las ventajas de la onda milimétrica, regresemos y hablemos de las desventajas de la onda milimétrica.
Cualquier tecnología (de comunicación) tiene sus propias ventajas y desventajas.La desventaja de la onda milimétrica es que tiene una penetración débil y una cobertura corta.
Anteriormente, mencionamos que la onda milimétrica puede mejorar la distancia de cobertura mediante la mejora de la formación de haces.En otras palabras, la energía de un gran número de antenas se concentra en una dirección determinada, para mejorar la señal en una dirección específica.
Ahora, la onda milimétrica adopta una antena de matriz direccional de alta ganancia para enfrentar el desafío de la movilidad a través de la tecnología multihaz.De acuerdo con los resultados prácticos, el haz angosto compatible con la formación de haces analógicos puede superar eficazmente la pérdida de trayectoria significativa en la banda de frecuencia por encima de 24 GHz.
Conjunto de antenas direccionales de alta ganancia
Además de la formación de haces, el multihaz de ondas milimétricas también puede realizar mejor la conmutación, la guía y el seguimiento del haz.
La conmutación de haz significa que el terminal puede seleccionar haces candidatos más adecuados para una conmutación razonable en un entorno en constante cambio para lograr un mejor efecto de señal.
La guía del haz significa que el terminal puede cambiar la dirección del haz del enlace ascendente para que coincida con la dirección del haz incidente desde gnodeb.
El seguimiento de haces significa que el terminal puede distinguir diferentes haces de gnodeb.El haz puede moverse con el movimiento del terminal, para lograr una fuerte ganancia de antena.
La capacidad de administración de haz mejorada de ondas milimétricas puede mejorar efectivamente la confiabilidad de la señal y lograr una ganancia de señal más fuerte.
Las ondas milimétricas también pueden adoptar diversidad de caminos para lidiar con el problema de bloqueo a través de la diversidad vertical y la diversidad horizontal.
Demostración del efecto de simulación de la diversidad de trayectos
En el lado del terminal, la diversidad de la antena del terminal también puede mejorar la confiabilidad de la señal, aliviar el problema del bloqueo manual y reducir el impacto causado por la orientación aleatoria del usuario.
Demostración del efecto de simulación de la diversidad de terminales.
En resumen, con el estudio en profundidad de la tecnología de reflexión de ondas milimétricas y la diversidad de caminos, la cobertura de ondas milimétricas ha mejorado mucho y la transmisión sin visibilidad directa (NLOS) se ha realizado a través de una tecnología multihaz más avanzada.En términos de tecnología, la onda milimétrica ha resuelto el cuello de botella anterior y se ha vuelto cada vez más madura, lo que puede satisfacer completamente la demanda comercial.
En términos de cadena industrial, 5GLa onda milimétrica también es mucho más madura de lo que piensas.
El mes pasado, Fuchang Li, director del centro de investigación de tecnología inalámbrica del Instituto de Investigación China Unicom, dejó en claro que "en la actualidad, la capacidad de la cadena de la industria de ondas milimétricas ha madurado".
En la exhibición MWC Shanghai a principios de año, los operadores nacionales también dijeron: "Con el apoyo del espectro, los estándares y la industria, la onda milimétrica ha logrado un progreso positivo en la comercialización. Para 2022, 5Gonda milimétrica tendrá capacidad comercial a gran escala".
Solicitud de ondas milimétricas presentada
Habiendo terminado las ventajas técnicas de la onda milimétrica, echemos un vistazo a sus escenarios de aplicación específicos.
Como todos sabemos, lo más importante para usar la tecnología es "desarrollar fortalezas y evitar debilidades".En otras palabras, se debe utilizar una tecnología en el escenario que pueda aprovechar al máximo sus ventajas.
Las ventajas de la onda milimétrica 5G son la velocidad, la capacidad y el tiempo de retardo.Por lo tanto, es más adecuado para aeropuertos, estaciones, teatros, gimnasios y otros lugares densamente poblados, así como para escenarios industriales verticales que son muy sensibles al retraso de tiempo, como la fabricación industrial, el control remoto, Internet de vehículos, etc.
En términos de campos de aplicación específicos, la realidad virtual, el acceso de alta velocidad, la automatización industrial, la salud médica, el transporte inteligente, etc. son todos lugares donde se pueden utilizar las ondas milimétricas 5G.
Por el consumo de Internet.
Para los usuarios individuales comunes, la mayor demanda de ancho de banda proviene del video y la mayor demanda de demora proviene de los juegos.La tecnología VR/AR (realidad virtual/realidad aumentada) tiene requisitos duales de ancho de banda y retraso.
La tecnología VR / AR se está desarrollando rápidamente, incluido el metauniverso recientemente muy caliente, que también está estrechamente relacionado con ellos.
Para obtener una experiencia inmersiva perfecta y eliminar por completo los mareos, la resolución de video de VR debe estar por encima de 8K (incluso 16K y 32K), y el retraso debe estar dentro de los 7ms.No hay duda de que la onda milimétrica 5G es la tecnología de transmisión inalámbrica más adecuada.
Qualcomm y Ericsson realizaron pruebas XR basadas en ondas milimétricas 5G, brindando 90 cuadros por segundo y 2K a cada usuario × experiencia XR con resolución 2K, con un retraso de menos de 20 ms y un rendimiento de enlace descendente promedio de más de 50 Mbps.
Los resultados de la prueba muestran que solo un gnodeb con un ancho de banda del sistema de 100 MHz puede admitir el acceso 5G de seis usuarios de XR al mismo tiempo.Con el soporte de funciones 5G en el futuro, es más prometedor admitir el acceso simultáneo de más de 12 usuarios.
prueba de RX
Otro escenario de aplicación importante de la superficie de ondas milimétricas de 5G para los usuarios finales C es la transmisión en vivo de eventos deportivos a gran escala.
En febrero de 2021, se llevó a cabo el "super bowl" de la final de la temporada de fútbol americano en el estadio Raymond James.
Con la ayuda de Qualcomm, Verizon, un conocido operador estadounidense, ha convertido el estadio en el estadio de Internet más rápido del mundo mediante el uso de tecnología de ondas milimétricas 5G.
Durante la competencia, la red de ondas milimétricas 5G transportó más de 4,5 tb del tráfico total.En algunos escenarios, la tasa máxima fue de hasta 3 gbps, unas 20 veces la de 4G LTE.
En términos de velocidad de enlace ascendente, este Super Bowl es el primer evento importante del mundo que utiliza transmisión de enlace ascendente de onda milimétrica 5G.La estructura de trama de onda milimétrica es flexible, y la relación de trama de enlace ascendente y descendente se puede ajustar para lograr un mayor ancho de banda de enlace ascendente.
Según los datos de campo, incluso en las horas pico, la onda milimétrica 5G es más de un 50 % más rápida que la 4G LTE.Con la ayuda de una fuerte capacidad de enlace ascendente, los fanáticos pueden cargar fotos y videos para compartir los maravillosos momentos del juego.
Verizon también ha creado una aplicación para ayudar a los fanáticos a ver juegos en vivo HD de transmisión de 7 canales al mismo tiempo, y 7 cámaras presentan los juegos desde diferentes ángulos.
En 2022, se inaugurarán los XXIV Juegos Olímpicos de Invierno en Beijing.En ese momento, no solo existirá la demanda de acceso y tráfico que traen los teléfonos móviles de la audiencia, sino también la demanda de datos de retorno que trae la transmisión de medios.En particular, la señal de video HD 4K multicanal y la señal de video de cámara panorámica (utilizada para la visualización de realidad virtual) plantean un desafío severo para el ancho de banda de enlace ascendente de la red de comunicación móvil.
En respuesta a estos desafíos, China Unicom planea responder activamente con la tecnología de ondas milimétricas 5G.
En mayo de este año, ZTE, China Unicom y Qualcomm realizaron una prueba.Usando una onda milimétrica 5G + una gran estructura de marco de enlace ascendente, el contenido de video de 8K recopilado en tiempo real se puede transmitir de manera estable y finalmente se puede recibir y reproducir con éxito en el extremo receptor.
Echemos un vistazo al escenario de aplicación de la industria vertical.
La onda milimétrica 5G tiene una perspectiva de aplicación más amplia en tob.
En primer lugar, VR / AR mencionado anteriormente también se puede utilizar en la industria tob.
Por ejemplo, los ingenieros pueden realizar inspecciones remotas de equipos en diferentes lugares a través de AR, brindar orientación remota a ingenieros en diferentes lugares y realizar la aceptación remota de bienes en diferentes lugares.Durante el período epidémico, estas aplicaciones pueden ayudar a las empresas a resolver problemas prácticos y reducir considerablemente los costos.
Mira la aplicación de devolución de video.Ahora, muchas líneas de producción de fábrica han instalado una gran cantidad de cámaras, incluidas algunas cámaras de alta definición para inspección de calidad.Estas cámaras toman una gran cantidad de imágenes de productos de alta definición para el análisis de defectos.
Por ejemplo, COMAC lleva a cabo análisis de grietas metálicas en juntas de soldadura de productos y superficies rociadas de esta manera.Una vez que se toman las fotos, deben cargarse en la nube o en la plataforma informática de borde MEC, con una velocidad de enlace ascendente de 700-800 Mbps.Adopta una estructura de marco de enlace ascendente grande de onda milimétrica 5G, que se puede manejar fácilmente.
Otro escenario estrechamente relacionado con la tecnología de ondas milimétricas 5G es el vehículo no tripulado AGV.
La onda milimétrica 5G admite la operación AGV
AGV es en realidad una escena de conducción no tripulada en miniatura.El posicionamiento, la navegación, la programación y la evitación de obstáculos de AGV tienen altos requisitos de demora y confiabilidad de la red, así como altos requisitos para la capacidad de posicionamiento preciso.Una gran cantidad de actualizaciones de mapas en tiempo real de AGV también presentan requisitos para el ancho de banda de la red.
La onda milimétrica 5G puede cumplir completamente con los requisitos anteriores de los escenarios de aplicación AGV.
En enero de 2020, Ericsson y Audi probaron con éxito la función 5G urllc y la aplicación práctica de automatización industrial basada en ondas milimétricas 5G en el laboratorio de la fábrica en Kista, Suecia.
Entre ellos, construyeron conjuntamente una unidad de robot, que está conectada por onda milimétrica 5G.
Como se muestra en la figura anterior, cuando el brazo robótico hace de volante, la cortina láser puede proteger el lado de apertura de la unidad robótica.Si los trabajadores de la fábrica se acercan, según la alta confiabilidad de 5G urllc, el robot dejará de funcionar inmediatamente para evitar lesiones a los trabajadores.
Esta respuesta instantánea para garantizar la confiabilidad es imposible en Wi Fi tradicional o 4G.
El ejemplo anterior es solo una parte del escenario de aplicación de la onda milimétrica 5G.Además de Internet industrial, la onda milimétrica 5G es fuerte en cirugía remota en medicina inteligente y sin conductor en Internet de vehículos.
Como una tecnología avanzada con muchas ventajas, como alta velocidad, gran capacidad, bajo tiempo de retraso, alta confiabilidad y alta precisión de posicionamiento, la onda milimétrica 5G ha atraído una gran atención de todos los ámbitos de la vida.
Conclusión
El siglo XXI es un siglo de datos.
El enorme valor comercial contenido en los datos ha sido reconocido por todo el mundo.Hoy en día, casi todas las industrias buscan la relación entre ellas y los datos y participan en la extracción de valor de los datos.
Tecnologías de conectividad representadas por 5Gy las tecnologías informáticas representadas por la computación en la nube, los grandes datos y la inteligencia artificial son herramientas indispensables para extraer valor de los datos.
Hacer un uso completo de 5G, especialmente en la banda de ondas milimétricas, equivale a dominar una "llave dorada" de la transformación digital, que no solo puede realizar el salto innovador de la productividad, sino también ser invencible en la feroz competencia en el futuro.
En una palabra, la tecnología y la industria del 5Gonda milimétrica han madurado completamente.Con la aplicación de5GLa industria entra gradualmente en el área de aguas profundas, debemos intensificar el aterrizaje comercial nacional de5Gonda milimétrica y realizar el desarrollo coordinado de sub-6 y onda milimétrica.
Hora de publicación: 14-dic-2021
