I 2021 har opbygningen og udviklingen af det globale 5G-netværk opnået store resultater.Ifølge data frigivet af GSA i august, har mere end 175 operatører i mere end 70 lande og regioner lanceret kommercielle 5G-tjenester.Der er 285 operatører, der investerer i 5G.Kinas 5G-konstruktionstempo er på forkant med verden.Antallet af 5G-basestationer i Kina har oversteget en million og nåede op på svimlende 1159000, hvilket tegner sig for mere end 70% af verden.Med andre ord, for hver tredje 5G-basestation i verden er to placeret i Kina.
5G basestation
Den kontinuerlige forbedring af 5G-netværksinfrastrukturen har fremskyndet landingen af 5G i forbrugerinternet og industrielt internet.Især i den vertikale industri er der mere end 10.000 5G-applikationssager i Kina, der dækker mange områder såsom industriel fremstilling, energi og kraft, havne, miner, logistik og transport.
Der er ingen tvivl om, at 5G er blevet et skarpt våben for den digitale transformation af indenlandske virksomheder og en motor for højkvalitetsudvikling af digital økonomi i hele samfundet.
Men mens 5G-applikationer accelereres, vil vi opdage, at den eksisterende 5G-teknologi er begyndt at vise en tilstand af "inkompetence" i nogle specielle brancheapplikationsscenarier.Med hensyn til hastighed, kapacitet, forsinkelse og pålidelighed kan den ikke opfylde 100 % af scenariets krav.
Hvorfor?Er 5G, som er meget forventet af folk, stadig svært at være et stort ansvar?
Selvfølgelig ikke.Hovedårsagen til at 5G er "utilstrækkelig" er, at vi kun bruger "halv 5G".
Jeg tror, mange mennesker ved, at selvom 5G-standarden er den eneste, er der to frekvensbånd.Det ene kaldes sub-6 GHz-bånd, og frekvensområdet er under 6GHz (nøjagtigt under 7,125Ghz).Det andet kaldes millimeterbølgebånd, og frekvensområdet er over 24GHz.
Range sammenligning af to frekvensbånd
På nuværende tidspunkt er kun 5G af sub-6 GHz bånd kommercielt tilgængeligt i Kina, og der er ingen 5G kommercielt millimeterbølgebånd.Derfor er al energien fra 5G ikke blevet frigivet fuldstændigt.
Tekniske fordele ved millimeterbølge
Selvom 5G i sub-6 GHz bånd og 5G i millimeter bølgebånd er 5G, er der store forskelle i ydeevnekarakteristika.
Ifølge viden i fysiklærebøger i mellemskolen, jo højere frekvensen af trådløs elektromagnetisk bølge er, jo kortere er bølgelængden, og jo dårligere er diffraktionsevnen.Desuden, jo højere frekvensen er, desto større er penetrationstabet.Derfor er 5G-dækningen af millimeterbølgebånd naturligvis svagere end førstnævnte.Dette er hovedårsagen til, at der ikke er nogen kommerciel millimeterbølge for første gang i Kina, og det er også grunden til, at folk stiller spørgsmålstegn ved millimeterbølgen.
Faktisk er den dybtliggende logik og sandhed i dette problem ikke helt den samme som alles fantasi.Vi har med andre ord faktisk nogle forkerte fordomme om millimeterbølger.
Først og fremmest, fra et teknologisk perspektiv, skal vi have en konsensus, det vil sige under forudsætningen af ingen revolutionerende ændring i den eksisterende grundlæggende kommunikationsteori, hvis vi ønsker at forbedre netværkshastigheden og båndbredden yderligere væsentligt, kan vi kun lave et problem på spektret.
At søge rigere spektrumressourcer fra højere frekvensbånd er et uundgåeligt valg for udviklingen af mobilkommunikationsteknologi.Dette gælder for millimeterbølger nu og terahertz, der kan blive brugt til 6G i fremtiden.
Skematisk diagram af millimeterbølgespektrum
På nuværende tidspunkt har båndet under 6 GHz en maksimal båndbredde på 100MHz (selv 10MHz eller 20MHz nogle steder i udlandet).Det er for svært at opnå en hastighed på 5 Gbps eller endda 10 Gbps.
5G millimeter bølgebåndet når 200mhz-800mhz, hvilket gør det meget nemmere at nå ovenstående mål.
For ikke længe siden, i august 2021, gik Qualcomm sammen med ZTE for at realisere 5G SA dobbeltforbindelse (nr-dc) for første gang i Kina.Baseret på 200MHz bærekanal i 26ghz millimeter bølgebånd og 100MHz båndbredde i 3,5GHz bånd, arbejdede Qualcomm sammen for at opnå en enkelt bruger downlink peak rate på mere end 2,43gbps.
De to virksomheder bruger også carrier aggregation teknologi til at opnå en enkelt bruger downlink peak rate på mere end 5Gbps baseret på fire 200MHz carrier kanaler i 26ghz millimeter bølgebåndet.
I juni i år, på MWC Barcelona-udstillingen, realiserede Qualcomm en tophastighed på op til 10,5 Gbps ved at bruge Xiaolong X65, 8-kanals aggregering baseret på n261 millimeter bølgebånd (enkeltbærerbåndbredde på 100MHz) og 100MHz båndbredde i n77 bånd.Dette er den hurtigste mobilkommunikationshastighed i branchen.
Single carrier båndbredde på 100MHz og 200MHz kan opnå denne effekt.I fremtiden, baseret på single carrier 400MHz og 800MHz, vil den uden tvivl opnå en hastighed, der langt overstiger 10Gbps!
Ud over den betydelige stigning i hastigheden er en anden fordel ved millimeterbølge lavere forsinkelse.
På grund af underbærebølgeafstanden kan forsinkelsen på 5G millimeterbølge være en fjerdedel af forsinkelsen på under 6ghz.Ifølge testverifikationen,
luftgrænsefladeforsinkelsen på 5G-millimeterbølge kan være 1ms, og tur-retur-forsinkelsen kan være 4ms, hvilket er fremragende.
Den tredje fordel ved millimeterbølge er dens lille størrelse.
Bølgelængden af millimeterbølge er meget kort, så dens antenne er meget kort.På denne måde kan volumen af millimeterbølgeudstyr reduceres yderligere og har en højere grad af integration.Producenternes vanskeligheder med at designe produkter reduceres, hvilket er befordrende for at fremme miniaturiseringen af basestationer og terminaler.
Millimeterbølgeantenne (gule partikler er antenneoscillatorer)
Mere tætte antennearrays i stor skala og flere antenneoscillatorer er også meget gavnlige for anvendelsen af beamforming.Strålen af millimeterbølgeantenne kan spille længere og har stærkere anti-interferensevne, hvilket er befordrende for at opveje ulempen ved dækning.
Jo flere oscillatorer, jo smallere er strålen og jo længere afstand
Den fjerde fordel ved millimeterbølge er dens højpræcisionspositioneringsevne.
Det trådløse systems positioneringsevne er tæt forbundet med dets bølgelængde.Jo kortere bølgelængden er, jo højere er positioneringsnøjagtigheden.
Millimeterbølgepositionering kan være nøjagtig til centimeterniveau eller endnu lavere.Det er derfor, mange biler nu bruger millimeterbølgeradar.
Når vi har sagt fordelene ved millimeterbølge, så lad os gå tilbage og tale om ulemperne ved millimeterbølge.
Enhver (kommunikations)teknologi har sine egne fordele og ulemper.Ulempen ved millimeterbølge er, at den har svag penetration og kort dækning.
Tidligere nævnte vi, at millimeterbølge kan forbedre dækningsafstanden ved stråleformningsforbedring.Med andre ord er energien af et stort antal antenner koncentreret i en bestemt retning for at forbedre signalet i en bestemt retning.
Nu anvender millimeterbølge retningsbestemt array-antenne med høj forstærkning for at imødekomme mobilitetsudfordringen gennem multistråleteknologi.Ifølge de praktiske resultater kan den analoge stråleformende understøttende smalle stråle effektivt overvinde det betydelige vejtab i frekvensbåndet over 24GHz.
High gain retningsbestemt antenne array
Ud over stråleformning kan millimeterbølge-multistråle også bedre realisere stråleskift, strålestyring og strålesporing.
Stråleskift betyder, at terminalen kan vælge mere egnede kandidatstråler til rimelig kobling i et konstant skiftende miljø for at opnå bedre signaleffekt.
Beam guidning betyder, at terminalen kan ændre uplink-stråleretningen, så den matcher den indfaldende stråleretning fra gnodeb.
Beam tracking betyder, at terminalen kan skelne forskellige stråler fra gnodeb.Strålen kan bevæge sig med terminalens bevægelse for at opnå en stærk antenneforstærkning.
Millimeterbølgeforstærket strålestyringsevne kan effektivt forbedre signalpålidelighed og opnå stærkere signalforstærkning.
Millimeterbølge kan også vedtage vejdiversitet for at håndtere blokeringsproblemet gennem vertikal diversitet og horisontal diversitet.
Simuleringseffekt demonstration af vejdiversitet
På terminalsiden kan terminalantennediversiteten også forbedre signalets pålidelighed, afhjælpe håndblokeringsproblemet og reducere påvirkningen forårsaget af brugerens tilfældige orientering.
Simuleringseffekt demonstration af terminal diversitet
For at opsummere, med den dybtgående undersøgelse af millimeterbølgereflektionsteknologi og vejdiversitet er dækningen af millimeterbølger blevet væsentligt forbedret, og non line of sight (NLOS) transmission er blevet realiseret gennem mere avanceret multistråleteknologi.Rent teknologisk har millimeterbølge løst den tidligere flaskehals og blevet mere og mere moden, som fuldt ud kan imødekomme den kommercielle efterspørgsel.
Med hensyn til industriel kæde, 5Gmillimeterbølge er også langt mere moden, end du tror.
I sidste måned gjorde Fuchang Li, direktør for det trådløse teknologiforskningscenter i China Unicom Research Institute, det klart, at "på nuværende tidspunkt er millimeterbølgeindustriens kædekapacitet blevet moden."
På MWC Shanghai-udstillingen i begyndelsen af året sagde indenlandske operatører også: "Med støtte fra spektrum, standarder og industri har millimeterbølgen gjort positive kommercialiseringsfremskridt. Inden 2022, 5Gmillimeterbølge vil have storstilet kommerciel kapacitet."
Millimeterbølgeansøgning indgivet
Efter at have afsluttet de tekniske fordele ved millimeterbølge, lad os tage et kig på dens specifikke anvendelsesscenarier.
Som vi alle ved, er det vigtigste at bruge teknologien at "udvikle styrker og undgå svagheder".Med andre ord bør der bruges en teknologi i scenariet, som kan give fuld udfoldelse til dens fordele.
Fordelene ved 5G millimeterbølge er hastighed, kapacitet og tidsforsinkelse.Derfor er den mest velegnet til lufthavne, stationer, teatre, gymnastiksale og andre tætbefolkede steder, såvel som vertikale industriscener, der er meget følsomme over for tidsforsinkelse, såsom industriel fremstilling, fjernbetjening, internet af køretøjer og så videre.
Med hensyn til specifikke anvendelsesområder er virtual reality, højhastighedsadgang, industriel automation, medicinsk sundhed, intelligent transport osv. alle steder, hvor 5G millimeterbølge kan bruges.
Til forbrug af internettet.
For almindelige individuelle brugere kommer det største båndbreddebehov fra video og det største forsinkelsesbehov kommer fra spil.VR / AR-teknologi (virtuel virkelighed / augmented reality) har dobbelte krav til båndbredde og forsinkelse.
VR/AR-teknologien udvikler sig hurtigt, herunder det nyligt meget varme metaunivers, som også er tæt knyttet til dem.
For at få en perfekt fordybende oplevelse og helt eliminere svimmelhed skal videoopløsningen for VR være over 8K (selv 16K og 32K), og forsinkelsen skal være inden for 7ms.Der er ingen tvivl om, at 5G millimeterbølge er den bedst egnede trådløse transmissionsteknologi.
Qualcomm og Ericsson udførte XR-test baseret på 5G-millimeterbølge, hvilket bringer 90 billeder i sekundet og 2K til hver bruger × XR-oplevelse med 2K-opløsning, med en forsinkelse på mindre end 20ms, og en gennemsnitlig downlink-gennemstrømning på mere end 50Mbps.
Testresultaterne viser, at kun én gnodeb med en systembåndbredde på 100MHz kan understøtte 5G-adgang for seks XR-brugere på samme tid.Med understøttelse af 5G-funktioner i fremtiden er det mere lovende at understøtte den samtidige adgang for mere end 12 brugere.
XR test
Et andet vigtigt anvendelsesscenarie for 5G millimeter bølgeoverflade til C-end forbrugere er live-udsendelsen af store sportsbegivenheder.
I februar 2021 blev den amerikanske fodboldsæsons finale "super bowl" afholdt på Raymond James Stadium.
Med hjælp fra Qualcomm har Verizon, en velkendt amerikansk operatør, bygget stadionet til det hurtigste internetstadion i verden ved at bruge 5G millimeterbølgeteknologi.
Under konkurrencen bar 5G-millimeterbølgenetværket mere end 4,5 tb af den samlede trafik.I nogle scenarier var tophastigheden så høj som 3gbps, omkring 20 gange 4G LTE.
Med hensyn til uplink-hastighed er denne super bowl verdens første vigtige begivenhed, der bruger 5G millimeter bølge uplink-transmission.Millimeterbølgerammestrukturen er fleksibel, og uplink- og downlinkrammeforholdet kan justeres for at opnå højere uplinkbåndbredde.
Ifølge feltdataene er 5G-millimeterbølger mere end 50 % hurtigere end 4G LTE, selv i myldretiden.Ved hjælp af stærke uplink-evner kan fans uploade billeder og videoer for at dele spillets vidunderlige øjeblikke.
Verizon har også oprettet en applikation til at støtte fans til at se 7-kanals streaming HD live spil på samme tid, og 7 kameraer præsenterer spillene fra forskellige vinkler.
I 2022 åbnes de 24. olympiske vinterlege i Beijing.På det tidspunkt vil der ikke kun være adgangs- og trafikefterspørgslen fra publikums mobiltelefoner, men også efterspørgslen om returnering af data fra medieudsendelser.Især udgør multikanals 4K HD-videosignal og panoramakameravideosignal (brugt til VR-visning) en alvorlig udfordring for uplink-båndbredden af mobilkommunikationsnetværk.
Som svar på disse udfordringer planlægger China Unicom at reagere aktivt med 5G millimeterbølgeteknologi.
I maj i år gennemførte ZTE, China Unicom og Qualcomm en test.Ved hjælp af 5G millimeterbølge + stor uplink-rammestruktur kan 8K-videoindhold, der er indsamlet i realtid, transmitteres stabilt tilbage og endelig modtages og afspilles i modtagerenden.
Lad os tage et kig på det vertikale brancheapplikationsscenarie.
5G millimeterbølge har et bredere anvendelsesperspektiv i tob.
Først og fremmest kan VR / AR nævnt ovenfor også bruges i tob-industrien.
For eksempel kan ingeniører udføre fjerninspektion af udstyr forskellige steder gennem AR, yde fjernvejledning til ingeniører forskellige steder og udføre fjernmodtagelse af varer forskellige steder.I løbet af epidemien kan disse applikationer hjælpe virksomheder med at løse praktiske problemer og i høj grad reducere omkostningerne.
Kig på videoreturneringsansøgningen.Nu har mange fabriksproduktionslinjer installeret et stort antal kameraer, herunder nogle high-definition kameraer til kvalitetsinspektion.Disse kameraer tager et stort antal high-definition produktbilleder til defektanalyse.
Eksempelvis udfører COMAC metalrevneanalyser på produktloddesamlinger og sprøjtede overflader på denne måde.Når billederne er taget, skal de uploades til cloud- eller MEC edge computing-platformen med en uplink-hastighed på 700-800mbps.Den vedtager 5G millimeterbølge stor uplink-rammestruktur, som let kan håndteres.
En anden scene tæt forbundet med 5G millimeterbølgeteknologi er AGV ubemandet køretøj.
5G millimeterbølge understøtter AGV-drift
AGV er faktisk en miniaturiseret ubemandet kørescene.AGV's positionering, navigation, planlægning og undgåelse af forhindringer stiller høje krav til netværksforsinkelse og pålidelighed, samt høje krav til nøjagtig positioneringsevne.Et stort antal kortopdateringer i realtid af AGV stiller også krav til netværksbåndbredde.
5G millimeterbølge kan fuldt ud opfylde ovenstående krav i AGV-applikationsscenarier.
I januar 2020 testede Ericsson og Audi med succes 5G urllc-funktion og praktisk industriel automatiseringsapplikation baseret på 5G millimeterbølge i fabrikkens laboratorium i Kista, Sverige.
Blandt dem byggede de i fællesskab en robotenhed, som er forbundet med 5G millimeterbølge.
Som vist på figuren ovenfor, når robotarmen laver rattet, kan lasergardinet beskytte åbningssiden af robotenheden.Hvis fabriksarbejdere når ind, baseret på den høje pålidelighed af 5G urllc, vil robotten stoppe med at arbejde med det samme for at undgå skader på arbejdere.
Dette øjeblikkelige svar for at sikre pålidelighed er umuligt i traditionel Wi Fi eller 4G.
Ovenstående eksempel er kun en del af anvendelsesscenariet for 5G millimeterbølge.Ud over det industrielle internet er 5G-millimeterbølgen stærk inden for fjernkirurgi inden for smart medicin og førerløs på internettet af køretøjer.
Som en avanceret teknologi med mange fordele såsom høj hastighed, stor kapacitet, lav tidsforsinkelse, høj pålidelighed og høj positioneringsnøjagtighed, har 5G millimeterbølge tiltrukket sig stor opmærksomhed fra alle samfundslag.
Konklusion
Det 21. århundrede er et århundrede med data.
Den enorme kommercielle værdi indeholdt i dataene er blevet anerkendt af verden.I dag leder næsten alle industrier efter forholdet mellem sig selv og data og deltager i udvinding af dataværdi.
Forbindelsesteknologier repræsenteret af 5Gog computerteknologier repræsenteret ved cloud computing, big data og kunstig intelligens er uundværlige værktøjer til at mine dataværdi.
At gøre fuld brug af 5G, især i millimeterbølgebånd, er ensbetydende med at beherske en "gylden nøgle" til digital transformation, som ikke kun kan realisere innovationsspringet i produktiviteten, men også være uovervindelig i den hårde konkurrence i fremtiden.
Kort sagt, teknologien og industrien i 5Gmillimeterbølge er fuldt modnet.Med anvendelse af5Gindustri gradvist ind i dybt vand område, bør vi optrappe den indenlandske kommercielle landing af5Gmillimeterbølge og realisere den koordinerede udvikling af sub-6 og millimeterbølge.
Indlægstid: 14. december 2021
