Sieć Sub-6GHz jest już w pełni wdrożona. Dlaczego Chiny nadal rozwijają technologię 5G wykorzystującą fale milimetrowe?

Globalne pasma częstotliwości sieci 5G dzielą się głównie na pasmo częstotliwości Sub-6 GHz i pasmo częstotliwości fal milimetrowych (mmWave). Sieć 5G wykorzystująca fale milimetrowe i sieć Sub-6 GHz nie pozostają w relacji antagonistycznej, w której „można wybrać tylko jedno z dwóch”, lecz w relacji komplementarnej, w której „można mieć ciastko i zjeść ciastko”. Wybór pierwszej drogi technicznej przez każdy kraj zależy w większym stopniu od uwarunkowań krajowych. Po osiągnięciu dojrzałości budowy sieci 5G Sub-6 GHz w Chinach, na porządku dziennym znalazła się również budowa sieci 5G wykorzystujących fale milimetrowe.

W marcu 2020 roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wydało „Zawiadomienie w sprawie promowania przyspieszonego rozwoju sieci 5G”. W zawiadomieniu wyraźnie zaznaczono, że „plan wykorzystania częstotliwości dla niektórych pasm fal milimetrowych 5G zostanie opublikowany w odpowiednim czasie, a sprzęt do fal milimetrowych i testy wydajności zostaną zorganizowane w celu przygotowania do komercyjnego wykorzystania technologii fal milimetrowych 5G”. 30 kwietnia 2021 roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych opublikowało „Plan działania na rzecz zastosowania technologii 5G „Sail” (2021–2023)” w celu uzyskania opinii (zwany dalej „Projektem”). W projekcie zaproponowano, aby do 2023 roku wskaźnik penetracji indywidualnych użytkowników 5G w moim kraju przekroczył 40%, a liczba użytkowników przekroczyła 560 milionów. Jednocześnie w projekcie opinii zaproponowano, aby „plan częstotliwości dla fal milimetrowych 5G został opublikowany w odpowiednim czasie, a system przetargowy na licencje na częstotliwości dla fal milimetrowych 5G zostanie zbadany”. Oznacza to również, że po pełnym wdrożeniu sieci 5G Sub-6 GHz w Chinach, budowa sieci 5G w paśmie milimetrowym wkrótce się rozpocznie. Ponadto, Tian Yulong, główny inżynier Ministerstwa Przemysłu i Technologii Informacyjnych, podkreślił na konferencji prasowej Biura Informacyjnego Rady Państwa w marcu, mówiąc o promowaniu wysokiej jakości rozwoju branży informacyjno-komunikacyjnej, że „budowa sieci 5G będzie promowana w sposób uporządkowany, a projekt 6G zostanie przyspieszony”.

Fale milimetrowe 5G i Sub-6GHz są komplementarne

Fale milimetrowe odnoszą się do fal elektromagnetycznych o długościach fal od 1 mm do 10 mm i częstotliwościach od 30 GHz do 300 GHz. W dziedzinie komunikacji mobilnej fale elektromagnetyczne o częstotliwościach od 24 GHz do 100 GHz są zwykle nazywane falami milimetrowymi.

Światowa Konferencja Radiokomunikacyjna (WRC-19) Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU) z 2019 roku ustaliła, że ​​pasma fal milimetrowych między 24 GHz a 86 GHz będą wykorzystywane w Międzynarodowej Łączności Ruchomej (IMT). Spośród nich pasma 24.25-27.5 GHz, 37-43.5 GHz i 66-71 GHz są globalnie zintegrowanymi pasmami częstotliwości IMT.

W porównaniu z systemem 5G Sub-6 GHz (pasmo częstotliwości poniżej 6 GHz), komunikacja fal milimetrowych 5G charakteryzuje się ultraszeroką przepustowością, od 24 GHz do 100 GHz, co daje jej unikalne zalety, takie jak wyższa prędkość, niższe opóźnienia oraz elastyczna konfiguracja interfejsu radiowego. Może ona skutecznie sprostać potrzebom przyszłej komunikacji bezprzewodowej w zakresie przepustowości systemu, szybkości transmisji i zróżnicowanych zastosowań.

Przykładowo, najnowsza analiza firmy Ookla, oparta na dużej ilości danych pomiarowych z aplikacji Speedtest, pokazuje, że pasmo częstotliwości fal milimetrowych 5G może osiągnąć 16-krotnie większą prędkość transmisji niż pasmo częstotliwości Sub-6 GHz.

Po drugie, 5G wykorzystuje dwa wymiary podnośnych i szczelin czasowych do transmisji danych. Fale milimetrowe charakteryzują się dużą przepustowością, dużymi interwałami podnośnych i krótkimi odpowiadającymi im szczelinami czasowymi. To sprawia, że ​​opóźnienie fal milimetrowych w sieci 5G wynosi zaledwie około 25% pasma częstotliwości Sub-6 GHz. Podobnie, ponieważ fale milimetrowe mają większą dostępną przepustowość i wyższe prędkości transmisji, mogą również zapewnić większą przepustowość, aby sprostać szerszemu zakresowi dostępu terminali.

Ponadto, wyższa prędkość łącza w dół fal milimetrowych 5G umożliwia obsługę gęstego multipleksowania przestrzennego przy jednoczesnej redukcji zakłóceń, co pozwala lepiej rozwiązać problem przeciążenia sieci, wynikający z jednoczesnego dostępu dużej liczby użytkowników do internetu na tym samym obszarze. Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne w zastosowaniach w gęsto zaludnionych miejscach, takich jak stacje kolejowe, lotniska i stadiony.

W pokrewnych dziedzinach zastosowań przemysłowych, takich jak transmisja wideo na żywo w ultrawysokiej rozdzielczości, monitoring bezpieczeństwa, telemedycyna i niektóre zastosowania przemysłowe, w których występują wysokie wymagania dotyczące szybkości przesyłania i niskich opóźnień, technologia 5G o milimetrowej długości fali i mniejszych opóźnieniach może lepiej spełnić te potrzeby.

Należy w szczególności podkreślić, że sieć 5G z falami milimetrowymi może realizować samodzielną transmisję wsteczną bez konieczności korzystania z połączenia między siecią światłowodową a siecią szkieletową. Sieci 5G oparte na paśmie Sub-6 GHz nadal muszą polegać na tradycyjnych rozwiązaniach światłowodowych w zakresie transmisji wstecznej, co oznacza, że ​​każda stacja bazowa 5G musi być połączona z siecią szkieletową za pomocą światłowodu, co również zwiększa koszty wdrożenia. Technologia IAB (Integrated Access and Backhaul) fal milimetrowych 5G może obsługiwać stacje bazowe 5G z falami milimetrowymi, wykorzystując inne stacje bazowe 5G z falami milimetrowymi jako węzły przekaźnikowe, a ostatecznie przesyłając sygnał do sieci szkieletowej w formie transmisji bezprzewodowej za pośrednictwem funkcji multi-hop, co znacznie obniża koszty wdrożenia. Umożliwia to również stacjom bazowym 5G z falami milimetrowymi obsługę bardziej ekonomicznej i gęstej instalacji.

Ponadto technologię fal milimetrowych można również stosować w łączności pojazd-wszystko (V2X) w sieci 5G, co pozwala na świadczenie usług pozycjonowania o znacznie większej dokładności niż GPS i LTE (dokładność może sięgać poziomu poniżej metra).

Ma Hongbing, dyrektor generalny działu innowacji technologicznych w China Unicom, powiedział: „Łącząc fale milimetrowe 5G z technologiami MEC i AI, fale milimetrowe mogą zapewnić dostosowane do potrzeb klientów prywatnych usługi sieciowe i mogą być szeroko stosowane w takich zastosowaniach, jak inteligentne fabryki, inteligentne parki i inteligentne terminale”.

Chociaż fale milimetrowe mają przewagę pod względem szybkości i opóźnienia w porównaniu z pasmem częstotliwości Sub-6 GHz, mają również ograniczenia. Na przykład sygnały są łatwe do tłumienia, mają słabą penetrację i są łatwo blokowane. Chociaż obecnie istnieją technologie kształtowania wiązki, śledzenia wiązki i inne, które skutecznie rozwiązują te problemy, pasmo częstotliwości Sub-6 GHz nadal oferuje większe korzyści pod względem zasięgu i kosztów wdrożenia.

Podsumowując, wdrożenie sieci 5G wykorzystującej fale milimetrowe i sieci Sub-6 GHz nie konkurują ze sobą ani nie zastępują się, lecz wzajemnie się uzupełniają. Wykorzystanie Sub-6 GHz pozwala na uzyskanie szerokiego zasięgu sieci 5G, a wykorzystanie systemów wykorzystujących fale milimetrowe pozwala na zapewnienie zasięgu w obiektach zamkniętych (imprezy sportowe, koncerty, duże konferencje), węzłach komunikacyjnych (stacje metra, stacje kolei dużych prędkości) i biurach, a także w zewnętrznych punktach dostępowych, bezprzewodowym dostępie szerokopasmowym itp. Skoordynowane wdrożenie fal milimetrowych i Sub-6 GHz pozwala na uzyskanie organicznego połączenia dużej przepustowości i szerokiego zasięgu.

Wstępne przygotowania do wdrożenia w Chinach technologii 5G wykorzystującej fale milimetrowe już się rozpoczęły i przebiegają bez zakłóceń

Jeśli sieć Sub-6GHz rozwiąże problem zasięgu 5G, wówczas sieć 5G wykorzystująca fale milimetrowe może zmaksymalizować zalety 5G, zapewniając tym samym większą wartość.

Meng Pu, prezes Qualcomm China, powiedział również: „Aby osiągnąć pierwotne cele projektowe 5G, konieczne jest wykorzystanie wszystkich zasobów widma. Pasma średniej i niskiej częstotliwości Sub-6 GHz zapewniają równowagę między zasięgiem, przepustowością i wydajnością, podczas gdy fale milimetrowe o wysokiej częstotliwości powyżej 24 GHz zapewniają najwyższą wydajność i przepustowość 5G, zapewniając łączność bezprzewodową nowej generacji w wielu scenariuszach i branżach, a także niezwykle niezawodną i nisko-opóźnieniową komunikację mobilną w sektorach pionowych, takich jak internet przemysłowy”.

Według „Białej Księgi Technologii Fal Milimetrowych 5G” opublikowanej przez GSMA we wrześniu ubiegłego roku, przewiduje się, że do 2035 roku fale milimetrowe 5G przyczynią się do globalnego PKB w wysokości 565 miliardów dolarów. Wśród nich korzyści ekonomiczne bezpośrednio wynikające z wykorzystania pasm częstotliwości fal milimetrowych 5G w Chinach sięgną około 104 miliardów dolarów przed 2034 rokiem.

Obecnie Stany Zjednoczone, Japonia, Europa i Azja Południowo-Wschodnia uruchomiły wdrożenia 5G wykorzystujące fale milimetrowe. Według danych opublikowanych przez GSA w marcu tego roku, ponad 150 operatorów na całym świecie inwestuje obecnie w technologię fal milimetrowych 5G.

Zgodnie z planem testów fal milimetrowych 5G, opracowanym przez chińską Grupę Promocyjną IMT-2020 (5G), testy fal milimetrowych rozpoczęły się w 2019 roku, aby zweryfikować kluczowe technologie i charakterystykę systemu fal milimetrowych 5G. Począwszy od 2020 roku, funkcje, wydajność i interoperacyjność stacji bazowych i terminali fal milimetrowych będą dalej weryfikowane, a także przeprowadzona zostanie weryfikacja współpracy sieciowej w zakresie wysokich i niskich częstotliwości. Jednocześnie chińska Grupa Promocyjna IMT-2020 (5G) przeprowadziła terminową weryfikację typowych scenariuszy.

W październiku 2019 roku, w ramach Grupy Promocyjnej IMT-2020 (5G), firmy ZTE i Qualcomm przeprowadziły pierwszy w Chinach test interoperacyjności fal milimetrowych (IoDT) dla smartfonów 5G. Dwa miesiące po doprecyzowaniu nowej metody testowania MIMO OTA dla fal milimetrowych w wersji 3GPP Rel-16, wydanej na początku lipca 2020 roku, pod koniec września, w ramach Grupy Promocyjnej IMT-2020 (5G), Qualcomm objął prowadzenie w przeprowadzeniu testu wydajności fal milimetrowych opartego na metodzie testowania MIMO OTA dla fal milimetrowych 3GPP Rel-16 w laboratorium MTNet Akademii Technologii Informatycznych i Komunikacyjnych. W tym momencie Qualcomm stał się pierwszym producentem chipów w Chinach, który wziął udział i zdał wszystkie dziesięć testów częstotliwości radiowej fal milimetrowych 5G w paśmie 26 GHz.

Chociaż prace nad testami fal milimetrowych przebiegają w uporządkowany sposób, charakterystyka produktów chipowych jest stale optymalizowana, aby sprostać potrzebom Chin w zakresie wdrażania technologii fal milimetrowych. 19 maja 2021 roku Qualcomm ogłosił wprowadzenie ulepszonych funkcji specjalnie dla Snapdragona X65, pierwszego na świecie modemu 5G 10 Gb/s i systemu częstotliwości radiowej, który zadebiutował w lutym: obsługuje on pasmo fal milimetrowych 200 MHz i tryb SA fal milimetrowych, spełniając tym samym kluczowe wymagania dotyczące wdrażania sieci fal milimetrowych w Chinach.

In view of the industry application scenarios where millimeter waves will show their talents, upstream and downstream manufacturers in China's millimeter wave industry are making efforts. On May 21, 2021, under the technical guidance of the IMT-2020 (5G) Promotion Group and China Unicom, ZTE, China Unicom, Qualcomm and TVU Networks successfully completed the world's first 5G millimeter wave 8K video backhaul service demonstration based on the large uplink frame structure on the 26GHz (n258) frequency band in a laboratory environment.

W tej demonstracji firma ZTE dostarczyła stację bazową 5G pracującą w paśmie fal milimetrowych. Router agregujący wielosieciowy 5G firmy TVU Networks zapewnił połączenie w paśmie fal milimetrowych 5G poprzez terminal testowy typu CPE, wyposażony w modem Qualcomm Snapdragon X55 5G i system RF oraz moduł anteny Qualcomm QTM527 pracujący w paśmie fal milimetrowych. Zebrany w czasie rzeczywistym materiał wideo 8K był stabilnie przesyłany przez łącze w górę 5G w paśmie fal milimetrowych i ostatecznie pomyślnie odbierany przez odbiornik w celu odtworzenia.

According to the 5G millimeter wave test plan of the IMT-2020 (5G) Promotion Group, the millimeter wave large uplink frame structure will be promoted in 2021 to support differentiated application scenarios. The real-time backhaul of ultra-high-definition video, especially 8K video, places very high requirements on the uplink bandwidth of the mobile network. The DSUUU frame structure used in this demonstration triples the peak uplink rate of existing millimeter wave technology by allocating more time slots to the uplink. The demonstration verified the super uplink capabilities of 5G millimeter wave, which is of great significance for meeting the large uplink bandwidth requirements of many 5G industry applications in the future.

Warto wspomnieć, że podczas targów MWC w Szanghaju w 2021 roku, w strefie wystawienniczej poświęconej technologii fal milimetrowych 5G, zorganizowanej przez China Unicom i GSMA, a wspieranej przez Qualcomm, kompleksowo zaprezentowano aplikacje i terminale 5G oparte na technologii fal milimetrowych, oferowane przez 39 wiodących firm w branży. Wśród prezentowanych terminali 5G z falami milimetrowymi różnych dostawców znalazły się moduły, telefony komórkowe, CPE, komputery stacjonarne, sprzęt AR (rzeczywistości rozszerzonej) i XR (rzeczywistości rozszerzonej), plecaki do transmisji na żywo, roboty i inne bogate kategorie.

The diverse application scenarios supported by 5G millimeter wave on display include: athlete competitive experience, 5G mixed reality smart snow resort, 8K video transmission, 5G full-view event service and free-view event live broadcast, 5G millimeter wave panoramic experience, etc. The 5G multi-view live broadcast solution based on millimeter waves directly captures the outdoor field of the Zhangjiakou International Cross-Country Ski Center. UAVs, head-mounted cameras, and professional photography cameras communicate with the base station through wireless networks, and the athletes' heroic postures on the National Cross-Country Ski Center are broadcast back in real time from multiple angles, achieving multi-angle live broadcast of the field and providing a variety of viewing experiences for actual spectators. China Unicom is currently the only official communications service partner of the 2022 Beijing Winter Olympics. The maturity of 5G millimeter wave related terminals and applications will help provide better 5G services using millimeter wave technology at the 2022 Beijing Winter Olympics.

Technologia fal milimetrowych 5G stale się rozwija i może stać się ważnym elementem 6G

Technologia fal milimetrowych wciąż się rozwija. Na przykład, wspomniana powyżej technologia zintegrowanego dostępu i transmisji wstecznej (IAB); istnieje również technologia pozycjonowania szerokopasmowego, która umożliwia precyzyjne pozycjonowanie terminala; obsługa rozszerzonego widma: obsługuje pasma częstotliwości powyżej 52.6 GHz oraz widmo wolne od licencji do licencjonowanej pracy pomocniczej i niezależnej; ulepszone zarządzanie wiązką: dzięki pełnej optymalizacji wiązki i obsłudze wiązki wieloantenowej panelowej poprawia się opóźnienie, niezawodność i wydajność; optymalizacja podwójnego połączenia: zmniejsza początkowe opóźnienie dostępu terminala i poprawia zasięg podczas łączenia wielu węzłów; funkcje oszczędzania energii: zmniejsza zużycie energii poprzez maksymalizację uśpienia terminala, co umożliwia szybsze przesyłanie informacji zwrotnej przez łącze.

Ciągły rozwój technologii fal milimetrowych 5G przyniesie nowe możliwości w zakresie funkcjonalności, wydajności, widma i wdrożenia. Ponadto oczekuje się, że technologia fal milimetrowych 5G stanie się ważnym elementem technologii 6G nowej generacji.

Według białej księgi 6G „Next Generation Hyper-Connected Experience”, opublikowanej przez Samsunga w zeszłym roku, szczytowa przepustowość 6G osiągnie 1000 Gb/s, a opóźnienie wyniesie zaledwie 100 mikrosekund. Rozwiązanie może zostać ukończone i wprowadzone na rynek już w 2028 roku, a komercjalizacja na dużą skalę może nastąpić około 2030 roku. Jeśli chodzi o te kluczowe wskaźniki i punkty czasowe, inni producenci urządzeń komunikacyjnych podzielają zasadniczo te same poglądy.

Samsung also proposed candidate technologies that may be used in the 6G standard, such as the THz terahertz frequency band, new antenna technology to enhance high-frequency signal coverage, advanced duplex technology, the development of network topology and spectrum sharing to improve network utilization and enhance the application of AI.

W dokumencie „6G: Unbounded, with AI” opublikowanym przez UNISOC stwierdzono, że technologie bazowe 6G zostaną zdywersyfikowane, a komunikacja terahercowa, komunikacja w świetle widzialnym, zaawansowana modulacja i dekodowanie oraz współpraca w transmisji satelitarno-naziemnej mogą stać się technologiami bazowymi 6G.

Qualcomm podkreślił innowacyjność powiązanych technologii, takich jak projektowanie oparte na danych AI/ML, pełny dupleks, fale milimetrowe o wyższej częstotliwości, ulepszone pozycjonowanie, pasmo terahercowe, inteligentny interfejs, zielona sieć, wykrywanie częstotliwości radiowych, nowa topologia, ekstremalne rozdzielenie, wyszukiwanie struktur sieci neuronowych w chmurze, niezwykle bezpieczna komunikacja, nowy paradygmat współdzielenia itp.

Widać, że wielu producentów uważa, że ​​technologia komunikacji terahercowej będzie jedną z kluczowych technologii dla komunikacji 6G. Pasmo częstotliwości terahercowych zazwyczaj odnosi się do pasma częstotliwości od 300 GHz do 10 000 GHz, a fale elektromagnetyczne w okolicach 300 GHz można również uznać za fale milimetrowe w wyższym paśmie częstotliwości. Tylko dzięki opanowaniu technologii komunikacji fal milimetrowych możemy mieć szansę na dokonanie przełomu w technologii komunikacji terahercowej.

In mid-2020, Yang Tao, Vice President of Huawei's China Carrier Business Department, also publicly revealed that Huawei is already participating in 6G-related pre-research work. The 6G that has been pre-researched mainly uses millimeter wave bands and is in the stage of scenario mining and technology search.

Warto wspomnieć, że pod koniec 2019 roku Laboratorium Technologii Urządzeń japońskiej grupy NTT opracowało ultraszybki układ scalony 6G wykonany z półprzewodnika na bazie fosforku indu (InP) i przeprowadziło eksperymenty z szybką transmisją bezprzewodową w paśmie częstotliwości 300 GHz. Dzięki modulacji 16QAM możliwe jest osiągnięcie prędkości transmisji bezprzewodowej do 100 Gb/s. Zastosowanie kombinacji technologii multipleksowania przestrzennego, takich jak MIMO i OAM, pozwala na osiągnięcie transmisji bezprzewodowej o dużej przepustowości przekraczającej 400 Gb/s, co jest już bliskie szczytowej przepustowości wymaganej dla 6G.

Ponadto technologia 6G umożliwi realizację zintegrowanej, szybkiej sieci komunikacyjnej w przestrzeni powietrznej, na ziemi i morzu, a pasmo częstotliwości fal milimetrowych stanie się pierwszym wyborem w przypadku połączeń międzysatelitarnych, łączy użytkowników zapewniających zasięg satelitów oraz połączeń przesyłających sygnał z satelitów do stacji naziemnych.

Ta treść pochodzi z Internetu/ Podstawowa inteligencjaTa strona internetowa umożliwia jedynie przedruk. Poglądy, stanowisko, technologia itp. zawarte w tym artykule nie mają nic wspólnego z tą stroną internetową. W przypadku jakichkolwiek naruszeń prosimy o kontakt w celu ich usunięcia!