Im Jahr 2021 wurden beim Aufbau und der Entwicklung des globalen 5G-Netzwerks große Erfolge erzielt.Den von der GSA im August veröffentlichten Daten zufolge haben mehr als 175 Betreiber in mehr als 70 Ländern und Regionen kommerzielle 5G-Dienste eingeführt.Es gibt 285 Betreiber, die in 5G investieren.Chinas 5G-Bautempo ist weltweit führend.Die Zahl der 5G-Basisstationen in China hat eine Million überschritten und liegt bei unglaublichen 1.159.000, was mehr als 70 % der Welt ausmacht.Mit anderen Worten: Von drei 5G-Basisstationen weltweit befinden sich zwei in China.
5G-Basisstation
Die kontinuierliche Verbesserung der 5G-Netzwerkinfrastruktur hat die Einführung von 5G im Verbraucher-Internet und im industriellen Internet beschleunigt.Insbesondere in der vertikalen Industrie gibt es in China mehr als 10.000 5G-Anwendungsfälle, die viele Bereiche wie industrielle Fertigung, Energie und Energie, Häfen, Bergwerke, Logistik und Transport abdecken.
Es besteht kein Zweifel, dass 5G zu einer scharfen Waffe für die digitale Transformation inländischer Unternehmen und zu einem Motor für die qualitativ hochwertige Entwicklung der digitalen Wirtschaft in der gesamten Gesellschaft geworden ist.
Doch während 5G-Anwendungen beschleunigt werden, werden wir feststellen, dass die bestehende 5G-Technologie in einigen speziellen Industrieanwendungsszenarien einen Zustand der „Inkompetenz“ aufweist.Bezüglich Rate, Kapazität, Verzögerung und Zuverlässigkeit kann es die Anforderungen des Szenarios nicht zu 100 % erfüllen.
Warum?Ist 5G, das von den Menschen so sehr erwartet wird, immer noch schwierig, eine große Verantwortung zu sein?
Natürlich nicht.Der Hauptgrund, warum 5G „unzureichend“ ist, liegt darin, dass wir nur „halbes 5G“ nutzen.
Ich glaube, viele Menschen wissen, dass es zwar den 5G-Standard gibt, es aber zwei Frequenzbänder gibt.Eines wird als Sub-6-GHz-Band bezeichnet und der Frequenzbereich liegt unter 6 GHz (genauer gesagt unter 7,125 GHz).Das andere nennt sich Millimeterwellenband und der Frequenzbereich liegt über 24 GHz.
Reichweitenvergleich zweier Frequenzbänder
Derzeit ist in China nur 5G im Sub-6-GHz-Band kommerziell verfügbar, und es gibt kein 5G im kommerziellen Millimeterwellenband.Daher wurde nicht die gesamte Energie von 5G vollständig freigesetzt.
Technische Vorteile der Millimeterwelle
Obwohl 5G im Sub-6-GHz-Band und 5G im Millimeterwellenband 5G sind, gibt es große Unterschiede in den Leistungsmerkmalen.
Den Erkenntnissen in Physiklehrbüchern der Mittelstufe zufolge ist die Wellenlänge umso kürzer und die Beugungsfähigkeit umso schlechter, je höher die Frequenz der drahtlosen elektromagnetischen Welle ist.Darüber hinaus ist der Eindringverlust umso größer, je höher die Frequenz ist.Daher ist die 5G-Abdeckung im Millimeterwellenband offensichtlich schwächer als beim ersteren.Dies ist der Hauptgrund, warum es in China zum ersten Mal keine kommerzielle Millimeterwelle gibt, und es ist auch der Grund, warum Menschen die Millimeterwelle in Frage stellen.
Tatsächlich stimmen die tief verwurzelte Logik und Wahrheit dieses Problems nicht ganz mit der Vorstellung aller überein.Mit anderen Worten: Wir haben tatsächlich einige falsche Vorurteile über Millimeterwellen.
Aus technologischer Sicht müssen wir zunächst einen Konsens haben, d ein Problem im Spektrum.
Die Suche nach umfangreicheren Spektrumsressourcen aus höheren Frequenzbändern ist eine unvermeidliche Entscheidung für die Entwicklung der Mobilkommunikationstechnologie.Dies gilt jetzt für Millimeterwellen und für Terahertz, das in Zukunft möglicherweise für 6G verwendet wird.
Schematische Darstellung des Millimeterwellenspektrums
Derzeit verfügt das Sub-6-GHz-Band über eine maximale Bandbreite von 100 MHz (manchmal im Ausland sogar 10 MHz oder 20 MHz).Es ist zu schwierig, eine Rate von 5 Gbit/s oder sogar 10 Gbit/s zu erreichen.
Das 5G-Millimeterwellenband erreicht 200 MHz bis 800 MHz, was das Erreichen der oben genannten Ziele erheblich erleichtert.
Vor nicht allzu langer Zeit, im August 2021, schloss sich Qualcomm mit ZTE zusammen, um erstmals in China 5G SA Dual Connection (NR-DC) zu realisieren.Basierend auf einem 200-MHz-Trägerkanal im 26-GHz-Millimeterwellenband und einer Bandbreite von 100 MHz im 3,5-GHz-Band arbeitete Qualcomm zusammen, um eine Downlink-Spitzenrate für einen einzelnen Benutzer von mehr als 2,43 Gbit/s zu erreichen.
Die beiden Unternehmen nutzen außerdem Carrier-Aggregation-Technologie, um eine Downlink-Spitzenrate für einen einzelnen Benutzer von mehr als 5 Gbit/s zu erreichen, basierend auf vier 200-MHz-Trägerkanälen im 26-GHz-Millimeterwellenband.
Im Juni dieses Jahres erreichte Qualcomm auf der MWC-Ausstellung in Barcelona eine Spitzenrate von bis zu 10,5 Gbit/s durch den Einsatz von XiaolongDies ist die schnellste Mobilfunkkommunikationsrate in der Branche.
Eine einzelne Trägerbandbreite von 100 MHz und 200 MHz kann diesen Effekt erzielen.Basierend auf Einzelträgerfrequenzen von 400 MHz und 800 MHz wird es in Zukunft zweifellos eine Geschwindigkeit von weit über 10 Gbit/s erreichen!
Ein weiterer Vorteil der Millimeterwelle ist neben der deutlichen Erhöhung der Rate die geringere Verzögerung.
Aufgrund des Zwischenträgerabstands kann die Verzögerung von 5G-Millimeterwellen ein Viertel derjenigen von Sub-6GHz betragen.Laut Testverifizierung,
Die Luftschnittstellenverzögerung der 5G-Millimeterwelle kann 1 ms betragen, und die Umlaufverzögerung kann 4 ms betragen, was ausgezeichnet ist.
Der dritte Vorteil der Millimeterwelle ist ihre geringe Größe.
Die Wellenlänge der Millimeterwelle ist sehr kurz, daher ist ihre Antenne sehr kurz.Auf diese Weise lässt sich das Volumen von Millimeterwellengeräten weiter reduzieren und weist einen höheren Integrationsgrad auf.Die Schwierigkeit für Hersteller, Produkte zu entwerfen, wird verringert, was der Miniaturisierung von Basisstationen und Endgeräten förderlich ist.
Millimeterwellenantenne (gelbe Partikel sind Antennenoszillatoren)
Auch dichtere, großflächige Antennenarrays und mehr Antennenoszillatoren sind für die Anwendung der Strahlformung von großem Nutzen.Der Strahl der Millimeterwellenantenne kann weiter abstrahlen und verfügt über eine stärkere Entstörungsfähigkeit, was dazu beiträgt, den Nachteil der Abdeckung auszugleichen.
Je mehr Oszillatoren, desto schmaler der Strahl und desto größer die Entfernung
Der vierte Vorteil der Millimeterwelle ist ihre hochpräzise Positionierungsfähigkeit.
Die Positionierungsfähigkeit eines drahtlosen Systems hängt eng mit seiner Wellenlänge zusammen.Je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist die Positionierungsgenauigkeit.
Die Millimeterwellenpositionierung kann auf den Zentimeterbereich oder sogar noch darunter genau sein.Aus diesem Grund verwenden viele Autos mittlerweile Millimeterwellenradar.
Nachdem wir die Vorteile der Millimeterwelle erläutert haben, gehen wir zurück und sprechen über die Nachteile der Millimeterwelle.
Jede (Kommunikations-)Technologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.Der Nachteil von Millimeterwellen besteht darin, dass sie eine geringe Durchdringung und kurze Reichweite haben.
Zuvor haben wir erwähnt, dass Millimeterwellen die Abdeckungsreichweite durch eine Verbesserung der Strahlformung erhöhen können.Mit anderen Worten: Die Energie einer großen Anzahl von Antennen wird in eine bestimmte Richtung konzentriert, um das Signal in eine bestimmte Richtung zu verstärken.
Jetzt verwendet die Millimeterwelle Richtantennen mit hoher Verstärkung, um die Mobilitätsherausforderung durch Mehrstrahltechnologie zu meistern.Den praktischen Ergebnissen zufolge kann die analoge Strahlformung, die einen schmalen Strahl unterstützt, den erheblichen Pfadverlust im Frequenzband über 24 GHz wirksam überwinden.
Richtantennenarray mit hohem Gewinn
Zusätzlich zur Strahlformung kann der Millimeterwellen-Mehrstrahlstrahl auch die Strahlumschaltung, Strahlführung und Strahlverfolgung besser realisieren.
Strahlumschaltung bedeutet, dass das Terminal geeignetere Kandidatenstrahlen für eine sinnvolle Umschaltung in einer sich ständig ändernden Umgebung auswählen kann, um eine bessere Signalwirkung zu erzielen.
Strahlführung bedeutet, dass das Terminal die Richtung des Uplink-Strahls ändern kann, um sie an die Richtung des einfallenden Strahls von Gnodeb anzupassen.
Strahlverfolgung bedeutet, dass das Terminal verschiedene Strahlen von Gnodeb unterscheiden kann.Der Strahl kann sich mit der Bewegung des Terminals bewegen, um so einen starken Antennengewinn zu erzielen.
Die durch Millimeterwellen verbesserte Strahlmanagementfähigkeit kann die Signalzuverlässigkeit effektiv verbessern und eine stärkere Signalverstärkung erzielen.
Millimeterwellen können auch Pfaddiversität übernehmen, um das Blockierungsproblem durch vertikale Diversität und horizontale Diversität zu lösen.
Demonstration des Simulationseffekts der Pfadvielfalt
Auf der Terminalseite kann die Diversität der Terminalantenne auch die Zuverlässigkeit des Signals verbessern, das Problem der Handblockierung lindern und die Auswirkungen verringern, die durch die zufällige Ausrichtung des Benutzers verursacht werden.
Demonstration des Simulationseffekts der Terminaldiversität
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die eingehende Untersuchung der Millimeterwellen-Reflexionstechnologie und der Pfaddiversität die Abdeckung von Millimeterwellen erheblich verbessert wurde und die Übertragung ohne Sichtlinie (NLOS) durch eine fortschrittlichere Mehrstrahltechnologie realisiert wurde.In Bezug auf die Technologie hat die Millimeterwelle den bisherigen Engpass gelöst und ist immer ausgereifter geworden, wodurch die kommerzielle Nachfrage vollständig gedeckt werden kann.
In Bezug auf die Industriekette 5GAuch die Millimeterwelle ist viel ausgereifter als Sie denken.
Letzten Monat machte Fuchang Li, Direktor des Forschungszentrums für drahtlose Technologie des China Unicom Research Institute, deutlich, dass „derzeit die Fähigkeit der Millimeterwellen-Industriekette ausgereift ist“.
Auf der Messe MWC Shanghai zu Beginn des Jahres sagten inländische Betreiber außerdem: „Mit der Unterstützung von Spektrum, Standards und Industrie hat die Millimeterwelle positive Fortschritte bei der Kommerzialisierung gemacht. Bis 2022 wird 5G verfügbar sein.“Millimeterwelle wird große kommerzielle Kapazitäten haben.“
Millimeterwellen-Anmeldung eingereicht
Nachdem wir uns mit den technischen Vorteilen der Millimeterwelle befasst haben, werfen wir einen Blick auf die spezifischen Anwendungsszenarien.
Wie wir alle wissen, besteht das Wichtigste beim Einsatz von Technologie darin, „Stärken zu entwickeln und Schwächen zu vermeiden“.Mit anderen Worten: Im Szenario sollte eine Technologie zum Einsatz kommen, die ihre Vorteile voll ausspielen kann.
Die Vorteile von 5G-Millimeterwellen sind Rate, Kapazität und Zeitverzögerung.Daher eignet es sich am besten für Flughäfen, Bahnhöfe, Theater, Turnhallen und andere dicht besiedelte Orte sowie für vertikale Industrieszenen, die sehr empfindlich auf Zeitverzögerungen reagieren, wie z. B. industrielle Fertigung, Fernsteuerung, Internet von Fahrzeugen usw.
In Bezug auf spezifische Anwendungsbereiche sind virtuelle Realität, Hochgeschwindigkeitszugang, industrielle Automatisierung, medizinische Gesundheit, intelligenter Transport usw. alles Orte, an denen 5G-Millimeterwellen eingesetzt werden können.
Für den Konsum des Internets.
Für normale Einzelnutzer kommt der größte Bandbreitenbedarf von Videos und der größte Verzögerungsbedarf von Spielen.VR-/AR-Technologie (Virtual Reality/Augmented Reality) stellt doppelte Anforderungen an Bandbreite und Verzögerung.
Die VR-/AR-Technologie entwickelt sich rasant weiter, auch das zuletzt sehr heiße Metauniversum, das ebenfalls eng damit verbunden ist.
Um ein perfektes immersives Erlebnis zu erzielen und Schwindelgefühle vollständig zu beseitigen, muss die Videoauflösung von VR über 8K (sogar 16K und 32K) liegen und die Verzögerung muss innerhalb von 7 ms liegen.Es besteht kein Zweifel, dass die 5G-Millimeterwelle die am besten geeignete drahtlose Übertragungstechnologie ist.
Qualcomm und Ericsson führten einen XR-Test auf Basis von 5G-Millimeterwellen durch, der jedem Benutzer 90 Bilder pro Sekunde und 2K bietet. × XR-Erlebnis mit 2K-Auflösung, mit einer Verzögerung von weniger als 20 ms und einem durchschnittlichen Downlink-Durchsatz von mehr als 50 Mbit/s.
Die Testergebnisse zeigen, dass nur ein Gnodeb mit einer Systembandbreite von 100 MHz den 5G-Zugriff von sechs XR-Benutzern gleichzeitig unterstützen kann.Mit der zukünftigen Unterstützung von 5G-Funktionen ist es vielversprechender, den gleichzeitigen Zugriff von mehr als 12 Benutzern zu unterstützen.
XR-Test
Ein weiteres wichtiges Anwendungsszenario der 5G-Millimeterwellenoberfläche für C-End-Verbraucher ist die Live-Übertragung großer Sportveranstaltungen.
Im Februar 2021 fand im Raymond James Stadium das Finale der American-Football-Saison „Super Bowl“ statt.
Mithilfe von Qualcomm hat Verizon, ein bekannter US-Betreiber, das Stadion mithilfe der 5G-Millimeterwellentechnologie zum schnellsten Internetstadion der Welt ausgebaut.
Während des Wettbewerbs transportierte das 5G-Millimeterwellennetz mehr als 4,5 TB Gesamtverkehr.In einigen Szenarien lag die Spitzenrate bei bis zu 3 Gbit/s, etwa 20-mal so hoch wie bei 4G LTE.
In Bezug auf die Uplink-Geschwindigkeit ist dieser Super Bowl das weltweit erste wichtige Ereignis, bei dem die 5G-Millimeterwellen-Uplink-Übertragung zum Einsatz kommt.Die Millimeterwellen-Rahmenstruktur ist flexibel und das Uplink- und Downlink-Rahmenverhältnis kann angepasst werden, um eine höhere Uplink-Bandbreite zu erreichen.
Den Felddaten zufolge ist die 5G-Millimeterwelle selbst zu Spitzenzeiten mehr als 50 % schneller als 4G LTE.Mithilfe der starken Uplink-Fähigkeit können Fans Fotos und Videos hochladen, um die wundervollen Momente des Spiels zu teilen.
Verizon hat außerdem eine Anwendung entwickelt, die Fans dabei unterstützt, gleichzeitig 7-Kanal-Streaming-HD-Live-Spiele anzusehen, und 7 Kameras zeigen die Spiele aus verschiedenen Blickwinkeln.
Im Jahr 2022 werden in Peking die 24. Olympischen Winterspiele eröffnet.Zu diesem Zeitpunkt wird es nicht nur einen Zugangs- und Verkehrsbedarf geben, der durch Mobiltelefone der Zuschauer entsteht, sondern auch einen Bedarf an Rückdaten, der durch Medienrundfunk entsteht.Insbesondere das Mehrkanal-4K-HD-Videosignal und das Panoramakamera-Videosignal (für VR-Anzeigen verwendet) stellen eine große Herausforderung für die Uplink-Bandbreite des Mobilkommunikationsnetzwerks dar.
Als Reaktion auf diese Herausforderungen plant China Unicom, aktiv mit der 5G-Millimeterwellentechnologie zu reagieren.
Im Mai dieses Jahres führten ZTE, China Unicom und Qualcomm einen Test durch.Mithilfe der 5G-Millimeterwelle + einer großen Uplink-Rahmenstruktur können in Echtzeit gesammelte 8K-Videoinhalte stabil zurückgesendet und schließlich erfolgreich empfangen und auf der Empfangsseite wiedergegeben werden.
Werfen wir einen Blick auf das Anwendungsszenario der vertikalen Industrie.
5G-Millimeterwellen haben in ToB eine breitere Anwendungsperspektive.
Zunächst einmal kann die oben erwähnte VR/AR auch in der Tourismusbranche eingesetzt werden.
Beispielsweise können Ingenieure über AR eine Ferninspektion von Geräten an verschiedenen Orten durchführen, Ingenieuren an verschiedenen Orten Fernanweisungen geben und die Warenannahme aus der Ferne an verschiedenen Orten durchführen.Während der Epidemie können diese Anwendungen Unternehmen dabei helfen, praktische Probleme zu lösen und die Kosten erheblich zu senken.
Schauen Sie sich den Video-Rückgabeantrag an.Mittlerweile sind in vielen Fabrikproduktionslinien zahlreiche Kameras installiert, darunter auch einige hochauflösende Kameras zur Qualitätsprüfung.Diese Kameras nehmen eine große Anzahl hochauflösender Produktbilder zur Fehleranalyse auf.
COMAC führt auf diese Weise beispielsweise Metallrissanalysen an Produktlötstellen und besprühten Oberflächen durch.Nachdem die Fotos aufgenommen wurden, müssen sie mit einer Uplink-Geschwindigkeit von 700–800 Mbit/s in die Cloud oder die MEC-Edge-Computing-Plattform hochgeladen werden.Es verfügt über eine große 5G-Millimeterwellen-Uplink-Rahmenstruktur, die leicht zu handhaben ist.
Eine weitere Szene, die eng mit der 5G-Millimeterwellentechnologie verbunden ist, ist das unbemannte AGV-Fahrzeug.
5G-Millimeterwelle unterstützt den AGV-Betrieb
AGV ist eigentlich eine miniaturisierte unbemannte Fahrszene.Die Positionierung, Navigation, Planung und Hindernisvermeidung von AGV stellt hohe Anforderungen an die Netzwerkverzögerung und -zuverlässigkeit sowie hohe Anforderungen an die genaue Positionierungsfähigkeit.Eine große Anzahl von Echtzeit-Kartenaktualisierungen von AGV stellt auch Anforderungen an die Netzwerkbandbreite.
5G-Millimeterwellen können die oben genannten Anforderungen von AGV-Anwendungsszenarien vollständig erfüllen.
Im Januar 2020 testeten Ericsson und Audi erfolgreich die 5G-URLC-Funktion und praktische industrielle Automatisierungsanwendungen auf Basis der 5G-Millimeterwelle im Fabriklabor in Kista, Schweden.
Darunter bauten sie gemeinsam eine Robotereinheit, die über 5G-Millimeterwellen verbunden ist.
Wie in der Abbildung oben gezeigt, kann der Laservorhang die Öffnungsseite der Robotereinheit schützen, wenn der Roboterarm das Lenkrad herstellt.Wenn Fabrikarbeiter hineingreifen, stoppt der Roboter aufgrund der hohen Zuverlässigkeit der 5G-URL sofort seine Arbeit, um Verletzungen der Arbeiter zu vermeiden.
Diese sofortige Reaktion zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit ist bei herkömmlichem WLAN oder 4G unmöglich.
Das obige Beispiel ist nur ein Teil des Anwendungsszenarios der 5G-Millimeterwelle.Neben dem industriellen Internet ist die 5G-Millimeterwelle in der Fernchirurgie in der intelligenten Medizin und im autonomen Fahren im Internet der Fahrzeuge stark vertreten.
Als fortschrittliche Technologie mit vielen Vorteilen wie hoher Geschwindigkeit, großer Kapazität, geringer Zeitverzögerung, hoher Zuverlässigkeit und hoher Positionierungsgenauigkeit hat die 5G-Millimeterwelle große Aufmerksamkeit in allen Lebensbereichen auf sich gezogen.
Abschluss
Das 21. Jahrhundert ist ein Jahrhundert der Daten.
Der enorme kommerzielle Wert der Daten wurde weltweit erkannt.Heutzutage suchen fast alle Branchen nach der Beziehung zwischen sich selbst und Daten und beteiligen sich an der Gewinnung von Datenwerten.
Konnektivitätstechnologien repräsentiert durch 5Gund Computertechnologien wie Cloud Computing, Big Data und künstliche Intelligenz sind unverzichtbare Werkzeuge für die Wertschöpfung aus Daten.
Die vollständige Nutzung von 5G, insbesondere im Millimeterwellenband, kommt der Beherrschung eines „goldenen Schlüssels“ der digitalen Transformation gleich, der nicht nur den Innovationssprung der Produktivität realisieren, sondern auch im harten Wettbewerb der Zukunft unbesiegbar sein kann.
Kurz gesagt, die Technologie und Industrie von 5GMillimeterwellen sind vollständig ausgereift.Mit der Anwendung von5GDa die Industrie nach und nach in den Tiefwasserbereich vordringt, sollten wir die inländische kommerzielle Landung verstärken5GMillimeterwelle und realisieren die koordinierte Entwicklung von Sub-6- und Millimeterwelle.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Dezember 2021
