En 2021, la construction et le développement du réseau mondial 5G ont fait de grandes réalisations.Selon les données publiées par la GSA en août, plus de 175 opérateurs dans plus de 70 pays et régions ont lancé des services commerciaux 5G.Il y a 285 opérateurs qui investissent dans la 5G.Le rythme de construction de la 5G en Chine est à la pointe du monde.Le nombre de stations de base 5G en Chine a dépassé le million, atteignant le chiffre stupéfiant de 1159 000, soit plus de 70 % du monde.En d'autres termes, pour trois stations de base 5G dans le monde, deux sont situées en Chine.
Station de base 5G
L'amélioration continue de l'infrastructure des réseaux 5G a accéléré l'arrivée de la 5G dans l'Internet grand public et l'Internet industriel.En particulier dans l'industrie verticale, il existe plus de 10 000 cas d'application 5G en Chine, couvrant de nombreux domaines tels que la fabrication industrielle, l'énergie et l'électricité, les ports, les mines, la logistique et le transport.
Il ne fait aucun doute que la 5G est devenue une arme tranchante pour la transformation numérique des entreprises nationales et un moteur pour le développement de haute qualité de l'économie numérique dans l'ensemble de la société.
Cependant, alors que les applications 5G sont accélérées, nous constaterons que la technologie 5G existante a commencé à montrer un état "d'incompétence" dans certains scénarios d'application particuliers de l'industrie.En termes de débit, de capacité, de délai et de fiabilité, il ne peut répondre à 100% aux exigences du scénario.
Pourquoi?La 5G, qui est très attendue par les gens, est-elle encore difficile d'être une grande responsabilité ?
Bien sûr que non.La principale raison pour laquelle la 5G est "inadéquate" est que nous n'utilisons que "la moitié de la 5G".
Je crois que beaucoup de gens savent que bien que la norme 5G soit la seule, il existe deux bandes de fréquences.L'une est appelée bande sous-6 GHz, et la gamme de fréquences est inférieure à 6 GHz (précisément, inférieure à 7,125 GHz).L'autre est appelée bande d'ondes millimétriques et la plage de fréquences est supérieure à 24 GHz.
Comparaison de portée de deux bandes de fréquences
À l'heure actuelle, seule la 5G de la bande inférieure à 6 GHz est disponible dans le commerce en Chine, et il n'y a pas de 5G de bande d'ondes millimétriques commerciale.Par conséquent, toute l'énergie de la 5G n'a pas été complètement libérée.
Avantages techniques des ondes millimétriques
Bien que la 5G dans la bande inférieure à 6 GHz et la 5G dans la bande d'ondes millimétriques soient de la 5G, il existe de grandes différences dans les caractéristiques de performance.
Selon les connaissances des manuels de physique du collège, plus la fréquence des ondes électromagnétiques sans fil est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus la capacité de diffraction est mauvaise.De plus, plus la fréquence est élevée, plus la perte de pénétration est importante.Par conséquent, la couverture 5G de la bande d'ondes millimétriques est évidemment plus faible que la première.C'est la principale raison pour laquelle il n'y a pas d'onde millimétrique commerciale pour la première fois en Chine, et c'est aussi la raison pour laquelle les gens remettent en question les ondes millimétriques.
En fait, la logique profonde et la vérité de ce problème ne sont pas tout à fait les mêmes que l'imagination de chacun.En d'autres termes, nous avons en fait des préjugés erronés sur les ondes millimétriques.
Tout d'abord, du point de vue de la technologie, nous devons avoir un consensus, c'est-à-dire qu'en partant du principe qu'il n'y a pas de changement révolutionnaire dans la théorie de base de la communication existante, si nous voulons encore améliorer de manière significative le débit et la bande passante du réseau, nous ne pouvons que faire un problème sur le spectre.
La recherche de ressources spectrales plus riches à partir de bandes de fréquences plus élevées est un choix inévitable pour le développement de la technologie des communications mobiles.Cela est vrai pour les ondes millimétriques maintenant et les térahertz qui pourraient être utilisées pour la 6G à l'avenir.
Schéma de principe du spectre des ondes millimétriques
À l'heure actuelle, la bande inférieure à 6 GHz a une bande passante maximale de 100 MHz (voire 10 MHz ou 20 MHz dans certains endroits à l'étranger).Il est trop difficile d'atteindre un débit de 5Gbps ou même de 10Gbps.
La bande d'ondes millimétriques 5G atteint 200 mhz-800 mhz, ce qui facilite beaucoup la réalisation des objectifs ci-dessus.
Il n'y a pas si longtemps, en août 2021, Qualcomm s'est associé à ZTE pour réaliser la double connexion 5G SA (nr-dc) pour la première fois en Chine.Basé sur un canal porteur de 200 MHz dans la bande d'ondes millimétriques de 26 GHz et une bande passante de 100 MHz dans la bande de 3,5 GHz, Qualcomm a travaillé ensemble pour atteindre un taux de pointe de liaison descendante unique de plus de 2,43 Gbit/s.
Les deux sociétés utilisent également la technologie d'agrégation de porteuses pour atteindre un débit de pointe de liaison descendante unique de plus de 5 Gbit/s basé sur quatre canaux de porteuse de 200 MHz dans la bande d'ondes millimétriques de 26 GHz.
En juin de cette année, lors du salon MWC de Barcelone, Qualcomm a réalisé un taux de pointe allant jusqu'à 10,5 Gbps en utilisant Xiaolong X65, une agrégation à 8 canaux basée sur la bande d'ondes millimétriques n261 (bande passante à porteuse unique de 100 MHz) et la bande passante 100 MHz dans la bande n77.Il s'agit du débit de communication cellulaire le plus rapide de l'industrie.
Une bande passante à porteuse unique de 100 MHz et 200 MHz peut obtenir cet effet.A l'avenir, basé sur une seule porteuse 400MHz et 800MHz, il atteindra sans aucun doute un débit dépassant largement les 10Gbps !
En plus de l'augmentation significative du débit, un autre avantage des ondes millimétriques est un retard plus faible.
En raison de l'espacement des sous-porteuses, le retard des ondes millimétriques 5G peut être le quart de celui des sous-6 GHz.Selon la vérification des tests,
le délai d'interface radio de l'onde millimétrique 5G peut être de 1 ms et le délai aller-retour peut être de 4 ms, ce qui est excellent.
Le troisième avantage de l'onde millimétrique est sa petite taille.
La longueur d'onde de l'onde millimétrique est très courte, donc son antenne est très courte.De cette manière, le volume des équipements à ondes millimétriques peut être encore réduit et a un degré d'intégration plus élevé.La difficulté pour les industriels de concevoir des produits est réduite, ce qui est propice à favoriser la miniaturisation des stations de base et des terminaux.
Antenne à ondes millimétriques (les particules jaunes sont des oscillateurs d'antenne)
Des réseaux d'antennes à grande échelle plus denses et plus d'oscillateurs d'antenne sont également très bénéfiques pour l'application de la formation de faisceaux.Le faisceau de l'antenne à ondes millimétriques peut jouer plus loin et a une capacité anti-interférence plus forte, ce qui est propice à compenser l'inconvénient de la couverture.
Plus il y a d'oscillateurs, plus le faisceau est étroit et plus la distance est longue
Le quatrième avantage de l'onde millimétrique est sa capacité de positionnement de haute précision.
La capacité de positionnement du système sans fil est étroitement liée à sa longueur d'onde.Plus la longueur d'onde est courte, plus la précision de positionnement est élevée.
Le positionnement des ondes millimétriques peut être précis au centimètre près ou même plus bas.C'est pourquoi de nombreuses voitures utilisent maintenant un radar à ondes millimétriques.
Après avoir dit les avantages des ondes millimétriques, revenons en arrière et parlons des inconvénients des ondes millimétriques.
Toute technologie (de communication) a ses propres avantages et inconvénients.L'inconvénient des ondes millimétriques est qu'elles ont une faible pénétration et une courte couverture.
Auparavant, nous avons mentionné que les ondes millimétriques peuvent améliorer la distance de couverture en améliorant la formation de faisceaux.En d'autres termes, l'énergie d'un grand nombre d'antennes est concentrée dans une certaine direction, de manière à améliorer le signal dans une direction spécifique.
Désormais, les ondes millimétriques adoptent une antenne réseau directionnelle à gain élevé pour relever le défi de la mobilité grâce à la technologie multifaisceaux.Selon les résultats pratiques, la formation de faisceau analogique prenant en charge le faisceau étroit peut efficacement surmonter la perte de trajet significative dans la bande de fréquences au-dessus de 24 GHz.
Réseau d'antennes directionnelles à gain élevé
En plus de la formation de faisceaux, les faisceaux multiples à ondes millimétriques peuvent également mieux réaliser la commutation de faisceau, le guidage de faisceau et le suivi de faisceau.
La commutation de faisceau signifie que le terminal peut sélectionner des faisceaux candidats plus appropriés pour une commutation raisonnable dans un environnement en constante évolution afin d'obtenir un meilleur effet de signal.
Le guidage du faisceau signifie que le terminal peut modifier la direction du faisceau de liaison montante pour correspondre à la direction du faisceau incident de gnodeb.
Le suivi des faisceaux signifie que le terminal peut distinguer différents faisceaux de gnodeb.Le faisceau peut se déplacer avec le mouvement du terminal, de manière à obtenir un fort gain d'antenne.
La capacité de gestion de faisceau améliorée par ondes millimétriques peut améliorer efficacement la fiabilité du signal et obtenir un gain de signal plus fort.
Les ondes millimétriques peuvent également adopter la diversité des trajets pour traiter le problème de blocage grâce à la diversité verticale et à la diversité horizontale.
Démonstration de l'effet de simulation de la diversité des trajets
Côté terminal, la diversité des antennes du terminal peut également améliorer la fiabilité du signal, atténuer le problème de blocage de la main et réduire l'impact causé par l'orientation aléatoire de l'utilisateur.
Démonstration de l'effet de simulation de la diversité terminale
En résumé, grâce à l'étude approfondie de la technologie de réflexion des ondes millimétriques et de la diversité des trajets, la couverture des ondes millimétriques a été considérablement améliorée et la transmission sans visibilité directe (NLOS) a été réalisée grâce à une technologie multifaisceaux plus avancée.En termes de technologie, les ondes millimétriques ont résolu le goulot d'étranglement précédent et sont devenues de plus en plus matures, ce qui peut répondre pleinement à la demande commerciale.
En termes de chaîne industrielle, la 5Gl'onde millimétrique est également beaucoup plus mature que vous ne le pensez.
Le mois dernier, Fuchang Li, directeur du centre de recherche sur les technologies sans fil de l'Institut de recherche China Unicom, a clairement indiqué qu'"à l'heure actuelle, la capacité de la chaîne de l'industrie des ondes millimétriques est devenue mature".
Lors de l'exposition MWC Shanghai au début de l'année, les opérateurs nationaux ont également déclaré : « avec le soutien du spectre, des normes et de l'industrie, les ondes millimétriques ont fait des progrès positifs en matière de commercialisation. D'ici 2022, la 5Gl'onde millimétrique aura une capacité commerciale à grande échelle."
Demande d'ondes millimétriques déposée
Après avoir terminé les avantages techniques des ondes millimétriques, examinons ses scénarios d'application spécifiques.
Comme nous le savons tous, la chose la plus importante à utiliser la technologie est de "développer les forces et d'éviter les faiblesses".En d'autres termes, une technologie doit être utilisée dans le scénario qui peut faire jouer pleinement ses avantages.
Les avantages des ondes millimétriques 5G sont le débit, la capacité et le délai.Par conséquent, il convient particulièrement aux aéroports, gares, théâtres, gymnases et autres lieux densément peuplés, ainsi qu'aux scènes industrielles verticales très sensibles aux délais, telles que la fabrication industrielle, la télécommande, l'Internet des véhicules, etc.
En termes de domaines d'application spécifiques, la réalité virtuelle, l'accès haut débit, l'automatisation industrielle, la santé médicale, les transports intelligents, etc. sont autant de domaines où la 5G en ondes millimétriques peut être utilisée.
Pour la consommation d'Internet.
Pour les utilisateurs individuels ordinaires, la plus grande demande de bande passante provient de la vidéo et la plus grande demande de retard provient des jeux.La technologie VR/AR (réalité virtuelle/réalité augmentée) a une double exigence de bande passante et de délai.
La technologie VR / AR se développe rapidement, y compris le métaunivers récemment très chaud, qui leur est également étroitement lié.
Pour obtenir une expérience immersive parfaite et éliminer complètement les vertiges, la résolution vidéo de la réalité virtuelle doit être supérieure à 8K (même 16K et 32K) et le délai doit être inférieur à 7 ms.Il ne fait aucun doute que la 5G à ondes millimétriques est la technologie de transmission sans fil la plus adaptée.
Qualcomm et Ericsson ont effectué un test XR basé sur des ondes millimétriques 5G, apportant 90 images par seconde et 2K à chaque expérience utilisateur × XR avec une résolution 2K, avec un retard de moins de 20 ms et un débit de liaison descendante moyen de plus de 50 Mbps.
Les résultats des tests montrent qu'un seul gnodeb avec une bande passante système de 100 MHz peut prendre en charge l'accès 5G de six utilisateurs XR en même temps.Avec la prise en charge des fonctionnalités 5G à l'avenir, il est plus prometteur de prendre en charge l'accès simultané de plus de 12 utilisateurs.
Test RX
Un autre scénario d'application important de la surface d'ondes millimétriques 5G pour les utilisateurs consommateurs finaux C est la diffusion en direct d'événements sportifs à grande échelle.
En février 2021, la finale de la saison de football américain "super bowl" a eu lieu au Raymond James Stadium.
Avec l'aide de Qualcomm, Verizon, un opérateur américain bien connu, a fait du stade le stade Internet le plus rapide au monde en utilisant la technologie à ondes millimétriques 5G.
Pendant la compétition, le réseau à ondes millimétriques 5G a transporté plus de 4,5 To de trafic total.Dans certains scénarios, le débit de pointe atteignait 3 Gbit/s, soit environ 20 fois celui de la 4G LTE.
En termes de vitesse de liaison montante, ce super bowl est le premier événement important au monde utilisant la transmission de liaison montante à ondes millimétriques 5G.La structure de trame à ondes millimétriques est flexible et le rapport de trame de liaison montante et de liaison descendante peut être ajusté pour obtenir une bande passante de liaison montante plus élevée.
Selon les données de terrain, même aux heures de pointe, l'onde millimétrique 5G est plus de 50 % plus rapide que la 4G LTE.Grâce à une forte capacité de liaison montante, les fans peuvent télécharger des photos et des vidéos pour partager les merveilleux moments du jeu.
Verizon a également créé une application pour aider les fans à regarder des jeux en direct HD en streaming sur 7 canaux en même temps, et 7 caméras présentent les jeux sous différents angles.
En 2022, les 24e Jeux olympiques d'hiver seront inaugurés à Pékin.À ce moment-là, il y aura non seulement la demande d'accès et de trafic apportée par les téléphones mobiles d'audience, mais aussi la demande de données en retour apportée par la diffusion des médias.En particulier, le signal vidéo 4K HD multicanal et le signal vidéo de caméra panoramique (utilisé pour la visualisation VR) posent un sérieux défi à la bande passante de liaison montante du réseau de communication mobile.
En réponse à ces défis, China Unicom prévoit de réagir activement avec la technologie à ondes millimétriques 5G.
En mai de cette année, ZTE, China Unicom et Qualcomm ont effectué un test.En utilisant une onde millimétrique 5G + une grande structure de trame de liaison montante, le contenu vidéo 8K collecté en temps réel peut être retransmis de manière stable, et finalement reçu et lu avec succès à l'extrémité de réception.
Jetons un coup d'œil au scénario d'application de l'industrie verticale.
L'onde millimétrique 5G a une perspective d'application plus large dans tob.
Tout d'abord, VR / AR mentionné ci-dessus peut également être utilisé dans l'industrie tob.
Par exemple, les ingénieurs peuvent effectuer une inspection à distance d'équipements à différents endroits grâce à la RA, fournir des conseils à distance aux ingénieurs à différents endroits et procéder à l'acceptation à distance de marchandises à différents endroits.Pendant la période épidémique, ces applications peuvent aider les entreprises à résoudre des problèmes pratiques et à réduire considérablement les coûts.
Regardez l'application de retour vidéo.Aujourd'hui, de nombreuses lignes de production en usine ont installé un grand nombre de caméras, y compris des caméras haute définition pour l'inspection de la qualité.Ces caméras prennent un grand nombre de photos de produits haute définition pour l'analyse des défauts.
Par exemple, COMAC effectue ainsi des analyses de fissures métalliques sur des joints de soudure de produits et des surfaces projetées.Une fois les photos prises, elles doivent être téléchargées sur le cloud ou la plate-forme informatique de pointe MEC, avec une vitesse de liaison montante de 700 à 800 Mbps.Il adopte une grande structure de trame de liaison montante à ondes millimétriques 5G, qui peut être facilement manipulée.
Une autre scène étroitement liée à la technologie des ondes millimétriques 5G est le véhicule sans pilote AGV.
L'onde millimétrique 5G prend en charge le fonctionnement de l'AGV
L'AGV est en fait une scène de conduite sans pilote miniaturisée.Le positionnement, la navigation, la planification et l'évitement d'obstacles d'AGV ont des exigences élevées en matière de retard et de fiabilité du réseau, ainsi que des exigences élevées en matière de capacité de positionnement précis.Un grand nombre de mises à jour cartographiques en temps réel d'AGV ont également mis en avant des exigences en matière de bande passante réseau.
Les ondes millimétriques 5G peuvent pleinement répondre aux exigences ci-dessus des scénarios d'application AGV.
En janvier 2020, Ericsson et Audi ont testé avec succès la fonction urllc 5G et une application pratique d'automatisation industrielle basée sur les ondes millimétriques 5G dans le laboratoire de l'usine de Kista, en Suède.
Parmi eux, ils ont construit conjointement une unité robotique, qui est connectée par onde millimétrique 5G.
Comme le montre la figure ci-dessus, lorsque le bras du robot fait le volant, le rideau laser peut protéger le côté ouverture de l'unité robot.Si les ouvriers de l'usine arrivent, sur la base de la haute fiabilité de l'urllc 5G, le robot cessera de fonctionner immédiatement pour éviter de blesser les ouvriers.
Cette réponse instantanée pour assurer la fiabilité est impossible dans le Wi-Fi traditionnel ou la 4G.
L'exemple ci-dessus n'est qu'une partie du scénario d'application des ondes millimétriques 5G.En plus de l'Internet industriel, l'onde millimétrique 5G est forte dans la chirurgie à distance dans la médecine intelligente et sans conducteur dans l'Internet des véhicules.
En tant que technologie de pointe présentant de nombreux avantages tels qu'un débit élevé, une grande capacité, un faible délai, une grande fiabilité et une grande précision de positionnement, l'onde millimétrique 5G a attiré l'attention de tous les horizons.
Conclusion
Le 21e siècle est un siècle de données.
L'énorme valeur commerciale contenue dans les données a été reconnue par le monde.De nos jours, presque toutes les industries recherchent la relation entre elles et les données et participent à l'extraction de la valeur des données.
Technologies de connectivité représentées par la 5Get les technologies informatiques représentées par le cloud computing, les mégadonnées et l'intelligence artificielle sont des outils indispensables pour exploiter la valeur des données.
Tirer pleinement parti de la 5G, en particulier dans la bande des ondes millimétriques, revient à maîtriser une "clé en or" de la transformation numérique, qui peut non seulement réaliser le saut d'innovation de la productivité, mais aussi être invincible dans la concurrence féroce à l'avenir.
En un mot, la technologie et l'industrie de la 5Gondes millimétriques ont pleinement mûri.Avec l'application de5Gl'industrie entrant progressivement dans la zone des eaux profondes, nous devrions intensifier le débarquement commercial domestique de5Gondes millimétriques et réaliser le développement coordonné des ondes sous-6 et millimétriques.
Heure de publication : 14 décembre 2021
