در سال 2021، ساخت و توسعه شبکه جهانی 5G دستاوردهای بزرگی داشته است.بر اساس اطلاعات منتشر شده توسط GSA در ماه آگوست، بیش از 175 اپراتور در بیش از 70 کشور و منطقه خدمات تجاری 5G را راه اندازی کرده اند.285 اپراتور در حال سرمایه گذاری در 5G هستند.سرعت ساخت و ساز 5G چین در خط مقدم جهان است.تعداد ایستگاه های پایه 5G در چین از یک میلیون فراتر رفته و به رقم خیره کننده 1159000 رسیده است که بیش از 70 درصد از کل جهان را تشکیل می دهد.به عبارت دیگر، از هر سه ایستگاه پایه 5G در جهان، دو ایستگاه در چین قرار دارند.
ایستگاه پایه 5G
بهبود مستمر زیرساخت شبکه 5G باعث تسریع فرود 5G در اینترنت مصرف کننده و اینترنت صنعتی شده است.به خصوص در صنعت عمودی، بیش از 10000 مورد کاربرد 5G در چین وجود دارد که زمینه های بسیاری مانند تولید صنعتی، انرژی و نیرو، بنادر، معادن، لجستیک و حمل و نقل را پوشش می دهد.
شکی نیست که 5G به سلاحی تیز برای تحول دیجیتال شرکت های داخلی و موتوری برای توسعه با کیفیت اقتصاد دیجیتال در کل جامعه تبدیل شده است.
با این حال، در حالی که برنامه های 5G شتاب می گیرد، متوجه خواهیم شد که فناوری 5G موجود در برخی از سناریوهای کاربردی صنعتی خاص، وضعیت "ناتوانی" را نشان می دهد.از نظر نرخ، ظرفیت، تاخیر و قابلیت اطمینان نمی تواند 100% الزامات سناریو را برآورده کند.
چرا؟آیا 5G، که بسیار مورد انتظار مردم است، هنوز هم مسئولیت بزرگی است؟
البته که نه.دلیل اصلی "ناکافی" بودن 5G این است که ما فقط از "نیمی از 5G" استفاده می کنیم.
من معتقدم بسیاری از مردم می دانند که اگرچه استاندارد 5G تنها است، اما دو باند فرکانسی وجود دارد.یکی از آنها باند زیر 6 گیگاهرتز نام دارد و محدوده فرکانسی زیر 6 گیگاهرتز (به طور دقیق، زیر 7.125 گیگاهرتز) است.دیگری باند موج میلیمتری نام دارد و محدوده فرکانس آن بالای 24 گیگاهرتز است.
مقایسه برد دو باند فرکانسی
در حال حاضر، تنها 5G باند زیر 6 گیگاهرتز به صورت تجاری در چین موجود است و هیچ باند موج میلی متری تجاری 5G وجود ندارد.بنابراین، تمام انرژی 5G به طور کامل آزاد نشده است.
مزایای فنی موج میلیمتری
اگرچه 5G در باند زیر 6 گیگاهرتز و 5G در باند موج میلی متری 5G هستند، تفاوت های زیادی در ویژگی های عملکرد وجود دارد.
با توجه به دانش کتاب‌های فیزیک دوره راهنمایی، هر چه فرکانس امواج الکترومغناطیسی بی‌سیم بیشتر باشد، طول موج کوتاهتر و توانایی پراش بدتر است.علاوه بر این، هر چه فرکانس بالاتر باشد، افت نفوذ بیشتر است.بنابراین، پوشش 5G باند موج میلی متری به وضوح ضعیف تر از اولی است.این دلیل اصلی عدم وجود موج تجاری میلی متری برای اولین بار در چین است و همچنین دلیلی است که مردم موج میلی متری را زیر سوال می برند.
در واقع، منطق عمیق و حقیقت این مشکل کاملاً با تصور همه یکسان نیست.به عبارت دیگر، ما در واقع برخی پیش داوری های اشتباه در مورد امواج میلی متری داریم.
اول از همه، از منظر فناوری، ما باید یک اجماع داشته باشیم، یعنی با فرض عدم تغییر انقلابی در تئوری ارتباطات پایه موجود، اگر بخواهیم نرخ و پهنای باند شبکه را به میزان قابل توجهی بهبود دهیم، فقط می توانیم یک موضوع در طیف
جستجوی منابع طیف غنی تر از باندهای فرکانس بالاتر یک انتخاب اجتناب ناپذیر برای توسعه فناوری ارتباطات سیار است.این در مورد امواج میلیمتری در حال حاضر و تراهرتزی که ممکن است در آینده برای 6G استفاده شود صادق است.
نمودار شماتیک طیف موج میلیمتری
در حال حاضر، باند زیر 6 گیگاهرتز حداکثر پهنای باند 100 مگاهرتز (حتی 10 مگاهرتز یا 20 مگاهرتز در برخی نقاط خارج از کشور) دارد.دستیابی به نرخ 5 گیگابیت بر ثانیه یا حتی 10 گیگابیت در ثانیه بسیار دشوار است.
باند موج میلی متری 5G به 200 مگاهرتز تا 800 مگاهرتز می رسد که دستیابی به اهداف فوق را بسیار آسان می کند.
چندی پیش، در آگوست 2021، کوالکام با ZTE دست به دست هم داد تا اتصال دوگانه 5G SA (nr-dc) را برای اولین بار در چین محقق کند.بر اساس کانال حامل 200 مگاهرتز در باند موج 26 گیگاهرتز و پهنای باند 100 مگاهرتز در باند 3.5 گیگاهرتز، کوالکام برای دستیابی به حداکثر سرعت پایین لینک کاربر بیش از 2.43 گیگابیت در ثانیه با یکدیگر همکاری کرد.
این دو شرکت همچنین از فناوری تجمیع حامل برای دستیابی به حداکثر نرخ پیک لینک یک کاربر بیش از 5 گیگابیت بر ثانیه بر اساس چهار کانال حامل 200 مگاهرتز در باند موج 26 گیگاهرتز استفاده می کنند.
در ژوئن امسال، در نمایشگاه MWC بارسلون، کوالکام با استفاده از Xiaolong X65، تجمیع 8 کانال بر اساس باند موج n261 میلی متری (پهنای باند تک حامل 100 مگاهرتز) و 100 باند 7 مگاهرتز، به حداکثر سرعت 10.5 گیگابیت بر ثانیه دست یافت.این سریعترین نرخ ارتباط سلولی در صنعت است.
پهنای باند حامل 100 مگاهرتز و 200 مگاهرتز می تواند به این اثر دست یابد.در آینده، بر اساس تک حامل 400 مگاهرتز و 800 مگاهرتز، بدون شک به سرعتی بسیار بیش از 10 گیگابیت در ثانیه دست خواهد یافت!
علاوه بر افزایش قابل توجه سرعت، یکی دیگر از مزایای موج میلی متری تاخیر کمتر است.
به دلیل فاصله بین حامل های فرعی، تاخیر موج 5G میلی متری می تواند یک چهارم تاخیر امواج زیر 6 گیگاهرتز باشد.با توجه به تایید تست،
تاخیر رابط هوایی موج میلی متری 5G می تواند 1 میلی ثانیه باشد و تاخیر رفت و برگشت می تواند 4 میلی ثانیه باشد که بسیار عالی است.
سومین مزیت موج میلیمتری اندازه کوچک آن است.
طول موج موج میلی متری بسیار کوتاه است، بنابراین آنتن آن بسیار کوتاه است.به این ترتیب می توان حجم تجهیزات موج میلی متری را بیشتر کاهش داد و از یکپارچگی بالاتری برخوردار شد.دشواری تولیدکنندگان برای طراحی محصولات کاهش می‌یابد، که منجر به ترویج کوچک‌سازی ایستگاه‌های پایه و پایانه‌ها می‌شود.
آنتن موج میلیمتری (ذرات زرد نوسانگر آنتن هستند)
آرایه های آنتن در مقیاس بزرگ متراکم تر و نوسانگرهای آنتن بیشتر نیز برای استفاده از شکل دهی پرتو بسیار مفید هستند.پرتو آنتن موج میلیمتری می‌تواند دورتر بازی کند و توانایی ضد تداخل قوی‌تری دارد که برای جبران مضرات پوشش مفید است.
هر چه تعداد نوسانگرها بیشتر باشد، پرتو باریکتر و فاصله بیشتر می شود
چهارمین مزیت موج میلی متری قابلیت موقعیت یابی با دقت بالا است.
توانایی موقعیت یابی سیستم بی سیم ارتباط نزدیکی با طول موج آن دارد.هر چه طول موج کوتاهتر باشد، دقت موقعیت یابی بالاتر است.
موقعیت‌یابی موج میلیمتری می‌تواند تا سطح سانتی‌متر یا حتی پایین‌تر دقیق باشد.به همین دلیل است که بسیاری از خودروها در حال حاضر از رادار موج میلی متری استفاده می کنند.
پس از گفتن مزایای موج میلیمتری، اجازه دهید به عقب برگردیم و در مورد معایب موج میلیمتری صحبت کنیم.
هر فناوری (ارتباطاتی) مزایا و معایب خاص خود را دارد.عیب موج میلیمتری این است که دارای نفوذ ضعیف و پوشش کوتاه است.
قبلاً اشاره کردیم که موج میلی متری می تواند فاصله پوشش را با افزایش شکل دهی پرتو افزایش دهد.به عبارت دیگر، انرژی تعداد زیادی آنتن در یک جهت معین متمرکز می شود تا سیگنال را در جهت خاصی تقویت کند.
اکنون موج میلیمتری از آنتن آرایه جهت دار با بهره بالا استفاده می کند تا از طریق فناوری چند پرتوی با چالش تحرک روبرو شود.با توجه به نتایج عملی، پرتو باریک پشتیبانی کننده آنالوگ می تواند به طور موثر بر افت مسیر قابل توجه در باند فرکانس بالای 24 گیگاهرتز غلبه کند.
آرایه آنتن جهت دار با بهره بالا
علاوه بر شکل دهی پرتو، چند پرتوی موج میلی متری نیز می تواند سوئیچینگ پرتو، هدایت پرتو و ردیابی پرتو را بهتر درک کند.
سوئیچینگ پرتو به این معنی است که ترمینال می تواند پرتوهای نامزد مناسب تری را برای سوئیچینگ معقول در یک محیط دائما در حال تغییر برای دستیابی به اثر سیگنال بهتر انتخاب کند.
هدایت پرتو به این معنی است که ترمینال می تواند جهت پرتو uplink را برای مطابقت با جهت پرتو فرودی از gnodeb تغییر دهد.
ردیابی پرتو به این معنی است که ترمینال می تواند پرتوهای مختلف را از gnodeb تشخیص دهد.پرتو می تواند با حرکت ترمینال حرکت کند تا به آنتن قوی برسد.
قابلیت مدیریت پرتو تقویت‌شده با موج میلیمتری می‌تواند به طور موثر قابلیت اطمینان سیگنال را بهبود بخشد و به افزایش سیگنال قوی‌تر دست یابد.
موج میلیمتری همچنین می‌تواند تنوع مسیر را برای مقابله با مشکل مسدود کردن از طریق تنوع عمودی و تنوع افقی اتخاذ کند.
نمایش اثر شبیه سازی تنوع مسیر
در سمت ترمینال، تنوع آنتن ترمینال همچنین می تواند قابلیت اطمینان سیگنال را بهبود بخشد، مشکل مسدود شدن دست را کاهش دهد، و تاثیر ناشی از جهت گیری تصادفی کاربر را کاهش دهد.
نمایش اثر شبیه سازی تنوع پایانی
به طور خلاصه، با مطالعه عمیق فناوری انعکاس امواج میلی متری و تنوع مسیر، پوشش موج میلی متری تا حد زیادی بهبود یافته و انتقال غیر خط دید (NLOS) از طریق فناوری پیشرفته تر چند پرتو محقق شده است.از نظر فناوری، موج میلی متری گلوگاه قبلی را حل کرده و بیش از پیش بالغ شده است که می تواند تقاضای تجاری را به طور کامل برآورده کند.
از نظر زنجیره صنعتی، 5Gموج میلی متری نیز بسیار بالغ تر از آن چیزی است که فکر می کنید.
ماه گذشته، فوچانگ لی، مدیر مرکز تحقیقات فناوری بی سیم موسسه تحقیقاتی Unicom چین، به صراحت اعلام کرد که "در حال حاضر، قابلیت زنجیره صنعت موج میلی متری بالغ شده است."
در نمایشگاه MWC شانگهای در ابتدای سال، اپراتورهای داخلی نیز گفتند: "با حمایت طیف، استانداردها و صنعت، موج میلی متری پیشرفت تجاری مثبتی داشته است. تا سال 2022، 5Gموج میلی متری ظرفیت تجاری در مقیاس بزرگ خواهد داشت."
درخواست موج میلیمتری ثبت شد
پس از پایان دادن به مزایای فنی موج میلی متری، اجازه دهید نگاهی به سناریوهای کاربردی خاص آن بیندازیم.
همانطور که همه ما می دانیم، مهمترین چیز برای استفاده از فناوری، "توسعه نقاط قوت و اجتناب از نقاط ضعف" است.به عبارت دیگر، در سناریویی باید از فناوری استفاده کرد که بتواند مزایای آن را کاملاً به نمایش بگذارد.
از مزایای موج میلی متری 5G می توان به سرعت، ظرفیت و تاخیر زمانی اشاره کرد.بنابراین، برای فرودگاه‌ها، ایستگاه‌ها، تئاترها، سالن‌های ورزشی و سایر مکان‌های پرجمعیت و همچنین صحنه‌های صنعتی عمودی که به تأخیر زمانی بسیار حساس هستند، مانند تولید صنعتی، کنترل از راه دور، اینترنت وسایل نقلیه و غیره بسیار مناسب است.
از نظر زمینه های کاربردی خاص، واقعیت مجازی، دسترسی پرسرعت، اتوماسیون صنعتی، سلامت پزشکی، حمل و نقل هوشمند و ... همگی مکان هایی هستند که می توان از امواج میلی متری 5G استفاده کرد.
برای مصرف اینترنت.
برای کاربران معمولی، بیشترین تقاضای پهنای باند از ویدئو و بیشترین تقاضای تاخیر از بازی ها است.فناوری VR / AR (واقعیت مجازی / واقعیت افزوده) دارای الزامات دوگانه برای پهنای باند و تاخیر است.
فن آوری VR / AR به سرعت در حال توسعه است، از جمله فراجهان بسیار داغ اخیراً که ارتباط نزدیکی با آنها دارد.
برای به دست آوردن یک تجربه غوطه ور عالی و از بین بردن کامل سرگیجه، وضوح ویدیوی VR باید بالاتر از 8K (حتی 16K و 32K) باشد و تاخیر باید در 7 میلی ثانیه باشد.شکی نیست که موج میلی متری 5G مناسب ترین فناوری انتقال بی سیم است.
کوالکام و اریکسون آزمایش XR را بر اساس موج میلی متری 5G انجام دادند و 90 فریم در ثانیه و 2K را برای هر کاربر × تجربه XR با وضوح 2K، با تاخیر کمتر از 20 میلی‌ثانیه، و میانگین توان عملیاتی لینک پایین بیش از 50 مگابیت در ثانیه به ارمغان آوردند.
نتایج آزمایش نشان می دهد که تنها یک gnodeb با پهنای باند سیستم 100 مگاهرتز می تواند از دسترسی 5G شش کاربر XR به طور همزمان پشتیبانی کند.با پشتیبانی از ویژگی های 5G در آینده، پشتیبانی از دسترسی همزمان بیش از 12 کاربر امیدوار کننده تر است.
تست XR
یکی دیگر از سناریوهای کاربردی مهم سطح موج 5G میلی متری برای کاربران مصرف کننده C-end، پخش زنده رویدادهای ورزشی در مقیاس بزرگ است.
در فوریه 2021، "سوپر بول" فینال فصل فوتبال آمریکا در استادیوم ریموند جیمز برگزار شد.
ورایزون، اپراتور معروف آمریکایی، با کمک کوالکام، این ورزشگاه را با استفاده از فناوری امواج میلیمتری 5G به سریعترین استادیوم اینترنتی جهان تبدیل کرده است.
در طول رقابت، شبکه موج 5G میلی متری بیش از 4.5 ترابایت کل ترافیک را حمل می کرد.در برخی از سناریوها، اوج نرخ به 3 گیگابیت در ثانیه، حدود 20 برابر بیشتر از 4G LTE بود.
از نظر سرعت آپلینک، این سوپر کاسه اولین رویداد مهم جهان است که با استفاده از انتقال uplink موج میلی متری 5G است.ساختار قاب موج میلی متری انعطاف پذیر است و نسبت فریم uplink و downlink را می توان برای دستیابی به پهنای باند بالا لینک تنظیم کرد.
طبق داده‌های میدانی، حتی در ساعات اوج مصرف، موج میلیمتری 5G بیش از 50 درصد سریع‌تر از 4G LTE است.با کمک توانایی بالا لینک قوی، طرفداران می توانند عکس ها و فیلم ها را برای اشتراک گذاری لحظات فوق العاده بازی آپلود کنند.
ورایزون همچنین اپلیکیشنی را برای پشتیبانی از طرفداران برای تماشای پخش زنده 7 کاناله بازی های HD به صورت همزمان ایجاد کرده است و 7 دوربین بازی ها را از زوایای مختلف نمایش می دهند.
در سال 2022، بیست و چهارمین دوره بازی های المپیک زمستانی در پکن افتتاح می شود.در آن زمان، نه تنها تقاضای دسترسی و ترافیک که توسط تلفن های همراه مخاطبان ایجاد می شود، بلکه تقاضای بازگشت داده ای که توسط پخش رسانه ای ایجاد می شود نیز وجود خواهد داشت.به طور خاص، سیگنال ویدئویی 4K HD چند کاناله و سیگنال ویدئویی دوربین پانوراما (که برای مشاهده VR استفاده می‌شود) یک چالش جدی برای پهنای باند uplink شبکه ارتباطی تلفن همراه ایجاد می‌کند.
در پاسخ به این چالش ها، چین Unicom قصد دارد به طور فعال با فناوری امواج میلی متری 5G پاسخ دهد.
در ماه می امسال، ZTE، China Unicom و Qualcomm آزمایشی را انجام دادند.با استفاده از موج 5G میلی متری + ساختار فریم بالا لینک بزرگ، محتوای ویدیویی 8K جمع آوری شده در زمان واقعی را می توان به طور پایدار به عقب منتقل کرد و در نهایت با موفقیت دریافت و در انتهای دریافت کننده پخش شد.
بیایید نگاهی به سناریوی کاربردی صنعت عمودی بیندازیم.
موج میلی متری 5G چشم انداز کاربرد گسترده تری در تاب دارد.
اول از همه، VR / AR ذکر شده در بالا نیز می تواند در صنعت تاب استفاده شود.
به عنوان مثال، مهندسان می توانند از طریق AR بازرسی از راه دور تجهیزات را در مکان های مختلف انجام دهند، راهنمایی از راه دور به مهندسان در مکان های مختلف ارائه دهند و پذیرش از راه دور کالا را در مکان های مختلف انجام دهند.در طول دوره اپیدمی، این برنامه ها می توانند به شرکت ها کمک کنند تا مشکلات عملی را حل کنند و هزینه ها را تا حد زیادی کاهش دهند.
به برنامه بازگشت ویدیو نگاه کنید.در حال حاضر بسیاری از خطوط تولید کارخانه تعداد زیادی دوربین از جمله دوربین های با کیفیت بالا برای بازرسی کیفیت نصب کرده اند.این دوربین ها تعداد زیادی عکس از محصول با کیفیت بالا برای تجزیه و تحلیل عیب می گیرند.
به عنوان مثال، COMAC تجزیه و تحلیل ترک های فلزی را روی اتصالات لحیم کاری محصول و سطوح پاشیده شده به این روش انجام می دهد.پس از گرفتن عکس‌ها، باید روی پلتفرم محاسباتی لبه ابری یا MEC با سرعت آپلود ۷۰۰ تا ۸۰۰ مگابیت در ثانیه آپلود شوند.این ساختار فریم بالا لینک بزرگ موج 5G میلی متری را اتخاذ می کند که به راحتی قابل کنترل است.
یکی دیگر از صحنه های مرتبط با فناوری امواج میلی متری 5G، خودروی بدون سرنشین AGV است.
موج میلی متری 5G از عملیات AGV پشتیبانی می کند
AGV در واقع یک صحنه رانندگی بدون سرنشین کوچک شده است.موقعیت یابی، ناوبری، برنامه ریزی و اجتناب از موانع AGV دارای الزامات بالایی برای تاخیر و قابلیت اطمینان شبکه و همچنین الزامات بالایی برای توانایی موقعیت یابی دقیق است.تعداد زیادی از به روز رسانی های بلادرنگ نقشه AGV نیز الزاماتی را برای پهنای باند شبکه مطرح می کند.
موج میلی متری 5G می تواند به طور کامل الزامات فوق را در سناریوهای کاربردی AGV برآورده کند.
در ژانویه 2020، اریکسون و آئودی با موفقیت عملکرد urllc 5G و کاربرد عملی اتوماسیون صنعتی مبتنی بر موج میلی متری 5G را در آزمایشگاه کارخانه در کیستا، سوئد آزمایش کردند.
در میان آنها، آنها به طور مشترک یک واحد ربات ساختند که توسط موج میلی متری 5G به هم متصل می شود.
همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، هنگامی که بازوی ربات فرمان را می سازد، پرده لیزر می تواند از سمت باز شدن واحد ربات محافظت کند.اگر کارگران کارخانه بر اساس قابلیت اطمینان بالای urllc 5G وارد شوند، ربات فوراً کار خود را متوقف می کند تا به کارگران آسیب نرسد.
این پاسخ فوری برای اطمینان از قابلیت اطمینان در وای فای سنتی یا 4G غیرممکن است.
مثال بالا تنها بخشی از سناریوی کاربردی موج میلی متری 5G است.علاوه بر اینترنت صنعتی، موج 5G میلی متری در جراحی از راه دور در پزشکی هوشمند و بدون راننده در اینترنت وسایل نقلیه قوی است.
موج 5G میلی متری به عنوان یک فناوری پیشرفته با مزایای بسیاری مانند سرعت بالا، ظرفیت زیاد، تاخیر زمانی کم، قابلیت اطمینان بالا و دقت موقعیت یابی بالا، توجه گسترده ای را از همه اقشار به خود جلب کرده است.
نتیجه
قرن بیست و یکم قرن داده است.
ارزش تجاری عظیم موجود در داده ها توسط جهان به رسمیت شناخته شده است.امروزه تقریباً تمامی صنایع به دنبال ارتباط بین خود و داده ها و مشارکت در کاوی ارزش داده ها هستند.
فناوری‌های ارتباطی که با 5G نشان داده می‌شوندو فن‌آوری‌های محاسباتی که توسط محاسبات ابری، کلان داده و هوش مصنوعی ارائه می‌شوند، ابزارهای ضروری برای استخراج ارزش داده‌ها هستند.
استفاده کامل از 5G، به ویژه در باند موج میلیمتری، مساوی است با تسلط بر "کلید طلایی" تحول دیجیتال، که نه تنها می تواند جهش نوآوری بهره وری را درک کند، بلکه در رقابت شدید در آینده نیز شکست ناپذیر خواهد بود.
در یک کلام، فناوری و صنعت 5Gموج میلی متری به طور کامل بالغ شده است.با استفاده از5Gصنعت به تدریج وارد منطقه آب عمیق، ما باید گام تا فرود تجاری داخلی از5Gموج میلی متری و تحقق توسعه هماهنگ موج زیر 6 و میلی متری.
زمان ارسال: دسامبر-14-2021
