מבוא ל- מילימטר-וייב 5G

ההתקדמות מ 4G LTE ל-5G NR מוגדרת על ידי הרחבה משמעותית בשימוש בספקטרום האלקטרומגנטי. בעוד שפריסות 5G מוקדם השתמשו בהצלחה בלהקות תת- 6 GHz (FR1) כדי להקים כיסוי רחב, את המדדים הביצועים המשתנים ביותר - multi-gigabit הנדרש באמצעות לוח, חד-ספרתי של רטיות חד-חמצני וקיבולת מסיבית - מושגת באמצעות שימוש ב-מטר 2, 000 ספקטרום פעולה (מ"מ"מ"מ"מ) כדי לספק את דרישות תפעוליות (R) יעילות הפעלה מלאות, 2.

ספקטרום גלי ממטר מספק את היכולת ואת היכולת הדרוש כדי לפתוח את מלוא הפוטנציאל של 5G NR, המאפשר שימוש במקרים של גישה אלחוטית קבועה מערכות בקרה תעשייתיות קריטיות.

הבנה של מילימטר-וייב Spectrum

Defining the Frequency Range ו- 3GPP

גלי מילימטר מוגדרים על ידי אורכי גל בין 1 ל 10 מ"מ, המקביל לתדרים מ -30 GHz ל-300 GHz.בהקשר של 5GHz, ה- 3GPP סטנדרט מספר להקות הפעלה מפתח בטווח FR2 אשר כיום הם פרוסים ברחבי העולם. אלה כוללים n257 (26.5-29.5 GHz), n258 (24.27.5 GHz), n2 GHz), n2, 0002, 000 GHz), n2, 000 GHz), N2, 000 GHz), n2, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 עד 2, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 עד 276 GHz, 000 עד 276 GHz, 000 עד 276 276 276 276 276 276 276 276 276 2762, 000 עד 276 2762, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz, 000 GHz

בחירתן של להקות ספציפיות אלה היא תוצאה של תיאום בינלאומי באמצעות ועידת התקשורת העולמית ITU (WRC) ומסגרות רגולטוריות אזוריות.ועדת התקשורת הפדרלית של ארצות הברית (FCC) הייתה מובילה בזמינות ספקטרום של מ"מ וייב, ביצוע מכירות פומביות עבור 28 GHz, 39 GHz, ו -47 GHz להקות.זה מאפשר פיתוח של ציוד אקולוגי גלובלי, אשר הוא קריטי עבור עלויות תנועה קריטיות ומהירות כגון מ"מ, כמו גם רכיבים של אנטנות, כמו גם תכונות של אנטנות, ו - 47 גלקסיות.

עריכת פיזיקה ודרכים אובדן אופייסטים

המאפיינים של תדרי מ"מ וייב נשלטים על ידי חוקים פיזיים שונים באופן משמעותי מלהקות נמוכות יותר. משוואות השידור פרייס מתכתיבים כי אובדן נתיב חופשי של חלל גדל עם הכיכר של התדירות. A שכפול מעשי הוא כי אות ב 28 GHz חוויות בערך 20 dB יותר חופשי הפסד נתיב מאשר אות של 700 מ"הרץ על פני אותו המרחק.

בנוסף לאובדן נתיב חופשי, אותות מ"מ ואב כפופים להפחתה אטמוספירית של חמצן ב 60 GHz יוצר שיא משמעותי בהתעצמות, בעוד שחוס מים תורם להפסדים בכל ספקטרום ה- 901Wave.גשם דואט הוא שיקול מבצעי נוסף; משקעים כבדים יכולים להציג 10-20 dB/tenation נוספים ב-28GHz, ושיעורים גבוהים יותר ב- 60 אינץ', כולל קיבולת הפעלה מהירה יותר, כולל גבוהה יותר.

יתרונות טכניים נהיגה מ"מ ו"אימוץ"

Massive Bandwidth ו- Throughput Capabilities

היתרון המיידי והמבצעי ביותר של ספקטרום מ"מ וייב הוא הזמינות של רוחב פס ערוץ מסיבי. 4G LTE רשתות מסתמכות על תוקפנות של 20 ערוצים צרים MHz כדי להשיג מהירויות שיא, לעתים קרובות הדורשות ניהול משאבי רדיו מורכבים. 5G NR ב- mmWave משתמשת ב- GPOS מעל 100 ® עם ספירה קבועה של צריכת נפח (SCS) של 120 k (או 240 עבור אותות CSA), המאפשרים מרובים, 000 עבור נפחים מרובים של 10.

יכולת זו מתייחסת ישירות לצמיחה האקספוננציאלית של תעבורת נתונים ניידים המונעת על ידי הזרמת וידאו גבוהה, משחקי ענן וכלי שיתוף פעולה בזמן אמת.עבור ספקי שירות, העלות ל bit המסופקת על ידי mmWave היא נמוכה משמעותית מזו של ספקטרום נמוך יותר קידוד בשל כמות של רוחב פס זמין.יעילות כלכלית זו היא נהג עיקרי לפרוסת מ"מ"ואב באזורים עירוניים צפופים וגבוהים שבהם הביקוש הוא גבוה ביותר.

Ultra-Low Latency and Time-Sensitive Applications

הפחתה של Latency היא דרישה הליבה של 5G, במיוחד עבור יישומים תעשייתיים ומשימות קריטיים.הסמל משך זמן קצר יותר טממ"ואב מספררולוגיות מאפשר מרווחי זמן שידור מהירים יותר (TTIs) עם 120 kHz SCS, משך ה-S חריץ הוא 125 מיקרו, בהשוואה 1 ms ב LTE המסורתית 4G. בשילוב עם מחשוב רב-גישה (MEC) כדי להפוך נתונים, ל-לקצה אחד של 1 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ למעלה מ"מ 1 מילימטרים יותר מ"מ 1 ® קישורים ל-vT.

זה שקיפות נמוכה ⁇ s שימוש במקרים כגון רשת רגישה בזמן (TSN) עבור אוטומציה במפעל, שליטה בזמן אמת על רובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs), ומערכות משוב מטושטשות לפעולה מרחוק. בהקשר של ארכיטקטורת 3GPP, השילוב של מ"מWave ממשק אוויר עצלות עם מטוס מבוסס קצה פועל סביבה סגורה כי היה אפשרי רק על קשרים חוטיים.

עיבוד ספארי עם Massive MIMO ו- Beamforming

The small physical size of mmWave antennas is a critical enabler for Massive MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) arrays. At 28 GHz, the wavelength is approximately 10.7 mm, allowing integration of 64, 128, 256, or more antenna elements into a compact panel suitable for mounting on street furniture or building facades. These arrays perform hybrid beamforming, combining digital precoding in the baseband with analog phase shifting in the RF domain.

Beamforming מספק שני פונקציות חיוניות. ראשית, הוא יוצר דבורים לכיוון גבוה כי לפצות על אובדן הנתיב הגבוה של תדירות חד פעמי בתדרים של mmWave. זה רווח מ 15 עד 25 dB או יותר, ישירות שיפור האות-to-interference-noise של המשתמש (NR) ב-ספאם השני, חטיבת ספילי (SD) מאפשר את התגובה מרובים כדי להיות פעיל באופן בו-מי על ידי שימושים מרובים של משאבים שונים של המערכת.

אתגרים בולטים

גישה משולבת ו-Backhaul (IAB)

אחת מהעלויות התפעוליות העיקריות בהפצה של רשת מ"מ וייבבים צפופה מספקת קישוריות אחורית לכל צומת. הפעלת סיבים לכל תא קטן היא לעתים קרובות רווחית או לוגיסטית בלתי אפשרית.כדי לענות על זה, 3GPP סטנדרטית Integrated Access ו-Backhaul (IAB) בשחרור 16 ולהגדיל אותו בשחרור 17.

בטופולוגיה של IAB, gNodeB תורם מחובר לרשת התחבורה החוטת.תור זה משרת את הילד IAB nodes אלחוטית באמצעות אותו תדרי mmWave וטכנולוגיית beamforming המשמש עבור נתונים של משתמשים.הילד נודים אז לספק שירותי גישה ציוד משתמש (UE) בתוך אזור הכיסוי שלהם.אדריכלות רב-הופ זו מפחיתה באופן דרסטי את הצורך פריסה, ומאפשרת שיניים יעילות של מ"מ"מ"מ"מ"ם"מ"ל, לא תומך במגוון קישורים אחוריים, לאוכי תיבות של קישורים אחוריים.

Beam Management ו- Robust Mobility

שמירה על קשר אמין בסביבה סלולרית על מ"מWave דורשת נהלי ניהול קרן מתוחכמת. תקן 5G NR מגדיר מסגרת מקיפה לרכישת קרן ראשונית, הזיכוך, מעקב קרן, ושיקום כישלונ דבורים. במהלך גישה ראשונית, gNB משדר בלוקים אותות סינכרון (SSBs) כי הם beam-sept ברחבי אזור הכיסוי.

לאחר מחובר, הרשת מגדירה אותות התייחסות מידע המדינה של ערוץ (CSI-RS) עבור הזיכוך ו המעקב. UE ממנתגות חזרה לגלם, ומאפשרת לרשת להתאים באופן דינמי את הכיוון של beam כמו המשתמש נע או כמו הסביבה משתנה.אם כשל באם נדרש עקב חסימת או תנועה מהירה, התקן מגדיר הליך התאוששות אשר מבסס במהירות זוג חדש של beam או כ"מ זה מבוסס על ידי שימוש מוקדם יותר עם תאים חשמליים.

הכחשת תשתיות וחלוקה קטנה של תאים

דשן רשת היא אסטרטגיה ראשונית עבור ההגבלות טווח של מ"מ וייב.הפצה של צפיפות גבוהה של תאים קטנים מבטיחה כי משתמשים לעתים קרובות בתוך LoS או ליד-LoS של מנוסה. תאים קטנים אלה בדרך כלל רכובים על ריהוט רחוב כגון קטבים קלים, אותות תנועה, חזיתות בנייה, והם מחוברים באמצעות סיבים או IAB לרשת.

אסטרטגיות תשתית כוללות גם את השימוש של חזרות ומערכות אנטנה מבוזרות (DAS) חוזרים חכמים, סטנדרטיים ב 3GPP לשחרר 18, יכול להגביר ולחדש אותות מ"מWave כדי להרחיב את הכיסוי לאזורים מפוסלים כגון בניית פנים או מנהרות הולכי רגל.בתחומים גדולים כמו אצטדיון או מרכזי קונבנציונאל, רשתות DAS להפיץ אותות מ"מ על סיבים אופטיים לאנטנות מרובות, לספק כיסוי אחיד וקיבולת של 1F:

ייצור חומרים ומקרים שימושיים

גישה אלחוטית קבועה (FWA) כמקרה שימוש ראשוני

גישה אלחוטית קבועה (FWA) התפתחה כאפליקציית מ"מ מוצלח ביותר עד כה. FWA מאפשר למפעילים לספק מהירויות פס רחבות סיבים לבתים ועסקים ללא העלות והזמן הנדרש כדי ל- trench סיבים. ציוד הנחות של הלקוחות (CPE) בדרך כלל מותקן על חלון, קיר, או גג וכולל מערך גבוה, אנטנה קבועה.

מפעילי מרכזיים כבר פרסו את mmWave FWA בקנה מידה.שירות הבית של Verizon 5G,מינוף 28 GHz ו 39 GHz ספקטרום מחזיקות, מספק מהירויות הורדה החציוניות מעל 300 Mbps עם מהירויות שיא מעבר 1 Gbps בשווקים רבים.T-Mobile השתמש ב- mmWave לצד הספקטרום האמצעי שלה כדי לשפר את יכולת FWA. ביפן, KDDI ו- SoftI יש מילימטרים כדי לספק תמיכה מהירה כדי לספק את ה-Wa במהירות גבוהה של אזורים תפעוליים אלה.

Mobile Broadband (eMBB) ב Dense Venues

איצטדיון, מקומות קונצרטים, ומרכזי תחבורה מייצרים ביקוש נתונים קיצוני מאלפי משתמשים במקביל.מ.מ.וייב מתאים ייחודי לענות על דרישה זו בשל היכולת שלה לספק יכולת גבוהה למ"ר.הבידוד המרחבי של תאי מ"מ וייב מאפשר שימוש בתדר צפופה מאוד, ומאפשר לכל תא קטן לשרת אזור גיאוגרפי קטן עם משאבים מלאים.

קטעים באולמות הדגל כגון אצטדיון SoFi בלוס אנג'לס ומקומות ספורט מקצועיים שונים הראו את היכולת של מ"מWave 5G לספק קישוריות מהירה עקבית לעשרות אלפי משתמשים בו זמנית.סביבות אלה משמשות גם כ- Testbeds for תכונות מתקדמות כגון Multi-user MI (MU-MO) ו-Computing רשת, אשר מעדכנים את התנועה ליישומים ספציפיים כמו וידאו או שירותים פרימיום.

רשתות אינטרנט תעשייתיות ורשתות פרטיות 5G

ייצור, לוגיסטיקה, ותעשיית האנרגיה דורשים גמישות גבוהה, קישוריות דלת-העוצמה המבודדת מתנועת רשת ציבורית. רשתות 5G פרטיות הפועלות בלהקות מ"מ-ואב מספקות ספקטרום ייעודי, ללא הפרעה ליישומים תעשייתיים.רכבים מודרך אוטומטית (AGVs) במחסנים, רובוטים משותפים על קווי הרכבה, וניתוח וידאו מפצה גבוה לבדיקה איכותית לכל היתרונות של ביצועים ⁇ של 5Gve.

שילוב של מ"מ וייב עם מחשוב קצה מאפשר שליטה בזמן אמת סגורה-loop. לדוגמה, AmmWave- מחוברת AGV במפעל ייצור יכול לקבל פקודות ניווט ולייעל נתונים חיישן עם קיבולת מתחת 1 מ"מ. רמה זו של ביצועים תומכת ביוזמות תעשייתיות 4.0 שבו קשרים מחווטים הם לא מעשיים עקב ניידות או מגבלות תפעוליות.

בדיקת ביצועי רשתות מ"מ וייב בסביבות תובעניות אלה דורשות בדיקות מיוחדות Over-the-Air (טא) שיטות בדיקה מתודולוגיות. כי רדיו מ"מWave הם מודולים משולבים מאוד ללא מחברים RF מסורתיים, בדיקות קורנות בתאי אנכוכי חיוני אימות EIRP, כוח קורנ לחלוטין (TRP), ומדליק דיוק.

תחזית עתיד: 5G- Advanceded and the Path to 6G

5G-מתקדמים (3GPP שחררו 18 ומעבר)

האבולוציה של טכנולוגיית מ"מ וייב ממשיכה במסגרת 3GPP. 5G-מתקדמים (Release 18 ואילך) מציגה שיפורים ממוקדים במיוחד בשיפור הביצועים והכלכלה של פריסות מ"מ ו- mmWave. אלה כוללים ניתוח רב-מרחבי משופר, שבו מכשירים יכולים לשדר או לקבל על לוחות אנטנה מרובים כדי לשפר את הכיסוי והאמינות.

הרחבות לתוך ספקטרום FR2-2 (52.6-71 GHz) יספקו גישה אפילו רוחב פס רחב יותר, המאפשרות עלייה של נתוני שיא של 50 Gbps ומעבר. חזרות חכמות וממסרים מבוקרים ברשת הם סטנדרטיים לספק הרחבה יעילה כיסוי עלות בסביבות מאתגרות של הקידום.טכנולוגיות האלה יפחיתו באופן קולקטיבי את העלות לגיביט ולהרחיב את המקרים הניתנים לטיפול עבור מ"מ ו"מ.

6G ו- Sub-THz

במבט לאחור 6G (המסחרי הצפוי סביב 2030), mmWave ו sub-terahertz (sub-THz) תדרים יהיה יסודי.D-band (110-170 GHz) וטווחים גבוהים מציעים רוחב פס עצום של 10 GHz או יותר, המאפשרים שיעור נתונים של 100 Gbps ל 1bps.

תקשורת משותפת ו Sensing (JCAS) הוא אזור מחקר מפתח עבור 6G, שבו אותות מ"מ ו sub-THz משמשים בו זמנית עבור העברת נתונים במהירות גבוהה ורזולוציה סביבתית חישה.זה יאפשר יישומים כגון אינטגרציה פנימית עם דיוק, זיהוי ומחווה של הלקחים נלמדים מפריסת והפעלה של 5GWave רשתות - כולל מודל, פיתוח Frum: ספקטרום קריטי של ספקטרום של 10.

מסקנה

השילוב של תדרי גלי מילימטר לרשתות 5G מייצג שינוי יסודי בעיצוב רשת סלולרי. בעוד האתגרים ה propagation של אובדן נתיב גבוה, ספיגה אטמוספירית וחסימה הם משמעותיים, השילוב של Massive MIMO beamforming, ניהול קרן מתוחכמת, ומדפי תשתית אסטרטגית הוכיחו כי מ"מ ואב הוא מרכיב בר קיימא חיוני של רשתות ניידות מודרניות.

עבור מפעילי רשת, ספקי ציוד ומשתמשים ארגוניים, הבנת המציאות המבצעית של מ"מ וייב היא קריטית עבור מינוף הפוטנציאל המלא שלה. כמו הטכנולוגיה מתפתחת באמצעות 5G- מתקדם ו- 6G, העקרונות שנקבעו בפריסות מ"מ וייבב של היום ישמשו כבסיס לדור הבא של קישוריות אלחוטית, המניעה חדשנות בתחומים שרק מתחילים לחקור.