Почему стоит выбрать mmWave для 5G?

Согласно соглашению 3GPP 38.101, 5G NR в основном использует две полосы частот: полосу частот FR1 и полосу частот FR2. Диапазон частот полосы частот FR1 составляет 450 МГц-6 ГГц, также известный как полоса частот ниже 6 ГГц; диапазон частот полосы частот FR2 составляет 24,25 ГГц-52,6 ГГц, который обычно называют миллиметровой волной (mmWave).

Долгое время в истории диапазон миллиметровых волн принадлежал дикой природе. Почему? Причина проста, потому что немногие электронные компоненты или устройства могут передавать или принимать миллиметровые волны. Почему нет электронного устройства для отправки или приема mmWave? Есть две причины.

Первая причина заключается в том, что, хотя миллиметровые волны могут обеспечить более широкую полосу пропускания и более высокие скорости передачи данных, предыдущие мобильные приложения не требовали такой широкой полосы пропускания и таких высоких скоростей передачи данных, а рыночный спрос на миллиметровые волны отсутствовал. И миллиметровая волна имеет некоторые очевидные ограничения, такие как слишком большие потери при распространении, слишком маленькое покрытие и так далее.

Вторая причина в том, что mmWave слишком дорог. Производство компонентов интегральных схем субмикронного размера, способных работать в диапазоне частот миллиметровых волн, было сложной задачей. Преодоление потерь при распространении и улучшение покрытия также требуют больших затрат. Однако за последние десять лет все изменилось.

При стремительном развитии мобильной связи частотные ресурсы в пределах 30 ГГц практически исчерпаны. Правительства и Международная организация по стандартизации выделили все «хорошие» частоты, но по-прежнему существует нехватка частот и конфликты частот. Развитие сотовых систем 4G и грядущий 5G зависят от правильного распределения частот. Проблема в том, что частот осталось очень мало.

Миллиметровые волны подобны новому континенту в Северной и Южной Америке, предоставляя мобильным пользователям и мобильным операторам «бесконечные» частотные ресурсы.

Миллиметровые волны обеспе

Можем ли мы теперь свободно использовать любую миллиметровую волну в диапазоне от 20 ГГц до 300 ГГц? Еще нет. Почему частоты миллиметровых волн нельзя использовать произвольно? При распространении радиоволн атмосфера будет избирательно поглощать электромагнитные волны определенных частот (длин волн), что приводит к особенно серьезным потерям при распространении этих электромагнитных волн. Есть в основном два компонента атмосферы, которые поглощают электромагнитные волны: кислород и водяной пар. Резонанс, вызванный водяным паром, поглощает электромагнитные волны на частотах около 22 ГГц и 183 ГГц, а резонансное поглощение кислорода влияет на электромагнитные волны на частотах около 60 ГГц и 120 ГГц. Итак, мы видим, что независимо от того, какая организация выделяет ресурсы миллиметровых волн, она будет избегать диапазонов частот, близких к этим четырем частотам.

Одно из наиболее важных ограничений заключается в том, что перемещения mmWave действительно ограничены. Законы физики говорят нам, что чем короче длина волны, тем короче расстояние распространения при той же мощности передачи. Во многих сценариях это ограничение приведет к тому, что расстояние распространения миллиметровых волн не превысит 10 метров. Все имеет две стороны. Небольшое расстояние распространения иногда является преимуществом системы миллиметрового диапазона. Например, это может уменьшить помехи между сигналами миллиметрового диапазона. Антенны с высоким коэффициентом усиления, используемые в системах миллиметрового диапазона, также обладают хорошей направленностью, что дополнительно устраняет помехи. Такие узконаправленные антенны увеличивают мощность и охват, повышая при этом безопасность и снижая вероятность перехвата сигналов.

Кроме того, «высокочастотный» ограничивающий фактор уменьшает размер антенны, что является еще одним неожиданным сюрпризом. Если предположить, что размер используемой нами антенны фиксирован относительно длины волны беспроводной связи, например, 1/2 длины волны или 1/4 длины волны, то увеличение несущей частоты означает, что антенна становится все меньше и меньше. Например, длина антенны GSM 900M составляет около десятков сантиметров, в то время как длина антенны миллиметрового диапазона может составлять всего несколько миллиметров. Тем не менее, мы можем втиснуть все больше и больше высокочастотных антенн в одно и то же пространство. Основываясь на этом факте, мы можем компенсировать потери в высокочастотном тракте за счет увеличения количества антенн без увеличения размера антенной решетки. Это позволяет использовать массивную технологию MIMO в системах 5G mmWave.

После преодоления этих ограничений системы 5G, работающие на миллиметровых волнах, могут предоставлять многие услуги, которые не может предоставить 4G, такие как видео высокой четкости, виртуальная реальность, дополненная реальность, транспортная сеть беспроводной базовой станции (транспортная сеть), радиолокационное обнаружение ближнего действия, информация о плотной городской застройке. услуги, стадионы /Концерты/Услуги беспроводной связи в торговых центрах, управление автоматизацией производства, телемедицина, мониторинг безопасности, интеллектуальные транспортные системы, проверки безопасности в аэропортах и т. д. Развитие и использование миллиметрового диапазона волн обеспечивает широкое пространство и безграничное воображение для приложений 5G.

Поскольку 3GPP решила, что 5G NR будет продолжать использовать технологию OFDM, по сравнению с 4G, 5G не имеет прорывных технологических инноваций, а миллиметровая волна почти стала самой большой «новой идеей» 5G. Внедрение других новых технологий в 5G, таких как массовый MIMO, новая нумерология (разнос поднесущих и т. д.), коды LDPC/Polar и т. д., тесно связаны с миллиметровыми волнами, и все это позволяет лучше распространить технологию OFDM на диапазон миллиметровых волн. Чтобы адаптироваться к характеристикам широкой полосы пропускания миллиметровых волн, 5G определяет несколько интервалов поднесущих, из которых большие интервалы поднесущих (60 кГц и 120 кГц) специально разработаны для миллиметровых волн. Вышеупомянутая массивная технология MIMO также предназначена для миллиметровых волн. Поэтому 5G также можно назвать «улучшенным 4G, расширенным до mmWave» или «расширенным LTE, расширенным до mmWave».