Новые технологии часто следуют классическому циклу ажиотажа Gartner: от первоначальных инноваций к чрезмерному энтузиазму и разочарованию к просвещению и конечной производительности. 5G не является исключением. По мере того, как смелые заголовки и шумиха вокруг 5G уступают место практическим реалиям, как сторонники, так и критики сходятся во мнении, что необходимо решить ряд технических проблем, прежде чем 5G достигнет своего полного потенциала. Сети 5G, основанные на частотах миллиметровых волн (миллиметровых волн) в диапазоне от 24 до 40 ГГц, являются наиболее перспективными для обеспечения беспроводной связи с высокой пропускной способностью и малой задержкой. Однако ммВэйв technology также создает серьезные проблемы с распространением радиочастот и препятствия для развертывания сверхбыстрых сетей 5G в больших масштабах, которые проектировщикам необходимо решить, чтобы раскрыть потенциал 5G повсеместно.
Трансформация 5G: беспроводные сети с оптоволоконной скоростью
Эволюция сотовой связи бесконечна: текстовые сообщения с поддержкой 2G, 3G - возможность подключения к мобильному Интернету, а 4G - мобильное потоковое видео. 5G New Radio, пятое поколение сотовой технологии, готово прийти на смену сегодняшнему 4G LTE, обеспечивая максимальную скорость передачи данных в 100 раз быстрее, чем 4G, а также значительно более высокую пропускную способность, меньшую задержку, большую доступность и более стабильное покрытие.
5G станет катализатором инноваций в том, как мы живем, работаем и общаемся, трансформируя отрасли и улучшая нашу жизнь так, как мы еще не могли себе представить. Подобно тому, как распространение высокоскоростной оптоволоконной связи произвело революцию в Интернете, сети 5G повсюду повсеместно повысят мобильность. Оптоволоконные скорости 5G с 10-кратной доступностью спектра стирают границы между проводным и беспроводным доступом в наших домах, офисах, фабриках и городских пейзажах.
Приложения, извлекающие выгоду из непревзойденной производительности 5G, включают полностью автономные транспортные средства, связь между автомобилями, умные здания и умные города, телемедицину, медицинскую робототехнику, виртуальную и дополненную реальность, мобильные облачные сервисы. Экспоненциальный рост количества подключенных устройств для Интернета вещей и промышленных интеллектуальных предприятий IoT, складов и спортивных арен будет одним из первых, кто извлечет выгоду из частных сетей 5G.
mmWave: технология 5G, которую мы все хотим
Так же, как существует множество вкусов Wi-Fi и беспроводных технологий Bluetooth с различными функциями и уровнями производительности, операторы мобильной связи внедряют несколько типов 5G со значительными различиями в скорости и задержке в зависимости от используемого спектра.
Существует два основных типа сетей 5G:
- Сверхбыстрые сети 5G mmWave основаны на сверхвысоких частотах в диапазоне от 24 ГГц до 40 ГГц и даже выше, обеспечивая молниеносную производительность, широкую полосу пропускания и «вау-фактор», которые большинство людей ожидают от 5G. Это частотный диапазон 5G, который позволяет просматривать полнометражные фильмы за секунды, а не за минуты.
- Сети 6G ниже 5 ГГц - то, что большинство людей в настоящее время испытывает в своих услугах 5G - поддерживают средне- и низкочастотные диапазоны ниже 6 ГГц. Полосы низких частот составляют менее 1 ГГц, а диапазоны средних частот - от 3.4 ГГц до 6 ГГц.
Понимание различий между каждым типом технологии 5G имеет решающее значение для решения проблем развертывания и удовлетворения ожиданий конечных пользователей в отношении пропускной способности и задержки. Тип 5G, который большинство пользователей получают сегодня на своих смартфонах, не является сверхбыстрым мультигигабитным 5G, на который они сразу же рассчитывают.
Сети 4G LTE значительно медленнее, чем сети 5G mmWave, со скоростью загрузки 4G от примерно 35 Мбит / с до более 50 Мбит / с. mmWave может обеспечивать скорость до 5 Гбит / с, что значительно выше, чем это возможно с 4G LTE. Скорость сети 6G ниже 5 ГГц находится где-то между скоростями mmWave и LTE. Хотя сети ниже 6 ГГц превосходят 4G LTE с точки зрения пропускной способности, задержки и пропускной способности, им не хватает производительности mmWave.
Большинство потребительских и бизнес-пользователей не будут платить премию за переход с 4G на 5G, если они не увидят значительного улучшения скорости передачи данных, задержки и пропускной способности. mmWave - единственная форма технологии 5G, которая предлагает заметно более удобное взаимодействие с пользователем. Все мы хотим 5G.
Внедрение mmWave 5G: вызовы и возможности
Огромный потенциал технологии mmWave сопряжен с серьезными проблемами. Реальные скорости сети mmWave сильно различаются в зависимости от дальности действия, блокировщиков сигнала и близости к ближайшей вышке 5G или небольшой соте. Хотя сети mmWave 5G сверхбыстрые, они также очень малодействующие. Для приема сигналов mmWave пользователи должны находиться в пределах одного или двух блоков от вышки 5G без препятствий прямой видимости (LOS). Высокочастотные сигналы миллиметрового диапазона легко блокируются зданиями, стенами, окнами и листвой, что еще больше снижает доступный диапазон 5G (Рисунок 1). Чтобы оптимизировать покрытие, операторы связи сталкиваются с необходимостью установки множества малых сот с высокой плотностью, что увеличивает стоимость развертывания сетей миллиметрового диапазона в больших масштабах.
Рис. 1. Проблемы, с которыми поставщик услуг сталкивается при быстром развертывании 5G mmWave, включают ограниченный диапазон сигнала, требования прямой видимости, плохое проникновение в здания, а также покрытие и возможность подключения. (Источник: Movandi) Щелкните, чтобы увеличить изображение.
Из-за своего покрытия и ограничений LOS технология mmWave лучше подходит для плотной городской среды. Из-за своего ограничения диапазона mmWave не является практичным выбором для пригородных и сельских районов, которые лучше всего обслуживаются более простыми в развертывании и более доступными сетями 4G LTE и 6G с частотой менее 5 ГГц. Повсеместное развертывание сетей mmWave 5G потребует обширной подземной прокладки оптоволоконного кабеля. Пока это не произойдет, операторы будут продолжать полагаться на существующую сетевую инфраструктуру, пока рынок не перейдет на 5G. Более того, современные смартфоны не поддерживают все типы 5G. Тем не менее, Apple и Samsung, как ожидается, в ближайшем будущем выпустят новые смартфоны с поддержкой 5G.
Хотя диапазон, распространение сигнала и ограничения LOS являются «ахиллесовой пятой» mmWave, передовые технологии, такие как массивный множественный вход и множественный выход, миниатюрные антенные решетки, адаптируемое формирование луча и интеллектуальные активные повторители могут эффективно решить эти проблемы.
Интеллектуальные активные повторители решают проблемы распространения сигнала 5G за счет усиления сигналов миллиметрового диапазона и расширения диапазона и покрытия сетей на основе миллиметровых волн на открытом воздухе и внутри зданий. Активные ретрансляторы работают за счет усиления сигналов миллиметрового диапазона, позволяя им проникать через стены и другие блокираторы и огибать здания, чтобы преодолеть проблемы LOS без необходимости в громоздких конструкциях антенн или дорогостоящей оптоволоконной магистрали (Рисунок 2).
При развертывании внутри здания интеллектуальный ретранслятор усиливает слабый излучаемый сигнал и может освещать всю комнату, улучшая взаимодействие конечных пользователей и приложений. Широкое использование активных ретрансляторов в сетях 5G позволяет поставщикам услуг запускать улучшенные услуги 5G mmWave внутри, вне помещений и на мобильных устройствах при снижении затрат на 50%.
Рис. 2. Решения, такие как активные повторители Movandi на базе BeamX, могут увеличить покрытие базовых станций миллиметрового диапазона на 90% при менее чем 40% капитальных затрат. (Источник: Movandi) Щелкните, чтобы увеличить изображение.
Все основные операторы связи в США тестируют сети mmWave, обеспечивая их доступность в отдельных крупных городах и районах. В настоящее время 6G ниже 5 ГГц более доступны, чем mmWave, и основные операторы развертывают сети 5G с более низкой частотой для многих клиентов в городских районах.
Операторы уровня 1 переходят на технологию mmWave для удовлетворения требований к пропускной способности сети, поскольку ожидается, что к 6 году спрос клиентов превысит пропускную способность менее 2023 ГГц, при этом несколько операторов уже развертывают сети 5G на основе mmWave. В то время как критики mmWave утверждают, что сети ниже 6 ГГц предлагают лучшее покрытие, чем mmWave, и требуют меньшего количества радиоузлов следующего поколения (gNB), ограниченный спектр ниже 6 ГГц в конечном итоге потребует развертывания большего количества gNB. Кроме того, широкополосная технология mmWave поможет уменьшить растущую перегрузку сети в густонаселенных городских районах, таких как спортивные арены, концертные площадки и аэропорты.
Пока идет переход к сетям 5G, предстоит еще долгий путь до тех пор, пока 5G не заменит 4G LTE, реализуя обещание сверхбыстрой скорости mmWave и низкой задержки. Технология mmWave - ключ к раскрытию потенциала 5G. Для достижения амбициозных целей 5G по низкой задержке, высокой пропускной способности, более высокой скорости и широкому охвату основные операторы связи и поставщики решений mmWave работают вместе, чтобы преодолеть эти фундаментальные проблемы.