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解决像 5G 毫米波 mmWave 这样的问题

5G楷明兄 发布于 08月24日 本文共1840个字,预计阅读时间需要5分钟。

对 5G 连接的需求很大,以至于可用频谱已经供不应求。频谱大致分为三个主要频率范围 – 低频段(1 GHz 及以下)、中频段(1 至 7 GHz)和高频段(24 GHz 及以上)。该高频段也被称为毫米波 ( mmWave ),并且正迅速成为 5G 世界中研究人员和开发人员的主要战场之一。3GPP 第 16 版及更高版本包含各种功能、性能和效率条件,使毫米波变得越来越实用。

什么以及为什么是毫米波?

之所以称为毫米波或 mmWave,是因为这些高频段中的波长以毫米为单位测量峰到峰,波长范围从十到一毫米。对其使用的研究可以追溯到 1894 年,当时印度物理学家 Jagadish Chandra Bose 记录了 60 GHz 波的传输和接收。

“由于能够提供类似于地面光纤的数据速度,高频毫米波引起了越来越多的关注。”

马丁·基南,安富利算盘。

高频毫米波因其提供类似于地面光纤的数据速度的能力而受到越来越多的关注,尤其是在集中环境中。常见的例子可能是固定无线接入 (FWA),通过使用毫米波作为通常昂贵的“最后一英里”连接,为小型社区提供宽带连接,从而降低整个社区的成本。其他关键应用是在特定空间提供大量高速移动连接,例如体育场、音乐厅、机场、场馆、火车站和人口稠密的城市地区。

吸收障碍

虽然毫米波频率中超宽带宽的承诺引起了很多关注,但仍有一系列障碍使实际应用具有挑战性。事实上,多年来,关键研究人员普遍认为动员毫米波是“不可能的”。一个关键的起始挑战是毫米波频率具有很高的大气衰减,它们会被大气湿度吸收,并且雨等条件会对范围产生巨大影响。

更复杂的是,与标准的传统蜂窝系统相比,毫米波设备面临着显着的额外功率和热性能挑战。这是因为它们在更宽的带宽下运行,例如 400/800 MHz。幸运的是,3GPP 第 16 版和第 17 版引入了多种节能功能,例如减少的信令开销和更快的链路反馈,这将有助于缓解这个问题。

以太中的解决方案

将毫米波推向市场的关键是对避免衰减问题的大量研究,其中大部分都在天线方面。使用毫米波的移动 5G 手机理论上会被人手阻挡,因此参考设计在不同侧包含多个天线,假设整个手机表面不会被覆盖。

“在基站端,天线的激增——第 15 版中有 32 根天线,并在以后的版本中不断增加——导致了大规模 MIMO 一词的出现。”

马丁·基南,安富利算盘。

在基站端,天线的激增——第 15 版中有 32 根天线,并在以后的版本中不断增加——导致了大规模 MIMO或 mmIMO这个术语。此外,波束成形(使用多个天线元件使用窄波束将能量集中在一个方向)和扫描技术等技术已经改变了可能的吞吐量和连接密度。这一点尤其重要,因为它可以在没有直接视线的情况下实现可靠的数据连接,利用毫米波信号的反射特性来反射附近的物体,例如购物中心或体育场的内墙。

此类室内部署在未来可能会变得越来越流行——GSMA Intelligence 最近进行的一项经济研究发现,当大量数据流量需要室内支持时,室内办公空间部署可节省 5% 至 20% 的成本。 5G 服务。

 

具有毫米波的全市 C-V2X?

不可避免的是,这些最初的挑战已经得到解决这一事实刺激了更多的创新。最近的一个例子是Movandi 于 2021 年 5 月演示的毫米波中继器,以创建车辆到一切 (C-V2X) 通信网络。据该公司称,在Verizon 5G超宽带网络上,安装在汽车内的毫米波中继器可实现 10 倍以上的性能提升,平均吞吐量为 1.5 吉比特/秒 (Gbps) 。

这一点尤其重要,因为演示克服了由于钢和玻璃的信号阻塞特性,快速移动的汽车不适合毫米波的假设。根据 Gartner 最近的一份报告,嵌入式汽车远程信息处理中 5G 接口的连接率将从 2019 年的接近 0% 增加到 2029 年的 51%,到 2029 年,联网汽车的连接数将接近 1.8 亿。

毫米波的另一个推动力来自高通公司,该公司于 2021 年 4 月宣布成功进行5G 数据呼叫试验,通过利用 5G 独立 (SA) 模式双连接将毫米波与 FDD 或 TDD 6GHz 以下频谱相结合。这种组合应该允许较新的 5G 设备使用当时提供最佳数据速率的任何无线电频率,优化速度并最大限度地减少繁忙地点或覆盖有限区域的争用。

未来潜力无限

很明显,毫米波的未来潜力是巨大的,并且已经是 5G 网络提供的基石。下一个 5G 标准版本 Release 17 将通过 5G NR-Light 将毫米波的覆盖范围扩展到 IIoT 传感器和小型可穿戴设备等低层设备,并专注于毫米波频段的波束管理、多传输- 点操作和更高的机动性。

第 17 版目前计划于 2022 年完成,并于 2022 年 3 月冻结,然后在 2022 年 6 月冻结编码协议。

 

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