¿Es 5G una verdadera red inalámbrica?
En términos como 3G, 4G y 5G, G es la abreviatura de la palabra inglesa "generación" (generación X). Por tanto, 5G es la quinta generación de tecnología de comunicaciones móviles.
1. Puntos clave en el proceso de desarrollo del 5G
En el ámbito de las comunicaciones móviles:
La primera generación imitó las habilidades; la segunda generación completó la voz digital. comunicación La tercera generación es conocida como tecnología 3G y se caracteriza por las comunicaciones multimedia. La cuarta generación es la tecnología 4G que se está volviendo popular. La velocidad de comunicación ha mejorado enormemente, lo que marca la entrada a la era de la banda ancha inalámbrica.
En definitiva, el 5G será más rápido que el 4G y consumirá menos energía, lo que traerá consigo una serie de nuevos productos inalámbricos. Li Zhengmao, vicepresidente de China Mobile, habló una vez y pidió una reducción significativa de los precios de los equipos de telecomunicaciones en la era 5G: "De la era 4G a la era 5G, el coste de transmisión por bit se ha reducido 1.000 veces, por lo que también esperar que el precio de los equipos de telecomunicaciones se reduzca 1.000 veces. El costo es la decisión La clave para la rentabilidad de los operadores en la era de los datos ”
5G no es una tecnología nueva.
Dos conceptos diferentes sobre 5G:
Existe el concepto de que 5G será una tecnología completamente nueva. El representante de este concepto es Yang Chaobin, CMO de la línea de productos de redes inalámbricas de Huawei. En su opinión, no importa cómo evolucione el 4G, no se convertirá en 5G. El 5G será una tecnología completamente nueva.
5G no es solo una actualización de habilidades, sino también un gran avance y una innovación. Esto también significa que la arquitectura de la red debe mejorarse. Aunque los requisitos de red de 5G serán completamente diferentes. Las capacidades 4G LTE que se utilizan hoy seguirán evolucionando, pero no importa cómo evolucione el 4G, no se convertirá en 5G y será una tecnología completamente nueva.
Pero la mayoría de los expertos en tecnología prefieren el siguiente concepto: 5G es una evolución inevitable de la tecnología 4G, a la vez una evolución y una revolución.
Aunque las habilidades de cualquier generación no son necesariamente una repetición de las habilidades de la generación anterior, si las habilidades de la nueva generación son las mismas que las de la generación anterior, no habrá nueva generación, por lo que la Las habilidades de 3G son diferentes de las de 2G, y 4G y 3G son diferentes. Sus principios de habilidades, métodos de resolución de problemas, métodos de organización y talentos de finalización son todos diferentes, pero no tienen la base de habilidades de la generación anterior. Quizás la próxima generación no haya heredado las habilidades de la generación anterior y completar mejoras revolucionarias sea un espejismo.
El 5G no es una nueva tecnología sorprendente. La tecnología 5G es una nueva combinación de tecnologías existentes y una evolución de la tecnología 4G.
¿Por qué centrarse en “una vez más”? Dado que las tres últimas letras de 4G LTE representan una evolución a largo plazo, 5G debería ser una evolución adicional basada en 4G. Con respecto al concepto de evolución de habilidades, Occam's Razor, miembro de la Scientific Squirrel Society, tiene una teoría bimodal simple, que puede explicar claramente que 5G es solo un concepto de evolución de habilidades.
La teoría de los dos picos de la navaja de Occam;
La navaja de Occam cree que después de que se proponga un nuevo concepto de habilidad, habrá un clímax de discusión en la industria. Este es el primer obstáculo.
Los artículos académicos relevantes se convertirán en un tema candente, y montones de doctores y maestros completarán su tesis de graduación basándose en esta nueva habilidad. Aunque es muy entusiasta, solo se limita al nivel de discusión académica. Todavía hay muchas preguntas sobre la finalización de habilidades detalladas y es posible que la producción en masa no sea posible por razones financieras.
El clímax de la discusión se fue enfriando gradualmente. Este fue el período de descenso de la primera joroba, seguido de una investigación de habilidades pragmática y en profundidad. Este período de transición puede ser de unos pocos años, o de diez o veinte años. Cuando se resuelvan los problemas técnicos, habrá un aumento en la producción en masa y la introducción en el mercado. Este es el segundo obstáculo.
Según el plan 2020 de la Unión Mundial de Telecomunicaciones, todas las redes 5G se desplegarán en cinco años. Sin embargo, hasta el momento, el sistema central de habilidades aún no se ha establecido. Mirando hacia atrás en la historia del desarrollo de la tecnología 3G, la Unión Mundial de Telecomunicaciones aceptó la propuesta de la tecnología 3G el 30 de junio de 1998, marcando el comienzo del primer período de joroba. No fue hasta el 7 de junio de 2009 que el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió oficialmente tres licencias 3G y llegó el segundo obstáculo. El período de aprobación es de hasta 11 años, especialmente para tres matrículas.
Según la "regla del doble joroba", la tecnología que se utilizará globalmente en cinco años debería tener el primer joroba alrededor de 2010. No nacerá en los primeros dos o tres años de 2020, y luego será determinada rápidamente por La Unión Mundial de Telecomunicaciones como estándar global 5G es poco probable que se haga realidad.
Sin capacidades 3G y 4G, no habría 5G.
En esencia, lo mismo ocurre con la mayoría de las instituciones de I+D en el debate sobre 5G, que caminan sobre dos piernas.
En cuanto al desarrollo de 5G, se propone caminar sobre dos piernas: por un lado, seguir promoviendo la evolución de las habilidades 4G, por otro lado, desarrollar nuevas habilidades 5G y coordinar los dos.
Ante la exigencia de multiplicar por mil la velocidad en la era 5G, tras la evolución de la tecnología 4G, sólo es posible un aumento significativo del ancho de banda. El aumento del ancho de banda es el punto de partida, seguido de ondas milimétricas, microestaciones base, MIMO de alto orden, formación de haces, etc. Todas son tendencias de habilidades naturales. En la era 5G, los núcleos técnicos clave, como los grandes conjuntos de antenas, la tecnología de ondas milimétricas, la nueva arquitectura de red y el nuevo diseño de interfaz aérea, se basan principalmente en la extensión de la tecnología de red 4G, y la mayoría de ellos pueden mejorar las funciones de manera exponencial. Tomemos como ejemplo la tecnología de interfaz de aire suave. Esta tecnología está conectada con las capacidades de procesamiento de hardware de Pre5G, lo que permite a los operadores actualizar sin problemas de 4G a 5G. Durante el período de 4G a Pre5G, no es necesario reemplazar el terminal, pero de Pre5G a 5G, el equipo de la estación base también puede seguir utilizándose.
Microestaciones base bajo tecnología de ondas milimétricas
Entender que 5G es la definición fundamental de la quinta generación de tecnología de comunicación móvil, lo que significa que se actualiza desde 3G y 4G, y es naturalmente una acumulación y evolución de habilidades. También se puede decir que sin el desarrollo de las capacidades 3G y 4G no existiría el 5G. Por un lado, la evolución de la tecnología 5G es el resultado inevitable de la acumulación de habilidades. Por supuesto, también requiere políticas revolucionarias e innovadoras para completar la evolución. Por otro lado, también es un requisito inevitable para el rápido avance de los seres humanos. necesidades de comunicación.
Por otro lado, antes del retraso del 5G, en primer lugar, las capacidades no estaban alcanzadas y, en segundo lugar, la demanda de uso aún no ha surgido. Ahora bien, si hay demanda, existe 5G. ¿Cuál es la demanda? En el futuro, la red enfrentará: un aumento de 1000 veces en la capacidad de datos, de 10 a 100 veces de conexiones de dispositivos inalámbricos, de 10 a 100 veces de requisitos de velocidad del usuario, de 10 veces de requisitos de duración de la batería, etc. Hablando francamente, quizás en los próximos cinco o seis años las redes 4G no puedan satisfacer estas necesidades, por lo que es necesario que el 5G llegue al poder con antelación.
Basándonos en la evolución de las habilidades y recordando el arduo trabajo de China en las eras 3G y 4G, tenemos razones para creer que el progreso de la industria y las habilidades de China también han sentado una base sólida para la planificación 5G. China ha pasado de estar obligada a adquirir habilidades en el pasado a exportar habilidades. Tendrá la oportunidad de convertirse en uno de los primeros países del mundo en términos de habilidades, especificaciones, industrias y servicios de aplicaciones 5G. De seguir a liderar, la industria de las comunicaciones de China tiene la oportunidad de aprender del tren de alta velocidad de China y completar su avance en la era 5G. Los tres principales operadores, Huawei, Datang, ZTE y otras empresas chinas, llevan mucho tiempo invirtiendo en el desarrollo del 5G y están a la vanguardia mundial.
2. ¿Cuáles son las ventajas del 5G?
Para varios consumidores, el valor del 5G es que tiene velocidades más rápidas que el 4G LTE (las velocidades máximas pueden alcanzar decenas de Gbps). Por ejemplo, una película de alta definición se puede descargar en un segundo, mientras que 4G LTE puede tardar 10 minutos. Precisamente por esta ventaja única, la industria generalmente cree que 5G desempeñará un papel importante en áreas como los automóviles sin conductor, la realidad virtual y el Internet de las cosas.
En comparación con 4G, el progreso de 5G es completo. Según la definición de 3GPP, 5G tiene las características de alta funcionalidad, baja latencia y alta capacidad, y estas ventajas se reflejan principalmente en las cinco habilidades principales: onda milimétrica, estaciones base pequeñas, MIMO masivo, dúplex completo y formación de haces. .
1. Onda milimétrica
Como todos sabemos, a medida que aumenta el número de dispositivos conectados a redes inalámbricas, el problema de la escasez de capital del espectro se vuelve cada vez más prominente. Al menos por ahora, sólo podemos disfrutar de un ancho de banda limitado en un espectro extremadamente estrecho, lo que afecta en gran medida a la experiencia del usuario.
Entonces, ¿cómo alcanzar la velocidad máxima de decenas de Gbps que ofrece 5G?
Como todos sabemos, generalmente hay dos formas de aumentar la velocidad de transmisión en la transmisión inalámbrica. Una es mejorar la utilización del espectro y la otra es aumentar el ancho de banda del espectro. El uso de ondas milimétricas (26,5-300 GHz) en 5G es la segunda forma de aumentar las velocidades. Tomando como ejemplo la banda de frecuencia de 28 GHz, su ancho de banda de espectro disponible alcanza 1 GHz, mientras que el ancho de banda de señal disponible de cada canal en la banda de frecuencia de 60 GHz es de 2 GHz.
En la historia de las comunicaciones móviles, es la primera vez que se abren nuevos recursos de bandas de frecuencia. Anteriormente, las ondas milimétricas sólo se utilizaban en sistemas de satélite y radar, pero ahora los operadores han comenzado a utilizar ondas milimétricas para realizar pruebas entre estaciones base.
Por supuesto, el mayor inconveniente de las ondas milimétricas es su escasa penetración y su gran atenuación, por lo que no es fácil transmitir comunicaciones 5G en la banda de ondas milimétricas en edificios de gran altura. Las estaciones base pequeñas se encargarán de esto. problema.
2. Estación base pequeña
Como se mencionó anteriormente, las ondas milimétricas tienen poca penetración y gran atenuación en el aire, pero debido a su alta frecuencia y longitud de onda corta, esto significa que su antena La escala puede hacerse muy pequeña, lo que constituye la base para disponer pequeñas estaciones base.
Es previsible que en el futuro las comunicaciones móviles 5G ya no dependan de la arquitectura de despliegue de grandes estaciones base. Muchas estaciones base pequeñas se convertirán en una nueva tendencia, que puede cubrir las comunicaciones periféricas de esas grandes bases. las estaciones no pueden llegar.
Debido a la importante reducción de tamaño, podemos instalar una pequeña estación base a unos 250 metros, por lo que los operadores pueden instalar miles de pequeñas estaciones base en cada ciudad para formar una red densa, y cada base La estación puede recibir señales de otras estaciones base y enviar datos a los usuarios en cualquier dirección. Por supuesto, no tienes que preocuparte por el consumo de energía. Las estaciones base pequeñas no sólo son mucho más pequeñas que las estaciones base grandes, sino que su consumo de energía también se reduce considerablemente.
Además de las transmisiones por ondas milimétricas, las estaciones base 5G tendrán muchas más antenas que las estaciones base de redes celulares actuales, es decir, tecnología MIMO masiva.
3. MIMO masivo
Las estaciones base 4G existentes solo requieren una docena de antenas, mientras que las estaciones base 5G pueden admitir cientos de antenas. Estas antenas pueden formar una gran red a través de habilidades MIMO masivas. Los conjuntos de antenas a escala significan que las estaciones base pueden transmitir y recibir señales de más usuarios a la vez, aumentando así la capacidad de las redes móviles decenas de veces o más.
MIMO (Múltiples Entradas, Múltiples Salidas) se refiere a Múltiples Entradas, Múltiples Salidas. De hecho, esta técnica ya se ha utilizado en algunas estaciones base 4G. Pero hasta ahora, Massive MIMO sólo se ha probado en laboratorios y en algunos experimentos de campo.
El profesor Ove Edfordors de la Universidad de Lund señaló una vez: "Massive MIMO abre una nueva dirección para las comunicaciones inalámbricas: cuando los sistemas tradicionales utilizan el dominio del tiempo o el dominio de la frecuencia para disfrutar del capital entre diferentes usuarios, Massive MIMO introduce el dominio aéreo El método consiste en seleccionar muchas antenas en la estación base y sincronizarlas, de modo que juntas podamos obtener decenas de veces de eficiencia espectral y ganancia de potencia."
No hay duda de que Massive MIMO es una Tecnología clave para la comercialización de 5G, pero las antenas múltiples inevitablemente traerán más interferencias, y la formación de haces es la clave para abordar este problema.
4. Formación de haces
El principal desafío de Massive MIMO es reducir la interferencia, pero precisamente debido a las habilidades de Massive MIMO, cada conjunto de antenas integra más antenas. Si estas antenas pudieran manipularse efectivamente para cancelar o mejorar cada onda electromagnética que anuncian en el espacio, se podría formar un haz muy estrecho y, en lugar de transmitir omnidireccionalmente, la energía limitada se concentraría en una dirección específica para la transmisión, no solo causando la Cuanto mayor sea la distancia de transmisión, mejor se podrá prevenir la interferencia de la señal.
Los beneficios de esta habilidad no se limitan a esto. Puede mejorar la utilización del espectro. Podemos usar esta habilidad para enviar más información desde múltiples antenas juntas, incluso podemos pasarla. señales El algoritmo de procesamiento calcula la mejor manera de transmitir la señal y finalmente obtiene la ubicación del terminal móvil. Por lo tanto, la formación de haces puede resolver el problema de que las señales de ondas milimétricas sean bloqueadas por obstáculos y se atenúen en largas distancias.
Además, hablemos finalmente de otra característica importante del 5G: la tecnología full-duplex.
5. Full-duplex
La tecnología full-duplex significa que el transmisor y el receptor del dispositivo trabajan juntos con el mismo recurso de frecuencia, de modo que ambos extremos de la comunicación utilizan el mismo. frecuencia al mismo tiempo, rompiendo las formas existentes de dúplex por división de frecuencia (FDD) y dúplex por división de tiempo (TDD). Esta es una de las claves para que los nodos de comunicación completen la comunicación bidireccional, y también es una habilidad clave para el alto rendimiento y la baja latencia que requiere 5G.
Recibir y transmitir juntos en el mismo canal sin duda mejora mucho la potencia del espectro. Sin embargo, el 5G también enfrenta una serie de desafíos al utilizar esta tecnología disruptiva.
Según materiales publicados anteriormente por Mobile Communications, existen tres desafíos principales:
En la planificación de los componentes de la placa de circuito, el circuito de rechazo automático de interferencias debe cumplir las condiciones de banda ancha (más de 100 MHZ) y multi-MIMO. (Más de 32 antenas). Los requisitos son de pequeña escala, bajo consumo de energía y el costo no puede ser demasiado alto. Planificación optimizada de la capa física y la capa MAC, como codificación, modulación, sincronización, inspección, escucha, anticolisión, ACK, etc. , especialmente para la optimización de la capa física MIMO. Optimización del plano de control para conmutación dinámica entre full-duplex y half-duplex, así como optimización de la estructura de trama existente y señalización de control.
Así pues, aunque el impulso del 5G supera con creces al del anterior 4G, el futuro del 5G sigue lleno de incertidumbre. Ahora debemos esperar a que estas habilidades sean útiles a partir del período de prueba.