Почему 5G использует миллиметровые волны?

Согласно соглашению 3GPP 38.101, 5G NR в основном использует два частотных сегмента: диапазон FR1 и диапазон FR2. Частотный диапазон диапазона FR1 составляет 450 МГц - 6 ГГц, также известный как диапазон суб 6 ГГц; частотный диапазон диапазона FR2 составляет 24,25 ГГц - 52,6 ГГц, который обычно называется миллиметровой волной (mm Wave)

На протяжении долгого периода истории миллиметровая полоса считалась дикой землей. Почему? Причина проста, потому что мало электронных компонентов или устройств, способных передавать или принимать миллиметровые волны. Почему нет электронных устройств, которые посылают или принимают миллиметровые волны? На то есть две причины.
Первая причина заключается в том, что, хотя миллиметровые волны могут обеспечить большую полосу пропускания и более высокие скорости передачи данных, предыдущие мобильные приложения не требовали такой большой полосы пропускания и таких высоких скоростей передачи данных, а миллиметровые волны не имеют рыночного спроса. А у миллиметровых волн есть некоторые очевидные ограничения, такие как слишком большие потери при передаче, слишком малое покрытие и так далее.
Вторая причина в том, что миллиметровые волны слишком дороги. Производство компонентов интегральных схем субмикронных размеров, которые могут работать в миллиметровом диапазоне, было сложной задачей. Преодоление потери передачи и увеличение покрытия также означает большие деньги. Однако за последнее десятилетие все изменилось.
С быстрым развитием мобильной связи частотные ресурсы в пределах 30 ГГц практически заняты. Правительства и Международная организация по стандартизации выделили все “ хорошо ” частот, но по-прежнему существует нехватка частот и частотные конфликты. Развитие сотовых систем 4G и предстоящая 5G зависят от правильного распределения частот. Проблема в том, что частоты почти не осталось.
Миллиметровые волны, как и Новый мир Америки, предоставляют пользователям и операторам мобильной связи возможность " бесконечный " частотные ресурсы.
Миллиметровые волны обеспечивают широкую полосу пропускания и высокую скорость. Максимальная полоса пропускания, которую можно использовать в сотовой системе 4G LTE на основе диапазона менее 6 ГГц, составляет 100 МГц, а максимальная скорость передачи данных - 1 Гбит / с. В диапазоне миллиметровых волн максимальная пропускная способность, которую могут использовать мобильные приложения, составляет 400 МГц, а скорость передачи данных - до 10 Гбит / с или более.
Рыночный спрос всегда является главной движущей силой инноваций. Техническая проблема создания экономичного компонента интегральной схемы миллиметрового диапазона быстро решается. Благодаря использованию новых материалов, таких как SiGe, GaAs, InP, GaN, и новых производственных процессов, транзисторы, работающие в миллиметровом диапазоне длин волн, были интегрированы в транзисторы размером всего десятки или даже несколько нанометров, что значительно снижает стоимость.
Можем ли мы теперь использовать любую миллиметровую волну в диапазоне от 20 ГГц до 300 ГГц? Еще нет. Почему? Когда радиоволны распространяются, атмосфера избирательно поглощает электромагнитные волны определенных частот (длин волн), что приводит к особенно серьезным потерям при распространении этих электромагнитных волн. Основными компонентами поглощения электромагнитных волн являются кислород и водяной пар. Резонанс, вызванный водяным паром, поглощает электромагнитные волны на частотах около 22 и 183 ГГц, в то время как резонансное поглощение кислорода влияет на электромагнитные волны на частотах около 60 и 120 ГГц. Таким образом, мы видим, что независимо от того, какая организация выделяет ресурсы миллиметрового диапазона, она избегает полос частот, близких к этим четырем частотам.
Одним из наиболее важных ограничений является расстояние распространения миллиметровых волн. Законы физики говорят нам, что при одинаковой мощности передачи чем короче длина волны, тем короче расстояние распространения. Во многих сценариях это ограничение приводит к тому, что миллиметровая волна распространяется не более чем на 10 метров. У всего есть две стороны. Расстояние распространения слишком мало, и иногда это становится преимуществом системы миллиметровых волн. Например, это может уменьшить помехи между сигналами миллиметрового диапазона. Антенна с высоким коэффициентом усиления, используемая в системе миллиметрового диапазона, также имеет хорошую направленность, что дополнительно устраняет помехи. Такая антенна с узким лучом не только увеличивает мощность, но и увеличивает зону покрытия, одновременно повышая безопасность и снижая вероятность перехвата сигнала.
Кроме того, " высокая частота " Фактор уменьшит размер антенны, что является еще одним неожиданным сюрпризом. Если предположить, что размер антенны, которую мы используем, фиксирован относительно длины волны беспроводной связи, например, 1/2 длины волны или 1/4 длины волны, увеличение несущей частоты означает, что антенна становится все меньше и меньше. Например, антенна GSM 900M имеет длину около нескольких десятков сантиметров, а антенна миллиметрового диапазона может иметь длину всего несколько миллиметров. То есть в одном и том же пространстве мы можем подключать все больше и больше высокочастотных антенн. Исходя из этого факта, мы можем компенсировать потери на высокочастотном тракте за счет увеличения количества антенн без увеличения размера антенной решетки. Это позволяет использовать массивную технологию MIMO в системах миллиметрового диапазона 5G.
После преодоления этих ограничений системы 5G, работающие в миллиметровых волнах, могут предоставлять многие услуги, которые 4G не может предоставить, например HD-видео, виртуальная реальность, дополненная реальность, транзитная связь с беспроводными базовыми станциями, радиолокационное обнаружение ближнего радиуса действия, информационные услуги в плотных городах, стадионы. / Концерт / услуги беспроводной связи в торговых центрах, автоматизация производства, телемедицина, мониторинг безопасности, интеллектуальные транспортные системы, проверки безопасности в аэропортах и ​​т. Д. Развитие и использование миллиметрового диапазона волн открывает широкие возможности и безграничное воображение для приложений 5G.
Поскольку 3GPP решила, что 5G NR продолжит использовать технологию OFDM, 5G не имеет революционных технологических инноваций по сравнению с 4G, а миллиметровые волны являются почти самыми мощными " новая идея " 5G. Внедрение других новых технологий 5G, таких как массивный MIMO, новая нумерология (разнесение поднесущих и т. Д.), LDPC / полярные коды и т. Д., Тесно связаны с миллиметровыми волнами, чтобы лучше распространить технологию OFDM на миллиметровые диапазоны. Чтобы адаптироваться к характеристикам большой полосы пропускания миллиметровых волн, 5G определяет несколько интервалов поднесущих, из которых большее расстояние между поднесущими (60 кГц и 120 кГц) специально предназначено для миллиметровых волн. Вышеупомянутая массивная технология MIMO также предназначена для миллиметровых волн. Поэтому 5G также можно обозначать как " улучшенный 4G расширен до миллиметрового диапазона " или " расширенный LTE до миллиметрового диапазона " .
доля этой должности:

Отправить нам письмо

Рабочее время :
7:00-23:00(по пекинскому времени)
Fax :
+86 755 28346595
телефон :
+86 755 28346595(рабочее время)
адрес электронной почты :
sales@enrichtek.com
Адрес завода :
Этаж 3, Фэй цуй ли, № 17, Западная Цзин Тянь-Роуд, район Цзинцзян, Чэнду, Китай
contact us