2021年、グローバル5Gネットワークの構築と発展は大きな成果を上げました。GSAが8月に発表したデータによると、70以上の国と地域で175以上の通信事業者が5G商用サービスを開始している。5G に投資している通信事業者は 285 社あります。中国の5G建設ペースは世界の最先端を走っている。中国の5G基地局の数は100万局を超え、なんと115万9000局に達し、世界の7割以上を占めています。言い換えれば、世界中の 5G 基地局 3 つごとに 2 つが中国にあることになります。
5G基地局
5G ネットワーク インフラストラクチャの継続的な改善により、消費者向けインターネットと産業用インターネットへの 5G の導入が加速しました。特に垂直産業では、中国では 10,000 件を超える 5G の適用事例があり、工業製造、エネルギーと電力、港湾、鉱山、物流、輸送などの多くの分野をカバーしています。
5Gが国内企業のデジタルトランスフォーメーションの鋭い武器となり、社会全体のデジタル経済の質の高い発展の原動力となったことは疑いの余地がありません。
ただし、5G アプリケーションが加速する一方で、既存の 5G テクノロジーは、一部の特殊な業界アプリケーション シナリオでは「無能」な状態を示し始めていることがわかります。速度、容量、遅延、信頼性の点で、シナリオの要件を 100% 満たすことはできません。
なぜ？人々の期待が大きい5Gは、やはり大きな責任を負うのは難しいのでしょうか？
もちろん違います。5Gが「不十分」である主な理由は、「半分の5G」しか使っていないことにあります。
5G規格といっても2つの周波数帯があることはご存知の方も多いと思います。1 つはサブ 6 GHz 帯域と呼ばれ、周波数範囲は 6 GHz 以下 (正確には 7.125 Ghz 以下) です。もう1つはミリ波帯と呼ばれるもので、周波数範囲は24GHz以上です。
2つの周波数帯域の範囲比較
現在、中国ではサブ6GHz帯の5Gのみが商用化されており、商用ミリ波帯の5Gは存在しない。したがって、5Gのエネルギーはすべて完全に解放されていません。
ミリ波の技術的利点
サブ6GHz帯の5Gとミリ波帯の5Gは同じ5Gですが、性能特性には大きな違いがあります。
中学校の物理の教科書の知識によれば、無線電磁波は周波数が高くなるほど波長が短くなり、回折能力が悪くなる。また、周波数が高くなるほど透過損失も大きくなります。したがって、5Gのミリ波帯のカバレッジは前者に比べて明らかに弱くなります。これが、中国で初めて商用ミリ波が存在しない主な理由であり、人々がミリ波に疑問を抱く理由でもある。
実際、この問題の根深い論理と真実は、誰もが想像しているものとまったく同じではありません。言い換えれば、私たちはミリ波に対して実は間違った偏見を持っているということです。
まず、テクノロジーの観点から、既存の基本的な通信理論に革命的な変更がないという前提で、ネットワーク速度と帯域幅をさらに大幅に向上させたい場合は、コンセンサスを得る必要があります。スペクトルの問題。
より高い周波数帯域からより豊富なスペクトル リソースを求めることは、移動通信技術の発展にとって避けられない選択です。これは、現在のミリ波や将来6Gで使用される可能性のあるテラヘルツにも当てはまります。
ミリ波スペクトルの模式図
現在、サブ 6 GHz 帯域の最大帯域幅は 100 MHz (海外の一部の地域では 10 MHz または 20 MHz) です。5Gbps、さらには 10Gbps の速度を達成することは非常に困難です。
5Gミリ波帯は200mhz～800mhzに達するため、上記の目標を達成しやすくなります。
つい最近、2021 年 8 月にクアルコムは ZTE と提携し、中国で初めて 5G SA デュアル接続 (nr-dc) を実現しました。26GHz ミリ波帯の 200MHz キャリア チャネルと 3.5GHz 帯の 100MHz 帯域幅に基づいて、クアルコムは協力して、2.43gbps を超えるシングル ユーザー ダウンリンク ピーク レートを達成しました。
両社はまた、キャリア アグリゲーション テクノロジーを使用して、26 GHz ミリ波帯の 4 つの 200 MHz キャリア チャネルに基づいて 5 Gbps を超えるシングル ユーザー ダウンリンク ピーク レートを達成します。
今年6月のMWCバルセロナ展示会で、クアルコムはXiaolong X65、n261ミリ波帯（シングルキャリア帯域幅100MHz）とn77帯の100MHz帯域幅に基づく8チャンネルアグリゲーションを使用することで、最大10.5Gbpsのピークレートを実現した。これは業界最速のセルラー通信速度です。
100MHz および 200MHz のシングルキャリア帯域幅でこの効果を実現できます。将来的にはシングルキャリア400MHz、800MHzをベースにすると10Gbpsをはるかに超える速度を実現することは間違いありません！
速度の大幅な向上に加えて、ミリ波のもう 1 つの利点は遅延が少ないことです。
サブキャリアの間隔により、5G ミリ波の遅延はサブ 6GHz の遅延の 4 分の 1 になる可能性があります。テスト検証によると、
5Gミリ波のエアインターフェース遅延は1ms、往復遅延は4msと優れています。
ミリ波の3つ目の利点はサイズが小さいことです。
ミリ波は波長が非常に短いため、アンテナも非常に短くなります。これにより、ミリ波機器のさらなる小型化と高集積化が可能となります。メーカーの製品設計の難易度が下がり、基地局や端末の小型化が促進されます。
ミリ波アンテナ（黄色の粒子はアンテナ発振器）
より高密度の大規模アンテナ アレイとより多くのアンテナ発振器も、ビームフォーミングのアプリケーションに非常に有益です。ミリ波アンテナのビームはより遠くまで到達でき、より強力な抗干渉能力を備えているため、カバレッジの不利な点を補うことができます。
発振器の数が多いほど、ビームは狭くなり、距離は長くなります
ミリ波のメリットの4つ目は、高精度な測位能力です。
無線システムの測位能力は、その波長と密接に関係しています。波長が短いほど位置精度は高くなります。
ミリ波測位はセンチメートルレベルまたはそれ以下の精度で行うことができます。このため、現在多くの自動車にミリ波レーダーが搭載されています。
ミリ波の利点を述べたところで、ミリ波の欠点について話しましょう。
どのような（通信）テクノロジーにも、それぞれ長所と短所があります。ミリ波の欠点は、浸透力が弱く、カバー範囲が短いことです。
以前、ミリ波はビームフォーミング強化によってカバー距離を拡大できると述べました。言い換えれば、多数のアンテナのエネルギーが特定の方向に集中し、特定の方向の信号が強化されます。
現在、ミリ波では高利得指向性アレイ アンテナが採用されており、マルチビーム技術を通じてモビリティの課題に対応しています。実際の結果によると、ナロービームをサポートするアナログビームフォーミングは、24GHzを超える周波数帯域での重大な経路損失を効果的に克服できます。
高利得指向性アンテナ アレイ
ビームフォーミングに加えて、ミリ波マルチビームはビームスイッチング、ビームガイダンス、ビームトラッキングもより適切に実現できます。
ビーム切り替えとは、端末がより適切な候補ビームを選択し、継続的に変化する環境において合理的な切り替えを行い、より良い信号効果を達成できることを意味します。
ビーム ガイダンスとは、端末が gnodeb からの入射ビーム方向と一致するようにアップリンク ビーム方向を変更できることを意味します。
ビーム追跡とは、端末が gnodeb からのさまざまなビームを区別できることを意味します。ビームは端末の動きに合わせて移動することができるため、強力なアンテナ利得を実現できます。
ミリ波の強化されたビーム管理機能により、信号の信頼性を効果的に向上させ、より強力な信号ゲインを実現できます。
ミリ波では、パス ダイバーシティを採用して、垂直ダイバーシティと水平ダイバーシティを通じてブロッキング問題に対処することもできます。
パスダイバーシティのシミュレーション効果実証
端末側でも、端末アンテナ ダイバーシティにより信号の信頼性が向上し、ハンド ブロッキングの問題が軽減され、ユーザーのランダムな向きによる影響が軽減されます。
端末ダイバーシティのシミュレーション効果実証
要約すると、ミリ波反射技術とパスダイバーシティの徹底的な研究により、ミリ波のカバレージは大幅に改善され、より高度なマルチビーム技術により非見通し線（NLOS）伝送が実現されました。技術の面では、ミリ波は以前のボトルネックを解決し、ますます成熟しており、商業需要を完全に満たすことができます。
産業チェーンの観点から見ると、5Gミリ波もあなたが思っているよりもはるかに成熟しています。
チャイナユニコム研究所無線技術研究センター所長のリー・フーチャン氏は先月、「現在、ミリ波産業チェーンの能力は成熟している」と明らかにした。
今年初めの MWC 上海展示会で、国内通信事業者も「スペクトル、規格、業界の支援により、ミリ波は商用化に前向きな進展を遂げた。2022 年までに 5G が実現する」と述べた。ミリ波は大規模な商業容量を持つでしょう。」
ミリ波出願
ミリ波の技術的利点を説明したところで、その具体的な応用シナリオを見てみましょう。
周知のとおり、テクノロジーを活用する上で最も重要なことは「強みを伸ばし、弱みを回避する」ことです。つまり、テクノロジーはその利点を最大限に発揮できるシナリオで使用される必要があります。
5Gミリ波の利点は速度、容量、時間遅延です。したがって、空港、駅、劇場、体育館などの人口密集場所だけでなく、工業製造、遠隔制御、車両のインターネットなど、時間遅延に非常に敏感な垂直産業シーンにも最適です。
具体的な応用分野としては、仮想現実、高速アクセス、産業オートメーション、医療健康、インテリジェント交通などのあらゆる分野が5Gミリ波を利用できる。
インターネットの消費のため。
一般の個人ユーザーの場合、最大の帯域幅需要はビデオから発生し、最大の遅延需要はゲームから発生します。VR / AR テクノロジー (仮想現実 / 拡張現実) には、帯域幅と遅延に関する 2 つの要件があります。
最近非常に話題になっているメタユニバースをはじめ、VR/AR技術は急速に発展していますが、これもそれらと密接に関係しています。
完璧な没入感を得てめまいを完全に解消するには、VR のビデオ解像度が 8K 以上 (16K や 32K であっても)、遅延が 7ms 以内である必要があります。5Gミリ波が最適な無線伝送技術であることは間違いありません。
クアルコムとエリクソンは、5G ミリ波に基づいた XR テストを実施し、各ユーザーに 90 フレーム/秒および 2K × 2K 解像度の XR 体験を提供し、遅延は 20 ミリ秒未満、平均ダウンリンク スループットは 50 Mbps 以上でした。
テスト結果は、100MHz のシステム帯域幅を持つ 1 つの gnodeb だけが同時に 6 人の XR ユーザーの 5G アクセスをサポートできることを示しています。将来的には 5G 機能のサポートにより、12 ユーザーを超える同時アクセスをサポートすることがより期待されます。
XRテスト
C エンドの消費者ユーザーに対する 5G ミリ波面のもう 1 つの重要なアプリケーション シナリオは、大規模なスポーツ イベントのライブ ブロードキャストです。
2021年2月、アメリカンフットボールのシーズン決勝戦「スーパーボウル」がレイモンド・ジェームス・スタジアムで開催された。
米国の有名通信事業者であるベライゾン社は、クアルコムの協力を得て、5G ミリ波技術を使用してこのスタジアムを世界最速のインターネット スタジアムに構築しました。
競技中、5G ミリ波ネットワークは合計 4.5 テラバイトを超えるトラフィックを伝送しました。一部のシナリオでは、ピーク レートは 3gbps にも達し、4G LTE の約 20 倍でした。
アップリンク速度の観点から見ると、このスーパーボウルは5Gミリ波アップリンク伝送を使用する世界初の重要なイベントです。ミリ波フレーム構造は柔軟であり、アップリンクとダウンリンクのフレーム比を調整して、より高いアップリンク帯域幅を実現できます。
現場データによると、ピーク時であっても、5G ミリ波は 4G LTE より 50% 以上高速です。強力なアップリンク機能を利用して、ファンは写真やビデオをアップロードして、試合の素晴らしい瞬間を共有できます。
Verizon は、ファンが 7 チャンネルのストリーミング HD ライブゲームを同時に視聴できるようにするアプリケーションも作成しており、7 台のカメラがさまざまな角度からゲームを表示します。
2022 年には、第 24 回冬季オリンピックが北京で開幕します。その際、視聴者の携帯電話によるアクセスやトラフィック需要だけでなく、メディア放送によるリターンデータ需要も発生します。特に、マルチチャンネル 4K HD ビデオ信号とパノラマ カメラ ビデオ信号 (VR 視聴に使用) は、モバイル通信ネットワークのアップリンク帯域幅に深刻な課題をもたらします。
これらの課題に対応するため、チャイナユニコムは5Gミリ波技術で積極的に対応する予定だ。
今年5月にはZTE、チャイナユニコム、クアルコムがテストを実施した。5Gミリ波+大容量アップリンクフレーム構造により、リアルタイムに収集した8K映像コンテンツを安定して伝送し、受信側で正常に受信・再生することができます。
垂直産業のアプリケーション シナリオを見てみましょう。
5Gミリ波はtobにおいてより広範な応用の可能性を秘めています。
まず、前述したVR/ARはtob業界でも活用可能です。
例えば、ARを利用して技術者が遠隔地にある設備を点検したり、遠隔地にいる技術者に遠隔指導したり、遠隔地にある物品の受け入れを行ったりすることができる。流行期には、これらのアプリケーションは企業が現実的な問題を解決し、コストを大幅に削減するのに役立ちます。
ビデオ返却申請書を見てください。現在、多くの工場の生産ラインには、品質検査用の高解像度カメラを含む多数のカメラが設置されています。これらのカメラは、欠陥分析のために高解像度の製品写真を大量に撮影します。
たとえば、COMAC はこの方法で製品のはんだ接合部や溶射面の金属亀裂解析を実行します。写真を撮影した後、700 ～ 800mbps のアップリンク速度でクラウドまたは MEC エッジ コンピューティング プラットフォームにアップロードする必要があります。扱いやすい5Gミリ波大型アップリンクフレーム構造を採用しています。
5G ミリ波技術と密接に関係するもう 1 つのシーンは、無人車両 AGV です。
5Gミリ波でAGVの運用をサポート
AGVは実際には無人走行シーンを小型化したものです。AGV の測位、ナビゲーション、スケジューリング、および障害物回避には、ネットワークの遅延と信頼性に対する高い要件に加えて、正確な測位能力に対する高い要件があります。AGV の多数のリアルタイム マップ更新により、ネットワーク帯域幅の要件も高まりました。
5G ミリ波は、AGV アプリケーション シナリオの上記の要件を完全に満たすことができます。
2020年1月、エリクソンとアウディはスウェーデンのキスタにある工場実験室で5Gミリ波に基づく5G URLLC機能と実用的な産業オートメーションアプリケーションのテストに成功した。
その中で、5Gミリ波で接続されるロボットユニットを共同構築した。
上図のようにロボットアームがハンドルを切る際、レーザーカーテンがロボット本体の開口部側を保護することができます。5G URLLC の高い信頼性に基づいて、工場労働者が侵入した場合、ロボットは直ちに動作を停止し、労働者の怪我を防ぎます。
信頼性を確保するためのこの即時応答は、従来の Wi Fi や 4G では不可能です。
上記の例は、5G ミリ波のアプリケーション シナリオの一部にすぎません。5Gミリ波は産業用インターネットに加え、スマート医療における遠隔手術や車両のインターネットにおける無人運転にも強い。
5Gミリ波は、高速、大容量、低遅延、高信頼性、高測位精度などの多くの利点を備えた先進技術として、各界から大きな注目を集めています。
結論
21世紀はデータの世紀です。
データに含まれる莫大な商業的価値は世界的に認められています。現在、ほぼすべての業界がデータとの関係を模索し、データ価値のマイニングに参加しています。
5Gに代表されるコネクティビティ技術クラウド コンピューティング、ビッグ データ、人工知能に代表されるコンピューティング テクノロジーは、データ価値をマイニングするために不可欠なツールです。
5G、特にミリ波帯を使いこなすことは、生産性の革新的飛躍を実現するだけでなく、将来の熾烈な競争においても無敵となるデジタルトランスフォーメーションの「黄金の鍵」を習得することに等しい。
5Gの技術と産業を一言で言うとミリ波は完全に成熟しました。の適用により、5G産業が徐々に深海地域に参入し、国内の商業上陸を強化する必要があります。5Gサブ6とミリ波の連携開発を実現します。
投稿時間: 2021 年 12 月 14 日
