Краткий обзор работ в области 5G и значение миллиметрового диапазона

Краткий обзор работ в области 5G и значение миллиметрового диапазона

Выпуск 17(6691) от 29 августа 2019 г.
РУБРИКА: СРЕДСТВА СВЯЗИ

Массовое освоение технологий 5G все ближе. В октябре 2019 г. Ассоциация GSM намерена провести конференцию по распределению частот 5G, а ведущие разработчики и поставщики предлагают все новые решения. Так, CEA-Leti и фирма Radial разрабатывают инновационные РЧ-компоненты для сетей 5G, а корпорация Taoglas продвигает сотовые антенны частотного диапазона 5G в целях их глобального развертывания. В то же время корпорация Skyworks совершенствует решения для настройки антенн 5G, а корпорация Verizon приступила к первоначальному развертыванию сети 5G mmWave в Миннеаполисе. Но есть и ряд игроков, пытающихся ограничить развитие и частотный диапазон технологий 5G (космическая промышленность, НАСА и т. д.).


Распределение частотного диапазона 5G и козни космической промышленности

Ассоциация GSM (GSMA), представляющая отрасль мобильной связи, опубликовала заявление с требованием к космической промышленности не препятствовать доступу услуг 5G к спектру миллиметровых волн (mmWave) на предстоящей Всемирной конференции радиосвязи (World Radio Communications Conference 2019, WRC‑19). Ожидается, что на этой конференции, которая состоится в конце октября 2019 г. в Египте, будет выделен и распределен соответствующий спектр. GSMA обеспокоена тем, что в силу протекционистского влияния космической промышленности распределение 5G-спектра может быть ограничено в диапазонах выше 24 ГГц и до 86 ГГц. При этом полная реализация всех возможностей приложений  5G и их социально-экономического воздействия (высокая емкость, низкое время ожидания и т. д.) требует доступа к достаточному миллиметровому спектру.

GSMA представила большой объем данных, иллюстрирующих социально-экономическое воздействие 5G и то, как блокирование доступа к спектру будет наносить ущерб мировой экономике. В частности, утверждается, что в результате освоения технологиями 5G миллиметрового диапазона экономика мира вырастет примерно на 565 млрд долл. Этот показатель составит 2,9% роста мирового ВВП в 2034 г. В свою очередь это окажет огромное влияние на развивающиеся экономики в странах Африки к югу от Сахары, Юго-Восточной Азии (ЮВА) и Латинской Америки. По данным исследования GSMA по глобальному охвату технологии 5G ВВП в странах Африки к югу от Сахары за данный период увеличится на 5,2 млрд долл. В странах ЮВА рост ВВП, обусловленный освоением и использованием технологий 5G, достигнет 45 млрд долл., а экономический выигрыш Латинской Америки составит 20,8 млрд долл.

Весь этот экономический рост зависит от наличия доступа к определенным частотным диапазонам миллиметровых волн. GSMA заявляет, что этот спектр и услуги 5G, которые он обеспечит, находятся под угрозой из-за претензий космической промышленности. На WRC‑19, которая пройдет с 28 октября по 22 ноября 2019 г., будет присутствовать 3,0 тыс. делегатов из более чем 190 стран, их основная цель – ​договориться о том, как будет использоваться радиоволновой потенциал.

Противодействие космической промышленности обусловлено желанием избежать возникновения дополнительных помех спутниковой связи и управлению космическими объектами. В свою очередь представители GSMA отмечают, что «…не могут позволить дезинформации и чрезмерно протекционистскому подходу космической промышленности сорвать революцию 5G». Если в силу этого подхода необходимый для 5G спектр окажется ограничен, это будет иметь огромные последствия для общества: экономическое и инновационное «золотое дно», сопровождающее развертывание и освоение сверхбыстродействующих сетей, станет недоступным на целое поколение.

GSMA подчеркивает, что миллиарды людей рассчитывают на ускорение инновационного процесса и увеличение инвестиций в будущее экономическое процветание. Преимущества 5G глобальны, и результат борьбы за миллиметровый диапазон имеет большое значение. Поэтому WRC‑19 представляет собой критический момент для регулирующих органов с точки зрения обеспечения будущего использования данного диапазона частот и гарантий предоставления услуг с поддержкой 5G в своих странах. Предполагаемое распределение миллиметрового диапазона частот приведено на рисунке.



Источник: TMG/GSMA

Предполагаемое распределение 5G-частот в мире


Опасения НАСА и других игроков: влияние частотного диапазона 5G на точность прогнозов погоды

Ранее в 2019 г. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) попытались предотвратить аукцион Федеральной комиссии по связи (FCC), на котором продавались полосы частот 24-ГГц диапазона для 5G-применений из-за опасений, что это повлияет на точность прогнозирования погоды. NOAA и НАСА выразили глубокую озабоченность комитету Конгресса США по науке, космосу и технологиям по поводу этого аукциона для операторов 5G-связи. Однако FCC и комитет отметили, что им не было представлено никаких доказательств вредных помех или подтвержденного исследования, предполагающего, что работа сетей 5G негативно повлияет на распределение частотного диапазона 23,6–24 ГГц, в том числе для прогнозирования погоды. Было подчеркнуто, что «решения комиссии в отношении спектра основываются и будут по-прежнему основываться на данных специализированных исследований, а не на преувеличенных и непроверенных утверждениях, сделанных в последнюю минуту».

Аукцион по 24-ГГц диапазону в США был завершен в мае 2019 г. Участники торгов выкупили 2904 лицензии, общая стоимость заявок при этом превысила 2 млрд долл. FCC намерена продолжать освобождение спектра для коммерческого использования. Так, начиная с 10 декабря, FCC проведет аукционы по частотным диапазонам 37, 39 и 47 ГГц. Общая ширина полос, высвобождаемых для гибкого использования на коммерческом рынке, составит более 5 ГГц. Это больше, чем в настоящее время используется для мобильной широкополосной связи всеми поставщиками ее услуг в США [1].

Наряду с решением глобальных вопросов относительно развертывания технологий 5G ведущие разработчики и поставщики предлагают все новые решения в этой области.


Инновационные разработки CEA-Leti

CEA-Leti и фирма Radiall (г. Обервилье, Франция) объявили о начале реализации совместной пятилетней программы НИОКР по разработке инновационных антенн и радиокомпонентов, удовлетворяющих требованиям инфраструктуры сетей 5G, работающих в жестких условиях окружающей среды. В частности, речь идет о низкопрофильных антеннах миллиметрового диапазона для прямой или транзитной передачи данных.

Сети 5G требуют высокой скорости двухточечной связи на частотах миллиметровых волн. Взрывное увеличение числа сверхплотных инфраструктурных систем 5G, необходимых для размещения высокоскоростного мобильного трафика данных и данных Интернета вещей, подпитывает спрос на недорогие и надежные радиочастотные подсистемы. К ним относятся компактные и реконфигурируемые антенны, которые могут быть интегрированы в городские здания и уличную мебель с минимальными затратами на развертывание.

В диапазоне миллиметровых частот от 30 до 300 ГГц потери в тракте передачи должны быть компенсированы высоким коэффициентом усиления антенны, интегрированной в передающий блок. На основе своего опыта в проектировании антенн CEA-Leti и ранее сотрудничала с фирмой Radiall в разработках технологии передающих антенных решеток. Результатом этого сотрудничества стала V-полосная (от 57 до 66 ГГц) антенна с высоким коэффициентом усиления (32 дБи), обеспечивающая скорость передачи до 20 Гбит/с, которую Radiall добавила в свою линейку продуктов.

Архитектура передающей решетки с множественными передающими элементами – ​перспективное решение: она минимизирует толщину антенны, сохраняя при этом стабильность коэффициента усиления антенны по всей полосе пропускания и управляя уровнями боковых лепестков. Помимо этого, парт-неры намерены расширить сферу сотрудничества на другие технологические разработки, такие как радиочастотные фильтры или фотонные компоненты для соединения сетевых систем 5G [2].


Сотовые антенны частотного диапазона 5G от Taoglas

На Международном конгрессе по мобильным технологиям в Шанхае (2019 MWC) международная компания Taoglas представила новое изделие своего семейства Warrior – ​антенну PA740. Антенна обладает расширенной полосой частот LTE и новыми диапазонами, обеспечивающими функциональность 5G, и оптимизирована по эффективности и производительности под приборы Интернета вещей, включая интеллектуальные домашние устройства и мобильные приборы, а также приложения, интегрируемые с транспортными средствами.

Высокая производительность, надежность технологии антенн LTE и 5G имеет решающее значение для будущего Интернета вещей, мобильности и общего опыта работы с клиентами. Возможность точного высокоскоростного подключения, низкого времени ожидания, устойчивой передачи данных и вычислений в режиме реального масштаба времени зависит от надежности антенны. Новая антенна Taoglas обеспечивает точное позиционирование, отслеживание местоположения и управление активами ведущих производителей и поставщиков решений в реальном масштабе времени. Кроме того, фирма Taoglas располагает несколькими центрами тестирования и разработок в разных регионах мира, что облегчает интеграцию ее продукции в конструкцию клиента, сертификацию и подготовку к выпуску на рынок.

Антенна PA740 имеет такие же размеры и расположение устройств ввода–вывода, как и предыдущая модель PA710. Это позволяет клиентам избежать доработки их конструкций платы. Рабочий диапазон антенны охватывает существующие полосы LTE и включает в себя 3,5- и 4,8-ГГц полосы «нового радио» (NR), используемые в КНР. Новый 5G NR C-диапазона (4–8 ГГц) используют такие местные операторы связи, как China Telecom, China Mobile и China Unicom [3].


Решения для настройки антенн 5G от Skyworks

В рамках расширения своего 5G-портфеля корпорация Skyworks (г. Уоберн, шт. Массачусетс, США) представила переключатель настройки апертуры антенны. Прибор SKY5™-9269-702LF представляет собой однополюсный четырехступенчатый переключатель (SP4T), охватывающий диапазон от 600 МГц до 6 ГГц и предназначенный для мобильных платформ LTE Advanced Pro и 5G.

Переключатель может быть использован для последовательной или параллельной настройки приложений. В зависимости от настройки регистра, антенный порт может быть подключен к одному из четырех коммутируемых РЧ-выходов или к нескольким заранее определенным выходам одновременно, в то время как другие РЧ-порты изолируются от антенного порта. Переключение управляется с помощью интегрированного интерфейса MIPI-спецификации, декодера v2.0.

SKY5-9269-702LF имеет очень низкое значение сопротивления во включенном состоянии (1,4 Ом) и способен переносить типичное пиковое напряжение тока в 80 В. Линейность переключателя определяется как +155 dBm IP2 и +90 dBm IP3.

Переключатель SKY5-9269-702LF собран в QFN-корпус для поверхностного монтажа с 12 столбиковыми выводами, его размеры – ​1,6×1,6×0,45 мм [4].


Развертывание сетей 5G корпорацией Verizon

Корпорация EJL Wireless Research опубликовала тематическое исследование по первоначальному развертыванию сети 5G миллиметрового диапазона американской корпорации Verizon в Миннеаполисе (шт. Миннесота, США). Доклад анализирует проблемы развертывания малых ячеек миллиметрового диапазона в городских условиях. Выводы нового исследования коррелируют с предыдущими работами по развертыванию начальных сетей в Сакраменто и Лос-Анджелесе (оба в шт. Калифорния). Компания Verizon Wireless испытывает серьезные трудности в получении доступа к уличным фонарным столбам и коммунальным столбам в этих городах, и это значительно замедляет планы развертывания сетей 5G в других городах, намеченные на 2019 г. [5].

Мобильный сервис 5G Verizon был запущен 3 апреля 2019 г. в Миннеаполисе и Чикаго (шт. Иллинойс). Это первые города продаж мобильных 5G-телефонов Verizon, изготовленных корпорацией Motorola (moto z3). Moto z3 – ​это 4G-телефон, который необходимо сопрягать с режимом 5G Moto mod, обеспечивающим доступ к 5G сети миллиметрового диапазона. В телефоне установлен процессор Snapdragon 855 корпорации Qualcomm, включающий модем X50, модуль антенны миллиметрового диапазона и функцию энергосбережения, а также аккумуляторная батарея на 2000 мАч.

Мобильные услуги 5G Verizon, совместимые с форматом «нового радио» (NR), будут первоначально доступны в отдельных районах Миннеаполиса и Чикаго в центральной части города. При этом потребители с 5G-телефоном Motorola не смогут получить доступ к FWA-сети Verizon, развернутой в октябре 2018 г. в Хьюстоне, Индианаполисе, Лос-Анджелесе и Сакраменто, так как FWA-услуги основаны на стандарте Verizon 5G Technology Forum, который не соответствует 5G NR. Verizon планирует обновить сеть FWA до уровня 5G NR в 2019 г.

При запуске мобильных услуг 5G корпорация Verizon предлагала предзаказы на 5G Moto mod со скидкой 50 долл. от розничной цены (350 долл.), при этом потребители должны были обладать телефонами moto z3. Клиенты с предварительно оплаченными безлимитными тарифными планами получали неограниченный доступ к данным 5G за дополнительные 10 долл. в месяц (первые три месяца – ​бесплатно) [6].

С завершением аукциона FCC по 28-ГГц диапазону 24 января и аукциона по 24-ГГц диапазону 29 мая 2019 г. развертывание сетей 5G как для FWA, так и для мобильных услуг станет ключевым направлением деятельности мобильных операторов США. Правда, правила и законодательные акты о размещении малых ячеек останутся неясными до конца 2019 г., что может ограничить темпы развертывания [5].


Dahad Nitin. Blocking 5G from mmWave Will Limit its Potential, GSMA Warns. EE Times, July 31, 2019: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334981

CEA-Leti, Radiall to Design Innovative RF Components for 5G Networks, Photonics Components. Microwave Journal, July 1, 2019: https://www.microwavejournal.com/articles/32526-cea-leti-radiall-to-design-innovative-rf-components-for

Taoglas Cellular Antennas Include Latest LTE, 5G Bands for Global Deployments. Microwave Journal, July 1, 2019: https://www.microwavejournal.com/articles/32524-taoglas-cellular-antennas-include-latest-lteg

Skyworks’ Latest 5G Antenna Tuning Solution. Microwave Journal, July 8, 2019: https://www.microwavejournal.com/articles/32537-skyworks-latest

Report Analyzes Verizon’s 5G Mobile Network in Minneapolis. Microwave Journal, July 2, 2019: https://www.microwavejournal.com/articles/32527-report-analyzes-verizons

Verizon Announces 5G Mobile Service. Microwave Journal, March 13, 2019: https://www.microwavejournal.com/articles/31930-verizon-announces


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г. г.
Выпуск 20(6744) от 14 октября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.