Qualcomm presentó recientemente los primeros módulos de radiofrecuencia 5G NR (mmWave) y sub-6 GHz totalmente integrados del mundo para dispositivos móviles. Hasta la fecha, las señales mmWave no se han utilizado para comunicaciones móviles debido a numerosas dificultades técnicas. Por lo tanto, muchos en la industria estaban convencidos de que esto simplemente no era posible. Sobre cómo se superaron las dificultades y qué impacto tendrá el rango milimétrico en 5G, en nuestra revisión a continuación.
Para 2020, el tráfico de datos móviles en todo el mundo aumentará 30 veces en comparación con 2014 y alcanzará los
8 mil millones de gigabytes por día . El 75% de este tráfico transmitirá datos multimedia, según el pronóstico de Nokia Bell Labs, publicado en 2016 y hasta ahora hecho realidad. Además, más del 86% de los usuarios de teléfonos inteligentes, según las encuestas, quisieran que Internet funcione más rápido en el próximo teléfono inteligente que compren, y el
50% está listo para comprar un teléfono inteligente con 5G cuando esté disponible.
Las redes de quinta generación están en camino. Proporcionarán tasas de transferencia de datos 10 veces más altas en comparación con LTE y una respuesta 10 veces más rápida (una respuesta más rápida en los informes significa menos pings), pero hasta ahora muchos fabricantes de dispositivos móviles han esperado que se use 5G para Internet cosas, para aplicaciones de control remoto, para realidad virtual, en general, para cualquier cosa, pero no para dispositivos de consumo comunes que llevamos todos los días con nosotros: teléfonos inteligentes y tabletas. Hay dos razones fundamentales para esto.
Cuales son los problemas?
Todas las ventajas de 5G en forma de enormes velocidades de transferencia de datos de usuario y pings bajos y una capacidad de red fundamentalmente mayor, que permite proporcionar ese nivel de servicio a un gran número de suscriptores al mismo tiempo, no se realizan con la ayuda de un poco de magia, sino principalmente debido al uso de órdenes de magnitud de banda más ancha. frecuencias comparadas con el mismo LTE. Dónde obtener estas frecuencias, en general, también está claro: debe usar rangos cada vez más altos. Entonces llegamos a ondas milimétricas (cuanto más alta es la frecuencia, más corta es la longitud de onda, recordamos esto del curso de física de la escuela) o mmWave: este es el nombre dado al rango de aproximadamente 24 a 300 GHz. Para 5G, se utilizará la parte de "baja frecuencia" de este rango, en particular, ya se han asignado bandas de frecuencia específicas, por ejemplo, 26.50–29.50 GHz (n257), 24.25–27.50 GHz (n258). En Rusia, se asignó un intervalo de 25.25 a 29.50 GHz para las pruebas de 5G.
Junto con las frecuencias "altas" mmWave en 5G, también se utilizarán frecuencias inferiores a 6 GHz, son Sub-6 (por ejemplo, en Europa y, con suerte, en Rusia es 3.4-3.8 GHz), están destinadas principalmente para proporcionando una cobertura más amplia que en el caso del rango milimétrico, es decir, para la construcción de macro redes; velocidades de varias decenas de gigabits por segundo, como en mmWave, están fuera de discusión. Ambas bandas se utilizarán para transmitir ondas de radio 5G NR; NR en este caso es New Radio, es decir, un nuevo protocolo de intercambio entre la estación base y el dispositivo final.
Entonces, ¿cuál es la dificultad con el rango milimétrico? MmWave no contradice las leyes de la física, pero fue realmente difícil implementarlo en un dispositivo compacto como un teléfono inteligente. El hecho es que los módems que admiten Sub-6 y mmWave no son un dispositivo terminado, como la persona promedio lo imagina, sino solo un modulador / demodulador en el sentido clásico. Y también hay módulos de radio, es decir, amplificadores, filtros de paso de banda, etc., que simplemente se consideraron imposibles de implementar en el factor de forma del teléfono inteligente debido al tamaño, peso y consumo de energía.
En general, las frecuencias superiores a 24 GHz se han utilizado en comunicaciones de radio durante mucho tiempo, por ejemplo, para líneas de retransmisión de radio que operan en la línea de visión, canales satelitales y soluciones fijas similares. La palabra clave es fija, ya que el equipo estacionario no tiene restricciones de tamaño y peso, así como el consumo de energía y, por supuesto, puede instalarse de tal manera que proporcione esta línea de visión.
Estas frecuencias altas se caracterizan por una atenuación significativa de la señal con el aumento de la distancia, así como una mayor sensibilidad a los obstáculos: el cuerpo humano, la cabeza e incluso la mano pueden convertirse en un obstáculo insalvable para la propagación de las olas, pero no hay nada que decir sobre la capacidad de penetrar en los edificios. Por lo tanto, las ondas milimétricas nunca se han utilizado para comunicaciones móviles. Se creía que en las dimensiones del teléfono, cualquier solución no proporcionaría una comunicación estable o consumiría la batería al instante, y muy probablemente ambas al mismo tiempo.
Investigue el prototipo de módem mmWave (izquierda) 5G y un teléfono inteligente de referencia en el que puede integrar un módem comercial 5G con soporte mmWaveLa segunda barrera para la introducción de mmWave en los teléfonos inteligentes fue que esta tecnología implica una instalación extremadamente densa de estaciones base: muchos creen que casi en cada habitación del edificio y en la ciudad, en cada poste de luz con un intervalo de 150-200 metros cada una. debe haber una estación base entre sí para que usar el rango milimétrico tenga al menos algo de sentido. Y dado que los operadores se están dando cuenta de esto muy pronto, no es necesario integrar el soporte para estos rangos en los teléfonos inteligentes.
Sin embargo, los ingenieros de Qualcomm creen que las estaciones base mmWave son necesarias, en general, solo para proporcionar cobertura interior: no es necesario colgar un BS 5G debajo de cada arbusto, BS LTE y más tarde Sub-6, será suficiente para el piso de alfombra requiere una densidad de instalación mucho más baja (y aquí es un pecado no recordar las estadísticas de los operadores móviles, que establece que hasta el 80% del tráfico de datos se genera desde las instalaciones).
Para quién es el problema y para quién es la tarea
En 2017, Qualcomm mostró un prototipo funcional de un sistema de transmisión de datos que funciona en mmWave a frecuencias de 28 GHz en las dimensiones de un dispositivo móvil en el MWC de Barcelona.
Gracias al uso de bimforming y bimtracking adaptativos (formando un "haz" direccional de la señal entre el dispositivo cliente y la estación base y rastreando su movimiento relativo a la BS), fue posible lograr una conexión estable dentro de un automóvil en movimiento en un edificio de oficinas (con la señal pasando a través de paredes no capitales) con un cambio instantáneo del "haz" »A otra estación base y protección contra el bloqueo del" haz "por el cuerpo o la mano con la que el suscriptor sostiene el teléfono inteligente. Las matrices de antenas con altos factores de amplificación se utilizan para formar un haz en un espacio tridimensional tanto en la estación base como en el dispositivo móvil: de 128 a 256 o más elementos en la BS y de 4 a 32 en el terminal del suscriptor. En este caso, el haz puede ser indirecto: los conjuntos de antenas lo controlan teniendo en cuenta la reflexión de las ondas de los objetos circundantes. En términos generales, apareció un obstáculo (o incluso el usuario interceptó su teléfono inteligente de manera diferente), y el rayo hacia el BS no fue directamente, sino con un reflejo de la pared más cercana.
La solución para el rango milimétrico se basa en el módem Snapdragon X50 5G, que admite la instalación de varios conjuntos de antenas debajo de los paneles frontal y posterior del teléfono inteligente, que crean un recubrimiento casi esférico y, por lo tanto, eliminan el problema del sombreado con la mano que sostiene el teléfono inteligenteLos módulos están equipados con un transceptor integrado, un circuito integrado de administración de energía, componentes de radio de las etapas de entrada y soporte para antenas de matriz en fase. El módulo QTM052 admite agregación de hasta 800 MHz (8x100) en los rangos de frecuencia 26.5–29.5 GHz (n257), 27.5–28.35 GHz (n261) y 37–40 GHz (n260). Los módulos QPM5650, QPM5651, QDM5650 y QDM5652 admiten la conmutación SRS integrada necesaria para optimizar las aplicaciones Massive MIMO. Operan en los rangos de frecuencia 3.4–4.2 GHz (n77), 3.3–3.8 GHz (n78) y 4.4–5.0 GHz (n79) y pueden usar el espectro de 100 MHz. La serie QPM difiere de la serie QDM en presencia de un amplificador de potencia (PA) integrado. Actualmente se están enviando a los clientes muestras de los módulos de antena QTM052 mmWave y los módulos de radio QPM56xx.
Solución comercializada
Los veteranos recuerdan que hace treinta años hablaron de lo mismo sobre CDMA: dicen que será demasiado difícil o que no funcionará en absoluto, hagamos un GSM simple y torpe. Sin embargo, Qualcomm luego logró implementar CDMA en dispositivos móviles, y el mismo CDMA-800 en los años noventa (distribuido en los EE. UU., Corea y otros países) superó el GSM en todos los aspectos. Cuando llegó el momento de apagar las redes analógicas, por ejemplo, NMT-450, CDMA también las reemplazó; por cierto, en Rusia Sky Link en CDMA-450 se convirtió en el primer operador de banda ancha móvil: al principio de cero ya había un par de megabits por segundo de velocidad mientras que los operadores GSM apenas comenzaban a lanzar EDGE. Y en el mismo año cero, cuando desarrollaron 3G (UMTS), tomaron como base la tecnología implementada por Qualcomm en 1989: WCDMA (Wideband CDMA) es, de hecho, el mismo CDMA, que solo usa una banda de frecuencia amplia para la transmisión de datos a alta velocidad.
Ahora la situación se repite. Este verano, los prototipos con soporte wwWave tomaron forma en una solución comercial preparada para teléfonos inteligentes 5G, gracias a la cual los primeros dispositivos en serie se lanzarán el próximo año.
Estos son los primeros módulos 5G NR QTM052 completamente integrados para mmWave y módulos de radio que admiten frecuencias de hasta 6 GHz QPM56xx. Son compatibles con los módems Qualcomm Snapdragon X50 5G y, de hecho, son las únicas cosas que deben instalarse entre el módem y la antena, y el módem admite hasta cuatro de estos módulos al mismo tiempo, lo que le permite utilizar diferentes rangos de frecuencia.
En general, estamos ansiosos por el 2019, que promete ser brillante para los eventos en el mundo 5G.