स्मार्टफोन पर mmWave: क्वालकॉम ने असंभव को कैसे संभव बनाया

क्वालकॉम ने हाल ही में मोबाइल उपकरणों के लिए दुनिया का पहला पूरी तरह से एकीकृत 5G NR (mmWave) और सब -6 GHz रेडियो फ्रीक्वेंसी मॉड्यूल पेश किया है। आज तक, कई तकनीकी कठिनाइयों के कारण मोबाइल संचार के लिए mmWave संकेतों का उपयोग नहीं किया गया है। इसलिए, उद्योग में कई लोग आश्वस्त थे कि यह बस संभव नहीं था। कठिनाइयों को कैसे दूर किया गया और 5 जी पर मिलीमीटर रेंज का क्या प्रभाव पड़ेगा - नीचे हमारी समीक्षा में।

2020 तक, दुनिया भर में मोबाइल डेटा ट्रैफ़िक 2014 की तुलना में 30 गुना बढ़ जाएगा और प्रति दिन 8 बिलियन गीगाबाइट की राशि होगी। इस ट्रैफ़िक का 75% मल्टीमीडिया डेटा स्ट्रीमिंग होगा, जो 2016 में प्रकाशित नोकिया बेल लैब्स के पूर्वानुमान और इस प्रकार अब तक सच है। इसके अलावा, 86% से अधिक स्मार्टफोन उपयोगकर्ता, चुनावों के अनुसार, इंटरनेट को अगले स्मार्टफोन में तेजी से काम करना पसंद करेंगे, जो वे खरीदते हैं, और 50% उपलब्ध होने पर 5 जी के साथ स्मार्टफोन खरीदने के लिए तैयार हैं ।

पांचवीं पीढ़ी के नेटवर्क रास्ते में हैं। वे एलटीई की तुलना में 10 गुना अधिक डेटा ट्रांसफर दर प्रदान करेंगे और 10 बार तेज प्रतिक्रिया (रिपोर्टों में तेजी से प्रतिक्रिया का मतलब कम पिंग) है, लेकिन अब तक कई मोबाइल डिवाइस निर्माताओं ने उम्मीद की है कि 5 जी का उपयोग इंटरनेट के लिए किया जाएगा चीजें, रिमोट कंट्रोल अनुप्रयोगों के लिए, आभासी वास्तविकता के लिए - सामान्य तौर पर, किसी भी चीज के लिए, लेकिन सामान्य उपभोक्ता उपकरणों के लिए नहीं जो हम हर दिन अपने साथ ले जाते हैं: स्मार्टफोन और टैबलेट। इसके दो मूलभूत कारण हैं।

क्या समस्याएं हैं?

5G के सभी लाभ विशाल उपयोगकर्ता डेटा ट्रांसफर दरों और कम पिंग्स और एक बुनियादी रूप से बड़ी नेटवर्क क्षमता के रूप में, जो एक ही समय में बड़ी संख्या में ग्राहकों को इस तरह की सेवा प्रदान करने की अनुमति देता है, कुछ जादू की मदद से महसूस नहीं किया जाता है, लेकिन मुख्य रूप से परिमाण के आदेश के उपयोग के कारण व्यापक बैंड। एक ही एलटीई की तुलना में आवृत्तियों। जहां इन आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए, सामान्य रूप से, यह भी स्पष्ट है: आपको तेजी से उच्चतर श्रेणियों का उपयोग करने की आवश्यकता है। तो हम मिलीमीटर तरंगों (उच्च आवृत्ति, तरंग दैर्ध्य जितना कम होता है, हम इसे स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम से याद करते हैं) या मिमीवेव: यह लगभग 24 से 300 गीगाहर्ट्ज तक की सीमा को दिया गया नाम है। 5 जी के लिए, इस रेंज के "कम-आवृत्ति" भाग का उपयोग किया जाएगा, विशेष रूप से, विशिष्ट आवृत्ति बैंड पहले से ही आवंटित किए गए हैं, उदाहरण के लिए, 26.50–29.50 गीगाहर्ट्ज़ (n257), 24.25–27.50 गीगाहर्ट्ज़ (n258)। रूस में, 5G परीक्षण के लिए 25.25–29.50 GHz का अंतराल आवंटित किया गया था।



5G में "उच्च" mmWave आवृत्तियों के साथ, 6 GHz से नीचे की आवृत्तियों का भी उपयोग किया जाएगा, वे सब -6 हैं (उदाहरण के लिए, यूरोप में और, उम्मीद है, रूस में यह 3.4-3.8 गीगाहर्ट्ज है) - वे मुख्य रूप से अभिप्रेत हैं मिलीमीटर रेंज कवरेज के मामले में व्यापक नेटवर्क के निर्माण के लिए की तुलना में व्यापक प्रदान करना; mmWave में प्रति सेकंड कई गीगाबिट्स की गति, प्रश्न से बाहर हैं। दोनों बैंड 5 जी एनआर रेडियो तरंगों को प्रसारित करने के लिए उपयोग किए जाएंगे; एनआर इस मामले में न्यू रेडियो है, यानी बेस स्टेशन और अंतिम डिवाइस के बीच एक नया एक्सचेंज प्रोटोकॉल है।

तो मिलीमीटर रेंज के साथ कठिनाई क्या है? MmWave भौतिकी के नियमों का खंडन नहीं करता है, लेकिन स्मार्टफोन जैसे कॉम्पैक्ट डिवाइस में इसे लागू करना वास्तव में मुश्किल था। तथ्य यह है कि सब -6 और एमएमवेव दोनों का समर्थन करने वाले मोडेम एक समाप्त डिवाइस नहीं हैं, क्योंकि औसत व्यक्ति इसकी कल्पना करता है, लेकिन शास्त्रीय अर्थ में केवल एक न्यूनाधिक / डेमोडुलेटर। और रेडियो मॉड्यूल भी हैं - अर्थात्, एम्पलीफायरों, बैंड-पास फिल्टर, आदि, जिन्हें आकार, वजन और बिजली की खपत के कारण स्मार्टफोन के फॉर्म फैक्टर में लागू करना असंभव माना जाता था।

सामान्य तौर पर, 24 गीगाहर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों का उपयोग रेडियो संचार में लंबे समय तक किया जाता रहा है, उदाहरण के लिए, रेडियो रिले लाइनों के लिए दृष्टि, उपग्रह चैनलों और इसी तरह के निश्चित समाधानों पर काम करना। कुंजी शब्द तय हो गया है, क्योंकि स्थिर उपकरण में आकार और वजन के साथ-साथ ऊर्जा की खपत पर कोई प्रतिबंध नहीं है, और निश्चित रूप से, इस तरह से स्थापित किया जा सकता है ताकि दृष्टि की इस रेखा को प्रदान किया जा सके।

इस तरह के उच्च आवृत्तियों को सिग्नल की एक महत्वपूर्ण क्षीणन के साथ बढ़ती दूरी के साथ-साथ बाधाओं के प्रति महान संवेदनशीलता की विशेषता होती है: मानव शरीर, सिर और यहां तक ​​कि हाथ लहरों के प्रसार के लिए एक असंभव बाधा बन सकते हैं, लेकिन इमारतों में घुसने की क्षमता के बारे में कहने के लिए कुछ भी नहीं है। इसलिए, मोबाइल संचार के लिए मिलीमीटर तरंगों का उपयोग कभी नहीं किया गया है। यह माना जाता था कि फोन के आयामों में, कोई भी समाधान या तो स्थिर संचार प्रदान नहीं करेगा, या तुरंत बैटरी खाएगा, और सबसे अधिक संभावना दोनों एक ही समय में।



एमएमवेव मॉडेम (बाएं) 5 जी और एक संदर्भ स्मार्टफोन का अनुसंधान प्रोटोटाइप जिसमें आप एमएमवेव समर्थन के साथ एक वाणिज्यिक 5 जी मॉडेम को एकीकृत कर सकते हैं

स्मार्टफ़ोन में mmWave की शुरुआत में दूसरा अवरोध यह था कि इस तकनीक से बेस स्टेशनों की बेहद सघन स्थापना होती है: कई लोगों का मानना ​​है कि इमारत के हर कमरे में और शहर में - प्रत्येक लैम्पपोस्ट पर, 150-200 मीटर के अंतराल के साथ एक दूसरे से बेस स्टेशन होना चाहिए ताकि मिलीमीटर रेंज का उपयोग करने से कम से कम कुछ समझ में आए। और जब से ऑपरेटर इसे बहुत जल्द ही साकार कर रहे हैं, स्मार्टफोन में इन रेंज के लिए समर्थन को एकीकृत करने की आवश्यकता नहीं है।

हालांकि, क्वालकॉम इंजीनियरों का मानना ​​है कि मिमीवेब बेस स्टेशनों की जरूरत है, बड़े और केवल इनडोर कवरेज प्रदान करने के लिए: आपको प्रत्येक बुश, एलटीई बीएस और बाद में सब -6 के तहत 5 जी बीएस को लटकाने की आवश्यकता नहीं है, कालीन फर्श के लिए पर्याप्त होगा बहुत कम स्थापना घनत्व की आवश्यकता (और यहां मोबाइल ऑपरेटरों के आंकड़ों को याद नहीं रखना पाप है, जो बताता है कि परिसर से 80% तक डेटा ट्रैफ़िक उत्पन्न होता है)।

कौन समस्या है और कौन समस्या है

2017 में, क्वालकॉम ने बार्सिलोना में MWC में एक मोबाइल डिवाइस के आयामों में 28 गीगाहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर mmWave में संचालित डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम का एक कार्यशील प्रोटोटाइप दिखाया।

अनुकूली बिमफॉर्मिंग और बिम्रैकिंग (क्लाइंट डिवाइस और बेस स्टेशन और बीएस के सापेक्ष इसकी गति को ट्रैक करने के बीच सिग्नल की एक दिशात्मक "बीम" बनाने) के उपयोग के लिए धन्यवाद, "बीम" के तुरंत स्विचिंग के साथ कार्यालय की इमारत (गैर-पूंजी दीवारों से गुजरने वाले सिग्नल के साथ) में चलती कार के अंदर एक स्थिर कनेक्शन प्राप्त करना संभव था। »किसी अन्य बेस स्टेशन और शरीर या हाथ से" बीम "को ब्लॉक करने से सुरक्षा जिसके साथ ग्राहक स्मार्टफोन रखता है। उच्च प्रवर्धन कारकों वाले एंटीना सरणियों का उपयोग बेस स्टेशन और मोबाइल डिवाइस दोनों पर त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एक बीम बनाने के लिए किया जाता है: बीएस पर 128 से 256 या उससे अधिक तत्व और ग्राहक टर्मिनल पर 4 से 32 तक। इस मामले में, बीम अप्रत्यक्ष हो सकता है: एंटीना सरणियों ने इसे आसपास की वस्तुओं से तरंगों के पुन: प्रतिबिंब को ध्यान में रखते हुए नियंत्रित किया। मोटे तौर पर, एक बाधा दिखाई दी (या यहां तक ​​कि उपयोगकर्ता ने अपने स्मार्टफोन को अलग तरीके से इंटरसेप्ट किया) - और बीएस को बीम सीधे नहीं गया, लेकिन निकटतम दीवार से प्रतिबिंब के साथ।



मिलीमीटर रेंज के लिए समाधान स्नैपड्रैगन X50 5G मॉडेम पर आधारित है, जो स्मार्टफोन के फ्रंट और बैक पैनल के नीचे कई एंटीना सरणियों को स्थापित करने का समर्थन करता है, जो लगभग गोलाकार कोटिंग बनाते हैं और इस तरह स्मार्टफोन को पकड़ कर छायांकन की समस्या को खत्म करते हैं।

मॉड्यूल एक एकीकृत ट्रांसीवर, एक एकीकृत बिजली प्रबंधन सर्किट, इनपुट चरणों के रेडियो घटकों और चरणबद्ध एंटेना के लिए समर्थन से लैस हैं। QTM052 मॉड्यूल आवृत्ति रेंज 26.5-29.5 GHz (n257), 27.5–28.35 GHz (n261) और 37–40 GHz (n260) में 800 MHz (8x100) तक एकत्रीकरण का समर्थन करता है। QPM5650, QPM5651, QDM5650, और QDM5652 मॉड्यूल एकीकृत एसआरएस स्विचिंग का समर्थन करते हैं जो बड़े पैमाने पर MIMO अनुप्रयोगों को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक हैं। वे आवृत्ति रेंज में 3.4-4.2 GHz (n77), 3.3–3.8 GHz (n78) और 4.4-5.0 GHz (n79) में काम करते हैं और 100 MHz स्पेक्ट्रम का उपयोग कर सकते हैं। क्यूपीएम श्रृंखला एक एकीकृत पावर एम्पलीफायर (पीए) की उपस्थिति में क्यूडीएम श्रृंखला से अलग है। क्यूटीएम ०५२ एमएमवेव ऐन्टेना मॉड्यूल और क्यूपीएम ५६ एक्सएक्सएक्स रेडियो मॉड्यूल के नमूने वर्तमान में ग्राहकों को भेजे जा रहे हैं।

वाणिज्यिक समाधान

पुराने समय से याद है कि तीस साल पहले उन्होंने सीडीएमए के बारे में एक ही बात के बारे में बात की थी: वे कहते हैं कि यह बहुत मुश्किल होगा या बिल्कुल भी काम नहीं करेगा, चलो एक सरल और अनाड़ी जीएसएम बनाते हैं। हालांकि, क्वालकॉम ने तब मोबाइल उपकरणों में सीडीएमए और नब्बे के दशक में समान सीडीएमए -800 को लागू करने में कामयाब रहा (संयुक्त राज्य अमेरिका, कोरिया और अन्य देशों में फैला हुआ) सभी मामलों में जीएसएम को पार कर गया। जब एनालॉग नेटवर्क को बंद करने का समय आया, उदाहरण के लिए, NMT-450, CDMA ने भी उन्हें बदल दिया - वैसे, CDMA-450 में रूस स्काई लिंक में पहला मोबाइल ब्रॉडबैंड ऑपरेटर बन गया: शून्य की शुरुआत में पहले से ही एक मेगाबॉडी प्रति सेकंड की गति थी। जबकि GSM ऑपरेटर मुश्किल से EDGE लॉन्च करना शुरू कर रहे थे। और उसी शून्य वर्षों में, जब उन्होंने 3 जी (यूएमटीएस) विकसित किया, तो उन्होंने क्वालकॉम द्वारा लागू प्रौद्योगिकी को 1989 में आधार के रूप में वापस ले लिया: डब्ल्यूसीडीएमए (वाइडबैंड सीडीएमए) वास्तव में, एक ही सीडीएमए है, जो केवल उच्च गति वाले डेटा ट्रांसमिशन के लिए एक व्यापक आवृत्ति बैंड का उपयोग कर रहा है।

अब स्थिति खुद को दोहरा रही है। इस गर्मी में, wwWave समर्थन के साथ प्रोटोटाइप ने 5G स्मार्टफोन के लिए तैयार वाणिज्यिक समाधान में आकार लिया, जिसके लिए अगले साल पहले सीरियल डिवाइस जारी किए जाएंगे। ये 6 गीगाहर्ट्ज QPM56xx तक की आवृत्तियों का समर्थन करने वाले mmWave और रेडियो मॉड्यूल के लिए पहले पूरी तरह से एकीकृत 5G NR QTM052 मॉड्यूल हैं। वे क्वालकॉम स्नैपड्रैगन X50 5G मॉडेम के साथ संगत हैं और वास्तव में, केवल ऐसी चीजें हैं जो मॉडेम और एंटीना के बीच स्थापित करने की आवश्यकता होती है, और मॉडेम एक ही समय में इन मॉड्यूल में से चार तक का समर्थन करता है, जो आपको विभिन्न आवृत्ति श्रेणियों का उपयोग करने की अनुमति देता है।

सामान्य तौर पर, हम वास्तव में 2019 की प्रतीक्षा कर रहे हैं, जो 5 जी दुनिया की घटनाओं के लिए उज्ज्वल होने का वादा करता है।