A Qualcomm lançou recentemente os primeiros módulos de radiofrequência 5G NR (mmWave) e sub-6 GHz do mundo totalmente integrados para dispositivos móveis. Até o momento, os sinais mmWave não foram utilizados para comunicações móveis devido a inúmeras dificuldades técnicas. Portanto, muitos na indústria estavam convencidos de que isso simplesmente não era possível. Sobre como as dificuldades foram superadas e qual o impacto que a faixa milimétrica terá no 5G - em nossa análise abaixo.
Até 2020, o tráfego de dados móveis em todo o mundo aumentará 30 vezes em comparação com 2014 e atingirá
8 bilhões de gigabytes por dia . 75% desse tráfego estará transmitindo dados multimídia, seguindo as previsões do Nokia Bell Labs, publicadas em 2016 e até agora em realidade. Além disso, mais de 86% dos usuários de smartphones, de acordo com pesquisas, gostariam que a Internet trabalhasse mais rapidamente no próximo smartphone que eles compram, e
50% estão prontos para comprar um smartphone com 5G quando disponível.
As redes de quinta geração estão a caminho. Eles fornecerão taxas de transferência de dados 10 vezes maiores em comparação com o LTE e resposta 10 vezes mais rápida (resposta mais rápida nos relatórios significa menos pings), mas até agora muitos fabricantes de dispositivos móveis esperavam que o 5G fosse usado na Internet coisas, para aplicativos de controle remoto, para realidade virtual - em geral, para qualquer coisa, mas não para dispositivos de consumo comuns que carregamos todos os dias conosco: smartphones e tablets. Existem duas razões fundamentais para isso.
Quais são os problemas?
Todas as vantagens do 5G na forma de enormes taxas de transferência de dados do usuário e baixos pings e uma capacidade de rede fundamentalmente maior, que permite fornecer esse nível de serviço a um grande número de assinantes ao mesmo tempo, não são alcançadas com a ajuda de alguma mágica, mas principalmente devido ao uso de ordens de magnitude mais ampla frequências em comparação com o mesmo LTE. Onde obter essas frequências, em geral, também é claro: você precisa usar faixas cada vez mais altas. Então chegamos a ondas milimétricas (quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda, lembramos disso no curso de física da escola) ou mmWave: esse é o nome dado à faixa de 24 a 300 GHz. Para 5G, a parte de "baixa frequência" dessa faixa será usada, em particular, faixas de frequência específicas já foram alocadas, por exemplo, 26,50 a 29,50 GHz (n257), 24,25 a 27,50 GHz (n258). Na Rússia, um intervalo de 25,25 a 29,50 GHz foi alocado para o teste 5G.
Juntamente com as frequências mmWave “altas” em 5G, também serão usadas frequências abaixo de 6 GHz, elas são Sub-6 (por exemplo, na Europa e, esperançosamente, na Rússia são 3,4-3,8 GHz) - elas são principalmente destinadas a fornecer uma cobertura mais ampla do que no caso da faixa milimétrica, isto é, para a construção de macro redes; velocidades de várias dezenas de gigabits por segundo, como em mmWave, estão fora de questão. Ambas as bandas serão usadas para transmitir ondas de rádio 5G NR; NR, neste caso, é o New Radio, ou seja, um novo protocolo de troca entre a estação base e o dispositivo final.
Então, qual é a dificuldade com o alcance milimétrico? O MmWave não contradiz as leis da física, mas foi realmente difícil implementá-lo em um dispositivo compacto, como um smartphone. O fato é que os modems que suportam Sub-6 e mmWave não são um dispositivo acabado, como a pessoa comum imagina, mas apenas um modulador / desmodulador no sentido clássico. E também existem módulos de rádio - amplificadores, filtros passa-banda, etc. - que foram considerados impossíveis de implementar no formato de um smartphone devido ao tamanho, peso e consumo de energia.
Em geral, frequências acima de 24 GHz são usadas em comunicações de rádio há muito tempo, por exemplo, para linhas de retransmissão de rádio operando na linha de visão, canais de satélite e soluções fixas semelhantes. A palavra-chave é fixa, uma vez que o equipamento estacionário não possui restrições de tamanho e peso, bem como o consumo de energia e, é claro, pode ser instalado de forma a fornecer essa linha de visão.
Essas altas frequências são caracterizadas por uma atenuação significativa do sinal com o aumento da distância, bem como uma grande sensibilidade a obstáculos: o corpo humano, a cabeça e até a mão podem se tornar um obstáculo intransponível à propagação de ondas, mas não há nada a dizer sobre a capacidade de penetrar nos edifícios. Portanto, ondas milimétricas nunca foram usadas para comunicações móveis. Acreditava-se que, nas dimensões do telefone, qualquer solução não fornecesse comunicação estável ou consumisse instantaneamente a bateria, e provavelmente ambas ao mesmo tempo.
Protótipo de pesquisa do modem mmWave (à esquerda) 5G e um smartphone de referência no qual você pode integrar um modem 5G comercial com suporte ao mmWaveA segunda barreira à introdução do mmWave nos smartphones era que essa tecnologia implica uma instalação extremamente densa de estações base: muitos acreditam que quase em todos os cômodos do prédio e na cidade - em cada poste de luz com um intervalo de 150 a 200 metros cada deve haver uma estação base uma da outra, para que o uso da faixa milimétrica faça pelo menos algum sentido. E como as operadoras estão percebendo isso muito em breve, não há necessidade de integrar o suporte a esses intervalos nos smartphones.
No entanto, os engenheiros da Qualcomm acreditam que as estações base mmWave são necessárias, em geral, apenas para fornecer cobertura interna: você não precisa pendurar um BS 5G sob cada bucha, o LTE BS e o Sub-6 posterior serão suficientes para o revestimento de carpetes exigindo uma densidade de instalação muito menor (e aqui é um pecado não lembrar as estatísticas das operadoras de celular, que afirma que até 80% do tráfego de dados é gerado nas instalações).
Para quem é o problema e para quem é a tarefa
Em 2017, a Qualcomm mostrou um protótipo funcional de um sistema de transmissão de dados operando em mmWave a 28 GHz nas dimensões de um dispositivo móvel da MWC em Barcelona.
Graças ao uso de bimforming e bimtracking adaptativos (formando um “feixe” direcional do sinal entre o dispositivo cliente e a estação base e rastreando seu movimento em relação ao BS), foi possível obter uma conexão estável dentro de um carro em movimento em um prédio de escritórios (com o sinal passando por paredes sem capital) com comutação instantânea do “feixe” »Para outra estação base e proteção contra o bloqueio do" feixe "pelo corpo ou mão com o qual o assinante segura o smartphone. Matrizes de antena com altos fatores de amplificação são usadas para formar um feixe no espaço tridimensional, tanto na estação base quanto no dispositivo móvel: de 128 a 256 ou mais elementos no BS e de 4 a 32 no terminal do assinante. Nesse caso, o feixe pode ser indireto: as matrizes da antena o controlam, levando em consideração a reflexão das ondas dos objetos ao redor. Grosso modo, um obstáculo apareceu (ou até o usuário interceptou seu smartphone de maneira diferente) - e o feixe para o BS não foi diretamente, mas com um reflexo da parede mais próxima.
A solução para a faixa milimétrica é baseada no modem Snapdragon X50 5G, que suporta a instalação de vários arranjos de antenas sob os painéis frontal e traseiro do smartphone, o que cria um revestimento quase esférico e, assim, elimina o problema de sombreamento segurando o smartphone manualmenteOs módulos estão equipados com um transceptor integrado, um circuito integrado de gerenciamento de energia, componentes de rádio dos estágios de entrada e suporte para antenas de arranjo faseado. O módulo QTM052 suporta agregação de até 800 MHz (8x100) nas faixas de frequência de 26,5 a 29,5 GHz (n257), 27,5 a 28,35 GHz (n261) e 37 a 40 GHz (n260). Os módulos QPM5650, QPM5651, QDM5650 e QDM5652 suportam a comutação SRS integrada necessária para otimizar aplicativos MIMO maciços. Eles operam nas faixas de freqüência de 3,4 a 4,2 GHz (n77), 3,3 a 3,8 GHz (n78) e 4,4 a 5,0 GHz (n79) e podem usar o espectro de 100 MHz. A série QPM difere da série QDM na presença de um amplificador de potência integrado (PA). Amostras dos módulos de antena QTM052 mmWave e de rádio QPM56xx estão sendo enviadas aos clientes.
Solução Comercializada
Os veteranos lembram que há trinta anos falaram da mesma coisa sobre o CDMA: dizem que será muito difícil ou não funcionará, vamos criar um GSM simples e desajeitado. No entanto, a Qualcomm conseguiu implementar o CDMA em dispositivos móveis, e o mesmo CDMA-800 nos anos noventa (espalhados nos EUA, Coréia e vários outros países) excedeu o GSM em todos os aspectos. Quando chegou a hora de desligar as redes analógicas, por exemplo, o NMT-450, o CDMA também as substituiu - a propósito, na Rússia, o Sky Link no CDMA-450 se tornou o primeiro operador de banda larga móvel: no início de zero, já havia algumas megabits por segundo enquanto as operadoras GSM estavam começando a lançar o EDGE. E nos mesmos zero anos, quando eles desenvolveram 3G (UMTS), eles tomaram a tecnologia implementada pela Qualcomm em 1989 como base: o WCDMA (Wideband CDMA) é, de fato, o mesmo CDMA, usando apenas uma ampla faixa de frequência para transmissão de dados em alta velocidade.
Agora a situação está se repetindo. Neste verão, os protótipos com suporte wwWave tomaram forma em uma solução comercial pronta para smartphones 5G, graças à qual os primeiros dispositivos seriais serão lançados no próximo ano.
Estes são os primeiros módulos 5G NR QTM052 totalmente integrados para os módulos mmWave e rádio que suportam frequências de até 6 GHz QPM56xx. Eles são compatíveis com os modems Qualcomm Snapdragon X50 5G e, de fato, são as únicas coisas que precisam ser instaladas entre o modem e a antena, e o modem suporta até quatro desses módulos ao mesmo tempo, o que permite o uso de diferentes faixas de frequência.
Em geral, estamos realmente ansiosos por 2019, que promete ser brilhante para eventos no mundo 5G.