Так давно ожидаемые сети пятого поколения уже на подходе. Что они нам обеспечат: в 10 раз больше скорость передачи данных по сравнению с LTE и в 10 раз более быстрый отклик (меньшие пинги). Но многие производители пока не надеялись, на внедрение 5G в смартфоны и планшеты. Для виртуальной реальности, для интернета вещей, для приложений удалённого управления, но не для смартфонов. Почему?
Вот эти причины.
Откуда в 5G берется возможность высокой скорости передачи данных, низких пингов, возможность обеспечить этим большое количество абонентов единовременно? Это не колдовство. Просто требуется использовать более широкие полосы частот, чем в том же LTE. По другому - более высокие диапазоны частот. Вот мы и подошли к миллиметровым волнам или mmWave - это диапазон в радиусе от 24 до 300 ГГц. Для 5G будет использоваться «низкочастотная» часть этого диапазона, в частности, уже выделены конкретные полосы частот, например, 26,50–29,50 ГГц (n257), 24,25–27,50 ГГц (n258). В России для тестирования 5G был выделен интервал 25,25–29,50 ГГц.
Так же, для 5G будут использоваться частоты ниже 6 ГГц, или Sub-6. в Европе это 3,4–3,8 ГГц. Возможно и в России будет так же. Эти частоты обеспечивают более широкий диапазон покрытия, чем mmWave и подходят для строительства макросетей. Но их скорость будет ниже чем у mmWave, но на порядок выше чем у LTE. Оба, вышеперечисленных диапазона и будут использоваться для передачи 5G NR волн. NR (New Radio) - новый протокол обмена между базой и конечным устройством.
Ну и в чем же заключается проблема? С физическими законами тут все нормально. Все будет работать. Но запихнуть это в смартфон - тут уже возникли сложности.
Все дело в том, что модемы, поддерживающие и Sub-6, и mmWave — это не законченное готовое устройство, каким мы его себе представляем, а всего лишь только модулятор/демодулятор в классическом понимании. А есть ещё радиомодули (усилители, полосовые фильтры и т.п.), из-за которых как раз и считалось невозможным реализовать все это в смартфоне из-за веса, размера и потребления энергии.
Как известно, частоты выше 24 ГГц используются уже давно. Например для радиорелейных линий, работающих на расстоянии прямой видимости, спутниковых каналов и тому подобных стационарных решений. То есть проблем с весом, с размером и с электропотреблением не возникало. И данное оборудование можно установить так, чтоб обеспечить ему прямую видимость.
Проблема у таких высоких частот в том, что их сигнал быстро затухает с увеличением расстояния. А так же, они очень чувствительны к препятствиям. Стена, дерево, даже человеческое тело могут стать непреодолимым препятствием для распространения волн. Разговора о проникновении внутрь помещения даже не возникало. Поэтому в сотовой связи данное решение не рассматривалось. Или сигнал будет постоянно пропадать, или батарея будет садиться очень быстро. Но скорее всего будет и то и другое.
Еще одна проблема внедрения mmWave в смартфоны в том, что требуется большая плотность базовых станций. Если буквально, то практически на каждом столбе. А так как операторы такое навряд ли реализуют, то и в смартфоны это внедрять тоже бессмысленно.
Но инженеры Qualcomm считают, что базовые станции mmWave нужны, по большому счету, только для обеспечения indoor-покрытия: не нужно БС вешать повсюду, для начала хватит базовых станций LTE, а потом можно спокойно установить Sub-6, которым нужна меньшая плотность установки.
Решение.
В 2017 году на MWC в Барселоне Qualcomm показал работающий прототип системы передачи данных, работающей в mmWave на частотах 28 ГГц, в габаритах мобильного устройства.
Благодаря использованию адаптивного бимформинга и бимтрекинга (формирования направленного «луча» сигнала между клиентским устройством и базовой станцией и отслеживания перемещения его относительно БС) удалось добиться стабильного соединения внутри движущегося автомобиля, в офисном здании (с прохождением сигнала через некапитальные стены) с мгновенным переключением «луча» на другую базовую станцию и защитой от блокировки «луча» телом или рукой, которой абонент держит смартфон. Для формирования луча в трёхмерном пространстве и на базовой станции, и на мобильном устройстве используются антенные массивы с высокими коэффициентами усиления: от 128-ми до 256-ти и более элементов на БС и от 4-х до 32-х — на абонентском терминале. Луч при этом может быть непрямым: антенные решётки управляют им с учётом переотражения волн от окружающих объектов. Грубо говоря, появилось препятствие (или даже пользователь по-другому перехватил свой смартфон) — и луч до БС пошёл не напрямую, а с отражением от ближайшей стены.
Модули оснащены встроенным трансивером, интегральной схемой управления питанием, радиокомпонентами входных каскадов и поддержкой фазированных антенных решеток. Модуль QTM052 поддерживает агрегацию до 800 МГц (8х100) в частотных диапазонах 26,5–29,5 ГГц (n257), 27,5–28,35 ГГц (n261) и 37–40 ГГц (n260). Модули QPM5650, QPM5651, QDM5650 и QDM5652 поддерживают интегрированную SRS-коммутацию, необходимую для оптимизации применений технологии Massive MIMO. Они работают в диапазонах частот 3,4–4,2 ГГц (n77), 3,3–3,8 ГГц (n78) и 4,4–5,0 ГГц (n79) и могут использовать 100 МГц спектра. Серия QPM отличается от серии QDM наличием встроенного усилителя мощности (PA). Образцы антенных модулей QTM052 mmWave и радиомодулей QPM56xx в данный момент находятся на стадии отправки клиентам.
Летом 2018 года прототипы с поддержкой wwWave оформились в готовое коммерческое решение для 5G-смартфонов, благодаря которому уже в 2019 вышли первые серийные устройства. Они совместимы с 5G-модемами Qualcomm Snapdragon X50 и по сути представляют собой единственное, что нужно установить между модемом и антенной, причём модем поддерживает до четырёх таких модулей одновременно, что позволит задействовать различные диапазоны частот.
*Если Вас интересуют новости в Яблочном мире, подписывайтесь на наш канал. Этим вы стимулируете нас продолжать писать дальше.
