НОВОСТНАЯ ПОДПИСКА SIGNALS+

Будьте в курсе последних событий и используйте новейшую информацию и идеи, представленные в Signals+, для таких областей, как системы связи, цифровое здравоохранение, системы электрификации и интеллектуальная промышленность

Вы можете изменить настройки конфиденциальности в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в электронных письмах, отправленных Analog Devices, или в настройках конфиденциальности сайта Analog Devices.

Настройки конфиденциальности Положение о конфиденциальности и безопасности Авторизованные партнеры

Спасибо, что подписались на ADI Signals+. Электронное письмо с подтверждением было отправлено на ваш почтовый ящик.

Вскоре вы будете получать своевременные обновления обо всех инновационных технологиях, меняющих к лучшему жизнь людей во всем мире.

Закрыть
Smart City Skyscrapers
Smart City Skyscrapers
 

ПОДКЛЮЧАЕМСЯ К БУДУЩЕМУ БЛАГОДАРЯ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 5G


БЕСПРОВОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 5G СТУЧИТСЯ В НАШИ ДВЕРИ. НО ОНА НЕ ЗАЙДЕТ К НАМ, ПОКА НЕ БУДЕТ ЗАВЕРШЕНО ВАЖНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ ИНФРАСТРУКТУРЫ.

За последние несколько лет шумихи по поводу технологии 5G становится все больше и больше. Если вы были не в курсе (или недавно вылезли из пещеры), то вся суть этой шумихи была примерно следующая: это нечто грандиозное, оно приближается, и оно должно изменить все вокруг.

И в данном случае драматизм ситуации может быть оправдан. В мире, в котором царит 5G, системы телемедицины и проведения экзаменов в домашних условиях обеспечат доступный и качественный уровень сервиса даже в самых отдаленных уголках мира. Сложные голограммы и дополненная реальность откроют новые возможности для искусства и развлечений, а передаваемые в реальном времени потоки данных преобразят различные отрасли, начиная от производства и заканчивая сельским хозяйством.

«Следующее поколение беспроводной связи может обеспечить всеобъемлющее получение информации и ее передачу, поскольку в таком случае миллиарды устройств будут соединены друг с другом и с облаком, что позволит обрабатывать огромные объемы данных и передавать информацию тем, кто использует эти данные» – сказал профессор инженерных наук и директор Лаборатории беспроводных систем в Стэнфордском университете Андреа Голдсмит: «Но реализация всех этих прогнозов, которые вы можете увидеть в новостях, зависит от инвестиций в развитие беспроводных технологий».

В частности, эти инвестиции предполагают переосмысление методов тестирования и создания инфраструктуры связи, такой как базовые станции сотовой связи, которые основываются на беспроводных сетях предыдущих поколений. Этот процесс предусматривает не только использование богатого опыта в создании инфраструктуры связи, но и использование творческого подхода к разработке решений, которые удовлетворяют некоторые из наиболее сложных требований к обеспечению всеобъемлющей связи, являющейся одной из обещанных особенностей беспроводной технологии 5G.

ВОПРОС К СЛЕДУЮЩЕМУ ПОКОЛЕНИЮ

Учитывая высокие скорости передачи данных и широкую полосу пропускания в сочетании с потребностью в миниатюризации, телекоммуникационная отрасль с появлением 5G вынуждена творчески подходить к делу, поскольку потребности инфраструктуры становятся все более дорогостоящими и сложными.

Рассмотрим радиосистемы, используемые в базовых станциях 5G: для обеспечения связи с множеством новых устройств в сети они имеют в 16 раз больше каналов передачи, чем аналогичные системы, предназначенные для сетей 4G. В итоге они содержат гораздо больше микросхем. Это делает их тяжелее и дороже, а также значительно увеличивает их энергопотребление.

Несмотря на эти сложности, соты 5G будут решающим фактором при вводе в строй новых сетей следующего поколения. «Плотность сети является одним из основных элементов технологии 5G» – сказал президент торговой организации для производителей и провайдеров телекоммуникационных услуг 5G Americas Крис Пирсон: «Нам не нужны всего лишь тысячи сот. Нам нужны десятки тысяч».

«ПЛОТНОСТЬ СЕТИ ЯВЛЯЕТСЯ ОДНИМ ИЗ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ 5G. НАМ НЕ НУЖНЫ ВСЕГО ЛИШЬ ТЫСЯЧИ СОТ. НАМ НУЖНЫ ДЕСЯТКИ ТЫСЯЧ».

Крис Пирсон

Президент | 5G Americas

АНАЛИЗ РАДИОСИГНАЛОВ

Когда сети 5G будут окончательно введены в строй, они провозгласят эру высоких скоростей, низких задержек и всеобъемлющей сетевой связи. Хотя технология 5G способна преобразовать каждую отрасль, ее влияние будет особенно ощущаться в городских условиях, и она станет основой для создания умных городов будущего.

Технология 5G по сравнению с 4G имеет два значимых преимущества – это многоэлементные антенные решетки с множеством входов и выходов (MIMO), работающие на низких и высоких частотах, и КВЧ-диапазон (миллиметровые сигналы или mmWave). Последнее преимущество является особенно существенным для успешного применения сетей 5G в плотной городской застройке.

Massive MIMO

Многоэлементные MIMO-решетки

mmWave

Сигналы КВЧ-диапазона

Вообще говоря, КВЧ-диапазон включает в себя частоты от 30 ГГц до 300 ГГц, при этом длины волн в данном диапазоне измеряются в миллиметрах. Согласно органу по стандартизации 3GPP для сетей 5G КВЧ-диапазон имеет границы от 24 ГГц до 100 ГГц, а более высокие частоты пока находятся на рассмотрении, и, возможно, они также будут включены в этот диапазон в будущем.

5G Bandwidth Opportunity
Источник: «Экосистема 5G: риски и возможности для Министерства обороны США», Совет по оборонным инновациям США, апрель 2019 г.

Технологии КВЧ-диапазона для 5G предназначены для создания возможности работы с высокочастотными диапазонами, где есть больше доступного спектра. Благодаря более коротким длинам волн на более высоких частотах КВЧ-диапазона также можно значительно минимизировать антенны и оборудование, что упрощает установку инфраструктуры сетей 5G в условиях плотной городской застройки.




Старший вице-президент группы, отвечающей за разработку автомобильной, коммуникационной и аэрокосмической электроники, в Analog Devices Грег Хендерсон понимает, какие высокие требования предъявляются к телекоммуникационным компаниям. Он сказал: «Когда вы умножаете эти каналы, это также увеличивает количество аппаратных компонентов, содержащихся в базовой станции. Таким образом, сложность для операторов заключается в том, что они должны иметь возможность достичь этой расширенной пропускной способности с оборудованием примерно того же форм-фактора, с теми же затратами и тем же энергопотреблением, которые были присущи старым базовым станциям сетей 4G. Это требует полного переосмысления конструкции радиосистемы, перехода от традиционных архитектур с дискретными компонентами и фильтрами к новым архитектурам с прямым преобразованием сигнала, позволяющим упростить систему за счет своей структуры и передовых программных алгоритмов».

Greg Henderson
«СЛОЖНОСТЬ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО ОНИ ДОЛЖНЫ ИМЕТЬ ВОЗМОЖНОСТЬ ДОСТИЧЬ ЭТОЙ РАСШИРЕННОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ С ОБОРУДОВАНИЕМ ПРИМЕРНО ТОГО ЖЕ ФОРМ-ФАКТОРА, С ТЕМИ ЖЕ ЗАТРАТАМИ И ТЕМ ЖЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ, КОТОРЫЕ БЫЛИ ПРИСУЩИ СТАРЫМ БАЗОВЫМ СТАНЦИЯМ СЕТЕЙ 4G».

Грег Хендерсон

Старший вице-президент группы, отвечающей за разработку автомобильной, коммуникационной и аэрокосмической электроники | Analog Devices | Analog Devices

Компания Analog Devices, имеющая большой опыт работы с такими технологиями, как системы связи ВЧ- и СВЧ-диапазона, была основным игроком при разработке и вводе в строй каждого предыдущего поколения беспроводной связи. Начиная с первого поколения сотовой связи 1G и до сегодняшнего дня, компания разрабатывала важное оборудование, обеспечивающее все более высокоскоростное преобразование данных и обмен данными, что имеет решающее значение не только для ввода в строй новых сетей связи, но и для испытательного оборудования, необходимого для проверки характеристик нового уровня.

«Мы не просто разрабатываем компоненты. Мы действительно пытаемся решить задачу на уровне всей системы» – сказал вице-президент отдела разработки электроники для коммуникационного оборудования в Analog Devices Джо Барри: «У нас есть опыт разработки на системном уровне, который прекрасно сочетается с действительно широчайшим ассортиментом технологий, что позволяет нам решать поставленные перед нами задачи очень эффективно».

Компания применила свой опыт для удовлетворения уникальных требований технологии 5G, создав совершенно новую коммуникационную архитектуру в виде программно-определяемого приемопередатчика. Эта технология, первоначально разработанная для сетей 4G, позволяет разместить сложную, сочетающую в себе большое количество элементов сигнальную цепочку в одной микросхеме. Благодаря этому, задачи, связанные с уменьшением размеров, энергопотребления и стоимости при создании сот сетей 5G, то есть все основные практические препятствия на пути внедрения новой технологии, становятся решаемыми.

«Мы используем практически то же физическое пространство в этих базовых станциях, но получаем на порядок больше бит на единицу энергии, чем в случае с технологией 4G. В связи с этим нам необходимо использовать некоторые очень сложные методы обработки сигналов с радиоантенн» – сказал президент и генеральный директор Analog Devices Винсент Рош: «На следующем этапе развития 5G появится некоторая форма периферийных облачных систем, которые смогут выполнять динамическое предоставление услуг для различных типов бизнеса. В результате, вероятно, в скором времени появятся новые бизнес-модели в таких областях, как Индустрия 4.0, где технология 5G может стать основой в организации сетевого взаимодействия в критически важных промышленных системах автоматизации».

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ

Для создания сетей 5G КВЧ-диапазона потребуется переосмыслить архитектуру базовых станций, используемых в настоящее время для организации беспроводной связи, при этом основное внимание должно уделяться повышению плотности сети. С 2015 года американские компании создали 30000 узлов сотовой связи 5G, и в ближайшие годы ожидается еще больший их прирост.

154 ТЫС.
ВЫШЕК СОТОВОЙ СВЯЗИ В США СЕГОДНЯ
> 800 ТЫС.
УЗЛОВ МАЛЫХ СОТ 5G, КАК ОЖИДАЕТСЯ, БУДУТ СОЗДАНЫ К 2026 ГОДУ

Источники: «Телекоммуникационные технологии пятого поколения (5G): обзор актуальных вопросов для Конгресса», Исследовательская служба Конгресса США, январь 2018 г.; «Ускорение ввода в эксплуатацию системы беспроводного широкополосного доступа за счет устранения барьеров для инвестиций в инфраструктуру», Федеральная комиссия по связи США, сентябрь 2018 г.

СЛЕДУЮЩИЙ РАУНД

Благодаря заложенному фундаменту беспроводная технология 5G сможет изменить практически все. Согласно исследованию, проведенному Университетом Карнеги-Меллона, решения по управлению дорожным движением с передачей данных по сетям 5G, могут привести к сокращению времени простоя в пробках транспортных средств на 40% и прогнозируемому снижению выбросов на 21%. В промышленности 5G даст возможность реализовать всеобъемлющий Интернет вещей благодаря организации беспроводного соединения со сверхмалой задержкой, что позволит предприятиям работать рациональнее, быстрее и эффективнее. Согласно прогнозам некоторых исследований к 2022 году будет насчитываться до 1,5 миллиарда устройств Интернета вещей, которые будут работать практически во всех отраслях, начиная с систем управления автопарком и заканчивая сельским хозяйством. По другим прогнозам количество таких устройств к 2025 году достигнет 64 миллиардов.

«ЕСЛИ ПРЕДСТАВИТЬ, ЧТО ПРОЦЕСС ВНЕДРЕНИЯ 5G – ЭТО ИГРА В БЕЙСБОЛ, ТО МОЖНО СКАЗАТЬ, ЧТО НА ДАННЫЙ МОМЕНТ МЫ, СКОРЕЕ ВСЕГО, ИГРАЕМ ВО ВТОРОМ ИННИНГЕ. НО МЫ СОБИРАЕМСЯ БЫСТРО ПЕРЕЙТИ УЖЕ В ЧЕТВЕРТЫЙ ИЛИ ПЯТЫЙ ИННИНГ ЗА СЧЕТ ВВОДА В СТРОЙ СЕТЕЙ 5G ПО ВСЕЙ СТРАНЕ В СЛЕДУЮЩЕМ ГОДУ ИЛИ ЧЕРЕЗ ПАРУ ЛЕТ. В 2020 ГОДУ УЖЕ НАСЧИТЫВАЛОСЬ ОКОЛО 37 МЛН. ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ 5G ВО ВСЕМ МИРЕ, И ЭТО ТОЛЬКО ВЕРХУШКА АЙСБЕРГА. ДАЛЬШЕ ПРОЦЕСС ВНЕДРЕНИЯ 5G БУДЕТ УСКОРЯТЬСЯ С ПОСТОЯННО НАРАСТАЮЩИМ ТЕМПОМ».

Крис Пирсон

Президент | 5G Americas

Чтобы в полной мере реализовать все возможности 5G, сеть, соединяющая вышки сотовой связи друг с другом и с глобальной сетью связи, также должна быть усовершенствована. Поскольку эти системы работают со все более высокими скоростями передачи данных на больших расстояниях, необходимо обеспечить очень точное управление сложной последовательностью лазеров, модуляторов и детекторов. И в данном случае высокоинтегрированная прецизионная электроника и решения для организации питания компании Analog Devices играют основную роль в том, чтобы оптические сети работали со скоростями в сотни гигабит в секунду и при этом потребляли меньше энергии, чем сети предыдущих поколений. Помимо этого современные компоненты синхронизации компании Analog Devices обеспечивают более качественную синхронизацию, необходимую для удовлетворения требований к точности работы во времени сетей 5G.

ГОРОД 5G

5G и КВЧ-диапазон сыграют ключевую роль в реализации умных городов будущего. Эти технологии позволят сэкономить до 160 миллиардов долларов за счет снижения энергопотребления, затрат на топливо и многого другого.

5G City
5G City Smart Buildings

Интеллектуальные здания

Такие коммунальные услуги, как освещение и кондиционирование воздуха, можно автоматически регулировать в зависимости от количества присутствующих в помещении людей, что позволяет снизить потребление энергии.

Reduced Gridlock

Сокращение пробок

Интеллектуальные светофоры смогут обмениваться данными с транспортными средствами для оптимизации транспортного потока, благодаря чему время на дорогу сократится примерно на 26%.

Safer Streets

Безопасные улицы

Интеллектуальные датчики и другие устройства Интернета вещей могут использоваться в совокупности с алгоритмами искусственного интеллекта для сокращения времени реагирования на чрезвычайные ситуации.

Источник: «Сигналы интеллектуального транспортного потока», Университет Карнеги-Меллона.

По мере того, как телекоммуникационные компании переходят Рубикон 5G (или достигают девятого иннинга, если использовать аналогию, предложенную Пирсоном), такие партнеры, как Analog Devices, уже видят следующие этапы развития телекоммуникационной отрасли. «5G – это только начало, и мы с нетерпением ждем того, что будет дальше, когда у нас будет связь 6G или 7G, работающая со скоростью в десятки гигабит в секунду и характеризующаяся чрезвычайно низкими задержками» – сказал Хендерсон: «Требования к этим системам только начинают принимать отчетливую форму. Но на сегодняшний день ясно только то, что для их реализации вновь потребуется полное переосмысление архитектуры, что в конечном итоге позволит полностью раскрыть их потенциал».