Как контрольно-измерительное оборудование Rohde & Schwarz делает возможным мир будущего

Четвертая промышленная революция

Впервые за довольно короткую историю мобильной связи смартфоны (ранее — мобильные телефоны) не являются основным объектом усовершенствования. Новый стандарт также отлично подходит для Интернета вещей — миллиардов устройств с выходом в Интернет в наших домах, на улице и на предприятиях. По всей вероятности, самое большое влияние технология 5G окажет на промышленность, но не только потому, что оборудование и целые производственные линии смогут обмениваться между собой данными по беспроводным каналам связи практически в реальном масштабе времени. Искусственный интеллект (ИИ) может автономно и быстро исправлять мельчайшие отклонения и нарушения на ранних стадиях производства путем использования петабайт данных, которые хранятся и анализируются в облаке.

Более широкое применение виртуальной реальности также приведет к повышению эффективности производства. Можно виртуально (и, следовательно, экономически эффективно) моделировать изделия и процессы, даже если они еще не существуют. Это позволяет инженерам досконально проверять прототипы до того, как они будут построены. Сотрудникам больше не нужно знакомиться с новыми процессами по огромным руководствам. Благодаря дистанционной поддержке клиенты в самых дальних уголках мира могут самостоятельно ремонтировать оборудование.

В условиях острой конкуренции благодаря интеллектуальным технологиям даже страны с дорогой рабочей силой вновь могут стать привлекательными для размещения производственных мощностей. Немецкое законодательство разрешает эксплуатацию локальных частных сетей 5G (т. н. кампусные сети). В других странах крупные операторы мобильной связи планируют внедрять локальные подсети и управлять ими в качестве отраслевой услуги. При использовании таких сетей для автоматизации предприятия необходимо обязательно проверить, способны ли они обеспечивать требуемый уровень производительности.

Электронная система здравоохранения обеспечивает доступ к медицинскому обслуживанию. Везде.

Повсеместное внедрение широкополосных сетей выравнивает условия жизни в городе и в сельской местности. В малонаселенных районах с нехваткой медперсонала и медучреждений технология 5G позволяет полностью раскрыть потенциал дистанционной медицины. По видеосвязи врачи могут консультировать пациентов без выезда к ним. При условии быстрой, надежной и отказоустойчивой передачи данных в будущем они даже смогут дистанционно проводить роботизированные хирургические операции. Задержки в ходе анализа КТ-снимка жертвы инсульта недопустимы. Датчики дистанционного мониторинга систем жизнеобеспечения должны работать надежно и безотказно, бесперебойно передавая данные.

Эти сценарии демонстрируют невероятные возможности нового стандарта, включая существенно большую скорость передачи данных. Международный союз по телекоммуникациям (ITU) планирует выйти на уровень 20 Гбит/с в рамках программы IMT-2020. Это примерно в 20 раз быстрее, чем у предшествующего стандарта LTE. Кстати, 5G никоим образом не является заменой LTE. Стандарт LTE будет оставаться основой мобильной связи еще в течение многих лет.

Революционность новой технологии имеет другое объяснение. «Стандарт 5G позволяет реализовать совершенно новые, более сложные сценарии, где конечным пользователем выступает машина, а не человек», — говорит Джереми Карпентер (Jeremy Carpenter), руководитель проекта по испытанию сетей мобильной связи в компании Rohde & Schwarz. «Раньше развитие мобильной связи было сосредоточено на расширении покрытия и повышении скорости передачи данных. Сейчас в центре внимания надежность, пропускная способность и низкая задержка». (см. рисунок)

Проблема миллиметровых волн

Важно отметить, что для достижения намеченной скорости передачи данных требуется более широкая полоса пропускания, которая просто отсутствует в современных диапазонах частот мобильной связи ниже 6 ГГц. Поэтому на уровне отрасли было решено использовать для стандарта 5G диапазон частот приблизительно до 7 ГГц и до 52 ГГц для миллиметровых волн. Привлекательными с коммерческой точки зрения являются диапазоны 3,5 ГГц, 28 ГГц и 39 ГГц. Ширина полосы частот на одну несущую как правило будет составлять 100 МГц, для миллиметровых волн — до 400 МГц.

Новый подход: формирование луча диаграммы направленности

В диапазоне миллиметровых волн дальность действия радиосигнала значительно меньше, чем в нижнем спектре частот LTE. Это означает, что для покрытия сети требуется больше антенн и базовых станций. По этой причине операторы сетей предпочитают использовать для 5G технологию формирования луча диаграммы направленности, которая повышает эффективность системы. В прошлом сигнал излучался равномерно по всей площади, но после внедрения 5G появляется возможность формировать направленный луч базовой станции. Это позволяет оптимизировать сигнал и отношение сигнал-шум, а также направлять сигнал на выбранные мобильные устройства. Однако для этого требуется значительно больше антенных элементов на одну радиосоту. Технология формирования луча диаграммы направленности выдвигает другие требования к контрольно-измерительному оборудованию, поскольку в диапазоне миллиметровых волн необходимо использовать беспроводные методы испытаний, а не проводные решения.

Rohde & Schwarz открывает возможности: комплексные решения для революционной технологии

«Базовые технологии и технические решения имеют высокий уровень сложности. Чтобы гарантировать совместимость и надежность работы, необходимо тщательно протестировать все аспекты задолго до ввода сети 5G в эксплуатацию. Сюда входит тестирование отдельных компонентов (антенн, готовых базовых станций, оконечных устройств и т. д.), а также проверка качества обслуживания в сети мобильной связи», — говорит Райнер Штульфаут (Reiner Stuhlfauth), ИТ-директор Rohde & Schwarz. В исчерпывающем электронном справочнике 5G New Radio (NR)он вместе с другими специалистами по контрольно-измерительному оборудованию Rohde & Schwarz подробно рассматривает основные принципы архитектуры и алгоритмы передачи сигналов в сетях 5G-NR.

«Технология 5G отличается высокой гибкостью и позволяет настраивать параметры в зависимости от варианта применения, например, для сценариев Индустрии 4.0 или для передачи данных на смартфоны», — рассказывает соавтор справочника, Майк Котткамп (Meik Kottkamp) из отдела управления беспроводными технологиями Rohde & Schwarz. «Эта гибкость, обусловленная использованием высоких частот и широких полос пропускания, делает стандарт 5G таким привлекательным. Одновременно она является самым сложным вызовом для наших разработчиков и клиентов».

Вызов принят

Как эксперт с большим опытом работы и комплексный поставщик контрольно-измерительного оборудования для сетей 5G NR, компания Rohde & Schwarz предлагает самый широкий ассортимент решений для всей инфраструктуры мобильной связи — от формирования и анализа сигналов до тестирования мобильной связи и проверки качества обслуживания. С момента появления цифровой мобильной связи первого поколения (2G) компания Rohde & Schwarz занимается новаторской деятельностью и успела стать авторитетным поставщиком прогрессивных решений для производителей инфраструктурного оборудования, пользовательских устройств и чипсетов.