9 minute read
5g: a summaRy of 2021 and what to expect going foRwaRd
5G: A Summary of 2021
and What to Expect Going Forward
Advertisement
G is a set of improved and updated mobile communication technologies, and new characteristics resulting from the addition of two new high-frequencybands: sub-6 GHz (3.5-7 GHz) and mmWave (>24 GHz).
As indicated in the diagram, the low-frequency band has a longer propagation range but restricted bandwidth and long latency, whereas the high-frequency band has the opposite characteristics: a short propagation range but tremendous bandwidth and ultra-low latency. Despite its propagation range limitations, 5G (especially mmWave)'s high throughput and ultralow latency enable it to tap into various high-value sectors such as 3D robotic control, virtual reality monitoring, and remote medical control that earlier technologies couldn't. 5G is positioned as a technology that will redefine and accelerate numerous industries and will ultimately change the way people work and live. WHAT IS THE GLOBAL 5G DEPLOYMENT STATUS IN 2021? 5G is recognized as an important infrastructure for both developed and developing countries. By the end of 2021, 79 nations have either commercialized 5G or are conducting 5G trials. Digging further into what frequency is most used - based on IDTechEx's study - it is sub-6 GHz. This frequency band is used in over half of 5G commercial deployments and trails, with just a tiny percentage using mmWave. So far, only 9 countries have commercialized 5G mmWave. However, this is not surprising given that, the main restriction of mmWave transmissions is their low propagation range. Telecom companies would not employ the mmWave frequency band for national coverage. Looking at telecom operators' deployment strategies, we can see that low-frequency bands (for example, 700 MHz) are used for national coverage, whereas sub-6 GHz bands are utilized for city coverage, and mmWave is used for megacity hotspots.
What is the important technical development/trend in 5G now?
Though 5G is commercialized, there are still a lot of technical developments going on. In this article, IDTechEx discuss the 4 key points:
THE RACE FOR LIGHTER MASSIVE MIMO SUB-6 GHZ RADIO One crucial part of deploying a large-scale 5G network employing massive MIMO gear is that the radio must be lightweight and have a compact footprint, as these characteristics will help operators save significant money on overall deployment. This is where silicon comes in. Si's performance will have a huge influence on a radio's essential aspects, such as connection, capacity, power consumption, product size, and weight, and, ultimately, cost. In the 5G system sector, all of these are critical. In IDTechEx's "5G Technology, Market and Forecasts 2022-2032" report, a comprehensive analysis on Si industry and its impact on 5G development is provided.
SMALL CELL DEPLOYMENT Small cells are proposed to address the challenge of short signal propagation range caused by high frequency. Creating an ultra-dense network by deploying more small cells plays a key role in 5G as it allows to complement the macro network and therefore boosts data capacity. Furthermore, the deployment of small cells brings 5G to a variety of businesses, facilitating digitaltransformation (see this recent IDTechEx article for more information on how small cells are facilitating connected industries). Small cells can be categorized into three types: femtocells, picocells, and microcells, depending on their output power. Because of their smaller size compared to macro base stations, the material choices and the overall technology trend will be different from their macro infrastructure counterparts.
OPEN RAN DEVELOPMENT Open RAN is a network alternative to traditional legacy RAN that enables interoperable components (including hardware and software) from different providers to work together seamlessly. It is proposed to eliminate the proprietary nature of the radio access network (RAN) system, diversify the vendor supply chain in the telecom industry, foster more innovation, and reduce the upfront and operational cost of RAN deployment. The development of Open RAN is still in its infancy as of 2021, with only a few telecom operators deploying Open RAN 5G network at a small scale. There are still many challenges that need to be addressed before the bulk of telecom carriers adopt the technology.
MMWAVE DEVELOPMENT IDTechEx believes that there are still some years to go before seeing mmWave market take off (see this recent IDTechEx article for a more in-depth discussion). There are still other obstacles to overcome, such as cost, power, packaging, and thermal management concerns. mmWave devices, for example, require low-loss materials with a low dielectric constant and tan loss, as well as enhanced packaging methods, to prevent excessive transmission loss. Because of the short wavelength of mmWave communications, device are becoming smaller and more integrated, necessitating more power and thermal management.
OUTLOOK FOR 2022 AND BEYOND? 5G market is just about to take off. By the end of 2032, consumer mobile services are anticipated to generate $800 billion in revenue, and 5G macro infrastructure markets will expand seven times larger than in 2020, according to IDTechEx. Other key points include:
• For many years to come, sub-6 GHz will be the main frequency for deployment, whereas mmWave will require further technological advancement as well as a killer app to gain market, which will take years. • The US-China relationship, as well as the development of Open RAN, will have an impact on the 5G system's player dynamics. • Si is critical to the advancement of 5G since its performance has a substantial impact on connection speed, capacity, power consumption, product size, and weight, and, ultimately, the cost of a 5G system. • Small cells will play a major role in enabling 5G to replace cable connectivity in the industrial setting. • The mmWave research and development trend focuses on low-loss materials, power and thermal management, and advanced packaging. Spectrum outlook from 2G to 5G. Source: IDTechEx
5G small cells deployment scenarios and use cases. Source: IDTechEx
Svar på frågor till självstudiekursen Stoppa störningar
1. Vilka komponenter karakteriserar en störningssituation? Svar: A. Störningskälla. C. Kopplingsvägar. E. DStörningsoffer
2. VI en störningssituation, där en borrmaskin stör en radio, är det inte tillräckligt att försöka åtgärda med enbart ett nätfilter i radions nätkabel; varför? Svar: B. Störningen kopplar även som fält.
3. Vilka är de huvudsakliga störningsöverföringssätten mellan störningskälla och störningsoffer? Svar: B. Ledd eller ledningsbunden koppling. D. Fältkoppling.
4. I vilken mode uppträder oftast en ”vanlig” nyttosignal? Svar: A. Differentiell mode.
5. Vilka av följande karakteriserar en common mode signalöverföring? Svar: A. CM-ström flyter i samma riktning i alla ledare i en kabel. B. CM-ström kan flyta utan galvanisk förbindelse till någon galvanisk returväg. D. CM-spänning uppträder med samma polaritet och amplitud på samtliga ledningar i en kabel relativt en gemensam referens.
6. Vilka av följande karakteriserar en differentiell mode signalöverföring? Svar: D. DM-spänning är skillnadsspänningen mellan ledarpar.
7. En radioapparat störs kraftigt på vissa frekvenser i mellanvågsbandet. Vad är den troliga orsaken? Svar: C. Digital störningskälla t ex PC.
8. En radioapparat störs kraftigt i hela mellanvågsbandet. Vad är den troliga orsaken? Svar: A. Gniststörningar t ex från en elektrisk borrmaskin. . 9. Vilka åtgärder kan tänkas minska RF-fältemission från strömslingor på ett kretskort? Svar: B. Att använda parledare. C. Att minska strömmen. E. Att använda flerlagerskort med ett dedikerat referenslager som återledare. F. Att montera en lämplig avkopplingskondensator nära invid kretsen.
10. Vilka elektromagnetiska fenomen, mest troligt, kan ge störningar via nätanslutningskabeln? Svar: B. Transienta överspänningar. C. Åska. E. Korta nätavbrott, spänningsbortfall.
11. Vilka förebyggande åtgärder kan man vidta vid en installation för att säkerställa bra matningsspänningskvalite? Svar: B. Använd separata stigare och kabelstegar för störande laster och känslig elektronik. C. Anslut samarbetande utrustningar till samma gruppcentral E. Minska matningens gemensamma impedans genom uppdelad matning eller separata transformatorer.
12. Vilka nackdelar finns med 4-ledarinstallation (TN-C)? Svar: B. Förhöjt nätfrekvent magnetfält. C. Störning av signalförbindelser med dubbla ”jordanslutningar”. E. Vagabonderande strömmar.
13. Vilka nackdelar finns med 5-ledarinstallation (TN-S)? Svar: A. Dyrare installationskostnad. D. PE och N ledarna får vara sammankopplade i endast en punkt. F. Bör övervakas.
14. Vad är ESD? Svar: B. Plötslig urladdning av statisk elektricitet.
15. Vad kan ESD orsaka? Svar: A. Förstörelse av komponenter. B. Felfunktioner. C. Latenta fel. E. Parameterförsämring. . 16. Vad krävs för att en ESD-urladdning skall kunna ske? Svar: A. Laddat ledande föremål eller kropp. B. Liten eller ingen avledning av laddningar. C. Att föremålen kommer så nära att spänningsöverslag kan ske. E. Att den laddade föremålet kommer tillräckligt nära en annan kropp som har avvikande potential.
17. Kan en indirekt ESD-urladdning mot t ex bordskanten orsaka felfunktion i en apparat i närheten (tex datorn på bordet)? Svar: Ja – ESD-urladdningsströmen genererar fält med en brett frekvensspektra som kan ta sig in i apparaten via öppningar i skärmen eller via anslutna ledare.
18. Vilka typer av ledare eller kablar anslutna till en apparat kan överföra störningsenergi till och från omgivningen eller anslutande apparater och agera som mottagar- eller sändarantenner? Svar: A. Nätkabel. B. DC-spänningsmatningskabel. D. Signalkabel innehållande insignaler. E. Signalkabel innehållande utsignaler. F. Skyddsledare. G. Överblivna (oanslutna) ledare i en kabel.
. 19. Vilka är exempel på störande switchade enheter? Svar: A. Effektstyrning till elmotorer. C. Svitchade-spänningsaggregat. E. Tyristorstyrning.
20. Vilka är de möjliga störningskällorna i en switchad spänningsaggregat? Svar: A. Primärkretsen. B. Diodbryggan. D. Sekundärkretsen. E. Common mode strömläckage från switchtransistorn.
21. Vilka är de möjliga avstörningsåtgärderna för kommuterande elmotorer? Svar: A. Välj elmotorer där tillverkaren har inbyggd avstörning. B. Montera avstörningskondensatorer mellan motorns poler och hölje. E. Montera en varistor mellan motorns poler.
STOPPA STÖRNINGAR!
Vi har fått en läsarreaktion från PG Nilsson, CE-assist på frågorna till EMC-Introduktion del 2:
Hej Ulf och Miklos.
Sista frågan om kunskaper hos produktutvecklarna. Sista svarsalternativet finns inte med som rätt svar.
I artikeln skriver ni ”den som vill uppfylla marknadens kvalitetskrav behöver därför utgående från en miljöanalys sätta upp egna EMC-krav”.
Om en viss produkt som jag ska utveckla är avsedd för en miljö som hos vissa användare innebär annorlunda krav på t.ex. tåligheten, är det väl viktigt att känna till dessa krav? Speciellt om man ska exportera produkten utanför EU.
Ulf: Fråga 11 löd: "Vad bör man känna till av regelverket som produktutvecklare?"
Med regelverket avsåg vi det, eller de, lagliga (juridiska, officiella) regelverk, som finns i Sverige, EU, eller i någon annan region. Ex-vis i EU CE-märkningsdirektiven. En användarorganisation (vilken som helst) ser inte vi som en part som ger ut ett lagstadgat regelverk (som t ex EMC-lagen med tillhörande förordning och föreskrifter). Vi kunde kanske varit lite tydligare i vår frågeformulering.
Marknadens krav är minst de lagliga, därtill kommer verkligheten. Om man vill sätta en produkt på en marknad så får man se till att minst de lagliga reglerna följs. Vill man sätta en produkt på flera marknader så blir det att se till att produkten klarar dessa marknaders regulativa minimikrav! Visar marknadsanalysen att verkligheten (installationsmiljön) medför strängare behov eller kunder (företag, organisationer) ställer strängare krav så tillkommer givetvis dessa.
Notera: grundkravet för CE-märkning med avseende på EMC är att produkter inte får stör eller störas av andra produkter eller den naturliga elmiljön. Detta krav borde vara generellt överallt och är ju vad som krävs för att produkten ska anses ha tillräcklig kvalitet!
Ulf Nilsson
emculf@gmail.com
