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    5G正在成為現(xiàn)實。從下一代革命性無線技術(shù)的模糊概念，到一些可望不可即的目標(biāo)，再到日趨成熟的用例和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，5G目前已具備可實現(xiàn)目標(biāo)和可實施標(biāo)準(zhǔn)。5G發(fā)展日新月異。在這一過程中，5G展現(xiàn)出與當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)截然不同的特征。東莞監(jiān)控安裝公司表示不久的將來，智慧城市中的建筑、移動通訊設(shè)備以及自動駕駛車輛等等，都將依賴5G物聯(lián)網(wǎng)的連接。

5G的用途是什么?

    早先，人們經(jīng)常討論5G將帶來的量變：Gbps級帶寬、競爭激烈的城市市場中巨大的面密度、出色的能效等。LTE仍然有其局限性。而5G愿景被認(rèn)為難以實現(xiàn)。許多應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)架構(gòu)師認(rèn)為5G是一種極速、高度可用和可靠的網(wǎng)絡(luò)，將幫助他們擺脫困境。

    通過5G技術(shù)，不需以任何光纖或銅線開拓固定寬帶接入市場。5G可實現(xiàn)媲美光纖的速度。不想使用5公斤的頭盔體驗移動增強(qiáng)現(xiàn)實?這很容易：通過無縫、始終可用的高帶寬連接，5G將幫助在云中完成所有繁重的計算任務(wù)。想要一輛后備箱沒有超級計算機(jī)的自動駕駛互聯(lián)汽車?只需一個5G調(diào)制解調(diào)器，云端會帶來無與倫比的自動駕駛體驗(圖1)。人們將看到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)的傳感器和制動器直接接人互聯(lián)網(wǎng)。

這些目標(biāo)涉及不同領(lǐng)域，在時間和資源充裕的情況下，并非不可實現(xiàn)。毋庸置疑，如需取得進(jìn)展，標(biāo)準(zhǔn)制定者需要將期望限定在合理范疇。

三個用例

國際電信聯(lián)盟的國際移動電信(IMT)2020愿景聲明將希望清單縮減至三個代表性用例：增強(qiáng)型移動寬帶、大規(guī)模機(jī)器類通信和超可靠低延遲通信。這三個用例將幫助實現(xiàn)5G領(lǐng)域的諸多期望(以上圖2)。

在這三個用例中，增強(qiáng)型移動寬帶可能最接近多數(shù)人對下一代手機(jī)的設(shè)想。在這個用例中，配備先進(jìn)技術(shù)的場所中的靜態(tài)用戶可獲得高達(dá)20 Gbps的數(shù)據(jù)速率，移動用戶可獲得充足的實際帶寬(從收天線fMIM0)、載波聚合等。隨著高級半導(dǎo)體制程中晶體管數(shù)量的增加，頻譜效率仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間?？稍谒皆O(shè)備上使用大量MIM0天線陣列以實施波束成形，同時為各客戶端創(chuàng)建私有無線電波束。在高密度區(qū)域，可在微單元上疊加一系列較小的單元。所有這些措施均可提高數(shù)據(jù)速率。

如需增加特定區(qū)域的客戶端數(shù)量，可利用較小的單元和波束成形。還可對高帶寬通道進(jìn)行多路復(fù)用，在多個客戶端之間分配帶寬。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變化可改進(jìn)能效和降低延遲。

如果同時開展所有這些工作，問題就會成倍增加。例如，如果將現(xiàn)有低于2 Ghz的4G頻段中的子載波間距加寬，每個連接就會具有更多帶寬。但連接數(shù)更少。可采用更高的新頻率，如24.25—29.5Ghz或37—43.5 Ghz頻段，這些頻段支持超過500Mhz的間隔。但在從3 Ghz過渡至毫米波的過程中，傳播成為一個問題。當(dāng)頻率達(dá)到28 Ghz，現(xiàn)實世界的許多因素會減弱或阻礙載波。

例如，雨水會對頻率造成數(shù)十dB／千米的衰減，春天綠意盎然的葉子可完全吞噬信號。即使是板墻和玻璃等建筑材料也會吸收數(shù)十dB的信號。盡管毫米波可提供大量帶寬，但這些帶寬也只在天氣干燥且連接未受阻礙、處于較短的可視距離的情況下發(fā)揮作用。

當(dāng)然，可使用多個高帶寬通道實現(xiàn)出色的數(shù)據(jù)速率?？蓪⒍鄠€既窄又差的通道進(jìn)行組合。可動態(tài)聚合單個鏈路的多個通道，或者通過不同天線和不同光束路徑及MIMO聚合多個鏈路。借助波束成形和跟蹤功能，甚至可以在客戶端在高密度城市環(huán)境中移動時確保這些鏈路完整無缺。

遺憾的是，這些技術(shù)會妨礙數(shù)百萬個廉價低80到200 Mbps，具體取決于場所)，流暢播放3D或超高清視頻，在游戲或增強(qiáng)現(xiàn)實等場景中與云應(yīng)用密切互動。

大規(guī)模機(jī)器類通信提供了一個完全不同的場景。這里的客戶端不是服務(wù)器或人員，而是智能城市、工廠、建筑或家庭中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。在這個場景中，原始數(shù)據(jù)速率沒那么重要；機(jī)器要么提供相對較少的信息一～每秒只有幾條傳感器讀數(shù)，要么在本地預(yù)處理處理，以大幅降低帶寬(就像智能監(jiān)控攝像頭一樣)。這里的關(guān)鍵不是數(shù)據(jù)速率，而是連接密度一一每平方千米多達(dá)一百萬個互聯(lián)設(shè)備一一和能效一一相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)的一百倍。

第三個場景超可靠低延遲通信是一個令人難以置信的全新用例，支持工業(yè)自動化、關(guān)鍵任務(wù)連接和自動駕駛汽車，可避免駕車途中通話中斷的情況。這些應(yīng)用不僅需要相對較高的數(shù)據(jù)速率一一例如汽車將其攝像頭和激光雷達(dá)的大量信息流發(fā)送至云端進(jìn)行分析，而且需要與無線網(wǎng)絡(luò)沒什么關(guān)系的兩個屬性：毫秒級延遲和功能安全級可靠性。

解決之道

單個而論，這三個場景中即使最苛刻的要求似乎也可以實現(xiàn)。例如，通過增加通道帶寬，幾乎可隨時提高數(shù)據(jù)速率。萬一失敗，可應(yīng)用經(jīng)過當(dāng)前LTE—Advanced網(wǎng)絡(luò)測試的技術(shù)，如多個發(fā)送和接收天線fMIM0)、載波聚合等。隨著高級半導(dǎo)體制程中晶體管數(shù)量的增加，頻譜效率仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間?？稍谒皆O(shè)備上使用大量MIM0天線陣列以實施波束成形，同時為各客戶端創(chuàng)建私有無線電波束。在高密度區(qū)域，可在微單元上疊加一系列較小的單元。所有這些措施均可提高數(shù)據(jù)速率。

如需增加特定區(qū)域的客戶端數(shù)量，可利用較小的單元和波束成形。還可對高帶寬通道進(jìn)行多路復(fù)用，在多個客戶端之間分配帶寬。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變化可改進(jìn)能效和降低延遲。

如果同時開展所有這些工作，問題就會成倍增加。例如，如果將現(xiàn)有低于2 Ghz的4G頻段中的子載波間距加寬，每個連接就會具有更多帶寬。但連接數(shù)更少?？刹捎酶叩男骂l率，如24.25—29.5Ghz或37—43.5 Ghz頻段，這些頻段支持超過500Mhz的間隔。但在從3 Ghz過渡至毫米波的過程中，傳播成為一個問題。當(dāng)頻率達(dá)到28 Ghz，現(xiàn)實世界的許多因素會減弱或阻礙載波。

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