5G帶來全新機遇:實現高速傳輸的巨大飛躍
人人談論5G 已久,第一批5G 網絡也已經建成并進行了早期測試。但5G 將會提供哪些實際好處呢?蜂窩基礎設施將如何改變? LTE 將會如何?現在所有的設計都需要直接移植到5G 嗎?
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202112/430477.htm為了確定企業(yè)是否應當開始采用5G 及何時采用是適當時機,應該看一看5G 的3 個關鍵方面。它們針對不同的應用,進行了相應的改善。
1)增強型移動寬帶(eMBB)。它具有高達20 Gbit/s的數據傳輸速率,專為數字生活方式應用以及高清視頻、虛擬現實和增強現實等高帶寬應用量身定制,高數據速率允許超快加載網站和實現不間斷的視頻內容流。
2)大規(guī)模機器類型通信(mMTC)。由于MTC設備的連接密度非常高,所以mMTC 可在城市環(huán)境中的任何地方提供穩(wěn)定的網絡覆蓋。在5G 發(fā)展的最后階段,每平方公里將支持100 萬個這樣的連接,允許眾多設備同時間在同一個無線小區(qū)中發(fā)送和接收數據,且不會相互干擾,從而讓人們在聚集歡慶節(jié)日或在體育場觀看比賽時,不會再遇到連接問題。
3)超可靠低延遲通信(uRLLC)。它提供低于1 ms 的延遲,適合對可靠性要求極高的時間關鍵型應用。這對于實現自動駕駛、車到車和車到萬物的初始通信至關重要,更不用說基于云的預測性維護了。
從4G(LTE-M/NB-IoT)到5G(mMTC)的過渡將會很平穩(wěn)——隨著每個3GPP Release的發(fā)布,這些技術將會逐步繼續(xù)發(fā)展,直到它們最終成為5G 圖片來源:Markt&Technik
1 全新的5G基礎設施
首批基于3GPP Release 15 的eMBB 5G 產品已經上市,但大多數無法提供20 Gbit/s 的目標數據速率?,F有的LTE/6 GHz 以下頻段(頻率范圍1,FR1)通常無法為此用途提供足夠的帶寬,因此5G 應用需要新頻段,即從(24~100)GHz(FR2)的mmWave(毫米波)超高頻段。這需要全新的移動通信基礎設施,因為1 座LTE無線電塔覆蓋其周圍幾平方公里的區(qū)域,但mmWave信號僅支持1 km 的最大范圍,并且不像LTE 信號那樣全面圍繞四周,而只是一個方向。
即便如此,許多企業(yè)已經啟動了5G eMBB 項目,其5G n78 頻段(3.3~3.8)GHz)允許這樣做,可以創(chuàng)建私人或企業(yè)特定的移動網絡,稱為園區(qū)網絡。這些使得企業(yè)能夠獨立于移動通信服務提供商,并且在建立智能工廠方面先拔頭籌。
高數據傳輸率的一種選擇——Telit的FN980m數據卡 圖片來源:Telit
2 名副其實的長期演進
新5G NR 標準(New Radio)的引入,會否使現有的LTE 設計過時?這種擔憂是有道理的,因為許多5G FR1 頻段與LTE 頻段重疊。不過,人們無需擔心,動態(tài)頻譜共享(DSS)這樣的技術允許LTE 和5G 等不同標準共享相同的頻段。
5G NR 還支持頻段內LTE-IoT,這是帶有NB-IoT的LTE-M,因此“長期演進(LTE)”仍將是名副其實的“長期”。最新的LTE-M 和NB-IoT 解決方案已經面世并符合3GPP Release 14 要求。這兩項技術都在伴隨著每個新的3GPP Release 而不斷發(fā)展,直到它們最終(截至現今的3GPP Release 16)成為5G mMTC。這意味著目前使用LTE-M 和NB-IoT 的LTE-IoT 設備仍可在5G NR 下工作。這對于5G NR使用核心5G 網絡的獨立5G 網絡(SA)和非獨立網絡(NSA)都是如此,后者通過4G/EPC(演進分組核心)網絡來提供5G NR 服務。
因此, 現有的LTE 和LTE-IoT 設計不僅可以在5G 下繼續(xù)無縫運行,實際上建議開始為mMTC應用開發(fā)LTE-M/NB-IoT 解決方案,以確保平穩(wěn)過渡。
ME310G1模塊支持涉及數千或數百萬個物聯網設備的應用 圖片來源:Telit
3 第一步的組件
如果您想直接進入5G 時代,儒卓力已經為您準備好合適的組件。對于eMBB 實施項目,Telit 的FN980m 5G/LTE 卡是首批支持5G 3GPP Release 15 的產品之一,支持6 GHz 以下頻段FDD 和TDD,以及mmWave、LTE、WCDMA 和GNSS。因此5G 提供高達5.5 Gbit/s 的下行速率和高達2.7 Gbit/s 的上行速率,相比之下,4G 仍然僅允許實現2.4 Gbit/s 下行速率和211 Mbit/s 上行速率。憑借標準M.2(NGFF)外形尺寸和(-40~85)℃的工作溫度范圍,FN980m 5G/LTE卡適用于具有高速傳輸速率的無線固定網絡接入點、企業(yè)路由器和網關、室內和室外終端設備(客戶端設備(CPE))、視頻傳輸和監(jiān)控。FN980 卡也可作為純5G/LTE 6 GHz 以下解決方案提供。
Telit 已將ME310G1 模塊添加到其xE310 系列中,專門用于mMTC 應用。支持具有省電模式(PSM)和擴展不連續(xù)接收(eDRX)的3GPP Release 14 Cat M1/NB2,可實現具有低能耗和更長電池壽命的物聯網應用。它非常適合涉及數千或數百萬個物聯網設備的應用,這些應用不僅需要高能效,而且低成本比高速數據速率更重要(例如醫(yī)療設備、健身追蹤器、工業(yè)傳感器、智能電表)。憑借最高15 dB/20 dB 的最大耦合損耗(MCL),相比先前的蜂窩LTE 標準,該模塊還提供了更大的覆蓋范圍,從而更好地穿透建筑物。
Nordic Semiconductor 公司以nRF9160 SiP(系統(tǒng)級封裝)模塊為LTE-M 和NB-IoT(3GPP Release 13)提供解決方案。這款極其緊湊、高度集成的SiP 器件已經通過全球運營預認證。它的外殼尺寸為10 mm×16 mm×1 mm,提供了應用MCU、采用ARM TrustZone和ARM CryptoCell 安全技術的ARM Cortex-M33 CPU、LTE 調制解調器、RF 前端和電源管理。對于具有精確位置檢測的資產追蹤應用,提供支持GPS 功能的型款。nRF9160 具有許多數字和模擬接口以及外圍設備,非常適合通過移動網絡將設備連接到互聯網,用于物流和資產追蹤、智能計量、智慧城市應用、智能基礎設施、智能農業(yè)、可穿戴設備和醫(yī)療應用。
nRF9160尺寸非常緊湊,是高度集成的器件 圖片來源:Nordic Semiconductor
4 用于5G應用的天線
儒卓力產品組合已包含5G 天線產品。PulseLarsen的W3554 系列超寬帶偶極天線產品的頻率范圍為(698~6 000)MHz,不僅適用于5G 應用,還適用于2G、3G 和4G 以及GNSS、WiFi、藍牙、低功耗藍牙、ZigBee 和868、915、2 400 和5 000 MHz ISM 頻段應用。這款PCB 天線尺寸僅為30 mm×120 mm×0.2 mm。
PulseLarsen 緊湊型W3415 5G SMD 天線支持所有6 GHz 以下頻段(4G 和5G),尺寸僅為40 mm×7 mm×3 mm。由于1 塊電路板上有多個天線,多輸入多輸出(MIMO)技術可以優(yōu)化使用5G。一根天線可以作為主天線,而另一根天線可以作為分集天線。
PulseLarsen緊湊型W3415 SMD天線支持所有6 GHz以下頻段(4G和5G) 圖片來源:PulseLarsen
5 電源和計算方面
為了開發(fā)內部園區(qū)網絡,全漢(FSP)企業(yè)提供了專門的5G 網絡組件。它們適用于基站、接入網絡、數據中心或單個網絡設備。得益于供應商擴展和修訂產品組合,用戶不再需要自行設計網絡組件。
儒卓力還能夠使用華碩、研華和英特爾的產品為基于網絡的信息處理任務開發(fā)定制解決方案概念。即使眾多產品組合也無法滿足客戶的所有需求,作為5G園區(qū)網絡聯盟的成員,儒卓力也能夠聯合許多合作伙伴提供協(xié)助。
PulseLarsen的W3554超寬帶偶極子天線可以支持5G、4G、3G或2G、GNSS、WiFi、藍牙等全部標準 圖片來源:PulseLarsen
6 結論
為了提供全球5G 網絡覆蓋,蜂窩基礎設施將發(fā)生重大的變化,尤其是通過園區(qū)網絡。這種變化的驅動力將是5G 應用狀況所帶來的改進。但那些在LTE基礎上發(fā)展的企業(yè)也無需擔心——LTE 將在5G 下繼續(xù)生存。
(本文來源于《電子產品世界》雜志2021年12月期)
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