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？

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）