5G創建萬物聯接架構

本刊記者 | 刁興玲

5G創建萬物聯接架構

本刊記者 | 刁興玲

無線通信技術約每10年出現一次飛躍，每一代都從根本上改變了世界。對于下一代通信技術——5G，業界比較一致的目標是在2020年實現商用部署。ITU已完成第五代移動通信定名、愿景及時間表等關鍵內容，并于今年啟動5G標準研究。2015年，5G技術全球發展進入到技術研發和標準化準備的關鍵時期。

5G能否為人類社會帶來革命性創新？高通工程副總裁Durga Malladi曾在“未來5G信息通信技術國際研討會”上表示，高通自2006年起就對5G進行前瞻性研發，并與業界合作推動5G標準進程、參與重要5G演示和測試等。高通對5G的愿景堪稱宏大，遠不止更快的峰值速率，還期望將其打造成功能更強大的統一平臺，以聯接新的行業和設備、催生新的服務、帶來新的用戶體驗。比起前幾代網絡，5G將發揮更大的作用——創建萬物互聯架構。

5G引領工業進化

關于5G發展的前瞻，再用狹義的“用戶數”進行預測已經不合時宜。未來，5G的“用戶”將更加廣泛，家居、汽車、機器人、無人機、機床、農業基地、高速鐵路、城市等，基本實現萬物互聯。專家預測，到2030年，移動互聯網將使所有行業實現智能化，并取代傳統的機械和機電一體化產品；而此前也有分析公司數據顯示，到2020年聯網“廣義”終端數量將達到250～500億部。5G將有可能顛覆普通民眾對工業的傳統看法，未來的工業或者制造業將以移動互聯網、傳感器、軟件、機動性和云計算為主要驅動力。

萬物互聯系統需要新的架構進行支撐。Durga Malladi指出，5G將引領業界創建新的萬物聯接架構，從“人際通信”拓展至幾乎隨時隨地聯接萬物，從最大限的數據服務拓展至超可靠控制的新型服務，從“終端即端點”概念發展到全新的智能聯接和交互模式，從各種不同網絡共存發展到接入、頻譜類型和服務的融合。

他還表示，未來的5G網絡將會為計算、存儲、網絡資源以及聯接提供一個一體化的分布式平臺。而這一平臺的主要進步是可以提供更低延遲（甚至是毫秒級的延遲）、更低的成本和更高的能效。自動駕駛汽車、遠程醫療等實際應用都將受益于更低的延遲和更高的可靠性。此外，5G技術不僅能夠提供豐富的移動體驗，還能助力車聯網、智慧城市、智能家居和可穿戴設備的發展與普及。

總體而言，5G將滿足顯著增加的聯接需求，該技術將聯接全新行業和全新終端、支持全新服務、打造全新用戶體驗，并將借助高效、低成本的通信優化，實現隨時隨地聯接萬物。

打造功能強大的統一5G平臺

毫無疑問，未來的萬物聯接將由5G技術引領。那么，5G將如何實現這一宏偉目標？需要哪些技術突破才能滿足5G愿景中各種極富變化的使用場景？

據悉，高通正與業界合作開發多項技術創新。這些創新技術將推動建立功能更強大的統一5G平臺。高通的最新技術主要涵蓋以下幾方面內容：其一，設計基于優化OFDM波形的統一空口以及具有靈活框架的多址接入，可從低頻頻段擴展至毫米波、從宏站部署擴展至本地熱點，并從開發之初便支持授權、非授權和共享授權頻段；其二，其全新5G多聯接技術可支持跨5G、LTE和Wi-Fi技術的并發聯接和聚合，其多址接入的5G核心網絡可確保移動運營商在未來仍可繼續得益于當前投入建設成果；其三，高通定義了一個靈活的網絡架構，使5G網絡運營商與OTT服務供應商能夠快速高效打造定制化服務，滿足極富變化的5G場景，完成從低成本熱點到廣域移動部署的擴展。

此外，高通還于2015年11月17日成功演示了5G毫米波設計，如圖所示。毫米波頻段（如28GHz）不僅能帶來足以支持數千兆bit/s的數據傳輸速率帶寬，還可提供利用極密空間復用度以增加容量的機會。而這些機會并非是新出現的——毫米波頻率目前已經被運用在了一些應用中，比如通過在60GHz頻譜運行的802.11ad Wi-Fi進行室內高分辨率視頻傳輸。然而在以前，由于傳輸損耗較高，且易受建筑、人、植物甚至是雨滴的阻礙影響，這些較高頻率范圍對室內外移動寬帶應用來說還不夠穩定強大，覆蓋率不足、缺乏移動性支持等問題使毫米波在移動寬帶上的應用一直不太可行。

高通的工程師們展示了以28GHz頻段運行的TD-LTE同步系統，現場演示了智能波束形成和波束跟蹤技術。通過這一技術，即便設備被移動、射頻信道條件發生變化，也能夠得到相對穩定的信噪比。演示圖形用戶界面清楚展示了系統隨著環境改變在波束類型（上行和下行）之間的切換。工程師透露，在其他測量中，系統測量的視距覆蓋約為350m，而在曼哈頓進行的戶外密集型城市的模擬測量，得到的結果是約150m的非視距覆蓋。也就是說，此次現場演示是毫米波“移動化”邁出的一大步。

前5G時代，我們還能做些什么？

在“未來5G信息通信技術國際研討會”期間，各廠商展示了4G到5G過渡期間的技術。高通表示，LTE、LTE-A和Wi-Fi技術正在不斷發展，其致力于開拓載波聚合、非授權頻段的LTE（包括LTE-U、LAA和MuLTEfire）、LTE/Wi-Fi鏈路聚合、LTE D2D/V2X、窄帶物聯網（NB-IoT）和Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等新技術擴展性能，以支持大量面向5G愿景的使用場景。

以高通展示的LTE Direct技術為例，這是一種用于鄰近探索的終端直通創新技術，采用LTE Direct的應用程序可以讓用戶隨時、輕松且私密地獲知周圍實時情況，從而改變人們開展社交、獲取折扣信息以及與他人和事物互動的方式。這是一項讓用戶不靠運氣就發現周圍“價值”的技術。

在物聯網領域，稍早前高通推出了最新的LTE調制解調器MDM9207-1和MDM9206，可為日益增多的終端和系統提供可靠的、優化的蜂窩聯接。MDM9207-1專為智能儀表、安保、資產追蹤、可穿戴設備、銷售網點和工業自動化等物聯網應用所設計，其中許多應用都需要極其可靠且節能的云服務聯接。它可提供LTE Cat 1聯接，具有功率與吞吐量優化以及其他可定制特性。MDM9206使終端制造商能支持成本優化的解決方案，并作為Cat-M（eMTC）和窄帶物聯網（NB-IOT）的組成提供增強的超低功耗和擴展范圍，還能夠利用窄帶調制解調器更高效地服務低數據速率物聯網應用。

圖 高通在圣迭戈進行的28GHz 5G系統現場展示