5G帶來全新機遇:實現高速傳輸的巨大飛躍

Anja Schaal

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20Gbit/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可在城市環境中的任何地方提供穩定的網絡覆蓋。在5G發展的最后階段，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中發送和接收數據，且不會相互干擾，從而讓人們在聚集歡慶節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1ms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。

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20Gbit/s的目標數據速率。現有的LTE/6GHz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域，但mmWave信號僅支持1km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，許多企業已經啟動了5GeMBB項目，其5Gn78頻段（3.3～3.8）GHz）允許這樣做，可以創建私人或企業特定的移動網絡，稱為園區網絡。這些使得企業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。

2名副其實的長期演進

新5GNR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。

5GNR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而不斷發展，直到它們最終（截至現今的3GPP Release 16）成為5GmMTC。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5GNR服務。

因此，現有的LTE和LTE-IoT設計不僅可以在5G下繼續無縫運行，實際上建議開始為mMTC應用開發LTE-M/NB-IoT解決方案，以確保平穩過渡。

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5G3GPPRelease15的產品之一，支持6GHz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2.4Gbit/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）°C的工作溫度范圍，FN980m5G/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）和擴展不連續接收（eDRX）的3GPP Release14CatM1/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（例如醫療設備、健身追蹤器、工業傳感器、智能電表）。憑借最高15dB/20dB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nRF9160SiP（系統級封裝）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10mm×16mm×1mm，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、可穿戴設備和醫療應用。

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（698～6000）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、2400和5000 MHz ISM頻段應用。這款PCB天線尺寸僅為30mm×120mm×0.2mm。

PulseLarsen緊湊型W3415 5G SMD天線支持所有6GHz以下頻段（4G和5G），尺寸僅為40mm×7mm×3mm。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。

5電源和計算方面

為了開發內部園區網絡，全漢（FSP）企業提供了專門的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園區網絡聯盟的成員，儒卓力也能夠聯合許多合作伙伴提供協助。

6結論

為了提供全球5G網絡覆蓋，蜂窩基礎設施將發生重大的變化，尤其是通過園區網絡。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基礎上發展的企業也無需擔心——LTE將在5G下繼續生存。