5G帶來全新機(jī)遇：實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)木薮箫w躍

人人談?wù)?G 已久，第一批5G 網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)建成并進(jìn)行了早期測(cè)試。但5G 將會(huì)提供哪些實(shí)際好處呢？蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施將如何改變？ LTE 將會(huì)如何？現(xiàn)在所有的設(shè)計(jì)都需要直接移植到5G 嗎？

為了確定企業(yè)是否應(yīng)當(dāng)開始采用5G 及何時(shí)采用是適當(dāng)時(shí)機(jī)，應(yīng)該看一看5G 的3 個(gè)關(guān)鍵方面。它們針對(duì)不同的應(yīng)用，進(jìn)行了相應(yīng)的改善。

1）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）。它具有高達(dá)20 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，專為數(shù)字生活方式應(yīng)用以及高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等高帶寬應(yīng)用量身定制，高數(shù)據(jù)速率允許超快加載網(wǎng)站和實(shí)現(xiàn)不間斷的視頻內(nèi)容流。

2）大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）。由于MTC設(shè)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(wǎng)絡(luò)覆蓋。在5G 發(fā)展的最后階段，每平方公里將支持100 萬個(gè)這樣的連接，允許眾多設(shè)備同時(shí)間在同一個(gè)無線小區(qū)中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且不會(huì)相互干擾，從而讓人們?cè)诰奂瘹g慶節(jié)日或在體育場(chǎng)觀看比賽時(shí)，不會(huì)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(duì)可靠性要求極高的時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、車到車和車到萬物的初始通信至關(guān)重要，更不用說基于云的預(yù)測(cè)性維護(hù)了。

從4G（LTE-M/NB-IoT）到5G（mMTC）的過渡將會(huì)很平穩(wěn)——隨著每個(gè)3GPP Release的發(fā)布，這些技術(shù)將會(huì)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(chǔ)設(shè)施

首批基于3GPP Release 15 的eMBB 5G 產(chǎn)品已經(jīng)上市，但大多數(shù)無法提供20 Gbit/s 的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率。現(xiàn)有的LTE/6 GHz 以下頻段（頻率范圍1，F(xiàn)R1）通常無法為此用途提供足夠的帶寬，因此5G 應(yīng)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(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)? 座LTE無線電塔覆蓋其周圍幾平方公里的區(qū)域，但mmWave信號(hào)僅支持1 km 的最大范圍，并且不像LTE 信號(hào)那樣全面圍繞四周，而只是一個(gè)方向。

即便如此，許多企業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)了5G eMBB 項(xiàng)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)，稱為園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。這些使得企業(yè)能夠獨(dú)立于移動(dòng)通信服務(wù)提供商，并且在建立智能工廠方面先拔頭籌。

高數(shù)據(jù)傳輸率的一種選擇——Telit的FN980m數(shù)據(jù)卡 圖片來源：Telit

2   名副其實(shí)的長(zhǎng)期演進(jìn)

新5G NR 標(biāo)準(zhǔn)（New Radio）的引入，會(huì)否使現(xiàn)有的LTE 設(shè)計(jì)過時(shí)？這種擔(dān)憂是有道理的，因?yàn)樵S多5G FR1 頻段與LTE 頻段重疊。不過，人們無需擔(dān)心，動(dòng)態(tài)頻譜共享（DSS）這樣的技術(shù)允許LTE 和5G 等不同標(biāo)準(zhǔn)共享相同的頻段。

5G NR 還支持頻段內(nèi)LTE-IoT，這是帶有NB-IoT的LTE-M，因此“長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）”仍將是名副其實(shí)的“長(zhǎng)期”。最新的LTE-M 和NB-IoT 解決方案已經(jīng)面世并符合3GPP Release 14 要求。這兩項(xiàng)技術(shù)都在伴隨著每個(gè)新的3GPP Release 而不斷發(fā)展，直到它們最終（截至現(xiàn)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(shè)備仍可在5G NR 下工作。這對(duì)于5G NR使用核心5G 網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立5G 網(wǎng)絡(luò)（SA）和非獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)（NSA）都是如此，后者通過4G/EPC（演進(jìn)分組核心）網(wǎng)絡(luò)來提供5G NR 服務(wù)。

因此， 現(xiàn)有的LTE 和LTE-IoT 設(shè)計(jì)不僅可以在5G 下繼續(xù)無縫運(yùn)行，實(shí)際上建議開始為mMTC應(yīng)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(shù)千或數(shù)百萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用 圖片來源：Telit

3   第一步的組件

如果您想直接進(jìn)入5G 時(shí)代，儒卓力已經(jīng)為您準(zhǔn)備好合適的組件。對(duì)于eMBB 實(shí)施項(xiàng)目，Telit 的FN980m 5G/LTE 卡是首批支持5G 3GPP Release 15 的產(chǎn)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(dá)5.5 Gbit/s 的下行速率和高達(dá)2.7 Gbit/s 的上行速率，相比之下，4G 仍然僅允許實(shí)現(xiàn)2.4 Gbit/s 下行速率和211 Mbit/s 上行速率。憑借標(biāo)準(zhǔn)M.2（NGFF）外形尺寸和（-40~85）℃的工作溫度范圍，F(xiàn)N980m 5G/LTE卡適用于具有高速傳輸速率的無線固定網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)、企業(yè)路由器和網(wǎng)關(guān)、室內(nèi)和室外終端設(shè)備（客戶端設(shè)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(yīng)用。支持具有省電模式（PSM）和擴(kuò)展不連續(xù)接收（eDRX）的3GPP Release 14 Cat M1/NB2，可實(shí)現(xiàn)具有低能耗和更長(zhǎng)電池壽命的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。它非常適合涉及數(shù)千或數(shù)百萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用，這些應(yīng)用不僅需要高能效，而且低成本比高速數(shù)據(jù)速率更重要（例如醫(yī)療設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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(jí)封裝）模塊為L(zhǎng)TE-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(jīng)通過全球運(yùn)營(yíng)預(yù)認(rèn)證。它的外殼尺寸為10 mm×16 mm×1 mm，提供了應(yīng)用MCU、采用ARM TrustZone和ARM CryptoCell 安全技術(shù)的ARM Cortex-M33 CPU、LTE 調(diào)制解調(diào)器、RF 前端和電源管理。對(duì)于具有精確位置檢測(cè)的資產(chǎn)追蹤應(yīng)用，提供支持GPS 功能的型款。nRF9160 具有許多數(shù)字和模擬接口以及外圍設(shè)備，非常適合通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，用于物流和資產(chǎn)追蹤、智能計(jì)量、智慧城市應(yīng)用、智能基礎(chǔ)設(shè)施、智能農(nóng)業(yè)、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療應(yīng)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(yīng)用的天線

儒卓力產(chǎn)品組合已包含5G 天線產(chǎn)品。PulseLarsen的W3554 系列超寬帶偶極天線產(chǎn)品的頻率范圍為（698~6 000）MHz，不僅適用于5G 應(yīng)用，還適用于2G、3G 和4G 以及GNSS、WiFi、藍(lán)牙、低功耗藍(lán)牙、ZigBee 和868、915、2 400 和5 000 MHz ISM 頻段應(yīng)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(gè)天線，多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)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(jì)算方面

為了開發(fā)內(nèi)部園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，全漢（FSP）企業(yè)提供了專門的5G 網(wǎng)絡(luò)組件。它們適用于基站、接入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心或單個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。得益于供應(yīng)商擴(kuò)展和修訂產(chǎn)品組合，用戶不再需要自行設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)組件。

儒卓力還能夠使用華碩、研華和英特爾的產(chǎn)品為基于網(wǎng)絡(luò)的信息處理任務(wù)開發(fā)定制解決方案概念。即使眾多產(chǎn)品組合也無法滿足客戶的所有需求，作為5G園區(qū)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟的成員，儒卓力也能夠聯(lián)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(lán)牙等全部標(biāo)準(zhǔn) 圖片來源：PulseLarsen

6   結(jié)論

為了提供全球5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施將發(fā)生重大的變化，尤其是通過園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。這種變化的驅(qū)動(dòng)力將是5G 應(yīng)用狀況所帶來的改進(jìn)。但那些在LTE基礎(chǔ)上發(fā)展的企業(yè)也無需擔(dān)心——LTE 將在5G 下繼續(xù)生存。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年12月期）