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    5G正在成為現(xiàn)實(shí)。從下一代革命性無線技術(shù)的模糊概念，到一些可望不可即的目標(biāo)，再到日趨成熟的用例和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，5G目前已具備可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和可實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。5G發(fā)展日新月異。在這一過程中，5G展現(xiàn)出與當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)截然不同的特征。東莞監(jiān)控安裝公司表示不久的將來，智慧城市中的建筑、移動(dòng)通訊設(shè)備以及自動(dòng)駕駛車輛等等，都將依賴5G物聯(lián)網(wǎng)的連接。

5G的用途是什么?

    早先，人們經(jīng)常討論5G將帶來的量變：Gbps級(jí)帶寬、競爭激烈的城市市場中巨大的面密度、出色的能效等。LTE仍然有其局限性。而5G愿景被認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)。許多應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)架構(gòu)師認(rèn)為5G是一種極速、高度可用和可靠的網(wǎng)絡(luò)，將幫助他們擺脫困境。

    通過5G技術(shù)，不需以任何光纖或銅線開拓固定寬帶接入市場。5G可實(shí)現(xiàn)媲美光纖的速度。不想使用5公斤的頭盔體驗(yàn)移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)?這很容易：通過無縫、始終可用的高帶寬連接，5G將幫助在云中完成所有繁重的計(jì)算任務(wù)。想要一輛后備箱沒有超級(jí)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)駕駛互聯(lián)汽車?只需一個(gè)5G調(diào)制解調(diào)器，云端會(huì)帶來無與倫比的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)(圖1)。人們將看到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)的傳感器和制動(dòng)器直接接人互聯(lián)網(wǎng)。

這些目標(biāo)涉及不同領(lǐng)域，在時(shí)間和資源充裕的情況下，并非不可實(shí)現(xiàn)。毋庸置疑，如需取得進(jìn)展，標(biāo)準(zhǔn)制定者需要將期望限定在合理范疇。

三個(gè)用例

國際電信聯(lián)盟的國際移動(dòng)電信(IMT)2020愿景聲明將希望清單縮減至三個(gè)代表性用例：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器類通信和超可靠低延遲通信。這三個(gè)用例將幫助實(shí)現(xiàn)5G領(lǐng)域的諸多期望(以上圖2)。

在這三個(gè)用例中，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶可能最接近多數(shù)人對(duì)下一代手機(jī)的設(shè)想。在這個(gè)用例中，配備先進(jìn)技術(shù)的場所中的靜態(tài)用戶可獲得高達(dá)20 Gbps的數(shù)據(jù)速率，移動(dòng)用戶可獲得充足的實(shí)際帶寬(從收天線fMIM0)、載波聚合等。隨著高級(jí)半導(dǎo)體制程中晶體管數(shù)量的增加，頻譜效率仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間?？稍谒皆O(shè)備上使用大量MIM0天線陣列以實(shí)施波束成形，同時(shí)為各客戶端創(chuàng)建私有無線電波束。在高密度區(qū)域，可在微單元上疊加一系列較小的單元。所有這些措施均可提高數(shù)據(jù)速率。

如需增加特定區(qū)域的客戶端數(shù)量，可利用較小的單元和波束成形。還可對(duì)高帶寬通道進(jìn)行多路復(fù)用，在多個(gè)客戶端之間分配帶寬。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變化可改進(jìn)能效和降低延遲。

如果同時(shí)開展所有這些工作，問題就會(huì)成倍增加。例如，如果將現(xiàn)有低于2 Ghz的4G頻段中的子載波間距加寬，每個(gè)連接就會(huì)具有更多帶寬。但連接數(shù)更少?？刹捎酶叩男骂l率，如24.25—29.5Ghz或37—43.5 Ghz頻段，這些頻段支持超過500Mhz的間隔。但在從3 Ghz過渡至毫米波的過程中，傳播成為一個(gè)問題。當(dāng)頻率達(dá)到28 Ghz，現(xiàn)實(shí)世界的許多因素會(huì)減弱或阻礙載波。

例如，雨水會(huì)對(duì)頻率造成數(shù)十dB／千米的衰減，春天綠意盎然的葉子可完全吞噬信號(hào)。即使是板墻和玻璃等建筑材料也會(huì)吸收數(shù)十dB的信號(hào)。盡管毫米波可提供大量帶寬，但這些帶寬也只在天氣干燥且連接未受阻礙、處于較短的可視距離的情況下發(fā)揮作用。

當(dāng)然，可使用多個(gè)高帶寬通道實(shí)現(xiàn)出色的數(shù)據(jù)速率?？蓪⒍鄠€(gè)既窄又差的通道進(jìn)行組合?？蓜?dòng)態(tài)聚合單個(gè)鏈路的多個(gè)通道，或者通過不同天線和不同光束路徑及MIMO聚合多個(gè)鏈路。借助波束成形和跟蹤功能，甚至可以在客戶端在高密度城市環(huán)境中移動(dòng)時(shí)確保這些鏈路完整無缺。

遺憾的是，這些技術(shù)會(huì)妨礙數(shù)百萬個(gè)廉價(jià)低80到200 Mbps，具體取決于場所)，流暢播放3D或超高清視頻，在游戲或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等場景中與云應(yīng)用密切互動(dòng)。

大規(guī)模機(jī)器類通信提供了一個(gè)完全不同的場景。這里的客戶端不是服務(wù)器或人員，而是智能城市、工廠、建筑或家庭中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。在這個(gè)場景中，原始數(shù)據(jù)速率沒那么重要；機(jī)器要么提供相對(duì)較少的信息一～每秒只有幾條傳感器讀數(shù)，要么在本地預(yù)處理處理，以大幅降低帶寬(就像智能監(jiān)控?cái)z像頭一樣)。這里的關(guān)鍵不是數(shù)據(jù)速率，而是連接密度一一每平方千米多達(dá)一百萬個(gè)互聯(lián)設(shè)備一一和能效一一相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)的一百倍。

第三個(gè)場景超可靠低延遲通信是一個(gè)令人難以置信的全新用例，支持工業(yè)自動(dòng)化、關(guān)鍵任務(wù)連接和自動(dòng)駕駛汽車，可避免駕車途中通話中斷的情況。這些應(yīng)用不僅需要相對(duì)較高的數(shù)據(jù)速率一一例如汽車將其攝像頭和激光雷達(dá)的大量信息流發(fā)送至云端進(jìn)行分析，而且需要與無線網(wǎng)絡(luò)沒什么關(guān)系的兩個(gè)屬性：毫秒級(jí)延遲和功能安全級(jí)可靠性。

解決之道

單個(gè)而論，這三個(gè)場景中即使最苛刻的要求似乎也可以實(shí)現(xiàn)。例如，通過增加通道帶寬，幾乎可隨時(shí)提高數(shù)據(jù)速率。萬一失敗，可應(yīng)用經(jīng)過當(dāng)前LTE—Advanced網(wǎng)絡(luò)測試的技術(shù)，如多個(gè)發(fā)送和接收天線fMIM0)、載波聚合等。隨著高級(jí)半導(dǎo)體制程中晶體管數(shù)量的增加，頻譜效率仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間?？稍谒皆O(shè)備上使用大量MIM0天線陣列以實(shí)施波束成形，同時(shí)為各客戶端創(chuàng)建私有無線電波束。在高密度區(qū)域，可在微單元上疊加一系列較小的單元。所有這些措施均可提高數(shù)據(jù)速率。

如需增加特定區(qū)域的客戶端數(shù)量，可利用較小的單元和波束成形。還可對(duì)高帶寬通道進(jìn)行多路復(fù)用，在多個(gè)客戶端之間分配帶寬。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的變化可改進(jìn)能效和降低延遲。

如果同時(shí)開展所有這些工作，問題就會(huì)成倍增加。例如，如果將現(xiàn)有低于2 Ghz的4G頻段中的子載波間距加寬，每個(gè)連接就會(huì)具有更多帶寬。但連接數(shù)更少?？刹捎酶叩男骂l率，如24.25—29.5Ghz或37—43.5 Ghz頻段，這些頻段支持超過500Mhz的間隔。但在從3 Ghz過渡至毫米波的過程中，傳播成為一個(gè)問題。當(dāng)頻率達(dá)到28 Ghz，現(xiàn)實(shí)世界的許多因素會(huì)減弱或阻礙載波。

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