科普丨发现 5G 的不同之处

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                                                                 本文来自Qorvo公众号
 
引言:2017年,Qorvo 出版了第1版《5G 射频技术 For Dummies》。该书以通俗易懂的语言,帮助业界许多人士掌握了一些围绕 5G 技术的复杂概念。在之前,我们也做了《科普丨重新认识 5G》和《科普丨了解 5G 核心实现技术》两篇报道。
 
来到今天,我们将说明5G技术与前几代蜂窝连接技术之间存在的部分主要区别。另外,本章还将介绍几个商业类别的5G先行者的部分用例,说明网络切片技术在整个 5G 背景下发挥的作用。
 
发现 5G 的不同之处
 
所有前代蜂窝连接标准几乎无一例外,都把重心放在消费类通信服务的进步上,例如:升级 Web 浏览功能、提高数据传送速度、增加视频流功能、完善无线连接等。5G 的受众远不止消费者;5G 还将要解决企业、城市、公用事业设施组织等的需求。
 
5G 无线连接将意味着更高的上下载速度、低延时及更大的容量。5G 将向无缝连接迈出一大步,数据下载速度将从 4G 的 2 Gbps 峰值速度一跃升至 5G 的 10 Gbps 峰值速度。对于每个企业、消费者和娱乐实体,所有这一切将转化成为更短的延时、更优的连接性能、更高的移动性能及更快的速度。
 
虽然每个应用都有自己独特的属性组合,但大部分 5G 用例都可归入以下三个类别之一:增强型移动宽带(eMBB)、大规模机械类通信(MTC)及超可靠低延时通信(URLLC),具体如图 2-1 所示。在下面几节,我们将详细介绍这几类用例。
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                                                       图 2-1:5G 的未来。
 
(一)增强型移动宽带
借助 FR1 和 FR2 频谱资源,5G 将推升移动计算性能,实现高速度的云连接体验和实时响应。增强型移动宽带技术(eMBB)将为稠密的城镇环境、高移动性环境和室内环境带来极高吞吐量。用户能在几秒内而非几分钟内,就可为 3D 视频、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等应用下载高达几个吉字节的数据。
 
(二)大规模机械类通信
如其名称所示,大规模机器类通信将主要用于机器对机器(M2M)的通信,可以随地连接任何东西,同时只需要极少的人工干预,甚至完全不需要人工干预。其应用通常是低成本、低功率的传感器和设备,这些设备能够提供良好的端到端覆盖率,还能将数据传回云。
 
(三)超可靠低延时通信
超可靠低延时通信技术(URLLC)的用例需要具备处理、关联和协同多面输入的能力,以提供快速响应。用例包括自动驾驶汽车、医疗机构、公用事业组织、应急响应组织、安保组织等。这些服务将能实现实时的智能化自动决策,因此需要稳健的覆盖率、可靠的连接、安全性及可持续性。
 
以上两类应用适合大部分情况,但凡事都有例外。例如,物联网机器类通信应用既可能划分到大规模机器类通信类别,也可能划分到关键性机器类通信的类别,具体取决于延时需要。
 
 
认识 5G 市场
 
自从 5G 的 3GPPs Release 15 标准获得批准,电信制造业已开始生产新的设备。有些行业从一开始就受到 5G 技术的影响。例如,2019 年就有超过 18 款 5G 智能手机上市。美国职业橄榄球联盟与一家主要承运商结盟,开始在联盟球场安装 5G。另外,韩国也计划在年底之前,实现 5G 手机用户达到全部用户的 6%(约为 400 万人)。甚至欧洲也跳上了 5G 的列车,欧洲 5G 的实施速度远超之前的 4G。
 
余下几节将探讨不同行业的部分用例,让您更好地理解 5G 的部署方式。
 
(一)汽车行业
5G 通信和连接是发展汽车行业的一个新领域——自动驾驶汽车——的关键。5G 技术将是移动生态系统和车联万物通信彻底转型的核心。
 
有了 5G,交通运输行业将减少拥堵、提升安全功能等级、减少排放物以及完善整体驾驶体验的流畅性。5G 通信带来的防撞功能不仅保护生命,还能节省数亿计的维修成本、保险费用及法律费用。
 
汽车行业将能利用全面互联的驾驶体验和功能,吸引新的车辆买家。用户将可获得实时交通信息来优化驾驶体验,有些功能可以帮助用户找到距离最近的免费停车场,还有些功能可以启用预防性维护,帮助用户节约时间与金钱等。
 
除了驾驶员和车主之外,其他人也能从中获益。乘客也将获得下一代信息娱乐服务的好处。作为乘客,您可以观看电影、接拨重要的电话或实时播放最新要闻,这一切都因为 5G 连接而成为可能。
 
(二)制造行业
制造业面临着提高工厂效率、保持竞争力、提高质量、提高安全性、加强安全防护和保持利润能力等持续压力。这些需求促使企业实施精益化生产实践和自动化作业。不过,有了 5G,我们可以做更多工作,减轻这林林总总的压力。进入工业 4.0 时代。
 
工业 3.0 是将计算机引入制造领域。在工业 4.0 时代,计算机彼此连接和通信,不需要人为干预。
 
当各行各业切断以太网接线,彻底进入无线连接时,他们都将获得巨大收益。在制造业,无线连接能够带来灵活生产,让智能化工厂快速切换生产线,缩短前置时间。但是,向工业 4.0 的过渡要依靠许多新的 5G 技术,具体如图 2-2 所示。
 
例如,在 2018 年美洲移动世界大会上,诺基亚公司和威瑞森公司分别展示了 Wi-Fi 控制的自动导引搬运车与 5G 控制的自动导引搬运车,以及二者之间的产能区别。这两种搬运车都在工厂内搬运货盘、纸盒及产品,由于 5G 的高速度和低延时,5G 搬运车能够快速地对路上障碍做出反应。
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                                                           图 2-2:工业 4.0
 
安保控制需求正在促使工业企业探索专用的 5G 无线网络。由于企业内部 5G 的出现,各行各业将能自行定义安保实施方式,而不必依靠移动网络运营商。另外,内部 5G 还将保证专属敏感信息停留在企业内部。
 
专用网络将成为 5G 的一个重要组成部分。港务局、医院和制造园区都对专用网络抱有兴趣。今天,美国的移动网络运营商和网络设备制造商已开始与企业展开合作,利用 CBRS 频带(即:民用频带射频服务频带)搭建 LET 专用网络。在 4G 和 5G,其中部分专用网络可以完全由移动网络运营商来搭建和运营,运营商在运营时,可以使用自己的特许频谱,并且把这种专用网络作为面向私人企业客户推出的一项服务。
 
另外,企业主也可以利用非特许频谱,借助第三方供应商来搭建专用网络——这一情况已在 LTE CBRS 频带出现。
 
(三)医疗行业
5G 不仅能够拯救交通运输行业的生命,还能拯救医疗行业的生命,并且给医疗行业带来转型。在 5G 医疗用例中,超可靠低延时机器类通信将是重要的组成部分。随着可穿戴传感器、视频会议及虚拟巡诊越来越普及,医疗行业即将开启一个新时代。
 
5G 将帮助医疗行业满足日益增长的数字化转型需求。高速 5G 网络将帮助医疗行业快速、可靠地传输大型数据文件(例如:MRI 图像)。
 
远程医疗(指远程咨询医疗专业人士)需要的是能够支持实时高质量视频的网络,传统上,这个网络意味着较低的移动性和有线连接。不过,有了 5G,医疗系统能够利用移动网络,提高移动性和扩大受众范围。
 
通过利用 5G 设备,实时远程监控系统不仅能够协助医护人员监控患者,还能收集数据,以完善个性化、预防性护理。另外,这些设备还能提高患者对于自身治疗的参与度。
 
实现以上用例的关键:网络切片
 
那么,我们如何统一运用本章提到的所有用例?
 
5G 移动网络拥有众多灵活的组成部分,网络切片技术可以帮助实现统一。5G 需要服务众多客户,并且这些客户的需要和用例不尽相同。网络切片技术作为一项重要的实现技术,将促成搭建一种新型虚拟网络架构,该架构能够根据特定的用例,递送相应的多套资源。
 
所谓“网络切片”,是一种能够根据特定的服务和通信流,创建多个定制且优化的虚拟网络的能力。无论是公用 5G 网络还是专用 5G 网络,网络切片能力都代表一种网络优化能力,可以在网络内满足用户的需要并支持不同的用例。
 
每个网络切片都将根据特定服务和通信流的资源需求和网络拓扑需求进行优化。速度、容量、连接性能和覆盖率等功能将按照每个用例的需求进行分配,但各功能组件也可在不同网络切片之间进行共享。随着时间的推移,网络切片技术将能让运营商提高可编程性,并且将被用于大规模物联网等大型用例情境。

 

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