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5G带来全新机会 实现高速传输大飞跃
 

【作者: Anja Schaal】2022年01月21日 星期五

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大众谈论5G已久,第一批5G网路也已经完成并进行了初期测试。但5G将会提供哪些实际好处呢?蜂巢基础设施将如何改变?LTE将会如何?现在所有的设计都需要直接移植到5G吗?


为了确定企业是否应该采用5G、以及何时采用是适当时机,我们有必要确认一下5G的三个关键部分。它们针对不同的应用,进行了相应的改善:首先是增强型行动宽频(eMBB),它具有高达20Gbit/s的资料传输速率,专为数位生活方式应用以及高解析度视讯、虚拟实境(VR)和扩增实境(AR)等高频宽应用量身订作,高资料速率允许超快载入网站和实现不间断的视讯内容串流。


其次是大规模机器类型通讯(mMTC),由於MTC设备的连接密度非常高,所以可在城市环境中的任何地方提供稳定的网路覆盖。在5G发展的最後阶段,每平方公里将支持100万个这样的连接,允许众多设备同时间在同一个无线社区中发送和接收资料,而不会相互干扰,使人们在聚集欢厌节日或在体育场观看比赛时,不会再遇到连接问题。


第三是超可靠低延迟通讯(uRLLC),它提供低於1ms的延迟,适合对可靠性要求极高的时间关键型应用。这对於实现自动驾驶、车到车和车到万物的初始通讯极为重要,更不用说基於云端的预测性维护了。


全新的5G基础设施

首批基於3GPP Release 15标准的eMBB 5G产品已经上市,但大多数还无法提供20 Gbit/s的目标资料速率。现有的LTE/ 6GHz以下频段(频段范围1,FR1)通常无法为此用途提供足够的频宽,因此5G应用需要新频段,即从24到100 GHz(FR2频段)的毫米波(mmWave)超高频段。


这需要全新的行动通讯基础设施,因为一座LTE无线电塔可覆盖其周围几平方公里的区域,但毫米波讯号仅可支援最大一公里的范围,而且这不像LTE讯号那样是全方位围绕四周,而是只在一个方向。


即便如此,许多企业已经启动了5G eMBB项目,在5G n78频段(3.3至3.8 GHz)允许这样做,可以建置私人或企业特定的行动网路,称为园区网路(campus network)。这使得企业能够独立於行动通讯服务提供者,并且在建立智慧工厂方面先拔头筹。


名符其实的长期演进技术

5G NR(5G New Radio)是新无线电的空中介面标准,这项标准的导入是否会令现有的LTE设计过时?这种担??是有道理的,因为许多5G FR1频段与LTE频段互相重叠。但不必担心,动态频谱共享(DSS)这样的技术允许LTE和5G等不同标准共用相同的频段。


5G NR还支援频段内LTE-IoT,这是带有NB-IoT技术的LTE-M,因此「长期演进」LTE技术仍将是名符其实的长期。最新的LTE-M和NB-IoT解决方案已经上市,并符合3GPP Release 14标准要求。这两项技术都在伴随着每次新的3GPP Release版本出现而不断发展,直到它们最终(截至现今的3GPP Release 16)成为5G mMTC。这意味着目前使用LTE-M和NB-IoT通讯技术的LTE-IoT设备仍可在5G NR标准下工作。这对於5G NR使用核心5G网路的独立架构(SA)和非独立架构(NSA)都是如此,非独立式架构需要使用4G/EPC(演进式数据分包核心技术)网路来提供5G NR服务。


因此,现有的LTE和LTE-IoT设计不仅可以在5G下继续接轨运行,而且实际上我们建议开始为mMTC应用开发LTE-M/NB-IoT解决方案,以确保平稳过渡。



图一 : 从4G(LTE-M/NB-IoT)到 5G(mMTC)的技术过渡将是一个平稳过程这些技术将随着3GPP Release版本的每一次发布继续发展,直到最终成为5G。(source∶Markt&Technik)
图一 : 从4G(LTE-M/NB-IoT)到 5G(mMTC)的技术过渡将是一个平稳过程这些技术将随着3GPP Release版本的每一次发布继续发展,直到最终成为5G。(source∶Markt&Technik)

第一步是合适的电子元件

如果企业想直接跨入5G技术领域,儒卓力已可提供合适的电子元件。对於eMBB实施专案,泰利特(Telit)开发的FN980m 5G/LTE卡是首批支援5G 3GPP Release 15的产品之一,同时支援6GHz以下频段FDD和TDD,以及mmWave、LTE、WCDMA和GNSS。因此5G提供高达5.5Gbit/s的下行速率和高达2.7Gbit/s的上行速率,相比之下,4G仍然仅允许实现2.4Gbit/s下行速率和211Mbit/s上行速率。FN980m 5G/LTE卡具备工业规格标准M.2(NGFF)的产品尺寸,以及-40至+85。C的工作温度范围特性,适用於具有高速传输速率的无线固定网路接入点、企业路由器和闸道器、室内和室外终端设备(用户端设备CPE)、视讯传输和监控。FN980卡也可作为纯5G/LTE 6GHz以下解决方案提供。


泰利特已将ME310G1模组添加到其xE310系列中,专门用於mMTC应用。支援具有省电模式(PSM)和扩展不连续接收(eDRX)的3GPP Release 14 Cat M1/NB2标准,可实现具有低能耗和更长电池寿命的物联网应用。它非常适合涉及数千或数百万个物联网设备的应用,这些应用不仅需要高能效,而且低成本比高速资料速率更重要,例如医疗设备、健身追踪器、工业感测器、智慧电表等应用。这款模组拥有最高15dB/20dB的最大耦合损耗(MCL),相比先前的蜂巢LTE标准,该模组还提供了更大的覆盖范围,从而更有效地穿透建筑物。


图三 : ME310G1模组可支援涉及数千或数百万个物联网设备的应用(source∶泰利特)
图三 : ME310G1模组可支援涉及数千或数百万个物联网设备的应用(source∶泰利特)

Nordic Semiconductor公司以nRF9160系统级封装(SiP)模组为LTE-M和 NB-IoT(3GPP Release 13)提供解决方案。这款极其精巧且具备超高整合度的SiP元件已经通过全球营运的预认证。它的封装尺寸为10mm×16mm×1mm,提供了应用 MCU、采用ARM TrustZone和ARM CryptoCell安全技术的ARM Cortex-M33 CPU、LTE数据机、RF前端和电源管理。


对於需要精确位置检测性能的资产追踪应用,nRF9160 SiP可提供整合GPS性能的产品。nRF9160具有许多数位和类比介面以及周边装置,适合通过行动网路将设备连接到网际网路,用於物流和资产追踪、智慧计量、智慧城市应用、智慧基础设施、智慧农业、穿戴式装置和医疗应用。


图四 : nRF9160尺寸紧凑,是高度整合的器件(source∶Nordic Semiconductor)
图四 : nRF9160尺寸紧凑,是高度整合的器件(source∶Nordic Semiconductor)

用於5G应用的天线

儒卓力产品组合中包含5G天线产品。PulseLarsen的W3554系列超宽频偶极天线产品的频率范围为698至6000MHz,不仅适用於5G应用,还适用於 2G、3G 和4G以及GNSS、WiFi、蓝牙、低功耗蓝牙、ZigBee和868、915、2400和5000MHz ISM频段应用。这款PCB天线尺寸仅为30mm×120mm×0.2mm。


PulseLarsen小型5G SMD天线W3415支援所有6GHz以下的频段(4G和5G),尺寸仅为40mm×7mm×3mm。由於一块电路板上有多个天线,多输入多输出(MIMO)技术可以实现5G最隹使用。一根天线可以作为主天线,而另一根天线可以作为分集天线使用。



图五 : PulseLarsen小型SMD天线W3415可支援所有6GHz以下频段(4G和5G)(source∶PulseLarsen)
图五 : PulseLarsen小型SMD天线W3415可支援所有6GHz以下频段(4G和5G)(source∶PulseLarsen)
图六 : PulseLarsen的W3554超宽频偶极天线可支援5G、4G、3G 或 2G、GNSS、WiFi、蓝牙等所有标准。 (source︰PulseLarsen)
图六 : PulseLarsen的W3554超宽频偶极天线可支援5G、4G、3G 或 2G、GNSS、WiFi、蓝牙等所有标准。 (source︰PulseLarsen)

电源和计算方面

为了开发内部园区网路,全汉企业(FSP Group)提供了专门的5G网路元件。它们适用於基地站、存取网路、资料中心或个别的网路设备。由於供应商扩大和修订了产品组合,今後将不用再自行设计网路元件。


儒卓力还能够使用华硕、研华和英特尔的产品为基於网路的资讯处理任务开发客制化解决方案概念。即使有众多产品组合也无法满足客户的所有需求,儒卓力身为5G园区网路联盟的成员,也能够联合许多合作夥伴企业提供协助。


结论

为了提供全球5G网路覆盖,蜂巢基础设施将发生重大的变化,尤其是通过园区网路。这种变化的驱动力将是5G应用状况所带来的改进。但那些在LTE基础上发展的企业也不用担心,因为LTE技术将在5G时代中继续存在。


(本文作者Anja Schaal为儒卓力无线产品行销负责人)


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