5G落實萬物聯(lián)網(wǎng)愿景,兼具高容量/高速率/低延遲特性　

　　5G前景佳，晶片商瞄準此波商機，已分別針對LTE演進技術、5G新技術/新頻段投入開發(fā)，希望能奪得下一代行動通訊先機，并于穿戴式裝置、工業(yè)自動化等新興物聯(lián)網(wǎng)應用中占得一席之地。

　　2015 年，5G技術的全球發(fā)展正式進入研發(fā)、全面標準化的關鍵時期，國際電信聯(lián)盟(ITU)已完成第五代行動通訊愿景規(guī)畫，包含命名、整體目標及時程等內(nèi)容，并于2015年啟動5G標準化前的相關研究。

　　針對5G能否為世界帶來變革性的創(chuàng)新發(fā)展，美國高通公司(Qualcomm Incorporated)工程副總裁Durga Malladi表示，高通自2006年起開始對5G技術進行前瞻性研發(fā)，并與業(yè)界合作推動5G標準化作業(yè)及參與重要的5G演示和測試。

　　Malladi補充，高通對5G的展望不僅止于提供更快的流量速率，更期望打造功能強大的統(tǒng)一平臺，以連結新的產(chǎn)業(yè)及設備，進而催生創(chuàng)新的服務及用戶體驗;這是一種具有規(guī)模彈性及適應性控制的新型態(tài)網(wǎng)路，支持多元廣泛的應用和需求。

　　比起前幾代網(wǎng)路，5G將發(fā)揮更大、更關鍵的功用，即是創(chuàng)建萬物連接架構。

　　具低延遲特性　5G引領工業(yè)進化

　　長 期以來，科技業(yè)不斷提出對產(chǎn)業(yè)未來動向的預測。關于5G發(fā)展趨勢，由于未來5G用戶將更加廣泛，以“用戶數(shù)”為預測基準，或許已無法符合時宜，包括家庭、 汽車、機器人、無人機、機床、畜牧生產(chǎn)線、農(nóng)業(yè)、高速鐵路和城市等，幾乎日常生活中的一切都將聯(lián)網(wǎng)化。更有專家表示，2030年行動網(wǎng)路將實現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)智慧 化，并取代傳統(tǒng)的機械及機電整合產(chǎn)品。

　　產(chǎn)業(yè)分析公司的數(shù)據(jù)亦顯示，2020年搭載網(wǎng)路的終端裝置數(shù)量將達到兩百五十億至五百億部，而5G將有可能顛覆一般民眾對工業(yè)既有的看法，未來的工業(yè)或制造業(yè)將以移動互聯(lián)網(wǎng)、感測器、軟體、機動性及云端計算為主要驅(qū)動力。

　　回 顧萬物聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展歷程，較普遍的看法是美國國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)于2006年提出的“資訊物理系統(tǒng)”(Cyber-Physical Systems)是較早期的物聯(lián)網(wǎng)概念之一，后來成為美國國家科學基金會核心研究主題，并提出該系統(tǒng)需要全新架構支撐的論述。

　　高通工 程副總裁Durga Malladi指出，5G將引領科技業(yè)創(chuàng)立新的物聯(lián)網(wǎng)架構，從人與人之間的通訊拓展至幾乎隨時隨地都能連接萬物、從最大值的數(shù)據(jù)服務拓展至穩(wěn)定控制的新型 服務、從“終端即端點”概念發(fā)展到全新的智慧連接和互動模式，并從各種不同網(wǎng)路共存發(fā)展到進入、頻譜類型和服務的融合。

　　Malladi表示，未來5G網(wǎng)路將會為運算、儲存、網(wǎng)路資源及連接提供一體化的分散式平臺，主要優(yōu)勢為提供更短、甚至是毫秒級的延遲時間，以及更低的成本與更高的能效，自動駕駛汽車、遠程醫(yī)療等應用都將受益。

　　此外，5G技術不僅能夠提供豐富的行動體驗，如超高畫質(zhì)視訊會議和虛擬實境直播，還能推動車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧家庭及穿戴設備的發(fā)展和普及化。

　　整體來說，以4G長程演進計畫(LTE)所啟動的變化為基礎，5G將滿足日益增加的連接需求，該技術將連接全新產(chǎn)業(yè)及終端裝置，支持創(chuàng)新的服務及用戶體驗，并藉由高效能低成本的通訊優(yōu)化，實現(xiàn)隨時隨地連接萬物。

　　波束成形/波束追蹤　有助改善高頻訊號衰減

　　5G技術引領未來萬物連接是無庸置疑的趨勢，但需要哪些技術突破，才能滿足5G愿景中多元化的應用模式呢?

　　舉 例來說，日前高通宣布與業(yè)界合作開發(fā)多項創(chuàng)新技術，以推動功能更多的統(tǒng)一5G平臺建立。高通最新技術涵蓋以下內(nèi)容：設計基于優(yōu)化正交分頻多工(OFDM) 波形統(tǒng)一空中介面，以及具有靈活框架的多重存取，可從低頻頻段擴展至毫米波(mmWave)、從都會型基地臺(Metrocell)部署擴展至本地熱點， 并從開發(fā)之初便支援授權、非授權和共享授權頻段。

　　高通5G多連接技術可支持跨5G、4G LTE和Wi-Fi技術的同步連接和聚合，其多重存取的5G核心網(wǎng)路能確保行動通訊業(yè)者在未來可受益于前期資源投資(圖1);該公司重新定義一個網(wǎng)路架 構，使5G網(wǎng)路業(yè)者與OTT(Over-the-Top)服務供應商能快速地打造客制化服務，滿足多元的5G應用，完成從低成本熱點到廣域行動分布拓展。

　　圖1　高通宣布將建立功能更多的統(tǒng)一5G平臺。

　　此 外，高通也成功展示5G毫米波設計。毫米波頻段(如28GHz)不但具能支持每秒數(shù)千兆位元率數(shù)據(jù)傳輸速率的頻寬，還提供利用極密的空間復用度以增加容量 的機會。毫米波頻率目前已被陸續(xù)應用，如通過在60GHz頻譜運行的802.11ad Wi-Fi進行室內(nèi)高解析度影像傳輸;然而，以往因傳輸損耗較高，且易受建筑物、人、植物，甚至是雨滴的阻礙影響，這些較高頻率范圍對室內(nèi)/外移動頻寬應 用而言，仍然不夠穩(wěn)定強大。

　　覆蓋率不足、缺乏行動性支援(尤其是視距外)等問題，是毫米波在移動寬頻應用上的阻礙。

　　行動通訊晶片商為了解決上述問題，也紛紛投入研發(fā)。譬如高通工程師們于2015年底于美國圣地牙哥總部，展示以28GHz頻段運行的分時多工(TDD)同步系統(tǒng)，現(xiàn)場演示智慧波束成形和波束追蹤技術(圖2)。

　　圖2　2015年高通在美國圣地牙哥進行28GHz 5G系統(tǒng)展示。

　　透 過此技術，即便設備被移動、射頻訊號通道條件發(fā)生變化，也能得到相對穩(wěn)定的訊噪比(SNR)。演示圖形用戶介面(GUI)清楚展示系統(tǒng)隨著環(huán)境改變在波束 類型(上傳和下載)之間的切換。在其他測試中，系統(tǒng)測量的視距(LOS)覆蓋約為350公尺，而在紐約都會區(qū)進行戶外密集的城市模擬測試，所得到的結果是 約150公尺的非視距(NLOS)覆蓋，此展示有助毫米波移動化的研發(fā)。

　　同步研發(fā)LTE演進技術　以加速實現(xiàn)5G

　　除 了投入高頻頻段研發(fā)之外，現(xiàn)階段行動通訊晶片業(yè)者也同時發(fā)展4G LTE、先進長程演進計畫(LTE-A)和Wi-Fi等技術，將加強開拓載波聚合(CA)、非授權頻段的LTE(包括LTE-U、LAA和 MuLTEfire)、LTE/Wi-Fi鏈路聚合、LTE D2D/V2X、窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)及Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等最新技術，擴展其性能以滿足5G愿景中所提及的應用模式。

　　目前晶片商也積極開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)領域。比方像高通已推出LTE調(diào)制解調(diào)器--MDM9207-1/MDM9206，為物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)日益增多的終端及系統(tǒng)提供可靠、優(yōu)化的蜂巢連接，藉以加速智慧儀表、安全保障、資產(chǎn)追蹤、穿戴式設備、銷售網(wǎng)點、工業(yè)自動化及窄頻物聯(lián)網(wǎng)等應用。