5G的發(fā)展方向和應用趨勢
作者 / 王瑩 毛爍 《電子產品世界》編輯
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/392385.htm摘要:面對日益增長的網絡容量和即將到來的超連接社會,業(yè)界將重點推出 5G 蜂窩通信技術以更快地傳輸數據,并結合一系列先進技術,以確保數據在網絡中的可靠和安全傳輸。
5G標準在演進,模塊和芯片需要高集成度和高可靠
5G走勢
5G主要有三大應用愿景:1.增強的移動寬帶,核心是高帶寬,2.大規(guī)模的物聯網,這需要低功耗的基礎設施,3.關鍵業(yè)務服務,其核心是低延遲、超可靠。因此,5G和現有技術相比有很多增強擴展,這些指標跨度很大,所以需要有規(guī)劃、階段性的引入,不可能一下子都全部實現。所以在5G進入商用之前的技術落地非常重要。
5G主要有兩個發(fā)展階段,第一階段主要針對增強的移動寬帶場景。下一階段,也就是16版(Rel-16)主要針對兩大應用場景,即eMTC(增強機器類通信),mMTC(海量機器類通信),使5G可以滲透到更廣領域。在市場上,相信5G會帶動車聯網和工業(yè)物聯網等的發(fā)展。
車聯網場景
中國主要是中國移動通信系統的C-V2X方案,當然在亞太地區(qū)也使用。關于C-V2X的演進,在3GPPP時,14版(Rel-14)和15版本都分別推出了兩個標準, V2V和V2X。繼14版的V2X后,15版又出了增強型的C-V2X。16版技術演進路線已確定。業(yè)界也在做5G的V2X,像NR-V2X,但特別高端的這塊還要再過幾年,標準要到2019的年底才能完成,之后可能還要等一兩年才做芯片。目前14版標準已經出來和落地了,現在有一些商家陸續(xù)在做測試和部署。
另一個車聯網標準是802.11p專用短程通信,在北美和歐洲是主流的車聯網技術。u-blox最近發(fā)布了一個業(yè)界最小的V2X通信芯片UBX-P3,以加速802.11p的應用。該技術比較成熟,經濟高效,產業(yè)鏈也很成熟,可以密集部署。
工業(yè)物聯網及其他應用
在工業(yè)物聯網方面,可用5G的無線新空口替代以太網的固線設備。當然這需要非常低的延遲,超高的可靠性和準確度。此部署的范圍可能會遇到一些非授權頻譜和較高頻率的頻譜。
在技術層面,目前有兩大主流技術:授權的和非授權的頻段技術。NB-IoT、LTE-M和EC-GSM-IoT代表主流的授權頻段技術,非授權技術包括LoRa和RPMA。
5G取代有線通訊方面,有兩類應用場景:第一是毫米波部分,美國已經在實驗用毫米波來替代最后一公里的光纖入戶。特別是運營商在這方面走得非常靠前,也下了很大決心和財力在此部署,對于當前的cable campany (光纖公司)也產生一些業(yè)務上的遞增。另一個應用是工業(yè)物聯網,用無線來替代以太網會增加靈活度,例如工廠會減少很多固線,但是需要在技術上做得很好,包括高穩(wěn)定性、低延遲等,這些都是5G能夠實現的。
預計2019年年底5G工業(yè)物聯網標準才能落地, 2018年才開始相關課題。有些工業(yè)聯盟,主要是歐洲的,以德國為首的叫5G ACIA。
為了讓5G像物聯網一樣遍地開花,需要擴展到更多的應用或者新型產業(yè)里,例如Sylvia Lu的朋友不久前成功演示了世界首個5G同步音樂會,在英國和德國做跨國演出,在藝術界掀起了一波探索5G應用的高潮。
窄帶在5G中的地位
用于物聯網的NB-IoT和LTE-M等窄帶技術已是5G技術。有些國家已經開始部署窄帶物聯網,中國走得非常前端;此外,西班牙或意大利及一些北美國家也有部署。
在LTE-M和NB-IoT方面,u-blox推出了多種NB-IoT模塊,例如SARA-N系列,在歐亞已獲認證,其中SARA-N201也落地中國電信設置的網絡頻段。u-blox還推出了針對NB-IoT和LTE-M的全球通用模塊。
在eMTC網絡規(guī)劃方面,u-blox的SARA-R4系列能夠運行在eMTC網絡,是雙模模塊,eMTC和NB-IoT可同時工作,2018年在美國已被AT&T授權使用。
ADI:需要集成多種通信協議的芯片
5G是通信業(yè)的下一波熱潮,也是半導體業(yè)下一個增長驅動力之一。中國將是世界上第一個推廣5G的國家,預計2019年中國移動就率先部署5G基礎設施,第一步通常是在大城市的熱點區(qū)域。
5G對設備運營商(OEM)提出了新的挑戰(zhàn),因為5G技術和4G有很大不同,包括空口技術、編碼技術,以及后面的基帶等。最直接的挑戰(zhàn)是頻譜擴展,之前頻段一般集中在2GHz、2.7GHz以下,新的5G頻段有3.5GHz頻段、4.9GHz頻段等,因此設備商要提供新的產品來覆蓋這些頻段。
一方面是帶寬增加,之前的帶寬更多是50MHz,最多100MHz。5G因為數據流量大大增加,數據流量要10倍甚至100倍的增長,帶寬也要更寬。目前3GPP推出的規(guī)格里最寬的帶寬達200MHz。
另一方面通道數也會大大增加,之前宏基站是2×2或者是4×4,現在8×8已經出來了,甚至16×16。5G有一個專門的技術叫Massive MIMO。在Massive MIMO場景中有64×64,甚至128×128。通信商巨頭已經有這些Massive MIMO的原型產品了,在MWC(世界移動通信大會)及微波展上都曾展出過。這些難題從技術角度對設備商提出了挑戰(zhàn),不但要滿足新技術的要求,同時運營商也要求設備商進一步降低尺寸、功耗和成本。因此,需要半導體廠商推出新的解決方案給設備商。
5G在2019年就要部署了,市場份額會越來越高,但是同時那些舊有的通信技術,像2G、3G等并沒有因此消失掉,如下圖可見4G仍會占很大一部分比重。2G、3G在2020年以前還是會有一定的市場,因此對設備商來說,要求其設備既要支持5G、4G新的協議,同時還要向前支持到舊有的協議,因此客戶必須要有各種各樣不同的平臺,這無疑會增加成本。
ADRV9008/9正是這一理念下誕生的新產品,其是ADI最新的、也是迄今業(yè)界最寬的射頻(RF)收發(fā)器(注:截至2018年8月),能夠支持2G、3G、4G、5G,滿足所有的通信協議,同時可以支持多芯片相位合成,用在Massive MIMO和相控陣領域,以及手持儀器儀表領域。
羅杰斯:5G需要新材料應用的相關產品
眾所周知,5G相對于4G/LTE,具有比4G/LTE高達1000倍以上的網絡傳輸速率。Massive MIMO技術、更寬頻譜帶寬的需求以及毫米波頻段的使用等等都使得5G相對于4G/LTE有著非常大的區(qū)別和不同。
比如5G技術中Sub-6GHz頻段下的天線系統。雖然其頻段上與4G相差并無太大的不同,但于5G天線數目和復雜度要遠遠高于4G的天線,5G天線系統中所使用的更加先進Massive MIMO技術,使在同一個天線中具有多達64路甚至更高的輸入/輸出,天線的集成度更高,設計變得越來越復雜。由此衍生出來的,是對具有低介電常數及容差、更低插損、能夠進行多層板設計、在溫度、環(huán)境變化保持穩(wěn)定性能且滿足阻燃性要求的材料需求。因此,羅杰斯相應開發(fā)了RO4730G3材料以滿足設計工程師的需求。
5G的頻段還包括28GHz、39GHz等毫米波頻段。毫米波頻段的信號都具有很小的波長,電路設計需要選擇更薄的電路材料。而且隨著頻率的升高電路損耗會進一步增加,也需要更低損耗的電路材料滿足設計的需求。同時,5G中由于系統多通道的特點,需要降低電路的尺寸,減小基站體積,工程師對射頻和數字信號的集成度提出了更高要求,從而需要廣泛使用多層板結構進行電路的設計,電路層數將從10層演變到20多層、甚至30層?;谶@樣的應用需求,羅杰斯推出了RO4835T、RO4450T、RO4460G2,以及CLTE-MW等一系列材料來為工程師提供不同的解決方案。
羅杰斯公司作為全球材料工程領域的領導者,持續(xù)創(chuàng)新、不斷研發(fā)出新的材料和解決方案應對未來市場的需求。對于5G,羅杰斯發(fā)布了多款針對于5G不同應用的相關產品。
參考文獻:
[1] KalyanSundar. 打通邁向5G之路[J],電子產品世界,2018(1);32-33
[2] 田元鎖,張黎明.5G通信信號處理系統的設計與實現[J],電子產品世界,2018(1);33-36
本文來源于《電子產品世界》2018年第10期第20頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。
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