5G創(chuàng)建萬(wàn)物聯(lián)接架構(gòu)

本刊記者 | 刁興玲

5G創(chuàng)建萬(wàn)物聯(lián)接架構(gòu)

本刊記者 | 刁興玲

無(wú)線通信技術(shù)約每10年出現(xiàn)一次飛躍，每一代都從根本上改變了世界。對(duì)于下一代通信技術(shù)——5G，業(yè)界比較一致的目標(biāo)是在2020年實(shí)現(xiàn)商用部署。ITU已完成第五代移動(dòng)通信定名、愿景及時(shí)間表等關(guān)鍵內(nèi)容，并于今年啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)研究。2015年，5G技術(shù)全球發(fā)展進(jìn)入到技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)備的關(guān)鍵時(shí)期。

5G能否為人類社會(huì)帶來(lái)革命性創(chuàng)新？高通工程副總裁Durga Malladi曾在“未來(lái)5G信息通信技術(shù)國(guó)際研討會(huì)”上表示，高通自2006年起就對(duì)5G進(jìn)行前瞻性研發(fā)，并與業(yè)界合作推動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程、參與重要5G演示和測(cè)試等。高通對(duì)5G的愿景堪稱宏大，遠(yuǎn)不止更快的峰值速率，還期望將其打造成功能更強(qiáng)大的統(tǒng)一平臺(tái)，以聯(lián)接新的行業(yè)和設(shè)備、催生新的服務(wù)、帶來(lái)新的用戶體驗(yàn)。比起前幾代網(wǎng)絡(luò)，5G將發(fā)揮更大的作用——?jiǎng)?chuàng)建萬(wàn)物互聯(lián)架構(gòu)。

5G引領(lǐng)工業(yè)進(jìn)化

關(guān)于5G發(fā)展的前瞻，再用狹義的“用戶數(shù)”進(jìn)行預(yù)測(cè)已經(jīng)不合時(shí)宜。未來(lái)，5G的“用戶”將更加廣泛，家居、汽車、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、機(jī)床、農(nóng)業(yè)基地、高速鐵路、城市等，基本實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。專家預(yù)測(cè)，到2030年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將使所有行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化，并取代傳統(tǒng)的機(jī)械和機(jī)電一體化產(chǎn)品；而此前也有分析公司數(shù)據(jù)顯示，到2020年聯(lián)網(wǎng)“廣義”終端數(shù)量將達(dá)到250～500億部。5G將有可能顛覆普通民眾對(duì)工業(yè)的傳統(tǒng)看法，未來(lái)的工業(yè)或者制造業(yè)將以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、軟件、機(jī)動(dòng)性和云計(jì)算為主要驅(qū)動(dòng)力。

萬(wàn)物互聯(lián)系統(tǒng)需要新的架構(gòu)進(jìn)行支撐。Durga Malladi指出，5G將引領(lǐng)業(yè)界創(chuàng)建新的萬(wàn)物聯(lián)接架構(gòu)，從“人際通信”拓展至幾乎隨時(shí)隨地聯(lián)接萬(wàn)物，從最大限的數(shù)據(jù)服務(wù)拓展至超可靠控制的新型服務(wù)，從“終端即端點(diǎn)”概念發(fā)展到全新的智能聯(lián)接和交互模式，從各種不同網(wǎng)絡(luò)共存發(fā)展到接入、頻譜類型和服務(wù)的融合。

他還表示，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)為計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源以及聯(lián)接提供一個(gè)一體化的分布式平臺(tái)。而這一平臺(tái)的主要進(jìn)步是可以提供更低延遲（甚至是毫秒級(jí)的延遲）、更低的成本和更高的能效。自動(dòng)駕駛汽車、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)際應(yīng)用都將受益于更低的延遲和更高的可靠性。此外，5G技術(shù)不僅能夠提供豐富的移動(dòng)體驗(yàn)，還能助力車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能家居和可穿戴設(shè)備的發(fā)展與普及。

總體而言，5G將滿足顯著增加的聯(lián)接需求，該技術(shù)將聯(lián)接全新行業(yè)和全新終端、支持全新服務(wù)、打造全新用戶體驗(yàn)，并將借助高效、低成本的通信優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地聯(lián)接萬(wàn)物。

打造功能強(qiáng)大的統(tǒng)一5G平臺(tái)

毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)的萬(wàn)物聯(lián)接將由5G技術(shù)引領(lǐng)。那么，5G將如何實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)？需要哪些技術(shù)突破才能滿足5G愿景中各種極富變化的使用場(chǎng)景？

據(jù)悉，高通正與業(yè)界合作開(kāi)發(fā)多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。這些創(chuàng)新技術(shù)將推動(dòng)建立功能更強(qiáng)大的統(tǒng)一5G平臺(tái)。高通的最新技術(shù)主要涵蓋以下幾方面內(nèi)容：其一，設(shè)計(jì)基于優(yōu)化OFDM波形的統(tǒng)一空口以及具有靈活框架的多址接入，可從低頻頻段擴(kuò)展至毫米波、從宏站部署擴(kuò)展至本地?zé)狳c(diǎn)，并從開(kāi)發(fā)之初便支持授權(quán)、非授權(quán)和共享授權(quán)頻段；其二，其全新5G多聯(lián)接技術(shù)可支持跨5G、LTE和Wi-Fi技術(shù)的并發(fā)聯(lián)接和聚合，其多址接入的5G核心網(wǎng)絡(luò)可確保移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)仍可繼續(xù)得益于當(dāng)前投入建設(shè)成果；其三，高通定義了一個(gè)靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商與OTT服務(wù)供應(yīng)商能夠快速高效打造定制化服務(wù)，滿足極富變化的5G場(chǎng)景，完成從低成本熱點(diǎn)到廣域移動(dòng)部署的擴(kuò)展。

此外，高通還于2015年11月17日成功演示了5G毫米波設(shè)計(jì)，如圖所示。毫米波頻段（如28GHz）不僅能帶來(lái)足以支持?jǐn)?shù)千兆bit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率帶寬，還可提供利用極密空間復(fù)用度以增加容量的機(jī)會(huì)。而這些機(jī)會(huì)并非是新出現(xiàn)的——毫米波頻率目前已經(jīng)被運(yùn)用在了一些應(yīng)用中，比如通過(guò)在60GHz頻譜運(yùn)行的802.11ad Wi-Fi進(jìn)行室內(nèi)高分辨率視頻傳輸。然而在以前，由于傳輸損耗較高，且易受建筑、人、植物甚至是雨滴的阻礙影響，這些較高頻率范圍對(duì)室內(nèi)外移動(dòng)寬帶應(yīng)用來(lái)說(shuō)還不夠穩(wěn)定強(qiáng)大，覆蓋率不足、缺乏移動(dòng)性支持等問(wèn)題使毫米波在移動(dòng)寬帶上的應(yīng)用一直不太可行。

高通的工程師們展示了以28GHz頻段運(yùn)行的TD-LTE同步系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)演示了智能波束形成和波束跟蹤技術(shù)。通過(guò)這一技術(shù)，即便設(shè)備被移動(dòng)、射頻信道條件發(fā)生變化，也能夠得到相對(duì)穩(wěn)定的信噪比。演示圖形用戶界面清楚展示了系統(tǒng)隨著環(huán)境改變?cè)诓ㄊ愋停ㄉ闲泻拖滦校┲g的切換。工程師透露，在其他測(cè)量中，系統(tǒng)測(cè)量的視距覆蓋約為350m，而在曼哈頓進(jìn)行的戶外密集型城市的模擬測(cè)量，得到的結(jié)果是約150m的非視距覆蓋。也就是說(shuō)，此次現(xiàn)場(chǎng)演示是毫米波“移動(dòng)化”邁出的一大步。

前5G時(shí)代，我們還能做些什么？

在“未來(lái)5G信息通信技術(shù)國(guó)際研討會(huì)”期間，各廠商展示了4G到5G過(guò)渡期間的技術(shù)。高通表示，LTE、LTE-A和Wi-Fi技術(shù)正在不斷發(fā)展，其致力于開(kāi)拓載波聚合、非授權(quán)頻段的LTE（包括LTE-U、LAA和MuLTEfire）、LTE/Wi-Fi鏈路聚合、LTE D2D/V2X、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等新技術(shù)擴(kuò)展性能，以支持大量面向5G愿景的使用場(chǎng)景。

以高通展示的LTE Direct技術(shù)為例，這是一種用于鄰近探索的終端直通創(chuàng)新技術(shù)，采用LTE Direct的應(yīng)用程序可以讓用戶隨時(shí)、輕松且私密地獲知周圍實(shí)時(shí)情況，從而改變?nèi)藗冮_(kāi)展社交、獲取折扣信息以及與他人和事物互動(dòng)的方式。這是一項(xiàng)讓用戶不靠運(yùn)氣就發(fā)現(xiàn)周圍“價(jià)值”的技術(shù)。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，稍早前高通推出了最新的LTE調(diào)制解調(diào)器MDM9207-1和MDM9206，可為日益增多的終端和系統(tǒng)提供可靠的、優(yōu)化的蜂窩聯(lián)接。MDM9207-1專為智能儀表、安保、資產(chǎn)追蹤、可穿戴設(shè)備、銷售網(wǎng)點(diǎn)和工業(yè)自動(dòng)化等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所設(shè)計(jì)，其中許多應(yīng)用都需要極其可靠且節(jié)能的云服務(wù)聯(lián)接。它可提供LTE Cat 1聯(lián)接，具有功率與吞吐量?jī)?yōu)化以及其他可定制特性。MDM9206使終端制造商能支持成本優(yōu)化的解決方案，并作為Cat-M（eMTC）和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）的組成提供增強(qiáng)的超低功耗和擴(kuò)展范圍，還能夠利用窄帶調(diào)制解調(diào)器更高效地服務(wù)低數(shù)據(jù)速率物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

圖 高通在圣迭戈進(jìn)行的28GHz 5G系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)展示