5G商用前景展望

贸泽电子设计圈 2020-05-18

图片来源:Marko Aliaksandr/Shutterstock.com

随着IoT、自动驾驶和人工智能等新技术的应用和发展,5G作为承载这些技术实现的重要组成部分也在如火如荼地加速研发和布局中。中国在5G的标准研发和商业化的过程中逐步成为了领先者,并且有望在2020年实现真正的商业化运作。本文将围绕着5G技术的演变、商业化进程、技术应用以及技术展望等方面进行整体的介绍。



一、5G技术的演变

5G技术是从4G技术向前的自然演进,相比于目前使用的4G技术,5G甚至可以处理多于3个数量级的信息量和数据。这不仅代表了无线连接的发展方向,更代表了一种全新更高的无线连接水平。3G为用户提供了互联网的移动接入,4G允许用户进行社交连接。然而5G技术将使我们生活方式、工作和娱乐方式发生改变,它是加速物联网普及的源动力。

这场技术革命将围绕无线基础设施展开,无线基础设施将推动新的应用技术的产生,例如自主驾驶系统——能够无障碍地驾驶和导航。工业制造系统将随着工业物联网的发展而变得更智能,其中机器人和工业自动化等主要应用方向将迈上新的高度。其次,工作和娱乐方式将得到改变。例如:AR、VR和XR技术将得到快速发展。

目前,5G的一个关键点是已经建立的一组标准,以确保新的基础设施能够提供强大和高效的服务。第三代合作伙伴项目组织(3GPP,是一个1998年12月成立的国际标准化组织)也将致力于保证这些标准的有效性。3GPP内的技术规范小组(TSG)致力于与无线接入网络服务和系统方面以及与核心网络和终端相关的问题。5G新的无线规范于2017年底正式推出。5G现阶段使用的是3GPP Release-15标准。后续的晚些时候将会发布Release-16标准,这个标准将会应用于5G的第二阶段。




二、5G技术的商用进程及应用

5G是一种高带宽、低延时、多终端接入的网络系统。5G网络的协议和技术最终标准于2016年底出台,并于2018年获得批准。由于许多前期工作已经完成,运营商预计到2020年将基于这些标准推出商业系统,到2022年实现全套系统;因此,有一个积极的开发和实施期,将影响物联网系统的开发人员。5G是从目前的4G设计演变而来。该调制解调器将集成到模块中,以便于添加到物联网和M2M设计中。5G系统开发的一个主要区别是网络的要求在确立技术标准之前就已经确定。

5G网络的最高速率可达10Gbit/s峰值速率,外加极低的端到端延迟(1ms),这对于物联网的应用是一个关键性的优势。与现在使用蜂窝网络相比,5G网络可以提供1000倍带宽和10到100倍的设备接入数量。与3G和4G网络一样,数据连接状态为“保持打开”模式。这对支持高达100倍以上设备的能力至关重要,因为将有更多的设备同时连接到网络。另一个对5G物联网的推出至关重要的因素是低功耗的规范,因为无线调制解调器的电池寿命要求为10年或更长。这将为更多电池供电的无线物联网节点提供机会,再次提供更容易的安装方式。从5G在工业行业的应用角度来看,5G系统的能够支持大规模的通讯组件的网络接入,其中包括各种不同的传感器、执行器和控制单元,它们都可以通过无线来组网。

2019年是中国5G的元年。中国的三大网络运营商中国移动(2018年5G规模实验计划)、中国电信(2019年实现5G试商用,2020年实现重点城市的规模商用)和中国联通(2019年预商用,2020年正式商用)纷纷发布了5G商用的时间表。2020年将是5G商用的普遍起点。5G技术将加速边缘计算、人工智能、大数据融合、物联网等技术的快速发展。在未来的几年中,持续的试点以及商业验证将会持续加速推进。全面的商业化运营不久就能实现。

从应用层面来看,未来5G将在自动驾驶和医疗远程诊断方面得到广泛的应用。5G对于汽车的自动驾驶系统(AV)来说是必要的,今后无人驾驶汽车将成功地与基础设施和云通信,在云上汽车可以获得交通信息、事故警告和可靠的空中传送(OTA)固件更新。自主驾驶的车辆(AV)需要实时处理前所未有的信息量。例如,避免碰撞,检测障碍物和行人,并检测到一个免费停车点,这需要在车辆、城市基础设施(如交通灯、公共安全系统)、云服务提供商,甚至汽车制造商之间交换大量元数据。汽车部件:如超声波雷达、GPS、摄像头和信息娱乐系统都会导致数据量的激增。车辆可以对外界环境做输出,能探测状态并做反馈。因此,发展自动驾驶技术,5G将是一个必不可少的先决条件。

同样,在远程医疗诊断中,5G也发挥了不可替代的优势。2020年抗击新冠肺炎的过程中,5G+医疗+远程办公+远程教育等实际的应用场景在抗疫一线也发挥了重要的作用。5G和医疗诊断技术相结合正变得越来越成熟,不断加快医生诊断和治疗过程。由热成像测试仪、体感检测、移动云网络等各种高科技组成的5G热成像人体测温系统已开始使用。消费者走过测温通道,其体温检测结果就能实时显示在电脑屏幕上。据了解,这种非接触、无延迟的测温方式,得益于热成像测试仪的快速检测及5G网络的快速响应。

图片来源: Jamesteohart /Shutterstock.com



三、5G技术的展望
5G通信已经来临,初始部署已经开始。但是很明显,在5G真正商业化之前,仍有许多工作要做。未来,5G网络主要在3个应用领域可以提供新的服务。
  • 一、增强的移动宽带使新的消费服务成为可能。5G将提供增强移动宽带网络(eMBB),以丰富用户服务,实现高性能通信应用,包括虚拟现实、增强现实、智能家居和高速互联网接入。

  • 二、扩大覆盖范围。26至28GHz范围内的高频段使天线小型化成为可能,进而便利于更先进的自适应多输入多输出(MIMO)阵列,该阵列控制无线电传输的形式和方向,从而使这些高频段具有更长的范围和更好的覆盖范围,干扰更小。

  • 三、5G网络架构使新的工业服务成为可能。 5G内核支持虚拟化和网络切片(Network slicing),这将是新的行业服务的基础。这些新的服务可以是垂直行业特有的网络服务、远程医疗服务或特定应用。



四、结论

5G网络的发展正在加速,在未来为物联网和M2M网络带来巨大优势。超高速通信是5G技术促成的实质性的飞跃。5G技术正在确保我们未来的移动网络将我们所有人连接起来。也许有人会说我们的未来是超连通性的。在这种超连通性中,包括机器、计算机、机器人和人们终将全部联结在一起。


作者:平珏

平珏先生现任贸泽电子亚太区技术行销经理,曾任菲尼克斯电气(中国)有限公司产品市场经理等职务。具有10多年的产品应用、解决方案、市场开发、市场应用、产品评估的专业经验;覆盖工业自动化、人工智能、工业机器人等领域。毕业于上海交通大学,获得通信工程学士学位及控制工程硕士学位。

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