5G無線技術即將到來;但我們需要先完成關鍵的基礎設施升級。
過去幾年來，圍繞5G網絡技術進行的大肆宣傳不斷升級。如果您閉目塞聽(或與世隔絕)，情況大概會是這樣：它規(guī)模宏大，即將到來并將改變一切。
在這種情況下，這種戲劇性實際有跡可循。在5G世界中，虛擬醫(yī)生和家庭檢查系統(tǒng)甚至能為全球最偏遠的地區(qū)帶去價格實惠的高品質醫(yī)療服務。精密的全息圖和增強現實體驗將會開辟新的藝術和娛樂途徑，而實時數據流則將改變從制造業(yè)到農業(yè)的各個行業(yè)。
斯坦福大學工程教授兼無線系統(tǒng)實驗室主任Andrea Goldsmith表示：“隨著數十億設備彼此互聯以及連接云，下一代無線技術有望做到隨時隨地實施檢測，處理海量數據，并從使用這些數據的設備中獲取信息。但能否真正實現您在新聞中看到的那種前景，則取決于對無線技術開發(fā)的投資?！?
具體來說，這些投資包括重新考慮如何測試和建設通信基礎設施，比如支撐前幾代無線技術的蜂窩基站。在這個過程中，不僅需要具備構建電信基礎設施的深厚專業(yè)知識，還需要創(chuàng)造性地開發(fā)解決方案，滿足一些非常復雜的要求，利用5G無線技術提供無處不在的連接。
另一個代溝
隨著我們能夠提供更高的速度和帶寬，以及市場尋求縮小產品尺寸，導致電信基礎設施的擴展成本越來越高，也越來越復雜，而5G的出現開始推動電信行業(yè)不斷創(chuàng)新。
以5G基站中使用的無線電為例：為了與網絡上的大量新設備進行通信，其通道數比4G產品多16倍。所以，其中使用的硅芯片非常多。這使得它們的質量更重，價格更昂貴，且需要耗費大量電能。
盡管存在這些挑戰(zhàn)，但5G基站將成為推出新一代網絡的決定性因素。電信服務提供商和制造商貿易組織5G Americas的總裁Chris Pearson表示：“網絡密度是決定5G的關鍵因素之一，我們需要的不僅僅是增加數千個站點，而是增加成千上萬?！?
“網絡密度是決定5G無線技術的關鍵因素之一。我們需要的不僅僅是增加數千個站點，而是增加成千上萬。”
Chris Pearson
總裁 | 5G Americas
見證發(fā)展浪潮
隨著5G的到來，我們將迎來一個高速度、低延遲、大規(guī)模連接的時代。雖然它將改變每一個行業(yè)，但其造成的影響在城市環(huán)境中尤其明顯，并將為未來的智慧城市鋪平道路。
與4G相比，5G本質上有兩大改進;在更低和更高的頻率，以及毫米波(mmWave)頻段提供大規(guī)模多路輸入、多路輸出(MIMO)后者特別適合密集型城市環(huán)境。
圖1. Massive MIMO 和 mmWave
一般來說，毫米波是指30-300 GHz之間的射頻頻段，其波長以毫米為單位。對于5G，5G標準組織(稱為3GPP)定義的毫米波頻段為24-100 GHz，未來可能考慮更高頻率。
圖2. 5G 帶寬機遇
5G毫米波技術主要針對高頻段，這些頻段含有更多的可用頻譜。毫米波頻率更高時，波長更短，這意味著需要更小的天線和設備，以便在較小的城市區(qū)域輕松設置更多的毫米波基礎設施。
ADI公司汽車、通信和航空航天集團高級副總裁Greg Henderson了解電信公司面臨的巨大需求。他表示：“如果成倍增加這些通道，那么基站中的設備基本也會成倍增加。所以運營商面臨的挑戰(zhàn)，就是需要以過去4G基站大致相同的外形尺寸，同樣的成本和功耗實現擴容目標。這需要完全重新考慮射頻系統(tǒng)，從采用分立式組件和濾波器的傳統(tǒng)射頻架構轉變?yōu)樾滦椭苯幼冾l系統(tǒng)，通過架構和高級軟件算法簡化了設計?！?
圖3.運營商所面臨的挑戰(zhàn)
ADI在射頻和微波通信等技術領域具有悠久歷史，在推出前幾代無線技術的過程中發(fā)揮了關鍵作用。從1G發(fā)展至今，我們開發(fā)了各種關鍵硬件，助力實現速度越來越快的高速數據轉換和通信，這不僅是部署新通信網絡的關鍵，對于證實全新性能水平的測試設備也至關重要。
“我們不只是在開發(fā)組件。我們實際上是在試圖解決與整個系統(tǒng)相關的問題。我們擁有一定水平的系統(tǒng)架構專業(yè)知識，以及非常強大的技術組合，這讓我們能夠以非常獨特的方式解決極具挑戰(zhàn)性的問題”，ADI通信部副總裁Joe Barry表示。
該公司運用其專業(yè)經驗來滿足5G網絡技術的獨特需求，創(chuàng)建了一種軟件定義收發(fā)器形式的全新通信架構。這項技術最初是為4G開發(fā)的，它將復雜、甚至笨拙的信號鏈集成到一個微芯片中。通過這種方式，建造5G基站所面臨的規(guī)模、功率和成本方面的挑戰(zhàn)(阻礙實施的關鍵因素)得以迎刃而解。
“我們在這些基站中使用的物理空間基本相同，但每個能量單位獲得的比特數要比4G高出一個數量級。所以我們需要部署一些非常復雜的射頻天線處理技術。在5G的下一個階段，可能會出現一些基于邊緣的云系統(tǒng)，從而能夠為不同的業(yè)務類型提供動態(tài)服務。所以在工業(yè)4.0等領域可能會出現新的商業(yè)模式，屆時5G可能會成為任務關鍵型工廠自動化連接的基石”，ADI公司總裁兼首席執(zhí)行官Vincent Roche表示。
更好的基站
5G 毫米波需要重新考慮目前用于無線通信的基站架構，重點是實現更大的密度。自 2015 年以來，美國公司已經建造了 3 萬個 5G 基站，未來幾年還將建造更多。
圖4. 美國的基站數量
下一回合
奠定基礎之后，5G無線技術就可能改變所有這一切。根據卡內基梅隆大學的研究，通過5G網絡提供支持的交通管理解決方案可以使車輛的等待時間縮短40%，使溫室氣體排放量降低21%。在工業(yè)領域，5G將為大規(guī)模物聯網鋪平道路，提供超低延遲無線連接，使制造商能夠更智能、更快、更高效地工作。一些研究預測，到2022年，物聯網設備的數量將達到15億件，其應用范圍將涵蓋從車隊管理到農業(yè)等諸多領域。另一些人則認為到2025年這個數字將高達640億。
“如果您把邁向5G之路比作一場棒球比賽，我們現在可能處于第二局。但我們可能很快會進入第四或第五局，在未來一兩年，還會有更多的國家制定部署規(guī)劃。到2020年，全球大約有3700萬5G用戶，而這只是冰山一角。它將會飛速發(fā)展。”
Chris Pearson
總裁 | 5G Americas
我們還必須升級連接各蜂窩基站，以及連接全球通信網絡的網絡，以實現全面部署5G的承諾。隨著這些系統(tǒng)能夠以更遠的距離提供越來越高的數據速率，需要實施精準控制來管理復雜的激光器、調制器和檢波器序列。針對這種需求，ADI公司高度集成的精密電子和電源解決方案具有核心作用，能夠使光學網絡達到每秒數百千兆的速度，同時耗電量低于前代產品。此外，ADI公司的先進時鐘產品能夠助力提供所需的增強同步，以滿足5G網絡的精準時序要求。
圖5. 5G 城市
隨著企業(yè)跨越5G難關(按照皮爾森的比喻，到達棒球賽的第九回合)，像ADI公司這樣的合作伙伴也已開始關注通信領域的下一步發(fā)展?！?G只是一個開始，我們期待著未來進一步超越5G，實現每秒幾十千兆、延遲極低的6G或7G通信。對這些系統(tǒng)的需求才剛剛開始顯現。但很明顯，它們將需要再次進行全面重組，以充分發(fā)揮它們的潛力”，Henderson表示。
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