深入解析5G射频技术与前代蜂窝连接的主要区别及商业应用案例

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    简介：2017年，Qorvo出版了第一版《5G射频技术》。本书用通俗易懂的语言帮助众多业内人士掌握了围绕5G技术的一些复杂概念。我们之前也做过两份报告。

    今天，我们将解释 5G 技术与前几代蜂窝连接之间的一些关键区别。此外，本章还将介绍5G先驱在几个业务类别中的一些用例，以说明网络切片技术在整个5G背景下的作用。

    发现 5G 的差异

    几乎无一例外，前几代蜂窝连接标准都专注于消费者通信服务的进步，例如升级网页浏览功能、提高数据传输速度、添加视频流功能以及改进无线连接。 5G 覆盖的受众范围远不止消费者； 5G 还将满足企业、城市、公用事业组织等的需求。

    5G 无线连接将意味着更高的上传和下载速度、低延迟和更大的容量。 5G将向无缝连接迈出一大步，数据下载速度将从4G的2 Gbps峰值速度跃升至5G的10 Gbps峰值速度。所有这些都将为每个企业、消费者和娱乐实体带来更低的延迟、更好的连接、更高的移动性能和更快的速度。

    虽然每个应用程序都有其独特的属性组合，但大多数 5G 用例都属于三类之一：增强型移动宽带 (eMBB)、大规模机械类型通信 (MTC) 和超可靠低延迟通信 (URLLC)，如如图2-1所示。在以下部分中，我们将详细介绍这些类型的用例。

    图 2-1：5G 的未来。

    (1)增强型移动宽带

    借助FR1和FR2频谱资源，5G将提升移动计算性能，实现高速云连接体验和实时响应。增强型移动宽带技术（eMBB）将为密集的城市环境、高移动性环境和室内环境带来极高的吞吐量。用户可以在几秒钟而不是几分钟内下载 3D 视频、增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 等应用程序的千兆字节数据。

    (2)大型机械通讯

    顾名思义，大规模机器类型通信将主要用于机器对机器（M2M）通信，在任何地方连接任何东西，而无需人工干预。应用通常是低成本、低功耗的传感器和设备，可提供良好的端到端覆盖范围，并可将数据传输回云端。

    (3) 超可靠、低延迟的通信

    超可靠低延迟通信 (URLLC) 的用例需要能够处理、关联和协作多方面的输入，以提供快速响应。使用案例包括自动驾驶汽车、医疗机构、公用事业组织、应急响应组织、安全组织等。这些服务将实现实时智能自动化决策，因此需要强大的覆盖范围、可靠的连接、安全性和可持续性。

    以上两类应用适用于大多数情况，但凡事都有例外。例如，物联网 MTC 应用程序可能属于大规模 MTC 类别或关键 MTC 类别，具体取决于延迟需求。

    了解5G市场

   

    自3GPPs 15 5G标准获得批准以来，电信制造业开始生产新设备。有些行业从一开始就会受到5G技术的影响。例如，2019年推出了超过18款5G智能手机。 NFL 已与一家主要运营商结盟，开始在联盟体育场安装 5G。此外，韩国还计划在年底前实现5G手机用户达到全部用户（约400万人）的6%。就连欧洲也跳上了5G列车，5G在欧洲的实施速度远远快于之前的4G。

    其余部分将探讨不同行业的一些用例，让您更好地了解 5G 的部署方式。

    （一）汽车行业

    5G 通信和连接是开发汽车行业新领域的关键：自动驾驶汽车。 5G 技术将成为移动生态系统以及互联汽车和万物通信彻底转型的核心。

    借助 5G，交通运输行业将减少拥堵、提高安全功能水平、减少排放并提高整体驾驶体验的流畅度。 5G通信带来的防碰撞功能不仅保护了生命，还节省了数亿的维修费用、保险费用和法律费用。

    汽车行业将能够利用完全互联的驾驶体验和功能来吸引新车购买者。用户将可以访问实时交通信息，以优化他们的驾驶体验。一些功能可以帮助用户找到最近的免费停车场，而另一些功能则可以启用预防性维护，以帮助用户节省时间和金钱。

    除了司机和车主之外，其他人也可以受益。乘客还将受益于下一代信息娱乐服务。作为乘客，您可以观看电影、接听重要电话或实时播放最新新闻，这一切都可以通过 5G 连接实现。

    （二）制造业

    制造业面临着提高工厂效率、保持竞争力、提高质量、提高安全性、加强安全性和保持盈利能力的持续压力。这些需求促使企业实施精益生产实践和自动化操作。然而，借助 5G，我们可以采取更多措施来缓解所有这些压力。进入工业4.0时代。

    工业3.0是将计算机引入制造领域。在工业 4.0 时代，计算机无需人工干预即可相互连接和通信。

    当各行业切断以太网线并完全采用无线技术时，他们将获得巨大的利益。在制造业中，无线连接可以带来柔性生产，让智能工厂能够快速切换生产线，缩短交货时间。然而，向工业4.0的过渡依赖于许多新的5G技术，如图2-2所示。

    例如，在2018年美洲移动世界大会上，诺基亚和分别展示了Wi-Fi控制的自动导引卡车和5G控制的自动导引卡车，以及两者之间的产能差异。这两种类型的卡车都在工厂周围移动托盘、纸箱和产品。得益于5G的高速度和低延迟，5G卡车可以对道路上的障碍物做出快速反应。

    图2-2：工业4.0

    安全控制需求正在推动工业公司探索专用的 5G 无线网络。由于企业内部 5G 的出现，各行业将能够定义自己的安全实施，而无需依赖移动网络运营商。此外，内部5G还将确保专有和敏感信息保留在企业内部。

   

    专网将成为5G的重要组成部分。港务局、医院和制造园区都对专用网络感兴趣。如今，美国的移动网络运营商和网络设备制造商已经开始与企业合作，利用CBRS频段（即民用频段射频服务频段）建设LET专用网络。在4G和5G中，一些专用网络可以完全由移动网络运营商建设和运营。在运营时，运营商可以使用自己的许可频谱，并将这个专用网络作为为私营企业客户提供的服务。 。

    此外，企业主还可以使用非授权频谱并使用第三方提供商来构建专用网络——这已经在 LTE CBRS 频段中实现。

    （三）医疗行业

    5G不仅可以拯救交通行业的生命，也可以拯救医疗行业的生命，给医疗行业带来变革。在 5G 医疗用例中，超可靠和低延迟的机器类型通信将成为重要组成部分。随着可穿戴传感器、视频会议和虚拟医疗查房越来越流行，医疗行业即将迎来一个新时代。

    5G将帮助医疗保健行业满足日益增长的数字化转型需求。高速5G网络将帮助医疗行业快速可靠地传输大型数据文件（例如MRI图像）。

    远程医疗（指与医疗专业人员的远程咨询）需要一个能够支持实时、高质量视频的网络，这传统上意味着较低的移动性和有线连接。然而，借助 5G，医疗保健系统将能够利用移动网络，提高移动性并扩大受众范围。

    通过利用5G设备，实时远程监测系统不仅可以协助医务人员监测患者，还可以收集数据以改善个性化的预防性护理。此外，这些设备可以增加患者对自身治疗的参与。

    实现上述用例的关键：网络切片

    那么，我们如何统一应用本章提到的所有用例呢？

    5G 移动网络具有许多灵活的组件，网络切片技术可以帮助统一这些组件。 5G需要服务许多客户，而这些客户有不同的需求和用例。网络切片技术作为一种重要的实现技术，将推动新型虚拟网络架构的构建，该架构可以根据具体用例交付多组资源。

    所谓“网络切片”，就是基于特定服务和通信流创建多个定制和优化的虚拟网络的能力。无论是公共5G网络还是私有5G网络，网络切片能力都代表着一种网络优化能力，可以满足用户需求并支持网络内的不同用例。

    每个网络切片将根据特定服务和流量的资源需求和网络拓扑要求进行优化。速度、容量、连接性能和覆盖范围等特性将根据每个用例的需求进行分配，但功能组件也可以在不同网络切片之间共享。随着时间的推移，网络切片技术将允许运营商提高可编程性，并将用于大规模物联网等大型用例。