這場(chǎng)比賽是在開(kāi)發(fā)下一代蜂窩技術(shù)，并與以前的系統(tǒng)相比是有顯著注重利用機(jī)器到機(jī)器(M2M)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的互聯(lián)網(wǎng)連接的需要。
將用于5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議和技術(shù)仍在研究中，預(yù)計(jì)在2016年底走到一起的最終標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)2018年與許多先進(jìn)的工作已經(jīng)完成的，運(yùn)營(yíng)商期望推出商用到2020年，基于這些標(biāo)準(zhǔn)，到2022年實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的系統(tǒng);所以有一個(gè)積極的開(kāi)發(fā)和實(shí)施周期，這將影響到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。這將與調(diào)制解調(diào)器芯片的發(fā)展開(kāi)始，從目前的4G演進(jìn)的設(shè)計(jì)，為智能手機(jī)和平板電腦。該調(diào)制解調(diào)器芯片將被整合到便于除物聯(lián)網(wǎng)和M2M模塊的設(shè)計(jì)。
為5G系統(tǒng)的發(fā)展的一個(gè)重要區(qū)別在于，該網(wǎng)絡(luò)的要求已經(jīng)提前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被確定好。
圖1：標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)5G的發(fā)展是積極的。資料來(lái)源：GSMA
一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)的要求將1至10 Gbit / s的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率，而不是理論峰值速率，再加上1毫秒終端到端到端延遲，這是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。更廣泛的網(wǎng)絡(luò)將必須支持1000×當(dāng)今細(xì)胞的帶寬和10至100倍以上的設(shè)備的同時(shí)連接，這將再次允許在物聯(lián)網(wǎng)各種有更多的連接的設(shè)備。像3G和4G，數(shù)據(jù)連接將基本上是“始終在線”，而不是電路交換，因此，以支持多達(dá)100倍以上的設(shè)備的能力是至關(guān)重要的，因?yàn)橛懈嗟脑O(shè)備將被同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該有99.999%感知的可用性，和100%的感知覆蓋，權(quán)衡為范圍的數(shù)據(jù)速率，這也將與所需要的范圍內(nèi)，但沒(méi)有數(shù)據(jù)的M2M實(shí)現(xiàn)幫助。這有助于的IoT網(wǎng)絡(luò)的部署作為節(jié)點(diǎn)能夠經(jīng)由5G基站直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，而不必使用一系列需要更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃網(wǎng)關(guān)或接口服務(wù)器。
這將是在輥出來(lái)5G的IoT網(wǎng)絡(luò)的重要的因素是降低功耗的說(shuō)明書(shū)中，作為要求是十年以上為無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的電池壽命。這應(yīng)該打開(kāi)了機(jī)會(huì)，有更多的電池供電的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)又提供了易于安裝。
頻帶
然而，滿足這些要求的將是一個(gè)挑戰(zhàn)。該頻段在以前用于模擬廣播電視頻段作為目標(biāo)范圍從700 MHz的，最多在3.6 GHz的蜂窩鏈路新樂(lè)隊(duì)。
世界無(wú)線電大會(huì)于2015年(WRC-15)同意以200兆赫的C波段頻譜的共同分配從3.4到3.6 GHz的，這被看作是一個(gè)積極的步驟，因?yàn)檫@是以前沒(méi)有使用新的頻譜對(duì)于電信應(yīng)用。在WRC-15也同意，從1427年至1518年兆赫運(yùn)行，遠(yuǎn)低于由Wi-Fi，藍(lán)牙和ZigBee當(dāng)前使用的2.4 GHz頻段協(xié)調(diào)的L波段
與此同時(shí)694-790兆赫的700 MHz頻段是從美國(guó)和亞洲的使用擴(kuò)展到全球配置。
這些不同的樂(lè)隊(duì)都將在5G不同的用途。700 MHz頻段被看作是受歡迎的人口稠密的城市地區(qū)，以獲取數(shù)據(jù)以有更多的用戶，而C波段可能是更高的帶寬，但是較短的鏈接。
與此相比，50 Mbit / s的在3GPP第9版定義的當(dāng)前LTE頻帶提供HSPA +數(shù)據(jù)和下載速率最高為100 Mbit / s的上傳速率(這是更重要的IOT)，綽綽有余對(duì)于大多數(shù)M2M和物聯(lián)網(wǎng)不需要高清晰度視頻連接的應(yīng)用程序。
這些4G頻帶最常用于世界各地的M2M和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用八百五十零分之七百M(fèi)Hz和一千九百分之一千七百兆赫，而不是2.6 GHz頻帶。這些被模塊，如實(shí)施MTSMC-H5-SP從多技術(shù)系統(tǒng)，包括回退到GPRS數(shù)據(jù)率，使得總是有一個(gè)連接。
圖2：多高科技系統(tǒng)的4G M2M模塊。
的5G建議某些部分被留下，直到下一次世界無(wú)線電國(guó)會(huì)在2019年，這些將包括在24GHz和至多在可用于無(wú)線固定接入鏈路50至60 GHz的高得多的頻率來(lái)進(jìn)行高帶寬數(shù)據(jù)從背面一基站到核心網(wǎng)絡(luò)，而不必鋪設(shè)昂貴光纖電纜和仍滿足一個(gè)1毫秒的往返等待時(shí)間要求。這些5G固定接入收發(fā)器將利用氮化鎵(GaN)的設(shè)備，如CGHV1F025S從Cree公司。這25 W，40 V的HEMT晶體管支持從DC樂(lè)隊(duì)到15 GHz的高效率，高增益和寬帶寬設(shè)計(jì)在L，S，C，X和Ku波段，整齊地匹配5G要求。
它運(yùn)行在采用3毫米x 4毫米，表面貼裝，雙扁平無(wú)引線(DFN)封裝的40 V電壓軌，但降低功率下能低于40 V至低至20 VVDD同時(shí)保持高增益和效率。
旁邊的頻帶，在不同的頻帶中的信道模型也正在開(kāi)發(fā)中。八個(gè)組織在歐洲和METIS METIS-II專案組一直致力于在整個(gè)預(yù)期5G頻譜信道模型，用模型的2.3GHz，2.6GHz的，5.25千兆赫，26.4千兆赫，58.68千兆赫。
圖3：梅蒂斯和METIS-II的歐洲項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)信道模型為廣泛的應(yīng)用5G。來(lái)源：METIS
潛伏
一個(gè)用于5G新的考慮是支持海量機(jī)網(wǎng)絡(luò)與各種無(wú)線連接不同的傳感器和致動(dòng)器的能力。
相反，提供直接連接，新節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)'毛細(xì)血管網(wǎng)“進(jìn)行添加。這些將使用的短距離無(wú)線技術(shù)，如Wi-Fi，藍(lán)牙和802.15.4 6LOWPAN或ZigBee與連接到5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
對(duì)于應(yīng)用，如交通管制，重大基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制要求非常高的可靠性和可用性，也需要非常低的延遲，并引進(jìn)具有轉(zhuǎn)換不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)可以顯著增加延遲的網(wǎng)關(guān)。
其結(jié)果是有大量的研究成不同的方式使用毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)時(shí)達(dá)到1毫秒端至端延遲。
容量
為5G目前的技術(shù)提案可以支持相比，使用一個(gè)稀疏碼多址(SCMA)的方法4G網(wǎng)絡(luò)的IoT器件的三倍的數(shù)量。這是結(jié)合現(xiàn)有碼分CDMA和正交頻分OFDM方式一新的頻譜方案。
與SCMA，不同的輸入的數(shù)據(jù)流被直接映射到代碼字，每個(gè)代表一個(gè)擴(kuò)頻傳輸層，使得多個(gè)層共享OFDMA的同一時(shí)間 - 頻率資源。用戶配對(duì)，功率共享，速率調(diào)整，和調(diào)度算法都用于提高下行鏈路的吞吐量的重負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)。
直接連接
該5G規(guī)范還包括用于無(wú)線M2M設(shè)備直接連接的能力。這已被引入的一個(gè)擴(kuò)展4G LTE標(biāo)準(zhǔn)，但5G的目標(biāo)是使該對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信顯著更有效。這將被用于對(duì)一個(gè)5G智能電話提供直接數(shù)據(jù)鏈接回到節(jié)點(diǎn)之間特設(shè)鏈接，以及，允許用戶詢問(wèn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下直接具有同樣的方式，藍(lán)牙今天實(shí)施去通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)在一些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
然而，這引起了安全問(wèn)題，以及5G規(guī)范預(yù)計(jì)這些直接鏈接M2M成為網(wǎng)絡(luò)控制下提供授權(quán)。這將有可能增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件的復(fù)雜性。
這些是世界上最大的學(xué)術(shù)5G創(chuàng)新中心(5GIC)，它集合了英國(guó)的四大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商與24家公司70研究者的重點(diǎn)領(lǐng)域。
薩里吉爾福德大學(xué)7000萬(wàn)￡中心，英國(guó)不僅在2020年看著5G網(wǎng)絡(luò)的直接規(guī)范，但如何將這些網(wǎng)絡(luò)將演進(jìn)到2040年作為這項(xiàng)研究的一部分，它已經(jīng)證明了數(shù)據(jù)傳輸速率在移動(dòng)設(shè)備上的鏈接超過(guò)1太比特/秒，十倍5G規(guī)范。
參與該中心的合作伙伴的目標(biāo)是到2018年，利用今天的技術(shù)，包括也可用于物聯(lián)網(wǎng)完整的核心網(wǎng)創(chuàng)建于中心的完整的5G系統(tǒng)。在這之前，這些標(biāo)準(zhǔn)也將由2016年年底完成，允許開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)硅和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
結(jié)論
5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正在加速，提供用于在未來(lái)的IoT和M2M網(wǎng)絡(luò)顯著優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)頻譜計(jì)劃，如與SCMA大幅降低延遲和更高容量的新頻段直接在那個(gè)需要一個(gè)可靠的應(yīng)對(duì)大批量的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相連的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)。具有超低功耗和超長(zhǎng)電池壽命，無(wú)線節(jié)點(diǎn)可以輕松實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)有效地部署，雖然新的功能，如直接連接將哄抬網(wǎng)絡(luò)軟件的復(fù)雜性。
隨著在2016年底，試驗(yàn)網(wǎng)在2018年和完全商業(yè)化部署在2020年得到解決標(biāo)準(zhǔn)，芯片，電路板和模塊制造商將能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員提供強(qiáng)大的新技術(shù)，進(jìn)一步首次展示物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
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