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使用 5G 無線技術連接未來

關鍵詞:ADI 5G 無線技術 網絡

時間:2021-09-18 14:14:32      來源:網絡

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:它規模宏大,即將到來并將改變一切。

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,虛擬醫生和家庭檢查系統甚至能為全球最偏遠的地區帶去價格實惠的高品質醫療服務。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到農業的各個行業。

斯坦福大學工程教授兼無線系統實驗室主任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知識,還需要創造性地開發解決方案,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不斷創新。

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,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

見證發展浪潮

隨著5G的到來,我們將迎來一個高速度、低延遲、大規模連接的時代。雖然它將改變每一個行業,但其造成的影響在城市環境中尤其明顯,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)頻段提供大規模多路輸入、多路輸出(MIMO)后者特別適合密集型城市環境。


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,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,從采用分立式組件和濾波器的傳統射頻架構轉變為新型直接變頻系統,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

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揮了關鍵作用。從1G發展至今,我們開發了各種關鍵硬件,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。

“我們不只是在開發組件。我們實際上是在試圖解決與整個系統相關的問題。我們擁有一定水平的系統架構專業知識,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性的問題”,ADI通信部副總裁Joe Barry表示。

該公司運用其專業經驗來滿足5G網絡技術的獨特需求,創建了一種軟件定義收發器形式的全新通信架構。這項技術最初是為4G開發的,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基站所面臨的規模、功率和成本方面的挑戰(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,從而能夠為不同的業務類型提供動態服務。所以在工業4.0等領域可能會出現新的商業模式,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%。在工業領域,5G將為大規模物聯網鋪平道路,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展。“5G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,以充分發揮它們的潛力”,Henderson表示。

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