5G 首次亮相，預(yù)計(jì)將對很多行業(yè)產(chǎn)生重大影響。全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì) （GSA） 2020 年 11 月設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)報(bào)告顯示，市場上已經(jīng)推出近 500 款 5G 設(shè)備?！峨娮訒r(shí)報(bào)》2019 年 9 月的另一份報(bào)告預(yù)測，到 2024 年，在近 16 億部設(shè)備中，大約 45% 預(yù)計(jì)將是 5G 移動(dòng)設(shè)備。這表示未來幾年將有巨大增長。

與前幾代通常專注于支持蜂窩通信或移動(dòng)電話的無線技術(shù)不同，5G 承諾為各種跨行業(yè)設(shè)備提供連接和支持。GSA 2020 年 11 月的設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)報(bào)告顯示，除了手機(jī)之外，市場還發(fā)布了近 19 款不同規(guī)格的 5G 設(shè)備，包括熱點(diǎn)、客戶端設(shè)備 （CPE）、快裝式加密狗、筆記本電腦、車載路由器、無人機(jī)、機(jī)器人和許多其他設(shè)備。

5G 物理層變化

為了支持各種各樣的設(shè)備，以及許多令人興奮的新應(yīng)用用例，5G 引入了許多物理層變化。

其中最明顯的差異之一是頻譜。由于 LTE被束縛在 3 GHz以下的頻率范圍內(nèi)，因此全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)為 5G 開放了更加廣泛的頻譜范圍。5G 有兩種不同的頻段分類：頻段 1 （FR1），范圍為 410 MHz 至 7.125 GHz。頻段 2 （FR2），也稱為毫米波 （mmWave），支持的運(yùn)行范圍為 24.25 GHz 至 52.6 GHz。

添加新頻譜的主要原因是這些頻譜支持極高的信道容量和帶寬。與支持最高 20 MHz 帶寬的 LTE 不同，5G 在 FR1 中提供高達(dá) 100 MHz 的帶寬，在 FR2 中提供高達(dá) 400 MHz 的帶寬。如此高的帶寬可以轉(zhuǎn)化為高達(dá) 10 Gbps 的數(shù)據(jù)速率。

5G 的另一關(guān)鍵點(diǎn)是支持靈活的子載波間隔 （SCS），這有助于 5G 在各種應(yīng)用用例中的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行。除了 LTE 提供的 15 KHz 固定子載波間隔外，5G 還提供 30、60、120 和 240 KHz 這幾個(gè)額外的間隔，而這可以帶來兩大主要優(yōu)勢：

首先，載波間隔越大，時(shí)隙越小，這樣便可根據(jù)用例優(yōu)化資源分配。例如，具有極高數(shù)據(jù)速率的增強(qiáng)型移動(dòng)寬頻（eMBB 應(yīng)用）將需要更大的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間（較小的 SCS）來以適應(yīng)較大的數(shù)據(jù)有效負(fù)載。而有效負(fù)載較低的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備則可能需要更短的時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。

靈活數(shù)值的第二個(gè)優(yōu)勢是使用寬載波間隔有助于抵抗多普勒頻移。這樣不僅可以減輕干擾，而且還能提高毫米波頻率下的可靠性。這就是為什么 FR2不支持較小的子載波間隔（15 kHz 和 30 kHz）的原因。

波束成形是幫助在毫米波頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的最關(guān)鍵功能之一。雖然 LTE 以空間多路復(fù)用形式支持 MIMO，但在毫米波頻率下，更高的路徑損耗使其難以維持足夠的 SNR。因此，通過在所需方向引導(dǎo)無線電能量來補(bǔ)償損耗變得至關(guān)重要。波束成形正是通過利用多個(gè)天線陣列來提高 SNR 和信號接收可能性。

應(yīng)用用例

這些物理層變化可以為哪些應(yīng)用提供支持？5G 旨在服務(wù)三大類用例：eMBB、超可靠低延遲 （URLLC） 和大容量工業(yè)通信 （mMTC），每種類型都有不同的性能要求。到 2021 年，5G 將繼續(xù)專注于 eMBB 和固定無線接入。在 2021 年至 2023 年之間，5G 將演進(jìn)為支持 URLLC 專用網(wǎng)絡(luò)和 mMTC。

這些 5G 應(yīng)用用例要求高數(shù)據(jù)速率、最低延遲和更優(yōu)化的通信。例如，某些應(yīng)用（如增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)和視頻流）需要大量數(shù)據(jù)，因此需要更寬的帶寬和更高的吞吐量。其他用例（如工業(yè)和汽車自動(dòng)化）對延時(shí)容忍度極高，要求可靠性達(dá)到 10-9 級別，延遲在 1 毫秒內(nèi)。第三類用例源于物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備之間的廣泛連接需求，要求一種能夠支持大容量通信的技術(shù)。

全球運(yùn)營商都在努力尋找最佳頻段來支持這些用例。例如，較低的頻帶提供的容量有限，但可用于在全國范圍內(nèi)擴(kuò)展覆蓋范圍。中頻帶頻率提供了最佳的覆蓋范圍和容量，并且在全球得到廣泛部署。毫米波范圍內(nèi)的較高頻段主要用于為高數(shù)據(jù)量/高容量的應(yīng)用提供服務(wù)，例如 AR/VR 或視頻流。

5G 在用例支持上的演進(jìn)

3GPP Release 15 更側(cè)重于提供用于增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例的平臺。這包括需要更高帶寬的高數(shù)據(jù)量應(yīng)用，以及固定的無線接入通信。

Release 16 已于 2020 年 6 月完成，其中包括了用于為 URLLC 用例或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 應(yīng)用提供支持的增強(qiáng)功能。這些增強(qiáng)將可為包括工業(yè)設(shè)施和工廠為實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化或基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)視所需的專用網(wǎng)絡(luò)提供支持。在 Release 16 中，多點(diǎn)傳輸偵聽也得到增強(qiáng)，旨在提高鏈路可靠性和改善延遲，這都是改進(jìn) C-V2X 或自動(dòng)駕駛通信所必需的功能。此版本還支持更精確定位的應(yīng)用，在未授權(quán)頻段部署 5G，以及更好的節(jié)能特性，這一切都旨在為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供支持。

下一代 5G 技術(shù)規(guī)范（Release 17）將于 2022 年發(fā)布，并將專注于 5G 技術(shù)規(guī)范的持續(xù)擴(kuò)展，其增強(qiáng)的重點(diǎn)將是 mMTC 和 NR-Light 設(shè)備（例如可穿戴設(shè)備或工業(yè)傳感器）。

考慮到這些用例，以及為支持這些用例而引入 5G 的物理層變化，我的下一篇博客文章將探討 5G 的一些測試挑戰(zhàn)和考慮因素。同時(shí)，請?jiān)L問關(guān)于此主題的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)的重播。
編輯：lyn