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5G物聯網開發技術,移動互聯網和IoT的下一個風口

作者:軟捷科技來源:www.pxqydq.tw 瀏覽:234

2019-06-03 18:54:20

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5G世界中的許多用例成為現實,基于增強現實,虛擬現實,遠程呈現和人工智能等基礎技術的應用將受益于海量數據通信鏈路和極低的延遲。 光纖速度固定無線服務將為有線電視公司和流媒體用戶提供超高清視頻廣播和新業務模式。 汽車和無人機將相互通信,并通過低延遲網絡在它們周圍進行協調。 工業自動化和機器人技術最終將成為WAN的現實。 最后,5G將使我們更接近連接到網絡的數百萬傳感器的真實物聯網世界。

5G基礎知識介紹 - 速率、延遲、國內頻段 

5G將采用28GHz毫米波通信,理論下行速度為10Gb/s,相當于下載速度1.25GB/s。由于5G技術將可能使用的頻譜是28GHz及60GHz,屬極高頻(EHF),比一般電信業現行使用的頻譜(如2.6GHz)高出許多。使用當前的4G網絡,延遲時間可持續約20毫秒。它看起來并不多,但是對于5G,延遲時間減少到1毫秒,或大約是普通相機閃光燈完成所需的時間。

雖然5G能提供極快的傳輸速度,能達到4G網絡的40倍,而且時延很低,但信號的衍射能力(即繞過障礙物的能力)十分有限,且發送距離很短,這便需要增建更多基站以增加覆蓋。目前的方案是在5G建網初期,網絡建設將仍以宏基站為主,室內數字化小基站可實現室內流量熱點區域的覆蓋,室外小基站將作為深度覆蓋困難區域覆蓋的有效補充。

查閱一些數據,中國的5G商用會從6GHz以下頻段開始。中國聯通、中國電信將在3.5GHz頻段各獲得100MHz的頻譜資源;中國移動有望在2.6GHz頻段獲得100-150MHz頻譜資源,另外,中國移動還有可能獲得4.9GHz頻段的100MHz頻譜資源。

 5G在各個行業的應用 

即將推出的5G無線網絡技術的承諾是反應靈敏,快速,省電。5G網絡作為第五代移動通信網絡,其峰值理論傳輸速度可達每秒數十Gb,這比4G網絡的傳輸速度快數百倍,整部超高畫質電影可在1秒之內下載完成。隨著5G技術的誕生,用智能終端分享VR電影、游戲以及超高畫質(UHD)節目的時代已向我們走來。

這是一個巨大的飛躍。一種可以解決電纜和電線基礎設施的問題。它將意味著連接和自動駕駛車輛。它將為偏遠地區帶來真正的寬帶。虛擬現實和移動互聯網將隨著快速,永遠在線,始終連接的實時體驗而蓬勃發展。工廠將受益于無處不在的傳感器和網絡智能機器人。

 VR、AR 

VR和AR技術其實已經算不上新詞了,不過由于硬件和網絡的原因,目前4K VR 360視頻的質量也存在縮水。理想4K VR 360視頻的碼率值可達30Mbps以上(采用H.264編碼),流暢觀看所需的最小帶寬將達45 ~ 90Mbps以上。

為什么我們現在所看到的4K VR360視頻質量會縮水呢?經分析,原因主要有兩點。首先,高碼率VR360視頻對于服務器渲染和CDN的分發能力要求更高,所需要的服務器和網絡成本更大。其次,VR 360視頻碼率越高,對用戶接入帶寬的平均速率要求也越高,不是所有家庭都已接入了100Mbps帶寬。

5G不僅僅是按需提供電影院分辨率。它將使事件制作者能夠從數百個位置和角度捕獲和流式傳輸音頻和視頻,并使觀眾能夠像現在更換電視頻道一樣輕松地從流切換到流。這意味著能夠為多個個人,可穿戴設備和室內設備提供身臨其境的體驗 - 所有這一切都具有完美的同步性 - 將虛擬和增強現實從新奇的領域轉移到日常生活中。

4G成就了微信、抖音等大流量平臺應用。5G將為VR、AR內容、硬件、平臺創業者創造騰飛的風口。

 自動駕駛 

自動駕駛汽車的未來取決于5G網絡的全球推廣。如果沒有可靠的超高速連接,汽車就無法互相交流,廣告商也無法直接將內容直接傳輸到您的眼球,當您的車從A點開車時,您肯定無法坐下來下載完整的電影。 4G(第四代)技術可能推動了移動視頻的崛起,但5G是汽車行業的下一個前沿,使人工智能,娛樂和基礎設施能夠為自動駕駛汽車提供動力。

為什么5G的推出對開發自動駕駛汽車很重要?

我認為5G將會改變游戲規則。它會更改連接的速度,延遲和可用性。當傳輸方式從2G變為3G時,沒有人能夠設想一個世界,而不是僅僅發短信或使用你的聲音。我認為從4G到5G的過渡將是類似的。人們將要在該設備上執行的操作,現在甚至無法考慮。從汽車的角度來看,它打開了一個完全不同的世界。假設人們在車中,并且想要觀看高清電影,但下載需要幾分鐘。使用5G,它將是瞬時的,比4G網絡快20到1000倍。5G網絡可以更具針對性和特定性。

工業物聯網 

自動駕駛汽車和機器人技術是2025年中國制造的核心部件。這套總體目標旨在推動中國經濟擺脫低成本,低利潤的制造業。率先采用前瞻性技術將使共產主義國家與德國,日本和美國處于同一聯盟。幾十年來,工廠一直使用傳感器來測量產品溫度,計數和監控生產,并確保質量。直到最近,傳感器才通過傳統弱電有線連接,以實現更大的部署,監控和主動維護靈活性。在智能制造自動化控制系統中,低時延的應用尤為廣泛,比如對環境敏感高精度的生產制造環節、化學危險品生產環節等。

智能制造閉環控制系統中傳感器(如壓力、溫度等)獲取到的信息需要通過極低時延的網絡進行傳遞,最終數據需要傳遞到系統的執行器件(如:機械臂、電子閥門、加熱器等)完成高精度生產作業的控制,并且在整個過程需要網絡極高可靠性,來確保生產過程的安全高效。

此外,工廠中自動化控制系統和傳感系統的工作范圍可以是或者幾百平方公里到幾萬平方公里,甚至可能是分布式部署。根據生產場景的不同,制造工廠的生產區域內可能有數以萬計傳感器和執行器,需要通信網絡的海量連接能力作為支撐。

5G將在整個工廠或倉庫和更智能的機器人中實現無線傳感器的實時連接。

 家庭自動化 

目前智能家居市場連接協議混亂,各種窄帶無線協議標準不統一,諸如藍牙、WiFi、ZigBee、Z-Wave等等,使得設備與設備之間的溝通成本大大增加。在接下來的十年中,我認為物聯網設備未來將會大量增長,無論是工業,還是農業,還是之前提到的智慧城市的需求。這些增長的需求在工作和家庭中為我們提供更高的安全性,安全性和健康性。而5G接入IP網絡,以及IPV6的推廣,將會為智能家居的產品種類和底層連接形式帶來新的突破。

市場研究公司IDC的數據顯示,2018年全球智能家居市場預計將增長31%,智能家居設備總銷量為6.439億個。基于20%以上的年均增長率,預計2022年將有多達13億臺智能設備進入家庭。這意味著平均每六個人,無論年齡大小,將會擁有一臺智能家用設備。

物聯網,Wi-Fi,藍牙和4G等各種連接標準可供物聯網產品設計師和工程師使用,5G應該能夠滿足所提到的所有產品范例,從近距離到長距離,高速率速度,同時提供令人難以置信的數據速率。

 “速度,響應能力和覆蓋范圍的結合可以釋放其他技術熱門趨勢的全部功能,為自動駕駛汽車,無人機,虛擬現實和物聯網提供動力。”

 新的挑戰和機遇 

當5G正式成為IoT推動者時,這會是什么樣子?

制造商將擴展和重新開發他們的工廠和倉庫,以支持5G網絡,基礎設施和安全性,以創建新的5G產品,并重新構建和重新構想舊產品。

消費者需要回收舊設備并更新家庭和工作場所,以支持將成為“必要”連接的內容。

自動供電: 電池和電線現在可能是物聯網供電的可行解決方案,但隨著全球物聯網的龐大數量不斷增加,實際上幾乎無法跟上。物聯網傳感器,M2M或工廠自動化中的電池故障或耗盡可能會使公司收入增加并增加安全和責任問題。無線電源- 無焊盤,遠距離 - 至關重要。

電子產品回收計劃: 過去幾年我們將家用電器和工作設備保留下來。憑借支持5G的物聯網和物聯網傳感器的連續自動無線電源,當前的“非智能”設備很快就會過時,需要回收或再循環。最適合此計劃的公司和社區將把潛在的環境危害轉化為機遇。

術語解釋:

毫米波

所有蜂窩網絡都使用無線電波來通過空中傳輸數據,標準網絡使用較低頻段(如700兆赫茲)的頻譜。通常,頻段或頻率越高,您可以達到的速度越高。然而,更高頻率的結果是更短的范圍。

要實現那些瘋狂的高5G速度,您需要真正高頻的頻譜。毫米波范圍介于24千兆赫和100千兆赫之間。

除了短距離之外,超高頻頻譜的問題是它非常挑剔 - 葉子以錯誤的方式吹,你會受到干擾。忘記像墻壁這樣的障礙。像Verizon這樣的公司正致力于使用軟件和廣播技巧來解決這些問題并確保穩定的連接。

小基站

傳統的蜂窩覆蓋通常源于散落著不同無線電和天線的巨大塔。這些天線能夠遠距離廣播信號,因此您不需要太多信號。小電池是相反的 - 背包大小的收音機可以掛在路燈,桿屋頂或其他區域。它們只能在短距離內廣播5G信號,因此我們的想法是在密集的網絡中使用大量信號。 

有些城市有這種密集的網絡,但如果你走出城域,那么小小區就變得更具挑戰性。 

Sub-6GHz

鑒于真正的高頻段頻譜有多么麻煩(參見上面的“毫米波”部分),有一種運動可以在更低的頻率或低于6GHz的頻率下采用頻譜。額外的好處是運營商可以使用他們已經擁有的頻譜來進入5G網絡。例如,T-Mobile有一塊600MHz的頻譜,計劃用它來為其5G部署提供動力。在低于6GHz之前,這是不可能的。這就是為什么你會看到更多的運營商擁抱低頻頻譜。

但是低頻頻譜存在相反的問題:雖然距離很遠,但它的速度和容量與毫米波頻譜不同。理想選擇是運營商使用兩者的混合。

MIMO

“多輸入,多輸出”的縮寫。基本上,它是將更多天線推入我們的手機和蜂窩塔的想法。而且總能擁有更多的天線。它們為更快的千兆LTE網絡提供支持,目前市面上的公司正在部署所謂的4x4 MIMO,其中四個天線安裝在手機中。

載波聚合 

無線運營商可以采用不同頻段的無線電頻率并將它們綁定在一起,因此像三星Galaxy S8這樣的手機可以挑選最快速,最不擁擠的手機。可以把它想象成一條三車道高速公路,這樣車就可以根據哪條車道的交通量減少而進出。

QAM 

這是一個非常技術性的術語,它代表正交幅度調制。它允許流量以與載波聚合或MIMO不同的方式快速移動。使用256 QAM,您將擁有大型拖拉機拖車,而不是小型車。MIMO,載波聚合和QAM已經進入4G網絡,但在5G也發揮了重要作用。

Beam forming

這是一種在特定方向上引導5G信號的方法,可能會提供自己的特定連接。Verizon一直在使用波束形成毫米波譜,繞過墻壁或樹木等障礙物。

未經許可的頻譜 

蜂窩網絡都依賴于他們擁有并從政府購買的許可頻譜。但轉向5G時,人們認識到在保持廣泛覆蓋范圍方面沒有足夠的頻譜。因此,運營商正在轉向未經許可的頻譜,類似于我們的Wi-Fi網絡所依賴的那種免費電波。

網絡切片

這是能夠開發出各種頻譜,為特定設備提供所需的連接。例如,相同的蜂窩塔可以為您家中連接的水表提供更低功率,更慢的傳感器連接,同時提供更快,更低延遲的連接到自動駕駛汽車的導航即時的。


 

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