十年磨一劍，厚積薄發(fā)，迎來了5G公共網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及。而在現(xiàn)實(shí)世界中，5G專網(wǎng)的實(shí)施和部署還處于起步階段。擁有5G專網(wǎng)意味著，無需等待即可解鎖專屬的5G網(wǎng)絡(luò)性能。

　　圍繞許多新技術(shù)，人們的興奮和炒作往往大于現(xiàn)實(shí)。盡管6G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，但在網(wǎng)上搜索 “6G網(wǎng)絡(luò)”，會(huì)出現(xiàn)近1億個(gè)結(jié)果。5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢已經(jīng)被宣傳了大約十年，直到今天，一種或多種類型的5G技術(shù)才在全球推廣開來。

　　5G專網(wǎng)由企業(yè)出資建造，并供其專門使用。5G專網(wǎng)是相對(duì)較新的發(fā)展成果。雖然其通用的應(yīng)用場景已經(jīng)被廣泛地描述和討論，但在現(xiàn)實(shí)世界中這些應(yīng)用場景的落地還處于起步階段。本文會(huì)就其中一些用例進(jìn)行探討，首先了解一些背景資料。

　　5G與4G的差別

　　就像以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)升級(jí)一樣，從4G向5G演進(jìn)可以提供更大的帶寬、更快的傳輸速度和更低的時(shí)延。如果把4G比作一條鄉(xiāng)間小路，那么5G就相當(dāng)于一條20車道的高速公路。

　　然而，5G與之前的技術(shù)有著本質(zhì)上的區(qū)別，其中兩個(gè)主要原因包括：

　　·多個(gè)頻段，可延伸和覆蓋到毫米波頻段： 5G可在三個(gè)不同的頻段上運(yùn)行，分為低頻段（低于1GHz），中頻段（1GHz至6GHz）和高頻段（24GHz至52.6GHz）。 5G高頻段通常被稱為毫米波頻段，將擴(kuò)展到71GHz（又被稱為FR2.2頻段）。4G使用的最高頻率為2.6GHz。與4G相比，在任何指定頻段上運(yùn)行5G技術(shù)都能夠有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低時(shí)延，隨著工作頻率的增加，二者的差異會(huì)越來越大。

　　缺點(diǎn)是，毫米波信號(hào)特別容易受到從雨滴到堅(jiān)固的墻壁以及介于這兩者之間的一切物體的干擾，造成衰減。為了克服信號(hào)衰減的問題，5G毫米波采用了波束成形技術(shù)和Massive MIMO（大規(guī)模多輸入多輸出）天線。這些技術(shù)能夠?qū)⑿盘?hào)牢牢地集中在單個(gè)用戶設(shè)備上。

　　本文詳細(xì)地介紹了這些技術(shù)。從本質(zhì)上講，5G毫米波波束成形技術(shù)通過調(diào)節(jié)各個(gè)天線的相位，對(duì)信號(hào)進(jìn)行聚焦，以形成一個(gè)很窄的、可轉(zhuǎn)向的波束，從而增加5G發(fā)射器的有效輻射功率，提高基站接收信號(hào)的信噪比。窄波束還能最大限度地減少信號(hào)干擾。

　　·軟件支持的靈活性：當(dāng)然，前幾代蜂窩網(wǎng)絡(luò)中也用到了很多軟件，但5G網(wǎng)絡(luò)將軟件的應(yīng)用提升到了另一個(gè)層次。如果沒有軟件定義無線電架構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)是不可能實(shí)現(xiàn)的。由軟件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)可以通過即時(shí)調(diào)整來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)本身的性能，從而改善與之連接的應(yīng)用和服務(wù)。5G采用的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)發(fā)揮了不可或缺的作用，它能夠讓多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)在同一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行，并且每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)都針對(duì)具體用例進(jìn)行了優(yōu)化。

　　5G NR（新空口）網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

　　5G NR（新空口）網(wǎng)絡(luò)可在毫米波頻段上運(yùn)行，時(shí)延可以低于1毫秒，相比于4G網(wǎng)絡(luò)來說提升了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。5G的數(shù)據(jù)吞吐量比4G提高了20倍，特定區(qū)域的連接密度提升了500倍，可靠性也得到了更高保障。消費(fèi)者僅可能在有限的情況下注意到5G NR和4G之間的性能差異。手機(jī)端的使用體驗(yàn)基本相同，盡管大文件的下載速度（如操作系統(tǒng)更新和視頻加載）會(huì)快得多，但各種應(yīng)用程序的用戶體驗(yàn)不會(huì)有明顯的變化，或許游戲玩家除外。下圖總結(jié)了5G網(wǎng)絡(luò)典型的關(guān)鍵性能參數(shù)。

　　在智慧城市、智能樓宇、智能工廠、智慧農(nóng)業(yè)、智能交通、智慧醫(yī)療健康等智能化應(yīng)用領(lǐng)域，5G NR網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢才會(huì)嶄露頭角。換句話說，機(jī)器會(huì)首先感知到變化，因?yàn)槟壳坝袛?shù)百億臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)連接到了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。快速、可靠的物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)將與云端的人工智能應(yīng)用相融合，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，從而催生新的應(yīng)用。5G NR網(wǎng)絡(luò)客戶將受益于更高的工作效率，獲得新的創(chuàng)收機(jī)會(huì)。公共網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的收益也會(huì)變得更多。

　　根據(jù)ITU-R選定的5G關(guān)鍵性能指標(biāo)如上所示

　　（資料來源： “5G互聯(lián)產(chǎn)業(yè)和自動(dòng)化”白皮書第二版，5G產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化聯(lián)盟，2018年11月）

　　為何要構(gòu)建5G專網(wǎng)而不是使用公共網(wǎng)絡(luò)？

　　·時(shí)間維度：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商注重的是盈利能力。他們把網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在能夠產(chǎn)生最多收益的區(qū)域，這意味著大部分投資將流向人口密集地區(qū)。舉例來說，美國中西部的農(nóng)民可能要等很久才有便捷的5G NR網(wǎng)絡(luò)可以使用，特別是每隔幾百米就需要設(shè)一個(gè)基站的毫米波無線接入網(wǎng)絡(luò)。

　　·安全維度： 那些負(fù)責(zé)工廠運(yùn)營技術(shù)（OT）的專業(yè)人員對(duì)向外界開放網(wǎng)絡(luò)以獲得物聯(lián)網(wǎng)所帶來的裨益及由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)安全問題持謹(jǐn)慎態(tài)度，這種擔(dān)憂是正確的。由于擔(dān)心黑客利用WiFi網(wǎng)絡(luò)攻擊，很多企業(yè)仍在使用以太網(wǎng)布線。盡管根據(jù)所選擇的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同，核心網(wǎng)絡(luò)可能仍然掌握在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商手中，但是擁有一個(gè)5G專網(wǎng)有助于獲得真實(shí)、可感知的安全優(yōu)勢。高度集中的毫米波短距離傳輸也能夠在一些用例中提供更高的安全性。在某些情況下，獨(dú)立5G專網(wǎng)的帶寬保證也可能是一個(gè)考慮量因素。

　　·成本維度： 建設(shè)5G NR網(wǎng)絡(luò)的成本一直在下降。企業(yè)甚至可能不需要為他們使用的頻段付費(fèi)，因?yàn)橛行┦欠鞘跈?quán)的頻段。此外，開放式無線接入網(wǎng)（RAN）是推動(dòng)硬件成本下降的一個(gè)潛在的重要因素。這是一種開放式的接口架構(gòu)，能夠?qū)?G NR網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分分解為不同的元素，每個(gè)元素都是可互操作的。開放式RAN正在進(jìn)入市場，以便每個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素的供應(yīng)商在創(chuàng)新和價(jià)格方面都能展開競爭。而在構(gòu)建獨(dú)立5G NR網(wǎng)絡(luò)方面也存在著良性競爭，硬件公司一直在與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商合作提供這種服務(wù)。一些公司將為客戶搭建專用網(wǎng)絡(luò)，然后通過收取管理服務(wù)費(fèi)來收回成本。

　　獨(dú)立5G NR網(wǎng)絡(luò)的倡導(dǎo)者指出，與WiFi網(wǎng)絡(luò)相比，獨(dú)立5G NR網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性有所降低。同時(shí)，運(yùn)行功率的降低也意味著成本的節(jié)約和環(huán)境效益的增加。

　　如果企業(yè)正計(jì)劃創(chuàng)建一個(gè)5G專網(wǎng)，或者希望與工程師討論其中涉及的技術(shù)細(xì)節(jié)，安富利可以提供支持和幫助。作為全球領(lǐng)先的技術(shù)分銷商和解決方案提供商，安富利擁有自己的先進(jìn)應(yīng)用開發(fā)團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)的毫米波設(shè)備能夠助力客戶的5G工程團(tuán)隊(duì)更快地將新產(chǎn)品推向市場。

更多精彩內(nèi)容歡迎點(diǎn)擊==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<