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5G物理層變化與應用用例及其演進

萊特波特LitePoint ? 來源:萊特波特LitePoint ? 作者:萊特波特LitePoint ? 2021-03-29 15:22 ? 次閱讀
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5G 首次亮相,預計將對很多行業(yè)產(chǎn)生重大影響。全球移動設備供應商協(xié)會 (GSA) 2020 年 11 月設備生態(tài)系統(tǒng)報告顯示,市場上已經(jīng)推出近 500 款 5G 設備。《電子時報》2019 年 9 月的另一份報告預測,到 2024 年,在近 16 億部設備中,大約 45% 預計將是 5G 移動設備。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電話的無線技術不同,5G 承諾為各種跨行業(yè)設備提供連接和支持。GSA 2020 年 11 月的設備生態(tài)系統(tǒng)報告顯示,除了手機之外,市場還發(fā)布了近 19 款不同規(guī)格的 5G 設備,包括熱點、客戶端設備 (CPE)、快裝式加密狗、筆記本電腦、車載路由器、無人機、機器人和許多其他設備。

5G 物理層變化

為了支持各種各樣的設備,以及許多令人興奮的新應用用例,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)管機構為 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 100 MHz 的帶寬,在 FR2 中提供高達 400 MHz 的帶寬。如此高的帶寬可以轉化為高達 10 Gbps 的數(shù)據(jù)速率。

5G 的另一關鍵點是支持靈活的子載波間隔 (SCS),這有助于 5G 在各種應用用例中的實現(xiàn)和運行。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)速率的增強型移動寬頻(eMBB 應用)將需要更大的時隙持續(xù)時間(較小的 SCS)來以適應較大的數(shù)據(jù)有效負載。而有效負載較低的物聯(lián)網(wǎng)設備則可能需要更短的時隙持續(xù)時間。

靈活數(shù)值的第二個優(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)運行的最關鍵功能之一。雖然 LTE 以空間多路復用形式支持 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無線電能量來補償損耗變得至關重要。波束成形正是通過利用多個天線陣列來提高 SNR 和信號接收可能性。

應用用例

這些物理層變化可以為哪些應用提供支持?5G 旨在服務三大類用例: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 將演進為支持 URLLC 專用網(wǎng)絡和 mMTC。

這些 5G 應用用例要求高數(shù)據(jù)速率、最低延遲和更優(yōu)化的通信。例如,某些應用(如增強/虛擬現(xiàn)實和視頻流)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)和汽車自動化)對延時容忍度極高,要求可靠性達到 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。

全球運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/高容量的應用提供服務,例如 AR/VR 或視頻流。

5G 在用例支持上的演進

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3GPP Release 15 更側重于提供用于增強型移動寬帶用例的平臺。這包括需要更高帶寬的高數(shù)據(jù)量應用,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) 應用提供支持的增強功能。這些增強將可為包括工業(yè)設施和工廠為實現(xiàn)工廠自動化或基礎設施監(jiān)視所需的專用網(wǎng)絡提供支持。在 Release 16 中,多點傳輸偵聽也得到增強,旨在提高鏈路可靠性和改善延遲,這都是改進 C-V2X 或自動駕駛通信所必需的功能。此版本還支持更精確定位的應用,在未授權頻段部署 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)應用提供支持。

下一代 5G 技術規(guī)范(Release 17)將于 2022 年發(fā)布,并將專注于 5G 技術規(guī)范的持續(xù)擴展,其增強的重點將是 mMTC 和 NR-Light 設備(例如可穿戴設備或工業(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,請訪問關于此主題的網(wǎng)絡研討會的重播。
編輯:lyn

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原文標題:5G 物理層變化支持各種應用用例

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