5G带来全新机遇：实现高速传输的巨大飞跃

人人谈论5G 已久，第一批5G 网络也已经建成并进行了早期测试。但5G 将会提供哪些实际好处呢？蜂窝基础设施将如何改变？ LTE 将会如何？现在所有的设计都需要直接移植到5G 吗？

为了确定企业是否应当开始采用5G 及何时采用是适当时机，应该看一看5G 的3 个关键方面。它们针对不同的应用，进行了相应的改善。

1）增强型移动宽带（eMBB）。它具有高达20 Gbit/s的数据传输速率，专为数字生活方式应用以及高清视频、虚拟现实和增强现实等高带宽应用量身定制，高数据速率允许超快加载网站和实现不间断的视频内容流。

2）大规模机器类型通信（mMTC）。由于MTC设备的连接密度非常高，所以mMTC 可在城市环境中的任何地方提供稳定的网络覆盖。在5G 发展的最后阶段，每平方公里将支持100 万个这样的连接，允许众多设备同时间在同一个无线小区中发送和接收数据，且不会相互干扰，从而让人们在聚集欢庆节日或在体育场观看比赛时，不会再遇到连接问题。

3）超可靠低延迟通信（uRLLC）。它提供低于1 ms 的延迟，适合对可靠性要求极高的时间关键型应用。这对于实现自动驾驶、车到车和车到万物的初始通信至关重要，更不用说基于云的预测性维护了。

从4G（LTE-M/NB-IoT）到5G（mMTC）的过渡将会很平稳——随着每个3GPP Release的发布，这些技术将会逐步继续发展，直到它们最终成为5G图片来源：Markt&Technik

1 全新的5G基础设施

首批基于3GPP Release 15 的eMBB 5G 产品已经上市，但大多数无法提供20 Gbit/s 的目标数据速率。现有的LTE/6 GHz 以下频段（频率范围1，FR1）通常无法为此用途提供足够的带宽，因此5G 应用需要新频段，即从（24~100）GHz（FR2）的mmWave（毫米波）超高频段。这需要全新的移动通信基础设施，因为1 座LTE无线电塔覆盖其周围几平方公里的区域，但mmWave信号仅支持1 km 的最大范围，并且不像LTE 信号那样全面围绕四周，而只是一个方向。

即便如此，许多企业已经启动了5G eMBB 项目，其5G n78 频段（3.3~3.8）GHz）允许这样做，可以创建私人或企业特定的移动网络，称为园区网络。这些使得企业能够独立于移动通信服务提供商，并且在建立智能工厂方面先拔头筹。

高数据传输率的一种选择——Telit的FN980m数据卡图片来源：Telit

2 名副其实的长期演进

新5G NR 标准（New Radio）的引入，会否使现有的LTE 设计过时？这种担忧是有道理的，因为许多5G FR1 频段与LTE 频段重叠。不过，人们无需担心，动态频谱共享（DSS）这样的技术允许LTE 和5G 等不同标准共享相同的频段。

5G NR 还支持频段内LTE-IoT，这是带有NB-IoT的LTE-M，因此“长期演进（LTE）”仍将是名副其实的“长期”。最新的LTE-M 和NB-IoT 解决方案已经面世并符合3GPP Release 14 要求。这两项技术都在伴随着每个新的3GPP Release 而不断发展，直到它们最终（截至现今的3GPP Release 16）成为5G mMTC。这意味着目前使用LTE-M 和NB-IoT 的LTE-IoT 设备仍可在5G NR 下工作。这对于5G NR使用核心5G 网络的独立5G 网络（SA）和非独立网络（NSA）都是如此，后者通过4G/EPC（演进分组核心）网络来提供5G NR 服务。

因此， 现有的LTE 和LTE-IoT 设计不仅可以在5G 下继续无缝运行，实际上建议开始为mMTC应用开发LTE-M/NB-IoT 解决方案，以确保平稳过渡。

ME310G1模块支持涉及数千或数百万个物联网设备的应用图片来源：Telit

3 第一步的组件

如果您想直接进入5G 时代，儒卓力已经为您准备好合适的组件。对于eMBB 实施项目，Telit 的FN980m 5G/LTE 卡是首批支持5G 3GPP Release 15 的产品之一，支持6 GHz 以下频段FDD 和TDD，以及mmWave、LTE、WCDMA 和GNSS。因此5G 提供高达5.5 Gbit/s 的下行速率和高达2.7 Gbit/s 的上行速率，相比之下，4G 仍然仅允许实现2.4 Gbit/s 下行速率和211 Mbit/s 上行速率。凭借标准M.2（NGFF）外形尺寸和（-40~85）℃的工作温度范围，FN980m 5G/LTE卡适用于具有高速传输速率的无线固定网络接入点、企业路由器和网关、室内和室外终端设备（客户端设备（CPE））、视频传输和监控。FN980 卡也可作为纯5G/LTE 6 GHz 以下解决方案提供。

Telit 已将ME310G1 模块添加到其xE310 系列中，专门用于mMTC 应用。支持具有省电模式（PSM）和扩展不连续接收（eDRX）的3GPP Release 14 Cat M1/NB2，可实现具有低能耗和更长电池寿命的物联网应用。它非常适合涉及数千或数百万个物联网设备的应用，这些应用不仅需要高能效，而且低成本比高速数据速率更重要（例如医疗设备、健身追踪器、工业传感器、智能电表）。凭借最高15 dB/20 dB 的最大耦合损耗（MCL），相比先前的蜂窝LTE 标准，该模块还提供了更大的覆盖范围，从而更好地穿透建筑物。

Nordic Semiconductor 公司以nRF9160 SiP（系统级封装）模块为LTE-M 和NB-IoT（3GPP Release 13）提供解决方案。这款极其紧凑、高度集成的SiP 器件已经通过全球运营预认证。它的外壳尺寸为10 mm×16 mm×1 mm，提供了应用MCU、采用ARM TrustZone和ARM CryptoCell 安全技术的ARM Cortex-M33 CPU、LTE 调制解调器、RF 前端和电源管理。对于具有精确位置检测的资产追踪应用，提供支持GPS 功能的型款。nRF9160 具有许多数字和模拟接口以及外围设备，非常适合通过移动网络将设备连接到互联网，用于物流和资产追踪、智能计量、智慧城市应用、智能基础设施、智能农业、可穿戴设备和医疗应用。

nRF9160尺寸非常紧凑，是高度集成的器件图片来源：Nordic Semiconductor

4 用于5G应用的天线

儒卓力产品组合已包含5G 天线产品。PulseLarsen的W3554 系列超宽带偶极天线产品的频率范围为（698~6 000）MHz，不仅适用于5G 应用，还适用于2G、3G 和4G 以及GNSS、WiFi、蓝牙、低功耗蓝牙、ZigBee 和868、915、2 400 和5 000 MHz ISM 频段应用。这款PCB 天线尺寸仅为30 mm×120 mm×0.2 mm。

PulseLarsen 紧凑型W3415 5G SMD 天线支持所有6 GHz 以下频段（4G 和5G），尺寸仅为40 mm×7 mm×3 mm。由于1 块电路板上有多个天线，多输入多输出（MIMO）技术可以优化使用5G。一根天线可以作为主天线，而另一根天线可以作为分集天线。

PulseLarsen紧凑型W3415 SMD天线支持所有6 GHz以下频段（4G和5G）图片来源：PulseLarsen

5 电源和计算方面

为了开发内部园区网络，全汉（FSP）企业提供了专门的5G 网络组件。它们适用于基站、接入网络、数据中心或单个网络设备。得益于供应商扩展和修订产品组合，用户不再需要自行设计网络组件。

儒卓力还能够使用华硕、研华和英特尔的产品为基于网络的信息处理任务开发定制解决方案概念。即使众多产品组合也无法满足客户的所有需求，作为5G园区网络联盟的成员，儒卓力也能够联合许多合作伙伴提供协助。

PulseLarsen的W3554超宽带偶极子天线可以支持5G、4G、3G或2G、GNSS、WiFi、蓝牙等全部标准图片来源：PulseLarsen

6 结论

为了提供全球5G 网络覆盖，蜂窝基础设施将发生重大的变化，尤其是通过园区网络。这种变化的驱动力将是5G 应用状况所带来的改进。但那些在LTE基础上发展的企业也无需担心——LTE 将在5G 下继续生存。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年12月期）