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在顯著加速業(yè)務(wù)流的同時(shí)，能將成本降至最低并且確保質(zhì)量，這樣的技術(shù)一直受公司大力追捧。如果業(yè)務(wù)創(chuàng)新者設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品既能滿足公司對(duì)速度的要求，又能幫其將成本降至最低，他們就能從中獲利。 第五代無(wú)線通信技術(shù) (5G) 是一項(xiàng)前景光明的技術(shù)，可用于構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)解決方案，實(shí)現(xiàn)極快、極可靠卻成本低廉的機(jī)對(duì)機(jī)通信。 不過(guò)，尚屬新興技術(shù)的 5G 確能兌現(xiàn)所有承諾嗎？那些“大肆宣傳”的承諾確能兌現(xiàn)，抑或純粹只是鼓吹？ 5G 的承諾 很多人都認(rèn)為 5G 將能支持一些“類似科幻”的用例，令前幾代無(wú)線技術(shù)望塵莫及。在速度、延遲和頻譜等方面，即便是 4G，對(duì)比 5G 也只能望洋興嘆（見(jiàn)圖 1）。 
圖 1：4G 與 5G 宣傳功能的對(duì)比。（圖片來(lái)源：Voler Systems） 5G 的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍廣泛，包括為智能運(yùn)輸和超互聯(lián)醫(yī)療提供專用網(wǎng)絡(luò)。利用公路和鐵路中的嵌入式傳感器與智能車輛之間快速、可靠的無(wú)線通信，智能運(yùn)輸將可實(shí)現(xiàn)全新的服務(wù)。同時(shí)，也將提高智能運(yùn)輸系統(tǒng)的可見(jiàn)性和控制能力。 在醫(yī)療保健領(lǐng)域，人們期望借助 5G 技術(shù)預(yù)測(cè)潛在的個(gè)人健康問(wèn)題，并安排早期醫(yī)療干預(yù)措施，從而改善患者的療效和健康。該技術(shù)還可通過(guò)遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)等應(yīng)用，幫助實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)。正因如此，許多富有遠(yuǎn)見(jiàn)的醫(yī)療保健組織，例如芝加哥的 Rush Hospital 都計(jì)劃改用 5G 連接。 然而，實(shí)際情況更為復(fù)雜 很多不同的因素都會(huì)影響或阻礙企業(yè)充分實(shí)現(xiàn) 5G 的潛力。首先，我們來(lái)探討一些重要的 5G 基礎(chǔ)知識(shí)： 頻帶 5G 性能取決于可用頻帶（參見(jiàn)圖 2）。例如，在低頻段頻譜（低于 1 GHz）中，峰值數(shù)據(jù)速率僅達(dá) 100 Mbps，在中頻段頻譜（1 GHz 至 6 GHz）中高達(dá) 400 Mbps，而在高頻段頻譜（6 GHz 至 86 GHz）中則高達(dá) 10 Gbps。但是，高頻段頻譜或毫米波 (mmWave) 的可用性有限。 而且，毫米波信號(hào)的傳輸距離不超過(guò) 100 米，而且無(wú)法穿透墻壁，甚至窗戶。由于對(duì)基站密度有一定要求，因此只能在人口密集的城區(qū)使用，但是城區(qū)的建筑物又會(huì)阻隔信號(hào)。不過(guò)，物聯(lián)網(wǎng)往往不需要使用毫米波的高速傳輸。
圖 2：5G 的三個(gè)主要頻帶頻譜（圖片來(lái)源：Voler Systems） 5G 服務(wù)類別 5G 服務(wù)共分為三類，分別是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 (eMBB)、超可靠低延遲通信 (URLLC) 和海量機(jī)器類通信 (mMTC)。每種類別都有各自的特點(diǎn)、應(yīng)用和局限性。 eMBB 能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá) 10 Gbps 的極高數(shù)據(jù)速率（4G 的 20 倍）、極高的通信容量（100 萬(wàn)臺(tái)設(shè)備/km2）和極低的空口時(shí)延（低至 4 ms）。它的用例包括虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)。該服務(wù)類別適用于智能手機(jī)、平板電腦和超高清電視（4K 和 8K）廣播等智能設(shè)備。 不過(guò)，eMBB 的性能取決于可用頻段。例如，如果可用頻段低于 1 GHz，則用戶體驗(yàn)將與 4G 大同小異（最高下行速率為 100 Mbps，最高上行速率為 50 Mbps）。4 ms 的延遲僅針對(duì)單一方向和最近的手機(jī)信號(hào)塔，若是遠(yuǎn)距離傳輸，則要慢得多。 URLLC 專用于本地部署，例如智能運(yùn)輸系統(tǒng)（基礎(chǔ)設(shè)施回程）、離散自動(dòng)化（運(yùn)動(dòng)控制）、過(guò)程自動(dòng)化（遠(yuǎn)程控制）和配電（高壓）。它承諾了較低的延遲（低至 1 ms）以及超高的可用性和可靠性 (99.9999%)，遠(yuǎn)勝過(guò) 4G。 然而，即使 5G 承諾將從根本上提高 URLLC 性能，遠(yuǎn)程手術(shù)、高速遠(yuǎn)程連接的視頻游戲、家用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等諸多應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的可能性仍然不高。對(duì)于任何無(wú)線連接而言，“99.9999%”的可靠性承諾值得推敲。 mMTC 將支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署，允許極低的設(shè)備成本和極低的能耗。對(duì)于智能建筑、物流、追蹤、車隊(duì)管理、可穿戴設(shè)備和智能電表而言，該服務(wù)頗具吸引力。 但是，mMTC 標(biāo)準(zhǔn)尚未制定完成，因此目前物聯(lián)網(wǎng)仍由 4G 標(biāo)準(zhǔn)提供支持：NB-IoT 和 LTE-M。 5G 目前還無(wú)法兌現(xiàn)所有承諾 mMTC 現(xiàn)下的狀態(tài)遠(yuǎn)非宣傳所說(shuō)。目前，5G 還無(wú)法兌現(xiàn)所有承諾。mMTC 標(biāo)準(zhǔn)尚未制定完成，而現(xiàn)有的 5G 技術(shù)并未針對(duì)數(shù)據(jù)包大小和短會(huì)話進(jìn)行優(yōu)化。而且，控制信令的效率也比較低，需要 100 B 的信令才能發(fā)送 10 B 的數(shù)據(jù)。此外，現(xiàn)有的信道編碼方案對(duì)小數(shù)據(jù)包也無(wú)效。僅當(dāng)信息交換頻率極低并且數(shù)據(jù)速率相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，電池續(xù)航時(shí)間才有可能達(dá)到預(yù)期的 10 年。 5G 可用性 5G 可用性也是一個(gè)決定性因素。截至 2020 年 5 月美國(guó)提供了 5G 的城市和運(yùn)營(yíng)商如圖 3 所示。由此圖可知，鑒于以下原因，用戶所在的位置及其使用的運(yùn)營(yíng)商將會(huì)有很大影響： · 美國(guó)僅有四家無(wú)線運(yùn)營(yíng)商正在部署 5G：AT＆T、Verizon、T-Mobile 和 Sprint · 要使用 5G，就需要 5G 手機(jī)或設(shè)備 · 農(nóng)村地區(qū)覆蓋很少 · 高速毫米波不太可能覆蓋郊區(qū)或農(nóng)村地區(qū)，因?yàn)槊?300 米就需要架設(shè)一座手機(jī)信號(hào)塔 · 某些運(yùn)營(yíng)商會(huì)限速
圖 3：5G 可用性地圖 紅色：T-Mobile，黑色：Verizon，藍(lán)色：AT＆T，黃色：Sprint（圖片來(lái)源：Digital Trends） 現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)又如何？ NB-IoT 和 LTE-M（也稱為 Cat M 或 Emtc）將與 5G 共存。在美國(guó)，NB-IoT 和 LTE-M 覆蓋率很高。2019 年 5 月，Verizon 宣布其 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到美國(guó)人口的 92%。 另一方面，非蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（ZigBee、LoRa、Ingenu、Sigfox 和 Weightless）不在 5G 技術(shù)范疇內(nèi)，仍將在非授權(quán)頻段上部署。不過(guò)，在很多地方這些網(wǎng)絡(luò)都不可用。 這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)意味著什么？ 就目前而言，幾乎沒(méi)有太大的變化。 但是，NB-IoT 和 LTE-M 等 4G 技術(shù)到了 2019 年才得以充分部署。它允許電池供電設(shè)備直接通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，而無(wú)需經(jīng)由手機(jī)或 Wi-Fi 熱點(diǎn)。 如今，這項(xiàng)技術(shù)終于有了用武之地。 不過(guò)，請(qǐng)注意：每項(xiàng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)都各有利弊（參見(jiàn)表 1）。如需了解物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)適用的正確標(biāo)準(zhǔn)，并要避免代價(jià)高昂的錯(cuò)誤及其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)咨詢物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)專家或聘請(qǐng)合格的物聯(lián)網(wǎng)工程師。
表 1：現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的比較。（圖片來(lái)源：Voler Systems） 總結(jié) 就部署物聯(lián)網(wǎng)和 5G 技術(shù)而言，很多行業(yè)可謂時(shí)機(jī)成熟。不過(guò)，5G 尚處于稚嫩的發(fā)展初期，因此還無(wú)法兌現(xiàn)所有承諾。盡管如此，5G 這項(xiàng)前景光明的新技術(shù)必將使企業(yè)受益。 如果業(yè)務(wù)創(chuàng)新者設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時(shí)兼容 4G 和 5G、安全又可靠，將有助于 5G 承諾的兌現(xiàn)。然而，這并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，需要專家提供幫助。 在下一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)方面，Voler 可為企業(yè)提供專家指導(dǎo)。Voler 可幫助您為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備選擇合適的技術(shù)，并選定適當(dāng)?shù)?a href="http://www.4huy16.com/keyword/電子" target="_blank" class="relatedlink">電子元器件組合以確保安全性和可靠性。如需了解更多信息，請(qǐng)預(yù)約安排與 Voler 的討論。 來(lái)源：Digi-Key 作者：Walter N. Maclay, 總裁, Voler Systems |
