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第3卷 第2期 贸 泽 电子 技 术 与 解 决 方 案 电子 杂 志 5G 来展望 未 向 ：利用反 G 前瞻 5 维迎接 5 G 挑战 思 P. 5 互联生态 有 5G 在现 的可行性 系统中 P. 17 的前提 在 5G 安全 合 下寻求融 P. 45 | 1

• 第3卷 第2期
• 贸泽电子技术与解决方案电子杂志
• Table
• TR
• 作者：Jean Pierre Bienaimé
• TR (1)
• 5G前瞻：利用反向思维迎接5G挑战作者：Paul Golata，传感器技术专家，贸泽电子专稿
• TR (2)
• 5G简介作者：Mustafa Ergen，初创企业Ambeent 创始人, 贸泽电子专稿
• TR (3)
• 5G在现有互联生态系统中的可行性作者：Sravani Bhattacharjee，电子工程师，贸泽电子专稿
• TR (4)
• 3GPP™ R15 5G标准详细介绍作者：Emad Farag，诺基亚贝尔研究室 (Nokia®) 高级工程师，贸泽电子专稿
• TR (5)
• 5G基础设施让突破性新型应用成为可能作者：M. Tim Jones，贸泽电子专稿
• TR (6)
• 5G工程的生态系统：基础设施作者：Barry Manz，Manz Communications总裁，贸泽电子专稿
• TR (7)
• 天线设计事关5G成败作者：David Talbott, Mighty Guides®的技术分析师，贸泽电子专稿
• TR (8)
• 在5G安全的前提下寻求融合作者：Stephen Evanczuk，贸泽电子专稿
• 目录
• 前言
• 5 3 17 24 29 33 40 45 11
• 贸泽、贸泽电子、 Mouser与Mouser Electronics是Mouser Electronics公司的注册商标。所有出现在此的其他产品、公司名称及标识均可能分属于各公司所有。文中所含参考设计、概念图以及其他图片仅供参考。
• 版权所有 © 2019 Mouser Electronics, Inc.
• Z
• 编著者
• Jean Pierre Bienaimé Paul Golata Mustafa Ergen Sravani Bhattacharjee Tim Jones Barry Manz David Talbott Stephen Evanczuk
• 技术贡献者
• Paul Golata Joseph Downing Christina Unarut
• 设计与制作
• Hannah Baker
• 特别感谢
• Kevin Hess
• 市场部资深副总裁
• Russell Rasor
• 供应商市场管理部副总裁
• Jack Johnston, Director
• 营销沟通总监
• Raymond Yin, Director
• 技术内容总监
• 前言： 5G问题
• 作者： Jean-Pierre Bienaimé，贸智囊团电信经济社会研究所 (IREST)主席
• 第五代新无线电 ( 5G NR) 规范及其网络组件（5G核心）代表了新一代的通信技术，与之前几代的技术一样，它不会完全取代先前的技术。不过它确实会催生新的服务，并打开一扇通向颠覆性新生态系统的大门。部署5G网络的运营商将继续提供现有的网络服务，但是他们还将能够在三个主要领域提供颠覆性的新服务：
• •增强移动宽带(eMBB)让新型消费者服务成为了可能。第一波5G部署将提供eMBB网络来实现丰富的消费者服务，包括高性能通信、虚拟现实(VR)和增强现实(AR)、家庭自动化、高速互联网以及超高清(UHD)视频流等。 5G部署将首先出现在第四代(4G)无线网络已经拥挤不堪的高密度区域。
• •固定无线互联网接入用来扩大信号覆盖范围。 26GHz到28GHz的高频段让天线小型化成为了可能。而天线小型化反过来也促进了更先进的自适应多输入多输出(MIMO)阵列以控制无线电传播的形式与方向，赋予这些高频段更长的信号传播范围和更好的信号覆盖效果，同时减少干扰。其结果是无线连接替代了入户的线缆和光纤
• 连接，并向没有光纤连接的农村 智能网络服务与聚合功能的领域。地区提供高带宽服务。有许多问题和挑战仍亟待解决。例如，
• "5G核心实现了虚拟
• 化和网络切片，这将
• 成为新行业服务的基
• 业应用的潜力，而5G网络切片和虚拟化技术使这些应用成为了可能。借助网络切片技术，服务提供商或网络运营商将能够迅速部署专用的逻辑网络，其性能和安全特性专为特定应用和场景量身定制。这些逻辑网络切片将跨越多种技术和管理领域，包括管理和编排功能。 5G相关工程技术的关键领域将涉及技术和功能的编排，以提供"面向客户"的按需定制服务，满足各行业的特定业务需求。
• 这种灵活性为之前单片网络架构下不可能实现的创新打开了大门，目前有许多机构都在探索这些创新。例如， 5G基础设施公私合作(5GPPP)是欧盟委员会和电信行业之间的一项联合计划，旨在发展多个领域中的新项目、合作关系和市场，包括智能城市、电子健康、智能交通、教育、媒体、未来工厂，以及人工智能(AI)等其他将用到
• • 5G网络架构催生了新的行业服础。"
• 务。5G核心实现了虚拟化和网络切片，这将成为新行业服务的基础。这些新服务可能是垂直行业独有的网络服务、远程医疗服务和远程手术、公用事业或机器人通信和自动驾驶汽车(AV)通信等特定应用。网络切片使虚拟网络和移动连接能够针对使用需求和特定应用进行调整。
• 5G规范的技术环节必须在目前正在进行的这些早期部署和试验阶段实现。但是，许多新的设计机遇将来自新型工
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• 第三代合作伙伴计划(3GPP) Release 16和随后的版本将更详细地讨论5G垂直行业规范、车联万物( V2X)通信标准以及与其他几个领域相关的技术标准。此外，要通过地区和国家间
• 的频谱分配以及地区之间的协作过程来实现频谱协调，仍有大量工作要做。推广这些过程的重要方面包括早期部署、试验和试点计划。包括美国和欧盟(EU)在内，全世界许多地区都正在积极参与eMBB网络的5G Phase 1部署。同样，许多行业和基础设施的特定试点计划也正在进行当中。例如，欧盟于 2018年底在 38个城市进行了 63项
• 5G试验，这个数字还在不断地增长。这些涵盖各种计划的试点涉及健康和公共安全、汽车通信、能源、智能城市、工业运营等。欧洲高速公路沿线的八个走廊也在测试连接性。
• 2019年是 eMBB的5G Phase 1开始部署的一年。尽管 Phase 1是重要的一步，但绝不会就此而止，因为真正的改变将伴随2020年3月底完成的5G Phase 2而来，其中包括3GPP规范的后续版本以及5G生态系统的扩展。在接下来的几年，持续的试点以及商业验证将促成全面的商业部署，这将能够提供改变行业的颠覆性5G服务。
• Sect
• Figure
• Jean-Pierre Bienaimé是总部设在巴黎且颇具影响力的智囊团电信经济社会研究所 (IREST)的主席。他自 2016年起担任 5G基础设施协会 (5G-IA)秘书长，代表数字和电信行业(包括运营商、制造商、研究和学术机构、垂直行业与主题专家 )与欧盟委员会一起组建了 5G基础设施公私联盟协会( 5G PPP)。他还曾任 5G PPP指导委员会主席。
• Jean-Pierre于2003年至2016年担任 UMTS论坛移动行业协会主席，其使命是促进3G UMTS、4G LTE发展的共同愿景，以及相应的演进，以确保其在全球范围内的商业成功。 Bienaimé于1979年加入法国电信(FT)，曾担任 FT规划部主任、拉巴特摩洛哥电信总干事顾问、 FT国际网络和服务营销和产品开发总监、 Nexus International首席执行官，以及 Orange集团移动支付副总裁，并于 2010年至2016年担任 Orange Wholesale的高级副总裁。
• Jean-Pierre毕业于埃塞克商学院( ESSEC Business School)并获得管理硕士学位，随后还就读于巴黎理工学院( Sciences Po)、巴黎国家邮政与通信学院 ( Ecole Nationale Supérieure des Postes and Télécommunications) 以及欧洲工商管理学院 ( INSEAD)，并获得执行 MBA学位。
• Figure (1)
• Figure (2)
• 5G前瞻：利用反向思维迎接 5G挑战
• 作者： Paul Golata，贸泽电子专稿
• Paul Golata于2011年加入贸泽电子。作为高级技术专家， Paul通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销指导，为贸泽的成功做出了突出贡献。他通过撰写独特而富有价值的技术内容为设计工程师提供最新的电气工程信息和趋势，帮助贸泽电子成为大家最青睐的电子元器件分销商。
• Figure
• 在加入贸泽电子之前， Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、DSU和Arrow Electronics的制造、营销和销售相关部门担任过多种职务。他拥有伊利诺伊州芝加哥市德锐理工学院 (DeVry Institute of Technology) 的电机工程学士学位；加利福尼亚州马里布市佩珀代因大学 (Pepperdine University)的工商管理硕士学位；德克萨斯州沃思堡市西南浸信会神学院 (
• 未来的连接
• 拥有长远技术眼光的史蒂夫·乔布斯 (1955-2011)对丹麦哲学家索伦·祁克果(1813-1855)富有哲理的名言进行了拓展，祁克果的原话是："要理解人生，需要往后看；要过好人生，必须往前看。 "乔布斯将这个概念应用到了技术领域，他说："你在向前展望的时候不可能将点点滴滴串连起来；你只能在回顾的时候将它们串连起来。所以你必须相信，这些点滴能够在未来的某一天串连起来。 "
• 是的，未来我们的点滴必定能更紧密地连在一起。而关于如何连接则需要反向思维。
• 第五代(5G)无线技术将确保未来的移动网络可以实现全球互联。可以这样说，我们的未来是超级连通的未来，彼时机器、电脑、机器人和人都将通过接口连接在一起。
• 本文将简要介绍创新的5G技术为支持超高速通信而实现的革命性飞跃，以及贸泽的关键电子元器件供应商如何
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• 为这一进程提供支持。作为工程师，我们现在正应该开动脑筋，进行反向思考，研究我们的无线通信基础设施如何对性能提出更高要求以满足未来的需求。
• 竞争已经开始
• 率先进入市场能为企业带来巨大的竞争优势。重要的网络服务提供商、手机制造商和元器件制造商都已经意识到了尽早入场的必要性。包括Verizon和AT&T在内的服务提供商最近已宣布在部分城市开始支持 5G服务。每月继续向更多城市推进的扩张计划也已完成制定。 T-Mobile和Sprint将紧随其后。
• 包括摩托罗拉和三星在内的手机制造商也已提供符合即将到来的5G功能要求的硬件设备。电信设备提供商正在调整其产品，以满足即将到来的新要求。为做到稳妥周全，本文稍后将对电子元器件制造商如何应对不断变化的竞争格局进行探讨。
• 一个需要高度关注的议题是从固定无线接入点向5G移动非独立组网(NSA)和5G移动独立组网(SA)的转移。 NSA将采用基于4G长期演进(LTE)核心的 5G移动设备，而SA将得到5G特定核心的支持。
• 通往5G的道路
• 5G是当前所采用4G技术的自然演进。它具备可信的潜力，能够处理和管理比现有技术多三个数量级(10=1,000x)的数据和信息。它不仅代表了无线连接技术的演进提高，还代表了近乎瞬时的全新连接速度。
• 3
• 3G为用户提供了移动万维网访问，而4G让用户可以进行社交连接。但是，5G带来的互联新高度将催生众多应用，改变我们生活、工作和休闲的方式。它将为物联网 (IoT)注入无限活力。这项技术革命将围绕能够支持新应用的无线基础设施而展开，这些新应用包括能够顺利驾驶并绕开障碍物的自动驾驶
• 汽车等等。工业将通过工业物联网 (IIoT)实现转变，其中机器人和工业自动化水平将提升至新的高度。工作和休闲也将出现各种令人兴奋的应用，如增强现实(AR)、混合现实(MR)、虚拟现实(VR)和扩展现实(XR)。
• 图1：3GPP的标准发布时间表显示了5G Release 15和Release 16的分期部署，这些版本预计将截止到2020年完成。（信息来源： 3GPP）
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• 5G进程中的一项关键内容是为确保这一全新基础架构安全、可靠且高效而制定的一组标准。第三代合作伙伴计划 (3GPP)组织致力于保证这些标准的有效性。 3GPP内部的技术规范组 (TSG)负责处理与无线接入网(RAN)、
• ™
• 服务和系统方面以及核心网络和终端 (CT)相关的问题。 5G新无线电(NR)规范于2017年底部署。 5G-1期与当前现行的Release 15相关联。与Release 15并行但将于晚些时候全面部署的是 Release 16，它将实现 5G-2期(图1)。
• 5G资讯
• 现在让我们来看看5G推动连接技术发展的一些具体技术方法。
• 设备连接
• 5G的超宽带功能将增强移动宽带。它将允许更多设备接入互联网而不会造成问题，从而推动物联网的爆炸式增长。支持实现每平方公里(km)>100万 (>106)台设备的计划现已制定完成。
• 2
• 速度
• 与目前50Mbps的连接速度相比， 5G的连接速度要快得多，具有保证 1Gbps到10Gbps数据传输速率的潜力。下载速度也会提高。
• 延迟
• 延迟（数据传输开始前的时延）也会得到改善。时延将会降至1ms以下，这是至少>10=>10倍数量级的改善，有助于实现可靠的低延迟通信。由于有了低延迟且快速移动的实时设备，自动驾驶汽车等应用将有能力比人类反应更快地实现本地处理、决策和响应。
• 1
• 频谱效率
• 通过新型的多输入和多输出(MIMO)天线和相关技术， 5G更高的频谱效率将使更多数据能够在指定频率下传输。
• 电源效率
• 5G强大的网络处理和控制能力将显著提高网络的电源效率，从而在降低每位数据传输能耗的同时完成更多的数尽管设备密度高并且数但预计5G网络总体功率将低于当今水平。更低的功耗还将延长现场设备的电池寿命，确保用户在初次安装后不会因现场更换问题而难以应对。
• 吞吐量
• 考虑到各个方面相互之间的作用，
• 前述所有事实都意味着5G数据吞吐量将高吞吐量
• 以确保顺畅运行。
• 5G元器件：现状概述
• 5G贸泽电子是业界知名的授权电子元器件分销商，致力于满足工程师设计和供应链的元器件需求。贸泽电子分销业界领先制造商的先进技术产品，通过积极引入新品来支持 5G应用。让我们来看一下部分领先企业如何集中力量支持即将到来的5G基础架构。 (注：该列表并不全面，仅用作示例。以下公司按其名称的字母顺序排列。 )
• Figure
• Analog Devices以追求创新、性能和卓越为使命，是一家历史悠久，成长迅速的技术公司。 Analog Devices在业内被公认为是数据转换和信号调理技术的世界领先企业，另外还从事射频(RF)和电源产品的专业生产。该公司的5G相关业务主要集中于放大器、时钟和计时、数据转换器、接口、隔离、微控制器单元(MCU)，电源管理、 RF、传感器和无线连接的开发与供应。在5G领域， Analog Devices将推出 12位、10.25GSPS(每秒千兆采样)、JESD204B、RF模数转换器(ADC)。其高
• HMC8191/HMC8192混合器支持中频设计。 ADMV1013/ADMV1014是上/下转换器。 ADRF5024/5 SPDT开关提供
• 高隔离和低插入损耗，而ADL5920射频检测器提供正向和反向功率以及回波损耗的测量。
• Figure (1)
• Intel始终致力于让美妙绝伦的未来体验成为现实。如果一项技术具有智能性和互连性，那么 Intel所关注的就是不断增长的互连世界中对这项技术的未来需求—从网络到云，再到设备。这家公司正在投资兑现自己"永远在线"的5G连接承诺。 Intel还提供现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和补充技术 (如电源解决方案)，为世界各地的客
• ®
• 户提供高价值解决方案。 Intel通过软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化 (NFV)为专用网络带来了转变，使其在敏捷性、灵活性和可扩展性方面得到提升，从而成为了5G标准创建领域公认的领导者，为5G扩展搭建了舞台。现在，该公司正在与各种生态系统和垂直行业合作伙伴合作，进行5G标准和解决方案的定义、原型开发、测试和交付。从互联汽车到AR/VR、智能家居、工业应用和城市， Intel为实现下一代无线产品和服务提供了无可匹敌的规模、创新以及专业知识。
• Sect
• Micron Technology (Micron)是创新内存和存储解决方案的行业领导者。该公司广泛的高性能内存和存储技术组合包括动态随机存取存储器 (DRAM)、与非 (NAND)、或非 (NOR)闪存和 3D XPoint
• ™
• 内存，正在改变世界利用信息以丰富人们生活的方式。 Micron的内存和存储解决方案大力推动云
• 端、数据中心、
• 网络和移动接入等主要细分市场的发展创新，其中包括人工智能 (AI)、机器学习和自动驾驶车
• 辆等。 Micron的3D与非门(3D-NANDgate)技术有望成为数据中心的一项资产。预计该技术将为数据存储密度的增加提供必要支持，从而使数据中心能够提高吞吐量并降低成本。更快的访问速度还可以更轻松地实现5G的低延迟和高速度。
• -
• NXP Semiconductors为更加智能的世界提供安全连接与基础架构产品，推动解决方案的发展以使生活更轻松、更美好、更安全。作为嵌入式应用安全连接解决方案的世界知名企业， NXP正在推动安全互联车辆、端到端安全和隐私以及智能连接解决方案市场的创新。该公司是蜂窝技术芯片组的领先提供商，并且是该项技术在诸多领域的创建者。该公司很快将开发并提供种类丰富的数字网络处理器、安全接口和系统管理产品、高性能RF (HPRF)功率放大器以及智能天线解决方案。
• Qorvo现可提供下一代射频智能元器件和解决方案，将人、场所和事物以更快速度、跨更远距离、通过更加可靠的方式连接在一起。 Qorvo始终关注您的需求 —致力于打造更加美好的互联世界。 Qorvo通过各种射频连接解决方案推动 5G部署，为不断增长的移动数据提供支持。其用于无线基础设施和移动设备的强大射频产品组合
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• 7 | 据传输。据流量大，呈爆炸式增长。需要高水平的基础设施提供支持，
• 包括功率放大器(PA)、移相器、开关、集成模块和其他高性能射频解决方案。与 5G相关的新发布产品包括带有集成SPDT开关的Qorvo QPC1000 29–31GHz移相器、 Qorvo QPF4001 GaN MMIC (单片微波集成电路)前端模组和针对28GHz相控阵5G基站和终端的多功能设备模块。
• Figure
• Figure (1)
• Figure (2)
• Skyworks Solutions (Skyworks)正在推动无线网络革命。作为无线前端解决方案的主要提供者， Skyworks是互联互通领域的专家。该公司通过提升自身技术领先地位和扩大产品覆盖面来支持世界上众多最先进通信平台的功能，从而推动5G演进。 Skyworks是业界最有影响力的标准化组织 (包括欧洲电信标准协会(ETSI)和3GPP)的成员和关键贡献者，这些组织参与了对新兴5G应用至关重要的规范的制定。Skyworks主要专注于蜂窝5G手持设备和必要的5G基础设施。该公司的 5G相关产品包括
• Figure (3)
• Silicon Labs (SiLabs)是提供芯片、软件和解决方案的领先供应商，致力于打造智能化和连接程度更高的世界。在5G方面， SiLabs主要关注MCU、无
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• 线、传感器、计时和隔离产品与解决方案。
• Sect
• STMicroelectronics (ST)提供电源管理解决方案；种类繁多的微控制器、传感器以及连接和安全解决方案；以及接口和收发器、保护设备、 RF前端和模拟元器件。拥有碳化硅(SiC)技术坚实基础的ST还在推动RF硅上氮化镓 (GaN-on-Silicon)的发展，以实现未来高性能5G网络。
• Sect (1)
• Texas Instruments (TI)是模拟和数字嵌入式应用及处理半导体解决方案领域的一家领先企业。 Texas Instruments通过放大器、时钟和计时、数据转换器、接口、隔离、 MCU、电源管理、 RF、传感器和无线连接产品为5G提供支持。该公司当前支持 5G的部分产品包括Texas Instruments LMG3410R070 600V 70mΩ GaN功率级以及电源管理产品LM5045和 LM5036开关控制器。
• TE Connectivity提供的连接与传感器解决方案对于当今日益紧密连接的世界至关重要。 TE Connectivity相信每个连接都很重要。为了支持5G进程，TE Connectivity专注于必需的连接器、继电器、无源元件、传感器、端子和接头以及线缆。
• 结论
• 5G整个世界未来的连接一定比过去更加紧密。第五代(5G)无线技术将确保未来的移动网络可以把我们所有人关联在一起。超高速通信是创新的5G技术带来的革命性飞跃，而致力于为我们的未来开发先
• 进技术和产品的电子元器件制造商正在将其变为现实。当他们的工程师团队回顾以前的技术局限性时，我相信他们可以将这些点滴串联起来，这样我们就无需重新回顾。做好准备，我们将迈向超级连通的未来。
• | 10注意：这些5G用例涉及到包含各种数据吞吐量和延迟需求的应用类别。例如： •智能城市包括具有不同吞吐量和延迟要求的市政照明、智能停车场和智能交通管理等应用。 •智能电网包括低吞吐量 - 高延迟应用 (如计量表) 和低吞吐量 - 低延迟应用 (如配电系统的实时控制)。 •医疗保健系统包括成像等高吞吐量应用、重症患者监控等低吞吐量 - 低延迟应用，以及高吞吐量 - 低延迟远程外科应用。
• 5G简介
• 作者： Mustafa Ergen，贸泽电子专稿
• Mustafa Ergen是专注于 5G Wi-Fi的风险投资初创公司 Ambeent Inc.的创始人，同时还在伊斯坦布尔技术大学担任教授。此前， Mustafa与合伙人共同创立了硅谷初创公司 WiChorus，Inc.，这家专注于 4G技术的公司最终被 Tellabs以2亿美元收购。
• 5G移动通信标准旨在实现 4G网络当前无法实现的多项性能和用例需求，其中包括：
• •增强型宽带，为空中下载技术( OTA)连接带来光纤般的速度和带宽
• •低延迟和极高可靠性，以实现实时OTA过程控制
• •大幅提升设备密度，以实现智慧城市中预期的大规模物联网( IoT)连接
• •更高能效，以满足对低功耗连接不断增长的需求
• •高速适应性，以实现高速移动应用
• •按需网络可扩展性，以满足众多行业用例的需求
• 第三代合作伙伴计划(3GPP) Release 15中所述的规范提供了针对5G空中接口的5G新无线电(NR)和针对网络功能的 5G核心的详细内容。 5G NR和5G核心是满足5G性能预期所必需的标准。本文探讨了5G在性能、无线电接入技术和网络核心功能方面与4G的差别。此外也分析了5G规范如何使新的应用成为可能，以及5G标准如何对元器件设计产生影响。
• ™
• 5G与4G有何差异
• 表1列出了4G和5G规范之间的一些关键性能差异。
• 满足5G的性能预期需要更多频谱以及不同的波形和灵活的框架，以实现服务复用和更多动态多址接入功能。 5G通过适用于多种不同频率的可扩展波形新方法来满足这些要求，创造出全新的会话和网络管理方法。
• 11 |
• Figure
• 5G NR提高灵活性并减少开销
• 5G NR在多种不同带宽中运用一个可扩展的通用波形
• 框架。有数种技术促成了5G的频谱效率、灵活性和低功
• 耗。5G NR和4G长期演进(LTE)之间的主要区别包括：
• •可扩展正交频分复用(ODFM)参数集。 ODFM是针对编
• 码数字通信的一种广泛使用的波形。其波形的参数集定义了波形所载信息资源的结构和时序，例如子载波数和子载波间隔。 4G LTE和5G NR都使用ODFM，但却存在很大的差异。在4G LTE中，参数集始终是固定值；在5G NR，参数集可以扩展，以针对不同带宽实现优化。这意味着子载波的大小和间距可扩展，以适应不同频率提供的带宽。它还实现了可扩展TTI，使延迟能够从用于短时传输的极低延迟调整为较长延迟，提高大型数据包的传输效率。可扩展ODFM参数集是5G可扩展性和灵活性的核心。
• •自包含子帧。 5G NR规范中引入的这些结构能在同一个子帧中包含数据及其传输确认信息，从而进一步减少延迟。此外，还实现了不同种类子帧的复用，并且支持空白子帧以适应未定义的未来服务。自包含子帧还可以包含针对特定传输的波束成形数据，以支持多输入多输出(MIMO)天线传输并降低干扰。
• •以设备为中心的移动性。在LTE网络中，接收设备用于测量基站发射的参考信号来确定连接位置。无论是否有接收设备，基站都会连续发射参考信号，从而会增加接收设备处理开销和发射设备功耗。在5G传输中，接收设备在需要网络连接时才会发射参考信号，这种参考信号会触发使用相应传输设备的通信和切换活动。这种配置降低了功耗和参考信号广播数量。
• 规范
• 4G
• 5G
• 频率范围
• 600兆赫(MHz)至5.925吉赫(GHz)
• •频率范围 1 (FR1)： 450MHz至6GHz •频率范围 2 (FR2)：24.25至52.6GHz (以及更高 )
• 信道带宽
• 最高20MHz
• • FR1：最高 100MHz • FR2：最高 400MHz
• 载波间隔
• 通常固定在 15千赫(kHz)
• 可扩展至信道带宽
• 频谱效率
• 30位每秒 (bps)/赫兹(Hz)
• 120bps/Hz
• 峰值数据传输速率 (下行链路 )
• 1吉比特每秒 (Gbps)
• 20Gbps
• 延迟
• 10毫秒(ms)
• <1ms
• 传输时间间隔 (TTI)
• 1ms
• 可在 100微秒 (µs)到4ms的范围扩展
• 连接密度
• ≈ 2,000台设备 /平方千米 (km2)
• 100万台设备 /km2
• 移动连接性
• 最高350千米每小时 (km/h)
• 最高500km/h
• 表1：4G与5G规范对比
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• "...一种可以跨一系列频率工作的波形扩展新方法，可以创造出全新的会话和网络管理方法。 "
• •新的蜂窝架构和天线设计。为了支持更多的连接设备、不间断通信以及高频段短距离传输， 5G需要比 4G LTE网络更密集的蜂窝架构。典型的部署可能包括适合宽阔室外覆盖的低频宏蜂窝、用于室内和室外的中频小型蜂窝，以及主要用于室内采用毫米波频率的微蜂窝 (房间规模)。使用大规模MIMO (mMIMO)天线阵列的波束成形技术将提供不间断覆盖，传输效率也要比采用早期MIMO变体的4G LTE高得多。 5G天线设计还将提供更多的天线信号处理能力，以管理蜂窝之间的移动设备信号切换。
• 5G核心以虚拟化方式实现4G演进分组核心网络架构
• 为了满足5G性能规范，尤其是在涉及用例灵活性、可扩
• 展性和可靠性等方面， 5G核心网络完全进行重新设计，
• 彻底取代了4G演进分组核心(EPC)。和依赖于实体网元的
• 4GEPC不同， 5G核心是云原生虚拟化架构，使用多接入边
• 缘计算将网络功能作为服务交付至网络边缘。 5G核心架构
• 的关键特性和功能包括：
• •分离控制面和用户面功能。通过对以前由EPC服务和分组网关执行的功能进行分离和重新分配，使数据包处理功能可以重新分配到网络边缘，得到更好的流量管理和可扩展性。
• •重新设计会话管理功能。移动性管理和会话管理由不同的网元执行，并且添加了新的身份识别和验证功能。所有这些都改进了会话管理功能，可以在多种操作场景中实现不间断服务，例如，小型蜂窝网络中或高速运行的用户设备。在包含密集IoT阵列和多种数据格式用户设备的复杂环境中，会话管理增强功能还能创建可靠的服务流。
• •网络切片。这项技术使5G可以提供网络"切片"，以针对特定用例、客户或行业提供专用服务。用户设备可以同时访问多个网络切片。网络切片跨不同网络域和技术保留所有必要功能和质量，以针对各个用例高效地分配可用资源。
• 5G可实现的新应用和商业案例
• 5G标准可支持各种针对用例性能和功耗进行优化的高可靠同步通信。这一标准为众多全新的智能服务和合作关系打开了大门，而这是以往单体式4G网络所无法实现的。
• 可能用例：5G时代下人们的生活
• 为描绘 5G时代可能发生的一些事情，可以设想一个简单的例子：一位建筑师在某天上午乘自动驾驶汽车 (AV)去上班的路上，参加了一个电话会议，因为这是西班牙客户和新加坡供应商都有空的唯一时间。
• 无缝通信
• 这位建筑师可以在开会时，设置为让自动驾驶汽车自主导航至办公室。这是由于自动驾驶汽车采用了针对低延迟通信的5G车联网(V2X)通信平台。自动驾驶汽车的通信平台采用云技术与其他车辆和交通控制基础设施进行交互，并使用传感器输入数据进行实时路况感知和导航更新。
• 在自动驾驶汽车行驶时，建筑师可以查看她的项目计划，戴上耳机参加使用 5G宽带全双工连接的虚拟三维 (3D)电话会议。会议期间，自动驾驶汽车驶进了一条隧道。但由于隧道内布有小型蜂窝mMIMO天线，这些天线会确保车辆在地下行驶时仍能正常通信，不会导致会议及车辆控制系统中断。自动驾驶汽车进入隧道后不久，会根据计算出的到达时间触发信号，开启建筑师办公室中的咖啡机。
• 任务完成
• 在所有这些发生的同时，会议仍按计划进行。自动驾驶汽车在到达目的地后，找到可用的停车位、自行停车、接通充电设备并验证支付帐户信息。之后，建筑师走进她的办公室，倒上一杯热咖啡，并根据新加坡供应商提供的信息更新她的项目计划。
• 这个例子显示了 5G技术无处不在的实时命令、控制和通信功能将如何重塑过程控制和工作流的运作方式，它还将开启全新模式的大门。但是，要完全实现这种生活方式，还有大量的工程工作有待完成。
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• Figure (1)
• "5G技术无处不在的实时命令、控制和通信功能将如何重塑过程控制和工作流的运作方式。 "
• 5G元器件的工程挑战
• 5G性能要求及5G网络和设备架构对元器件设计提出了新的要求。许多设计约束都存在相互依赖性， 其中包括：
• •处理能力和吞吐量。 5G技术的许多方面都需要更强的处理能力，包括可扩展波形、更高的数据吞吐量、需要复杂会话和切换管理的较小蜂窝、波束成形、网络切片以及更高的连接设备密度。更强的处理能力需要更强劲的软件，因此会消耗功率，产生热量。
• •功耗。虽然5G设备预计将以更有效的方式使用电能，但这些设备同时也要完成更大的任务量。配备 MIMO天线和5G原型手机的早期基站的功耗将是 4G同类基站的两到三倍。
• 15 |
• •热量。更大的功耗意味着产生更多的热量，这就需要耗散更多热量以避免损坏元器件。
• •元器件复杂程度。 5G元器件更加复杂，需要更多的滤波器和放大器以更多不同频率和更复杂的波形来运行。这种复杂性带来了一种风险，那就是需要在已经极其宝贵的空间中布置更大的元器件，这一点在用户设备中尤为突出。
• •元器件密度和紧凑设计。将更复杂的元器件整合到更紧凑的设计中会增加元器件的密度，从而使散热更加困难。
• 这些挑战可能带来设计约束的级联效应。例如，在移动电话等设备中，如果元器件占用了更多的空间，电池的空间会更少，所以电池必须做得更小。但是，如果设备需要更多电量而较小的电池意味着较少的可用电量，这反过来又意味着每次充电之后的续航时间缩短。在这些涉及热量、功耗和元器件尺寸方面的挑战中，有许多正在通过新技术和新材料得到解决，例如：
• •采用相位偏移新技术的收发器，通过共用电路元件的组件实现了更精确的波束控制、更精密的波束分辨率、在大型MIMO天线阵列上的近零增益变化、更高的数据速率和更小的封装尺寸，消除了对开关的需要；
• •更高能效的高频功率放大器，使用氮化镓(GaN)晶体管和各种技术来降低非满功率运行时的非线性性；
• •采用新技术开发的可重构和可调宽带滤波器，结构紧凑并且性价比高。
• 结论
• 5G通信已经来临，初步部署已经开始。但是，在5G技术能够实现其规范中所述的所有可能之前，还有大量工程工作有待完成。集中于FR1 (<6GHz)的初步部署将是全新5G系统和元器件未来发展的试验场。
• Figure
• Sect
• Analog Devices Inc. AD9172 16AD9172 16位数模转换器
• mouser.cn/adi-ad9172-converters
• Figure (2)
• Silicon Labs Si538x 12路输出JESD204B时钟发生器
• mouser.cn/silabs-si5380-clock-generator
• | 16
• 使5G网络在数字领域脱颖而出的还有其他几个因素(图1)。
• 能效
• 4G主要是一种移动解决方案，而5G (除了增强移动性之外)还可以满足固定无线和工业物联网应用的需求，这些应用中的设备运行环境严苛，供电量有限，并且要运行数十年。这就是 5G设计为与4G相比节约耗电量高达 90%，物联网设备电池寿命最长可达 10年的原因。
• 安全性和可靠性
• 无线连接相对而言，通过无线连接进行的通信更容易被拦截，并且更容易受到中间人(man-in-the-middle)攻击。在物联网应用中，低功耗无线连接易发生比特率错误和连接断开。 5G的稳健设计预计能提供99.999%的可用性，并采用针对5G电子产品的双向认证、本地安全元件、传输层安全性(TLS)加密和无线(OTA)固件更新。与虚拟化硬件平台上的虚拟机十分相似，5G网络资源可划分成"网络切片"。 5G网络切片使服务提供商能构建虚拟化且特定于具体用途的端到端网络，提供更高的安全性。
• 19 |
• Figure (2)
• 在网络格局中的定位
• 对5G推出的兴奋期待并不一定意味着否定(或淘汰)现有技术。实际上，时间敏感型网络(下一代电气和电子工程师协会[IEEE] 802.1以太网)、低功耗广域网(LPWAN)、Wi-Fi以及超远程 (LoRa)技术的持续创新也在获得越来越多的关注。
• ®
• ® (1)
• 即使在5G标准大规模部署之后， 5G技术仍将在可预见的将来与其他技术共存。在许多情况下， 5G技术将作为这些技术的补充。
• 光纤和固定宽带
• 2017年由 Deloitte发表的研究
• 《Communications infrastructure upgrade: The need for deep fiber》(通信基础设施升级：对深层光纤的需求)表明，只有 11%的互联网流量由无线连接承载，而90%的流量是通过有线网络传输。光纤网络可为长距离传输提供低延迟的高吞吐量和带宽。就带宽和速度而言， 5G无线和光纤是可以一较高低的两种技术。但是，作为连接解决方案，这两类技术竞争少而互补多。实际上， 5G网络的质量和可靠性将依赖基于光纤的有线网络，以用于小型蜂窝之间流量的回传。
• 在智能家居和办公室中， 5G小型蜂窝接入点可以增强基于室内覆盖光纤和同轴电缆的宽带互联网解决方案。 5G无线的速度和灵活性可以取代工业和城市基础设施中的传统有线网络。但在数据中心基础设施和云计算服务器中，有线技术的稳健性和成熟度至关重要，因此光纤和固定以太网技术将继续占据主导地位。
• LPWAN
• 对于物联网应用，所需的LPWAN技术能力是：
• •设备芯片组具有较低的处理和传输功耗，电池寿命超过10年以支持长期使用。
• •广泛的覆盖范围（郊区超过 10公里；城市超过 5公里），并且在建筑物和地下室具有良好的穿透性。
• •设备具有间歇性发送少量突发数据的能力，这样支持的数据传输速率较低 (0.3bps[比
• Sigfox
• Sigfox是一项专利技术，已渗透到欧洲市场并得到众多电子产品供应商的支持。Sigfox使用低调制率服务于较大的覆盖范围。这项技术适合智能停车场传感器、智能垃圾桶和水电表等应用，其中的低成本设备需要向物联网网关
• 上传不频繁的少量突发
• 型数据。
• 特每秒]到 "对5G推出的兴奋期待
• 并不一定意味着否定机器用LTE (LTE-M)
• 50Kbps[千
• 机器用LTE
• 比特每秒]
• (或淘汰)现有技术。 "
• 是一项相对较新的创
• -
• 通常约为
• 10KBpd[千
• 比特每天])。 •以较低的总拥有成本进行安全的数据传输。
• LPWAN技术已在物联网边缘部署中普及，其中许多低成本的物联网设备 (例如传感器和仪表)遍布于运营环境中的广泛区域。在未来数年，即使在 5G无线已可投入商业使用后，预计全球各地物联网市场对LPWAN的采用仍会增长。 LPWAN技术可用于不太需要5G高数据传输速率和低延迟的场景。
• 这些通用要求已在多种LPWAN技术中实现。以下是适用于5G连接的常见 LPWAN技术的简要汇总：
• 窄带物联网
• 窄带(NB)物联网传输的设计采用较小带宽，因此具有更高的能效。窄带物联网用户设备专门针对超低复杂性用途，而且成本较低。窄带物联网具有显著的频谱效率。每个单元最多可以连接 50,000个设备。窄带物联网可以穿透建筑物和地下区域(在室内提供 20dB或更大的覆盖范围)，适合使用静态资源的智能城市应用。
• 新，其能效仍在评估
• 中。它可以依托现有的 4G-LTE连接(并可以发展为与5G兼容)，以支持移动物联网资产(如车辆和无人机)的漫游。 LTE-M电子产品属于最昂贵的选项，因为它们能提供比其他LPWAN选项更高的数据传输速率。物联网边缘的富数据应用可受益于 LTE-M。
• LoRa
• LoRa是Lora Alliance提供的一种远程、低功耗、低数据传输速率连接标准。 LoRa的目的是让大型网络运营商能够提供基于订阅的LPWAN服务。LoRa使用未许可频谱(sub-GHz无线电频率；例如北美的 915MHz)，但依赖于额外的安全保护层，因为 LoRa设备不使用用户识别模块(SIM)或机器识别模块(MIM)进行设备身份验证或加密。
• ™
• 5G网络和LPWAN有望在各种端到端物联网部署中相互补充。例如在远程手术中，通信的时效性要求实时的数据传输。低延迟5G蜂窝网络正符合此类场景的要求。但是，远程手术还需要使用边缘（例如医院场所）的传感器网络，以便在本地收集和处理关键信息。
• [转下页 ] | 20
• 对于边缘的这些传感器网络， LPWAN连接是更合适的选项。
• 个域网(PAN)和局域网(LAN)
• 对于家庭和企业中的本地连接， Wi-Fi和蓝牙技术(基于IEEE 802.11标准 )以及低功耗蓝牙是常见选择。基于 802.15.4的技术 (包括 Zigbee、ISA100.11a、6LoWPAN、 WirelessHART和Z-Wave)支持资产和资源跟踪等企业物联网应用。
• ®
• ® (1)
• ® (2)
• ® (3)
• 与电缆和光纤宽带解决方案相似， 5G固定宽带和蜂窝网络应成为Wi-Fi和蓝牙的补充。 3GPP Release 16将包括5G新无线电(NR)非授权标准，这将支持现有5GHz和6GHz("新")非授权频段。 5G非授权频谱很有希望的用例之一将是企业、大型体育场和购物中心的"类 Wi-Fi"专用网络。
• 卫星
• 在互联生态系统中，虽然卫星技术提供了高带宽和可靠性，但价格昂贵。因此，卫星仅服务于特定用例。卫星可发
• 挥作用的应用场景包括飞机、货队和船队在海洋、偏远地区、服务匮乏地区以及移动网络可能发生故障的灾区使用全球定位系统(GPS)进行追踪的机载连接。
• 在因经济和其他位置限制而无法采用蜂窝连接的地方，卫星连接可通过扩展5G网络的覆盖范围来增强5G无线网络，提供泛在连接。
• 蜂窝网络：4G-LTE
• 4G-LTE于2009年开始推出，在5G时代之前，它是最先进的蜂窝网络技术，峰值速率最高达1Gbps，延迟时间为 30ms至70ms(毫秒)。5G无线凭借其 10Gbps的数据传输速率和不到1ms的延迟，即将使蜂窝网络发展成为超快速、响应灵敏且节能的连接源。
• 4G网络的部署仍在全球范围内进行着。5G网络的普及以及5G芯片组和设备以商业规模进入市场还需要一段时间。即使在5G推出之后，无需超高吞吐量和超低延迟的应用仍可继续使用
• 4G。5G NR标准旨在与4G核心网络重叠并共存。因此，至少从技术设计的角度来看，基于4G和5G无线的蜂窝服务已经具备内在兼容性。
• 结语
• 在带来大胆承诺的同时， 5G技术也为在现实世界实现其宏大的性能目标提出了前所未有的挑战。要在未来采用和创建5G应用及电子产品，随时了解 5G的测试和开发进度至关重要。 5G社区还需要以创新的思维来克服技术挑战，并评估5G无线网络在快速发展的互联生态系统中的适用性。
• Figure
• 21 |
• Figure (3)
• Figure (4)
• Texas Instruments AFE76xx射
• Molex 2.2-5射频
• 频采样模拟前端 (AFE)
• 连接器系统
• mouser.cn/ti-afe7685-afe7686-afes
• mouser.cn/molex-22-5-rf-connectors
• Figure (5)
• Qorvo QPF4006 37-40.5GHz GaN前端模块
• mouser.cn/qorvo-qpf4006-module
• Sect (1)
• Figure (1)
• Figure (2)
• Intel Xeon第二代可扩展金牌处理器
• mouser.cn/intel-xeon-scalable-gold-processors
• | 22
• 3GPP R15 5G标准详细介绍
• ™
• 作者： Emad Farag，贸泽电子专稿
• Emad Farag博士是诺基亚公司的高级 5G物理层标准工程师。他研究过无线基站调制解调器的物理层架构、算法和软件。 Farag博士是5G新无线电 (NR)标准的主题专家，开发了构建 5G标准的技术。
• 全新的第五代(5G)标准是我们互联移动社会的统一移动通信框架。它支持高数据传输应用及具有超可靠和低延迟要求的关键型任务通信，并连接起数以十亿计可以相互自主通信的设备。这正是国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)在2015年9月发布的M.2083建议书中提出的愿景。自那以后，标准制定组织一直在努力确定和开发必要的技术组件，不仅是为了支持紧迫的短期市场需求，而且也是为了满足5G的长期目标。
• 2015年年底，第三代合作伙伴计划(3GPP)开始了一项任务，定义可满足ITU-R要求的全新无线电接入网络标准，也就是后来的5G新无线电(NR)。标准化工作涉及最高达 100GHz (吉赫)频谱的信道建模，这在更大的带宽分配、更高吞吐量和更低延迟方面均具有巨大的潜力。这些工作还涉及研究下一代无线电接入技术和相应技术组件的方案和要求。 3GPP遵循分阶段进行标准化的方法，每个阶段称为一个release。5G NR的第一个阶段称为Release 15，可在最高 52.6GHz的频谱中支持增强的移动宽带和基本的
• 本文介绍了5G NR中的可用频谱，以及为5G NR开发的物理层使能技术。
• 5G NR频谱
• 鉴于消费者对移动流量永不满足的需求，加上3GHz至 100GHz频谱区域中更高的吞吐率和大量可用频谱，显然监管者和标准化组织会自然而然地考虑到将厘米波 (cmWave)和毫米波(mmWave)区域开放供移动连接使用，也会考虑开发一种与现有技术共享的频谱框架。
• 在Release 15中，3GPP定义了两个频率范围：频率范围 1 (FR1)：450MHz(兆赫)到7.125GHz；频率范围2 (FR2)： 24.25GHz到52.6GHz (表1)。有关 52.6GHz至114.25GHz频率范围内频谱可用性和法规要求的研究正在进行中，潜在用例及部署方案也是如此。
• 频率范围指定
• 频率范围
• 最大信道带宽
• FR1
• 450MHz到7.125GHz
• 100MHz
• FR2
• 24.25到52.6GHz
• 400MHz
• 研究中
• 52.6到114.25GHz
• 待定
• 表1：NR频率范围
• [转下页 ]
• 毫米波
• 转换为毫米波会影响无线电信道特性以及具有较高衰减率(例如因大气条件)的短波长电磁波。但是，通过将较小天线阵列元器件更紧密地封装在一起来实现更短的波长，因此可以在毫米波段中使用具有数十甚至数百个天线元器件的天线阵列。这种方法创造了具有高天线增益和窄波束的天线系统，不仅可以补偿毫米波遇到的更高信号损失，还可以通过其窄波束降低干扰。
• 吞吐量优化
• 为了获得更高的吞吐量， NR采用了以下技术：
• •更高的频谱利用率。频谱利用率通过边缘保护频带界定传输带宽和信道带宽的比率。在长期演进(LTE)通信中，频谱使用率为90%；在NR中，频谱使用率可达 98%。
• •更高的后快速傅里叶变换(FFT)子载波占用。在LTE中，在 FFT后占用的子载波约为FFT大小的60%。例如，20MHz LTE系统使用2,048点FFT，其中 1,200个子载波被占用。在NR中，除了由于更高的频谱使用量而导致的增加之外，占用子载波数量也增加了25%。对于同样大小的FFT和子载波间隔，信道带宽则将增加 25%。
• • FFT尺寸更大。集成电路 (IC)技术的进步使得可以支持更大的FFT。NR支持的最大FFT为4,096，是LTE的两倍。
• •更高的子载波间隔。在LTE中，数据传输的单子载波间隔为 15kHz (千赫 )。在NR中，最大子载波间隔为 120kHz，这使信道带宽在不增加子载波数量的情况下即可增加八倍。在FR1中，数据传输的允许子载波间隔为15kHz、30kHz和60kHz；在FR2中，数据传输的允许子载波间隔为60kHz和120kHz。
• 表2提供了FR1和FR2的两个示例，并显示了上述技术对增加吞吐量的影响。
• 5G NR物理层方面
• 5G NR是一种基于正交频分复用技术(OFDM)的空中接口，传输中的信道和信号会被分配给组成复合无线电信号的各个子载波。正交频分多址是 NR采用的多分址方案。对于下行链路和上行链路传输，如果没有多用户多输入多输出 (MINO)，则会将不同的用户分配给不同的子载波。
• NR中被传输信号的波形使用CP-OFDM进行下行链路和上行链路传输。此外，由于对于功率受限区中用户设备
• 20MHz下的 LTE基线 100MHz下的 NR (FR1) 400MHz下的 NR (FR2) FFT大小 2,048 4,096 4,096频谱使用率 90% 98.28% 95.04%子载波占用率 58.6% 80.0% 77.3%子载波数量 1,200 3,276 3,168子载波间隔 15kHz 30kHz 120kHz传输带宽 18MHz 98.28MHz 380.16MHz信道带宽 20MHz 100MHz 400MHz相同调制与编码策略下吞吐量增量 1 5.46x 21.12x
• 表2：FR1和FR2范围内的NR吞吐量增加
• 25 |
• "...通过将较小天线阵列元器件更紧密地封装在一起来实现更短的波长，因此可以在毫米波段中使用具有数十乃至数百个天线元器件的天线阵列 "
• (UE)来说，离散傅立叶变换扩频OFDM (DFT-S-OFDM)波形的峰均功率比(PAPR)较低，因此在上行链路中使用了 DFT-S-OFDM波形。 DFT-S-OFDM仅用于单层上行链路传输。对于 DFT-S-OFDM，信号在到达为传输分配的子载波前会先经过DFT预编码器。转换回时域后， OFDM符号前将附加CP前缀。
• 子载波间隔
• 5G NR是一个统一的空中接口，支持从低于 1GHz到数十GHz的频率范围，载波频率变化约为两个数量级。通常，带宽随着载波频率成比例变化，以确保带宽与载波频率之比处于一定范围之内。由于仅依赖于支持不同信道带宽的子载波的数量，导致用于小信道带宽的子载波数量较少，复用粒度较小。当依靠较大数量子载波获得较大信道带宽时，会发生这种情况，而因为需要较大尺寸的FFT/逆FFT (IFFT)区块，也就增加了硬件复杂性。然而，通过允许子载波间隔按比例缩放，便有可能让子载波保持在合理的范围之内，同时还能支持一系列的信道带宽
• 低延迟传输
• 5G NR引入了旨在支持低延迟运行的数项技术改进：
• •更高的子载波间隔实现了更短的符号和时隙持续时间，延迟更低。 •短物理下行链路共享信道和物理上行链路共享信道支持的符号数量低至2个。
• • 5G NR网络能够支持具有不同 UE处理能力的灵活调度和时序框架，使其具有优化下行链路和上行链路传输时间的能力，并以UE的处理能力和相应流量的延迟要求为基础。
• •支持预配置上行链路资源(如：已配置的许可)使UE能自主传输上行链路数据。
• 信道编码
• 5G NR为数据信道和有效载荷为12位及以上的控制信道引入了新的信道编码方案：
• •对于数据信道， 5G NR支持低密度奇偶校验(LDPC)码。 •对于有效载荷为12位及以上的控制信道， 5G NR支持 Polar码。 •对于有效载荷为3至11位的控制信道， 5G NR支持 Reed-Muller码。
• •对于1位或2位控制信道， 5G NR分别支持重复码或单式码。
• 5G NR中的大规模 MIMO
• 5G NR使用大规模MIMO (MIMO技术的最新扩展)，建立具有更多元件的更大天线阵列集，从而提高5G网络基础设施的效率。大规模MIMO的目的是通过更高阶的空间复用提高频谱效率，以加强无线容量，并使用波束成形来增大覆盖范围。 5G NR为大规模 MIMO开发了灵活且可扩展的框架，该框架支持：
• •载波频率范围从低于1GHz到毫米波
• •不同种类的天线阵列架构 (数字、模拟和混合)
• •支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)运行模式
• 5G NR运用两种增强空间复用的机制来优化MIMO框架：
• •第一种是通过多天线端口创建一个支持多传输层的框
• 架用于信道传输。 •第二种方法是测量信道以确定其秩，然后对信息进行预编码并将其反馈至发射器，以便对可用天线端口的传输层进行优化预编码。
• 下行链路MIMO
• 在下行链路MIMO中，对于单用户MIMO (SU-MIMO)，该框架的支持范围是每个 UE八层，每个码字最多四层。对于多
• [转下页 ] | 26
• 用户MIMO (MU-MIMO)，在所有UE中存在最多12个正交解调参考信号(DM-RS)端口。
• 为确定下行链路中的信道秩和MIMO预编码系数，网络可以使用信道状态信息(CSI)框架或探测参考信号(SRS)框架。CSI框架包含两个部分：CSI采集和CSI报告。 CSI采集依赖于CSI参考信号(CSI-RS)资源设置，通过这一设置可对 CSI-RS资源进行配置。 CSI报告通过 CSI报告设置来完成，通过这一设置可对CSI报告的资源进行配置。网络使用触发状态来配置CSI资源和CSI报告设置之间的链路。此外，对于TDD系统，网络还可利用在相同频段中传输并使用 SRS框架的下行链路和上行链路信道的互易性。使
• 据上行链路信道测量信道质量和秩，并使用此信息来确定下行链路中的信道秩和MIMO预编码系数。
• 上行链路MIMO
• 上行链路MIMO可采用基于码本和非码本两种形式。对于基于码本的上行链路MIMO，基站会在SRS资源的天线端口测量上行链路信道并确定上行链路传输的秩和码本索引。对于基于非码本的上行链路 MIMO，UE会根据下行链路 CSI-RS信道测量值传输多个天线预编码SRS资源。基站可以根据SRS资源进行信道估计。 UE处的数据上行链路预编码遵循基站指示的SRS资源预编码。
• 5G NR中的波束成形
• 波束管理定义了一套程序以实现波束在小区内部沿特定方向的发射和接收，角度覆盖范围小于全小区发射和接收范围。 NR的一个主要区别性特征是能够支持基于波束的运行。基站和 UE发射和接收的信道和信号经过波束成形，将发射的能量集中在某个方向上，从而提高天线增益。这种能力对于传播损耗很高的毫米波非常有利。对于6GHz以下的传输，这也是一项很实用的功能。
• 波束管理涉及以下要素：
• • 波束确认。多个波束覆盖一个小区， 而每个波束都由源RS及其索引确定。这些波束帮助基站和UE正确设置其发射和接收波束，用于下行链路和上行链路信道和信号的后续传输。
• • 波束测量和波束报告。 UE测量每个波束的信号质量，并将每个测量结果报告给网络。测量结果可以通过显式(例如， CSI框架中的 RS接收功率 )或隐式 (例如，通过在满足信号质量标准的波束相关资源上发射 )形式进行报告。网络在确定与UE通信时要使用和配置的波束时将使用上述信息。
• • 波束扫描和波束优化。这种功能实现了波束优化(即：使用较窄波束)和波束跟踪(即：随着UE移动或改变方向)功能。
• • 下行链路和上行链路信道和信号的波束关联。到这个框架将下行链路和上行链路信道的RS与波束的源RS相关联。这种关联基于准共址(QCL)和空间Rx参数(称为QCL Type D)。
• • 波束故障恢复。这种功能在波束丢失时(例如，在出现突发遮挡或在UE快速旋转或移动时)允许基站和UE波束进行快速重新对齐。
• 即将推出： Release 16
• Release 15仅仅是实现5G愿景的第一步。 3GPP正在竭尽全力以求尽快完成5G NR的第二阶段，即Release 16。该组织的目标是分两阶段完成Release 16：
• 第1阶段：2019年完成物理层方面
• 第2阶段：2020年初完成更高层方面
• Release 16引入了满足垂直市场需求的新功能，从而提高无线电接入网络的运营效率，并进一步提高容量和频谱效率。
• 38系列
• 3GPP推出了针对NR的新规范系列—— 38系列。每个3GPP无线电接入网络(RAN)工作组(WG)分别处理这些规范中的一个集合。 Release 15规范的版本号格式为V(15.x.y)，其中x和y值越大表示规范越新。 3GPP规范的完整列表请见 3GPP网站：
• • RAN WG1涉及无线电第 1层，全部规范列表请见：. htm。
• http://www.3gpp.org/DynaReport/TSG-WG--r1
• • RAN WG2涉及无线电第2层和第3层，全部规范列WG--r2.htm。
• 表请见：http://www.3gpp.org/DynaReport/TSG
• -
• • RAN WG3涉及无线电网络架构和接口，全部规范WG--r3.htm。
• 列表请见：http://www.3gpp.org/DynaReport/TSG
• • RAN WG4涉及无线电性能方面，全部规范列表请. htm。
• 见：http://www.3gpp.org/DynaReport/TSG-WG--r4
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• 5G基础设施让突破性新型应用成为可能
• 作者： M. Tim Jones，贸泽电子专稿
• M. Tim Jones是一位经验丰富的嵌入式固件架构师，拥有超过 30年的架构师和开发经验，撰写过有关软件和固件开发的多本数据和多篇文章，其工程背景涵盖从地球同步航天器的内核开发到嵌入式系统的架构和协议开发等诸多领域。
• | 30 "5G通信是设备间的一种通信手段 ..."
• 新的第五代(5G)无线基础设施不仅为新应用打开了大门，而且还将极大地改善当今针对4G和更早世代无线技术而存在的应用。借助5G网络的增强性能，通信将更加快速，并且随着延迟显著降低，无线通信的交互性也将得到改善。这对于消费者体验以及机器对机器(M2M)通信大有裨益。
• 5G将包括三类服务，它们都通过单一移动网络提供：
• •增强型移动宽带 (eMBB)。人类访问的内容和服务
• •大规模机器类通信 (mMTC)。对服务水平要求较宽松的低功率设备之间进行的数据交换
• •超可靠低延迟通信(URLLC)。对服务水平要求较严格的设备之间进行的数据交换
• 本文将探讨5G带来的增强如何改善现有应用，并为更多创新应用构建起平台。
• 5G无线与应用
• 5G通信是一种设备间通信手段，更是一种改进现有应用的真正的使能技
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• 术。让我们来探索一下5G无线网络对现有应用和新兴应用的意义。
• 互联网使能
• 5G网络最早也是最大规模的实施将专注于为消费者的智能手机和平板电脑等消费设备带来互联网连接，但凭借其高速、低延迟无线连接的能力，5G还将作为家居(固定无线访问)的互联网接入通道出现在消费者眼前。波束成形(将信号聚焦成束，指向用户而不是向所有方向广播)等技术将改善用户信号的完整性，同时尽可能减少对其他用户的信号干扰。
• 虚拟和增强现实
• 在虚拟现实(VR)中，头戴式设备构建了用户可以与之交互的合成(由计算机生成)世界。 VR头戴式设备具有实时头部追踪功能，可以根据用户的控制来改变对这个世界的视角。增强现实 (AR)并不构造合成世界，而是通过头戴式设备或智能手机将合成的物体叠加到用户所见的真实世界中。
• 这两种技术都将受益于5G网络先进的能力：5G的速度将会支持在远程云构建合成世界并传输(称为"云渲染" )到VR设备。借助5G低延迟通信，头部
• 运动可以迅速得到响应，因而只需渲染用户当前的世界视野所需的内容。
• 物联网
• 物联网(IoT)是指与日常物品(例如洗碗机、门铃)的互联网连接。 5G可提供的速度和容量将促使新的物联网设备和服务呈现爆炸式增长，但这要等到成本降低后才能实现。这种扩张在一定程度上缘于5G网络能够连接到小范围内的大量设备(例如：一平方米区域内的一百万个端点设备)。5G可以支持与区域中大量设备通信的一种方式是通过所谓的多输入多输出 (MIMO)。MIMO可能涉及增加基站的天线数量以扩展其网络容量；它也可以指使用多径传播在同一无线电信道上发送和接收多个数据信号。不管是哪种情况，这都意味着无需额外的无线电频谱便
• 自动驾驶汽车
• 自动驾驶车辆(AV)是无需人类参与即可巡航的汽车，例如无人驾驶汽车。当今的AV还只能在没有5G无线基础设施的情况下工作，但是借助速度更快、延迟更低的5G通信，新兴AV技术将有能力提供新的服务。这种改进的
• [转第31页]
• Figure (6)
• 通信可以为司机和乘客提供一系列服务，包括娱乐(如视频、音乐)和宽带访问。通过集成的事故或交通拥堵情况更新，司机可得益于自动调整的导航和路线，也可获益于通过车辆到车辆 (V2V)通信来优化交通流量，例如在车辆之间小范围地协调变道行为。
• 监控
• 监控，或者基于视频和音频的活动或行为监视，将因5G技术而产生显著改变。如今，大多数监控解决方案都依赖互联网协议(IP)网络，通过Wi-Fi连接到提供有限带宽的Internet服务提供商(ISP)。许多此类解决方案允许双向通信，但是这种通信可能会受制于非
• ®
• 31 |
• 对称IP网络(即下载速度较快但上载速度较慢)。
• 5G网络可提供的可用带宽将使高分辨率视频 (例如 1080p高清 (HD)视频 )能够流畅串流，这是第三代(3G)或第四代(4G)无线网络无法轻松支持的。
• 5G通信的速度还将支持云端实时人脸检测和识别。在捕获高分辨率视频帧时，摄像头将能够上传每一个帧到云端进行处理。这个过程还可以进一步优化，即通过在摄像头上执行面部检测，然后将检测到的人脸(每个给定人脸的框定区域)分发到云中互相独立的多个服务器。这个步骤将促进对
• 5G基础设施更好的利用，这是因为发送到云端的图像将会更小，因此可以在接收时进行处理，将复杂的识别过程并行处理。
• 智能城市
• 智能城市部署了各种类型的物联网传感器 (包括计量表、控制器、照明设备、屏幕等)，并且以一种有效管理城市及其资源的方式使用这些传感器所产生的数据 -包括交通、电力、水、废物、犯罪和几乎所有可能在城市中产生数据的领域。例如，垃圾车收集可回收物时可以计算质量，预测出垃圾进入垃圾处理设施的流量，然后确定垃圾设施处理垃圾的能力。
• 智能城市的概念已经存在了十多年，但一直缺少一种与城市中存在的大量传感器进行有效通信的方法：例如，城市中在某个区域周围也许就分布有可以检测到洪水(包括深度和流量)的传感器。 5G技术提供了一个平台，让所有这些传感器都可以通过该平台共存，并在传感器自身和中央云端基础设施之间进行通信。只有5G无线网络可以支持物联网传感器在整个城市的规模上产生和聚集的数据规模，其中管理这种弹性的处理需求集所必需的可伸缩处理能力由云计算提供。
• 娱乐
• 4G网络的应用通常发生在向终端(例
• 如电话或平板电脑）传送内容的过程中：如用户在设备上观看视频。实时传送的某些类型的数据(例如体育赛事或音乐会)会引起一些问题。即使许多用户正在流式传输相同的内容，网络也需要将其独立地传递给每个用户。多媒体广播/多播服务 (MBMS)使用户可以共享通过一个流传递的内容，从而减少数据使用的带宽。这种功能已通过MBMS按需操作(MOOD)进行了扩展，当访问相同内容的设备数量超过定义的某个阈值时，便可以通过该功能动态地从单播切换到多播分发。随着通过5G网络传播的内容越来越多，MOOD将会使数字电视改头换面。
• 云游戏
• 云游戏(又称游戏点播)让用户可以通过对等设备(如智能手机、计算机或智能电视)玩云端托管的游戏，其中游戏视频会以和其他视频串流相同的方式串流至对等设备。不久前由Google开发并发布的云游戏平台Stadia可能会是5G功能的重要受益者。该平台通过对等设备(例如平板电脑)将游戏和视频渲染这一高级计算过程放到到云中进行，以流媒体方式传回游戏视频，同时将用户输入获取到云中以进行游戏控制。 5G的高带宽和低延迟使其成为云游戏的理想选择。
• ™
• 云存储
• 这种新型、快速5G渠道的另一项值得关注的应用即所谓存储即服务，其通过在云基础架构中采用弹性存储来扩展设备的存储功能。为设备配备基于云的存储可确保您的数据安全，而不必绑定到特定的设备，其最终结果就是不同设备之间的数据共享，以及通过基于云的数据保护来提高数据的可
• 靠性和可用性。它还让用户得以建立自己的完整内容库，并且不会受制于某台终端设备的存储能力。 5G网络可以提供支持这项应用所需的带宽和延迟。
• 总结
• 随着技术的发展，我们实现新事物的能力终会触碰到某些限制。于是，产品开发人员便尝试避开这些限制，以便所需的功能可以通过现有技术来实现。新的 5G无线基础设施提供了平台和技术上的飞跃，大大提升了通信的限制，为各种产品和服务打开了新的前沿阵地。无论这些限制是由带宽、延迟还是密度造成的， 5G网络都将成为新产品和消费者新体验的催化剂。 5G技术还为物联网等混合计算环境提供了新的结构，其中的设备将继续依赖基于云的基础设施。
• Figure
• | 32
• 没有问题，但是对于 5G超过 100MHz的信道带宽则无能为力，这个频段正好可由APT来接手。
• 对于毫米波的运营， Qorvo提供了双信道QPF4005，其覆盖 37GHz至40.5GHz的频率，专为具有相控阵天线的小型蜂窝基站设计。值得一提的是， QPF4005是Qorvo首个作为单片微波集成电路(IC)通过碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)工艺制造的RFEE，它将 LNA、发射/接收开关和多态PA结合在 4.4×6mm的封装中，通过配置来适应相控阵天线模块之间的狭窄空间。
• 总结 (1)
• 总结
• 得进展。鉴于5G基础设施中的这种灵活性，明，5G推广的速度要远快于之前的预测。
• Verizon、
• ™
• 这类名单的增加更像是高级试验而不是商业服务，早吃螃蟹的运营商远没有像 5G炒作中所说的那样兴奋。毕竟这些都只是5G网络的早期，所以最好的时候尚未到来。
• 判断，原因有以下两点：
• 5G基础设施的高速传输之路作者： Barry Manz，贸泽电子专稿第五代(5G)基础设施的首个实证并不是移动网络基站，而 是Verizon™用来为家庭和企业提供超高速宽带传输的固定无线接入 (FWA)基站。对于许多人来说，这似乎不符合直觉制造商和运营商并不一定要等到万事俱备才可以着手全面实现5G基础设施，这无疑是一大利好，因而当网络部就会迅速取署达到对全面覆盖区域至关重要的数量时， 各种迹象都表AT&T®和T-Mobile®继续将越来越多的城市加入到提供5G无线网络的名单中，但由于尚未部署大面积覆盖，因
• Sect (2)
• Figure
• •首先，毫米波长的 FWA先前(20世纪90年代末 )曾被尝试用作本地多点分配系统(LMDS)。这套系统本来是作为无线"最后一英里"解决方案，工作频率在27GHz至 31GHz(吉赫)之间，但由于多种原因，还未火起来便短命夭折。这套解决方案戛然而止的具体原因包括：所需的技术未准备就绪；成本高；客户少；因为内容不存在，所以传输内容的前景十分渺茫。
• •其次，面对5G无线基础设施部署中的最困难挑战之一，Verizon操之过急：在频谱的毫米波区域(由于巨量的可用带宽，这是5G生态系统的核心要素)内部署和运行设备遇到了重大挑战，而这在以前没有人尝试过。
• 这些挑战包括制造和部署高性价比的毫米波设备，解决这些频率下信号传播距离较短的问题，以及克服从树叶到降水的几乎所有物体所造成的严重衰减，甚至还要考虑现代房屋和建筑物中使用的低辐射玻璃。此外，阻挡，这限制了信号覆盖范围并需要更多的基站来服务于特定区域，而且还需要有大规模的多输入多输出(MIMO)功能。但更进一步看，首先解决毫米波问题可能是一手妙棋。我们可以把它看作是"骆驼的鼻子"这个寓言的高科技版本。理由如下：
• 尽管部署有线技术的速度远远快过混合光纤同轴 (HFC)电缆，但部署成本之高却令人却步。此外，光纤到户(FttH)从未得到普及，因为作为有线服务，其(例如HFC)部署成本仍然很高。美国的主要FttH提供商Verizon曾将其部署在几个地方，但如今已近乎停止(AT&T也是如此)。公司目前都在以闪电般的速度为其他应用部署光纤， Verizon的部署速度超过每月1,000英里）。
• ®
• 信号传播易受不过这两家其中一个测试平台，一旦5G的移动部分开始部署，并随后用于自动驾驶汽车的"蜂窝网络到万物 "架构，这将变得至关重要。目前的主要问题是，使用毫米波波长提供宽带的最新尝试是将大获成功，还是会遭遇其前身LMDS一样的命运。实际的最新结果表明，要达到可接受的覆盖范围，所需的基础设施将远高于预计，仅此一项就可能使这一服务不具有经济可行性。但是，最终的决定因素将是潜在客户，以及是否"栽下梧桐树，凤凰自然来 "。
• 毫米波 FWA
• 与电缆和FttH相比，毫米波FWA在速度上具备超过这两种有线技术的潜力，而且不会出现许可问题，也无需复杂的客户终端设备(CPE)。毫米波FWA基站通常安装在现有的电线杆上，而CPE设备仅包含具有多输入多输出(MIMO)或多用户MIMO (MU-MIMO)功能的毫米波收发器。终端用户设备也是路由器，天线可以安装在室内，也可以安装在室外，具体取决于安装条件。 FWA还为毫米波技术的部署提供了
• 这种小型家庭天线通常用于以低微波频率运行的固定无线接入接收站。 28GHz的系统尺寸甚至更小。 (信息来源： Wikimedia Commons)
• 37 |
• Figure (7)
• [转下页 ] | 40
• 5G，并且使5G通信系统可以根据用例或工作负载要求在中低频和高频之间切换。
• 天线设计师要面对来自物理层面的挑战。 FR1中的1GHz信号的波长约为 30cm(厘米)；FR2中的28GHz信号的波长为1.07mm。这两种信号不能共用同一天线，因此对运行在FR1和FR2频带都有需求的5G设备将至少需要两组天线。在有充足空间容纳多个天线阵列的大型设备和基站中，还可以做到这一点；但对于小型设备和手机而言，这就成为了一项重大的设计挑战。Qualcomm等一些制造商已经开始发布紧凑型射频(RF)模块，这些模块可以与多个5G频段的天线阵列一起工作。
• ®
• 设备密度、数据吞吐量和大规模MIMO
• 5G规范提出的挑战之一，是需要支持在更高数据传输速率下同时运行的高密度连接设备。这就需要提高蜂窝小区密度，同时更加广泛地使用 4G LTE网络中已经运用的多输入多输出(MIMO)天线技术。 MIMO是多个发射和接收天线的天线阵列(在当前的LTE网络中，通常包含 8×8天线阵列)。MIMO使用空间复用将信号分解为编码流，并通过阵列中的不同天线进行传输。发射和接收设备都具有多个天线和用于编解码多路复用信号的信号处理机制。这样就可以做到：
• •同时与多个用户和设备进行通信。
• •以更高的吞吐量进行通信。
• MIMO的类型多种多样。用于 5G的一大重要类型是大规模MIMO (mMIMO)，与以往的MIMO版本相比，这种天线设计可将数量大幅增加的天线单元封装到一个密集的阵列中。低频天线体积更大，这对于在合理大小的低频 MIMO阵列中可容纳的天线单元数量产生了实际限制。毫米波使用的天线要小得多，因此可以在小型封装中构建mMIMO阵列。一些制造商已经开始制造包含128个单元的mMIMO天线。通过增加数据流的数量， mMIMO无需增加频谱即可提高信号容量，进而提高数据传输速率和链路可靠性。
• 波束成形、方向性和用户设备跟踪
• 波束成形是一种对传输进行整形的方法，用来创建针对特定接收天线并且界限清晰的天线方向图。这是通过调整等距天线阵列中不同天线单元的相位和振幅传输来实现的。波束成形不仅可用于减少干扰，还可通过集中波束能量来扩大信号范围。初期采用中频的5G部署将利用4×4或8×8的 MIMO天线来实现波束成形，这与 LTE当前可提供的方案类似；高频(毫米波) 5G部署将采用更大的mMIMO天线来获得自适应阵列的优势，这种天线中的天线单元更多，并能够实现更紧密的波束成形和实时控制。
• 5G波束成形取决于发射设备所确定的到达其接收器的最佳信号路径。发射器分析在发射器和接收器之间发送
• 的探测参考信号 (SRS)，然后评估这些信号以得出信道状态，从而完成这项任务。发射器基于信道状态信息(CSI)应用波束成形算法，在接收效果最好的最佳调度期间向最合适的方向发射整形后的无线电方向图。在采用通往接收器的最佳路径的情况下，波束成形将利用建筑物的反弹传输。在许多设备使用相同mMIMO信道的环境中，算法将对数据包进行时间安排，以避免数据包冲突，从而最大程度地减少信号干扰。
• 为了避免干扰和信号中断，发射器不断跟踪接收器并重新计算最佳数据路径。这样一来，当5G设备(如车辆或手机)发生移动或者有物体挡住最佳信号路径时，就可以实时调整传输，确保稳定一致、不会中断的数据连接。波束成形是一项计算密集型过程，需要信号处理能力强大的有源MIMO天线。
• 下行链路和上行链路要求
• 在给定的用例中， 5G规范可实现最大下行链路数据传输速率，相当于上行链路数据传输速率的两倍。在频率低于2.6GHz的当前部署阶段， 5G需要至少4×4下行链路 MIMO，并且建议至少采用2×2上行链路MIMO。
• [转下页 ]
• 针对不同用例的天线设计
• 5G部署将需要许多适用于室内和室外的天线封装，以小蜂窝宏覆盖的方式组网，同时还需要许多不同类型的终端设备。下面列出了基于几种常见部署情形的5G天线设计考量。
• 基站
• Figure
• 当今大多数手机信号塔的网络资源都非常拥挤。构建集成高低频的紧凑型5G天线是最具成本效益的解决方案。另外，要将天线放置在灯杆和建筑物拐角处以实现小型蜂窝覆盖，也需要紧凑的设计。多家电信运营商已开始部署小型4G蜂窝，以解决带宽
• 和延迟问题。早期5G部署将包括在现有 4G LTE天线旁边放置5G天线，或者将现有天线单元更换为可同时用作4G LTE天线和低频5G天线的单元。
• 最终，不同的频率范围将用于不同的实施方案。例如， 3GHz至5GHz频率范围将适用于700MHz宏蜂窝和小型蜂窝实施方案中的某些室外覆盖范围；高带宽的室内和室外应用
• 可能会采用使用分布式天线系统的微蜂窝架构。随着这种更高频率的5G推出，具有许多天线单元的 mMIMO阵列将有助于减少网络拥塞并增加基站容量。
• 用户和终端设备
• 数据、通信要求、工作频率和设备设计将决定不同 5G应用中的天线设计。5G连接的传感器和控制设备有许多用途，尤其是在制造、基础设
• 施监视和控制、农业和固定无线互联网接入中，用以替代电缆连接。针对低数据传输速率和低延迟优化的传感器和控制器需要在特定频率下运行。固定无线互联网接入可能会结合使用6GHz以下频率
• 和毫米波频率，用于控制平面信号和毫米波波长，为最终用户设备提供高吞吐量和低延迟。自动驾驶汽车等其他应用将提出涉及车联万物(V2X)通信的更复杂要求，包括低延迟控制功能和高带宽
• 要求。车辆提供了将天线阵列嵌入到车体的灵活性。
• 43 |
• 手机
• 手机已经装有天线，因此增加天线以支持全部5G频率将是一个挑战。手机空间十分有限，但是需要MIMO天线实现高性能，并且天线必须位于支持波束成形的手机边缘和角落，以专门对阻挡毫米波的物体(例如使用者的手)进行补偿。
• 5G天线设计面临的挑战
• 5G天线在实现5G通信方面起着关键作用，但同时也带来了工程设计挑战。天线设计人员通常从天线仿真软件开始，
• 这些软件可以根据某些假设条件对信号场做出预测。但是，这仅仅是第一步。
• 在5G天线设计中，天线测试是一项重大挑战。 5G天线并不是静态的全向设备，而是有源天线，将信号以波束形式传输到特定设备。将5G天线放在测试室中进行静态测试，并不能展示其在嘈杂 RF环境中与上千台不断移动的设备同时通信的性能。大多数天线设计人员并不确定通过怎样的方法才能最有效地测试使用mMIMO阵列的设备或验证其性能。测试方法将有可能涉及基于场景的自动化测试。
• Figure (8)
• Johnson/Cinch Connectivity Solutions适用于 5G应用的连接器
• mouser.cn/johnson-cinch-5g-connectors
• 5G天线的设计很大程度上仍然是一项未竟的事业。初期的5G部署才刚刚开始，包括安装低频5G以与4G LTE协同工作。对于需要更复杂天线设计的未来部署而言，这就是它的试验台。
• Figure (9)
• Sect (3)
• NXP 5G mMIMO
• 高效功率放大器模块
• mouser.cn/nxp-5g-mmimo
• | 44
• 在5G安全的前提下寻求融合
• 作者： Stephen Evanczuk，贸泽电子专稿
• Stephen Evanczuk拥有 20多年的电子行业编辑经验，主题涉猎广泛，涵盖硬件、软件、系统以及包括物联网在内的各种应用。他拥有神经网络领域的神经科学博士学位。
• | 46
• 通过融合大量的先进技术，5G网络有望以前所未有的性能和服务水平使设备、个人、企业和国家实现无线互连。 5G基础设施的底层技术完成了通信网络的数字化转型，提供流动性更强的结构以响应快速变化的需求。在保护这些网络及其用户方面，面临的挑战在于确保将这些多样化技术结合起来，作为抵御网络攻击的盾牌，而不是漏洞百出的筛子。可以预见的是， 5G网络将延伸到互联社会的方方面面，因此应对这一挑战的需求便显得尤为重要。
• 在5G网络层次结构的各层中，核心技术改变了移动通信的性质，其中有些改变十分深刻。在最底层， 5G无线毫米波 (mmWave)频段显著提高了可用带宽，但也在网络拓扑结构中带来了根本性的变化。和当前蜂窝网络采用的大型蜂窝塔不同， GHz频率信号的的覆盖范围更小，越过建筑结构的能力有限，因而需要更紧密地布置更多5G蜂窝。将小型5G蜂窝设置在街区乃至每一栋建筑物中，是新网络架构最明显的转变 — 与其说是一种通信网络，这种架构更类似于分层分布式计算环境。在5G基础设施中，围绕这些小型蜂窝构建的无线电接入网络(RAN
• 尽管小型蜂窝通常与人们眼中的5G网络密切相关，但5G核心才是这种基于软件的新通信框架的重点。与当前的公共云服务一样， 5G核心使用围绕软件定义网络和虚拟化概念构建的软件技术，将应用和服务从底层硬件基础中释放出来：
• •软件定义网络(SDN)将控制平面和数据平面分离，从而在通信网络配置和性能方面提供更大的灵活性。它可以让数据以任意多种定义的路径流经5G核心。
• 45 |
• •虚拟化将应用级别或服务级别的功能与硬件资源分离。这种分离意味着网络提供商可以扩展计算主干并部署虚拟化服务，以满足不断变化的性能需求。这种功能还允许提供商在网络中的任何点添加专用服务，并且不存在以往在网络中特定物理位置配置资源所需的成本和延迟。本文将对此做进一步详述。
• MEC：安全和隐私增强工具
• SDN、虚拟化和云服务并不是什么新鲜事物。但是，它们在 5G分层架构中与其他基于软件的元素结合使用，从而提供了一套可以增强安全性的新颖功能。使用MEC资源可以极大增强这些网络中的安全性并在这些网络中更好地保护隐私。为了获得更好的安全性，这些边缘计算资源可以在其本地 RAN中采用更广泛的操作方法，并提供重要的维护支持，例如蜂窝现役/退役以及蜂窝固件的安全无线(OTA)更新。
• 在终端设备和云端服务之间的连接方面， MEC系统可以通过多种方式同时增强安全性和用户隐私。例如， MEC系统可以充当中介器，从而产生更安全的身份验证 — 不仅减少了中间人攻击的机会，而且还减少了可被拦截的个人可识别信息(PII)数量。除了在这些基本服务中的作用之外， MEC系统还可以充当介于终端设备与混合云之间的连接，这些云将公共云核心与保护包括PII在内的敏感数据的私有资源相结合。
• MEC元素可以帮助加强安全性，而5G网络的广泛软件基础也为提高安全性提供了新方法。例如，在5G网络中，虚拟化提供的功能远不只限于通常有关云虚拟机或容器等虚拟化环境的隔离。在5G无线网络中，这种概念已扩展到一种
• [转第47页]
• Figure (10)
• 称作网络功能虚拟化(NFV)的功能。 NFV将负载均衡器或防火墙等基于硬件的传统网络节点功能转换为基于软件的服务，提供商可以在必要时进行部署，也可以进行扩展以满足不断变化的需求。
• NFV：关键实现因素
• NFV有潜力将网络服务交付调整到刚好满足特定服务目标所需正确水平的性能、可靠性和功能，因此是5G愿景的关键实现因素。 NFV已经在提供开发功能方面发挥了作用，例如在5G测试平台和早期部署中进行监控和测试。
• 在安全方面， NFV在概念上相比当前方法具有明显优势。除了广泛使用虚拟化来扩展性能之外，服务提供商还可以使用NFV来扩展威胁检测和响应功能。攻击迹象刚一出现，提供商的安全监控系统就可以升级NFV防火墙，以提供更深入的过滤，甚至扩展其硬件资源，在攻击发生期间保持相同的服务质量。利用SDN功能，提供商甚至可以重新配置网络，将防御性节点移近攻击源，最终将不良流量与正常流量隔离。使用这种广泛的方法，服务提供商和第三方可
• 47 |
• 以从根本上对配置、节点功能和基于云的应用程序进行参数化，从而按需提供安全即服务产品。这种概念形成了称作网络切片的5G功能。
• 网络切片
• 网络切片本质上是一种冻结的网络配置，它采用的 5G SDN和虚拟化功能也用于实现对网络事件的动态化实时响应。与通过共享资源将加密流量通过隧道传送到VPN服务器的虚拟专用网络(VPN)不同，网络切片包含了一套专用虚拟资源，这些资源在 SDN配置中定义，并由 NFV服务来承载。高安全性切片可能包括增强型NFV防火墙和防御节点，这是其"冻结"配置的一部分，而不是前述对攻击的按需响应。
• 与之相对，为物联网(IoT)应用构建的切片可能会放宽某些安全策略，从而能够适应一些受限的情况，例如资源受限的物联网传感器相对轻量级的安全功能。同时，用于金融网络的切片可以使用不同的SDN配置，配备针对安全性以及大容量、低延迟事务而进行过优化的NFV服务。通过优化的切片来匹配特定域需求的能力提供了无以复加的重要
• 安全功能。结合诸如微隔离(实现更细粒度隔离)等概念， 5G解决方案为提供商带来了许多新兴工具，可以支持和保护独特的特定应用网络(ASN)。
• 安全性挑战
• 物理入侵
• 尽管5G基础架构的底层技术可能提供种种潜在优势，但要实施采用这些技术的新架构，这本身也会对安全带来挑战，即使是最基本的元件(小型蜂窝)也可能会增加安全隐患。虽然现有的大型蜂窝塔至少能在一定程度上抵御物理攻击，但小型蜂窝却更容易受到物理攻击，而且由于需要大量部署，因而要接触到小型蜂窝基站并不困难。
• 但实际上，通过小型蜂窝的物理访问来渗透网络，这种威胁的可能性是微乎其微的，因为业界在其本地部署中已经获得了相当多的见解和经验；以智能水电表为例，就有经过验证的现成篡改和侵入检测机制可用于这些智能计量表，从而限制了对小型蜂窝实施物理攻击的可行性。当然，网络窃贼要攻击5G网络基础设施、其服务或用户，并不一
• 定需要物理访问小型蜂窝。实际上，由于5G网络结合了软件密集型架构与新的运行模式，因而可能会比单纯物理访问暴露出更多的威胁层面。
• 软件入侵
• 随着 5G网络而兴起的软件驱动、基于服务的架构造就
• 了一种全新的模式，这种模式可为多个贡献者提供
• 支持，因而以往在单一提供者模式中可以实现的影
• 响和监督，在当今的移动服务中会大为削弱。参与者
• 更多，便意味着新的机会也更多；这些参与者能够以
• 合理的成本将 5G软件组件封装到服务产品中，同时
• 还能优化覆盖范围、延迟、带宽以及消费者感兴趣的
• 任何其他参数。同时，合格的第三方开发人员将能够
• 利用与每个组件关联的应用程序编程接口 (API)，并
• 能够提供独特的NFV服务、专门的SDN配置甚至企业级"应用"。
• 与任何复杂的软件集成一样，将诸多具有不同API、协议和利益相关者的软件组件组合到一起，可能会在最终产品中留下安全漏洞。尽管每个软件组件可能都力图提供尽可能
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• 严密的安全性，但是组件自身的代码或用于其开发的软件库可能在无意中将安全性弱点内置于软件当中。由于此类内部弱点，在分布广泛且理应稳定的代码中已越来越多地出现"零日缺陷"，其普遍程度令人不安，而在仍处于不断发展阶段的代码集中，此类缺陷始终令人担忧
• 在像5G网络这样复杂的软件组件协作系统中，出现安全缺陷的可能性会急剧增加。组件、子系统或系统之间的每个边界都带来了由 API或相关事务协议中的弱点所引起的潜在威胁面。尽管针对API开发和协议分析的工具已有长足发展，但 5Gv网络仍面临大量潜在的第三方软件产品，每种都可能潜藏安全漏洞，专注于此的网络犯罪分子要发现它们，恐怕只是时间问题。
• 虽然不排除有少数此类安全漏洞是为了将来能够利用而有意设下的，但某些安全漏洞却可能是疏忽导致的，其根源也许仅仅是开发人员急于攻下"市场第一"的新功能而已。遗憾的是，业内这样的例子数不胜数。安全性能不佳的互联产品已经涌入市场，它们终会受到劫持成为僵尸网络的一部分，用于大规模的分布式拒绝服务 (DDoS)攻击。匆忙地将5G组件运用到新生的5G网络，是这种缺陷方法在潜在更大范围内的反映。
• 更糟糕的是，随着主流的移动电话运营商和新参与者急于推出产品，这种淘金心态正威胁着更广泛的5G服务组合。历史表明，在复杂的软件系统中确保安全性并不容易，而且执行严谨的测试通常会付出进度落后的代价。
• 不断发展的标准
• 除了预期的系统集成困难之外， 5G开发人员还要面对一个存在固有复杂性的框架，其中的标准和基本问题仍在不断演进。
• 在为包括关键安全协议、身份验证和PII传输在内的关键功能设置标准方面，行业利益相关者仍在解决所涉及的许多细节。定义这些标准本身即具有挑战性，但这同时还带来了其他挑战，特别是需要在保持与上一代网络兼容性的同时，最大程度地提高5G域中的安全性和隐私。 5G连接可以
• 通过诸如Wi-Fi等多种接入网络来建立，使这种模式的标准及其基本安全协议变得更加复杂。随着 5G网络标准的发展， 5G安全性将继续面临来自人们熟知的攻击向量以及寻求利用5G网络新元素的新攻击向量的多样威胁。例如，由SDN和虚拟化等人们熟知的技术形成的5G网络面临着与这两种嵌入式技术自身所面临的相同威胁，但是将这些技术集成到5G网络中还带来了新的攻击途径。
• ®
• 举例来说，用于动态配置网络或构建切片的文件面临着一系列类似于智能产品固件更新所面临的威胁。为了确保配置过程的安全， 5G网络提供商不仅需要应用安全更新机制，还需要将其嵌入到更高级别的安全策略之中。因此，这些策略需要包含中间件和更高级别的服务，甚至需要涉及企业级别的协作实体。要定义适当的信任模式并在瞬息万变的网络中加以实施，这需要花费时间来实现，这可能会压缩用来进行优化的时间。
• 5G网络"足够 "安全吗？
• 一些认真、广泛的工作已初具规模，为新的5G网络基础设施构建信任模式并定义详尽的安全措施。但是，这些工作尚未得到牢固确立，特别是还没有达到足够的程度，让最为注重安全性的组织不需要在安全总成本与即将到来的5G市场巨大机遇之间进行利弊权衡。实际上，期望连接无数设备、服务和个人的框架能够实现"完全"安全，这并不现实。
• 在现实中，系统仅需要"足够"安全，将相关要求从力求识别每一种威胁转变为将安全性构建于系统基础当中。即使
• 有许多 5G功能可用于增强安全性，但是最基本的方法仍然是保持对于每个 5G网络组件的安全意识。这种方法意味着通过设计来实现安全性，而不是在攻击已经造成损失之后修补安全漏洞。
• Figure
• Figure (11)
• Figure (12)
• Sect (4)
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• Mouser-Methods-v3i2-v2-sc-p51.pdf
• Structure Bookmarks
• 目录
• 5G前瞻：利用反向思维迎接 5G挑战
• 5G简介
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• Figure (1)
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• Figure (2)
• Mouser-Methods-v3i2-v2-sc-pages.pdf
• Structure Bookmarks
• 目录
• 5G前瞻：利用反向思维迎接 5G挑战
• 5G简介
• 5G在现有互联生态系统中的可行性
• 作者： Sravani Bhattacharjee，贸泽电子专稿
• Sravani Bhattacharjee是一名数据通信技术专家，拥有 20多年的从业经历。作为 Irecamedia Communications的负责人她目前致力于与工业物联网创新力量合作，通过发表各种评论和技术营销内容，来推动相关认识和商业决策的进步。 Sravani拥有电子工程硕士学
• Figure
• 位。
• 到2020年，预计将有超过一半的美国家庭拥有4K和8K高清电视。有线宽带可以支持家居中的4K/8K视频流，但无法支持需要极高流量的移动应用。
• 因此，世界上大部分地区都在寄希望于五代(5G)网络。在 5G蜂窝网络中，峰值数据传输速率为10Gbps(吉位每秒)，这意味着下载 1.2GB(吉字节 )超高清(UHD)电影仅需要不到一秒钟的时间。与其在第三代合作伙伴计划 (3GPP)中的前身(2G和3G/4G LTE)相比， 5G大幅提升的容量是移动连接的一次巨大进步。
• ™
• 与电子计算机领域的"摩尔定律"非常相似的是，互联网带宽的尼尔森定律预测带宽使用量每年将以50%的速度增长。为了跟上带宽需求的指数级增长， 5G无线技术必须发挥其预期作用。
• 在设备制造商和应用开发人员为5G产品和服务做准备时，我们必须对5G在各种场景下的适用性进行评估。 5G作为超低延迟宽带无线技术是否适用，必须通过与互联生态系统中的其他技术对比才能判定。例如，对于某些产品类别而言， 5G网络或许不是符合实际的选择。在决定是否采用5G取代其他连接方案时，性价比是至关重要的考虑因素。
• 17 |
• | 18 图1:这张快照图描述了 5G连接的性能指标（信息来源：贸泽电子） 流量增加了 10,000倍以上设备增加了 10-100倍 M2M超低成本可根据需要提供100Mbit/s的速度 10Gbit/s峰值数据速率 M2M电池寿命长达10年
• 本文将帮助系统工程师评估5G在现有互联生态系统中的可行性。
• 5G连接有哪些与众不同之处？
• 我们已经进入了以基于云端技术的互联应用为主导的时代。每个垂直行业都在向通过云端实现基本功能的服务模式进行转型。这种转变迫使我们要重新审视连接，也就是5G的适用场景。5G标准提供了全新的连接框架。从这一点上来说， 5G为现有的连接概念铺平了颠覆性的发展道路。
• 除了使用现有长期演进(LTE)范围之内的频谱外， 5G还使用毫米波 (mmWave)频段内的未许可频谱。根据《IEEE Spectrum》(IEEE频谱 )中一篇题为《5G Bytes: Millimeter Waves Explained》(5G字节：毫米波解读)的文章所述，毫米波在30GHz至300GHz (吉赫)的频率范围内广播时，可提供大大高于前几代频谱的带宽，并具有延迟更低的优势。但是，毫米波(波长 1mm到10mm)无法轻易穿过建筑物和其他障碍物，并且容易被雨水、树叶等吸收。这就是为什么5G小
• 高了无线容量，以连接更多的"物品"和数据流量。
• 使5G网络在数字领域脱颖而出的还有其他几个因素(图1)。
• 泛在连接
• 物联网(IoT)在所有垂直行业迅速扩张，目前主要连接传感器、执行器、泵和汽车等物理设备。到2020/2021年，数以十亿计的此类设备将需要网络连接以便与云端服务实现可靠通信。 5G小型蜂窝技术带来的容量提升可大规模支持物联网设备和机器对机器 (M2M)连接。与 4G LTE相比， 5G的单位面积带宽增加了1,000倍，流量增加了 10,000倍，单位面积连接的设备数增加了100倍。
• 实时性能
• 随着物联网达到工业规模，连接必须支持多种应用，如远程控制机器、无人机和机器人应用、时间敏感型工业控制回路、无人驾驶汽车导航、远程手术等。对于这些任务关键型应用，仅有高传输速度是不够的。为实现实时性能，延迟也必须非常低。 5G标准将宽带无线服务从移动互联网功能扩展到了物联网应用，这些应用需要超可靠、超快速的任务关键型通信。
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• 5G工程的生态系统：基础设施
• 作者： Barry Manz，贸泽电子专稿
• Barry Manz是Manz Communications, Inc.（曼兹通信公司）的总裁，该公司是他于 1987年创立的技术媒体关系机构。他曾与 100多家公司在射频、微波、国防、测试和测量、半导体、嵌入式系统、光波及其它市场进行过合作。
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• 与前代相比，第五代(5G)蜂窝无线电是一场前所未有的革使用数字域的网络虚拟化命。它涵盖的不仅仅是智能手机和平板电脑，更是开启了随着虚拟化使软件能够在数字域中执行功能，而不是像以万物互联的新时代。企业连接性和消费者连接性第一次变往那样必须要通过模拟和数字硬件，网络虚拟化的优势得同等重要。尽管移动性仍旧是5G运营环境的核心重点，正在变为现实，然而向虚拟化的转变显然需要大量计算资但5G也将服务于众多固定应用。无论是满足移动应用还是源。作为一家因智能手机、网络处理器和嵌入式处理器架
• 固定应用， 5G基础设施仍将需要基站(实际上比目前现有构设计而闻名于世的公司， Arm Limited (Arm)一直不曾忽的基站数量要高出几个数量级)，而部署这些基站可能是开视这一点。发完整5G生态系统过程中最具挑战性的任务。
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• Neoverse系列处理器是Arm专为服务器和基础设施设计
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• 量身定制的首个计算生态系统。该系列中的每款处理器不虚拟化仅包括中央处理器(CPU)核心，还包括互连方案， 5G对当前无线基础设施的影响触及三大重 从而可扩展到许多核心。 Neoverse处理器很可能要用例。首先是传统移动通信，即增强型移会在网络边缘大显身手，那里的高性能计算正变动宽带(eMBB)，其次是大规模机器类通信得越来越必要。这类处理器也非常适合5G基站， (mMTC)物联网(IoT)环境，最后也是最新的这种基站最终将会处理比4G长期演进(LTE)网络用例是超可靠低延迟通信(URLLC)，这也是等重
• "企业连接性和
• 消费者连接性
• 第一次变得同
• 片和其他无线基础设施未曾采用过的技术。的方法。例如，大规模多输入多输出(MIMO)等依赖数字信
• 号处理(DSP)的技术仍然需要将模拟信号转换为数字形式，网络从基于硬件向基于软件(即虚拟)的转型对各种规模的好在当今取得的重大进展已经可以应对从低频到微波和基站都造成了影响。这种新范式的两个"虚拟化工具" (NFV毫米波区域的频率的这种需求，制造出可以通过天线产生和SDN)执行的功能大同小异，因为它们均使用更少的硬件和接收这些射频信号的半导体。来提供大得多的网络控制，从而减少或消除随着网络发展而要对硬件进行变更的需求。这些虚拟化工具的能力也意味着只需更少数量的硬件。
• 5G必将可以实现所有互联优势，但需要大量的基础设施 (图源：Getty Images)
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• | 34 "将采用一种全新的方法 来生成和接收信号 ... "
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• 经典的三扇区宏基站。在每一个长矩形天线罩中都有多个天线单元，它们使用诸如大规模 MIMO和波束形成等技术来扩展基站的容量。 (图源： Getty Images)
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• RF输出功率
• 在过去 20年里，基站射频功率放大器 (PA)使用双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)场效应晶体管产生宏基站中的射频功率。这项技术经过多年的发展，在单个设备可产生的功率方面取得了长足进步 (目前约为 2kW)，并得到了高效利用，从而击败了所有其他潜在的竞争者。但是， LDMOS的最大可用工作频率约为 4GHz，这使其无法在大多数5G网络提出的新频率上使用。氮化镓 (GaN)是有望接过这面大旗的技术，在不到15年的商业化历程中，已巩固了其在射频功率方面发挥重要作用的地位。
• 例如， GaN半导体管芯片的单位射频功率输出是砷化镓 (GaAs)的10倍，并具有更高的效率、更高的电压范围和出色的热特性。碳化硅 (SiC)基片上的 GaN提供了比硅基片上 GaN更好的性能，但同时成本也更高。这意味着后者将在成本至关重要的小型蜂窝中派上用场，在这一领域与多年来主导智能手机功率半导体技术的GaAs一较高下。
• 在固态器件难以实现高射频输出的毫米波频率，硅锗 (SiGe)、互补金属氧化物半导体(CMOS)和GaAs将成为关键技术。除 LDMOS外，所有这些技术对于射频功率产生或接收应用(例如低噪声放大器(LNA))也将非常重要。
• 射频前端：封装功能集成
• 5G基础设施需要微波和毫米波设备的制造商增强功能集成，以降低成本、复杂性和尺寸，并满足小型蜂窝基站 (以及最终用户设备)的需求。封装技术将是实现这个目标的基本要素，因为 4G已经将无线电必须容纳的频段数量增加到了 30个左右，而5G要将这个数量增加到40个甚至更多。单个设备中容纳所有这些频段似乎不太可能，况且每个频段都有各自不同的特性，因此需要使用不同的技术。尽管如此，从1GHz以下到毫米波长的每个波段都必须尽可能地高度集成。
• 为制造这些高集成度的射频设备，射频前端(RFFE)制造商采用了各种各样的办法。下面让我们看看Analog Devices、Skyworks Solutions和Qorvo都各自采用何种方法来打造实现这一壮举的产品。
• Analog Devices
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• Analog Devices正在生产RadioVerse产品系列的收发器 (专门用来满足从1GHz以下到6GHz的所有5G应用)。该系列中的三款设备均采用10×10mm封装，将微微蜂窝的目标瞄准到分布式天线系统和物联网网关。它们还能在 325MHz到3.8GHz的频率下工作。
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• Analog Devices的AD9361和AD9363是高度集成的器件，包括带有四个输出的双收发器、小数N分频合成器以及12位数模和模数转换器(DAC/ADC)，还具有最高可达20MHz的可调节信道带宽，可提供6个差分输入或12个单端接收输入，同时还有CMOS和低电压差分信号接口。 AD9364覆盖70MHz至6GHz的频率范围，可调带宽范围是700kHz至 56MHz，设计用于3G及以后的基站以及点对点微波链路。
• Analog Devices产品组合中的其他产品还有ADRV9009，这是一款具有双发送器和接收器以及DSP功能的集成式收发器，可用于3G到5G宏蜂窝(和其他应用)，覆盖的频率范围是75MHz至6GHz，最大频道带宽为450MHz。
• Skyworks
• Skyworks Solutions近期发布的Sky5平台适用于5G低频段、中频段、高频段、超高频段的收发部分。 Sky5通过提供天线管理、 MIMO和多样性，以及用于全球定位系统 (GPS)、Wi-Fi和授权频谱辅助接入(LAA)频率的模块来完成这项任务。 Sky5的产品系列包括具有集成滤波器、双工器和开关的PA。
• Qorvo
• Qorvo在2017年推出了首款5G集成RFFE模块，命名为 QM19000。该模块采用Qorvo的GaAs异质结双极晶体管工艺制造，并将PA、LNA、发射/接收开关和滤波器集成到一个在 3.3GHz至4.2GHz之间具有 400MHz通道带宽的单一模块中。 QM19000支持包络跟踪(ET)和平均功率跟踪(APT)，要同时满足4G LTE和5G的要求，这两种放大器方案缺一不可。QM19000模块可使用高级电源管理方案(PMS)实现在 4G LTE和5G技术之间进行切换。 ET和APT技术都必不可少，因为
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• Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC
• mouser.cn/xilinx-zynq-ultrascale-zcu111-eval-kit
• Figure (1)
• Amphenol / SV Microwave LiteTouch无焊PCB连接器
• mouser.cn/amphenol-sv-microwave-litetouch
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• Figure (2)
• Micron 5210 ION企业级 SATA QLC SSD
• mouser.cn/micron-5210-qlc-ssd
• Figure (3)
• TE Connectivity ERFV同轴连接器
• mouser.cn/te-erfv-coax-connectors
• David Talbott是 Mighty Guides®的 IT和技术分析师，专注于各种新兴技术，包括深度学习、云计算和边缘计算以及海量连接 (ubiquitous connectivity)，同时还关注如何将这些技术融合，以创建强大的自学习系统。
• 天线设计事关 5G成败
• 作者： David Talbott，贸泽电子专稿
• 第五代新无线电 (5G NR)通信框架为度的传感器和设备阵列、用于监减小，其收发增益都会增大。对于各种蜂窝通信提供了全新的方法。它支持控全球复杂供应链的设备以及高天线实施方式而言，需要在尺寸和增可扩展波形、多址接入方案以及大范速移动的互联设备益之间做出权衡，才能找出最优的尺围带宽的服务多路复用。它还在支持 •超可靠低时延通信(URLLC)：适寸。现有服务的同时向前兼容未来的要用于任务关键型实时应用，例如求。工业控制系统、自动驾驶汽车，以
• 5G天线技术与设计
• 要达到5G NR目标，需要在新的天线设虽然与以往协议相比， 5G无线要求更延的应用，例如远程实时手术
• 及需要高带宽、高可靠性和低时
• 计中采用有源天线阵列，以扩大覆盖范
• 复杂的信号处理以及更高的数据传输
• 围、减少干扰并提高数据承载能力。速率处理能力，但其成功的关键之一要满足这些要求，就必须使用新的频在于天线设计。本文综述了5G用例和谱。分配给5G通信的新频谱分为中低5G规范如何改变天线设计，以及这些频(最高6GHz[吉赫兹])和高频(使用范围完整频谱的要求新设计如何克服5G网络实施中的最 24GHz以上的毫米波 )，因而 5G天线设为了能够在分配给5G通信的所有大困难。计面临的一项挑战就是部分设备需要频率范围内运行， 5G NR使用了可在多个频带上运行。另一个挑战则在扩展的框架，该框架可在450MHz 于
• 满足5G频率
• 5G NR规范及其对天线
• 设计的意义
• 5G的设计构想是作为一种规范来实现
• 以下功能：
• •增强型移动宽带 (eMBB)：适用波信号之间留出不同的间隔，以适应
• 扰的可能性。
• 于数据密集型应用，例如增强现不同频率范围提供的各种信道宽度。实(AR)、三维 (3D)视频会议、二维此外，还要关注天线的尺寸。尽管较高频率越高，信道就越宽，子载波间隔 (2D)串流视频、互联网连接的固的频率只需较小的天线就可以实现相就越大；频率越低，信道就越窄，子载定无线接入和其他高带宽应用同的增益水平，但较小的天线捕获的波间隔就越小。将子载波间隔缩放到
• •大规模的机器类通信 (mMTC)：适能量也少，因此与低频相比有效范围可用的信道宽度，就可以让5G框架在用于大规模的直接物联网(IoT)连也更小。另一方面，在天线物理面积固很大的频率范围内运行，这就可以在接，包括互联城市和家居中高密定的情况下，随着频率提高、波束宽度现有的4G长期演进(LTE)网络中部署
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