連接技術所帶來的附加價值正在加速互連世界或網路社會的發展。在2013年時,手機用戶便已佔世界人口的96%,而在已開發國家中,超過74%的人都在使用行動寬頻服務。預計到了2019年,無線資料網路流量將增加10倍,幾乎地球上的每一個人都會是行動網路用戶。

同時,機器間通訊(M2M)也將出現因頻寬需求而相互競爭的情況。您或許不知道,一架噴射機在一次跨國飛行中所收集的感測器資料量將大於半個TB,而這些資料大部份都需要被傳送回地面通訊站。或者,僅僅是燃氣渦輪引擎上單個葉片的一個感測器,每天就會產生GB級的資料量。

各種因素導致這種對於無線連接的需求呈指數型成長。全新的應用和資料密集型內容正在利用無線連接進行快速傳輸。串流媒體和雲端服務佔據了高達80%的無線基礎設施負載。而影像內容解析度日益提高的趨勢,將進一步推動更高頻寬的需求。

無線連接正快速取代多種不同形式的電纜連接,同時也是世界上許多地方寬頻存取的主要方式。此外,很多可攜式裝置不再提供USB或顯示介面,而是將所有通訊都轉而採用無線連結。我們也看到,越來越多的設備透過無線技術實現了彼此的通訊而無需過多的人為干預。在工業和商業應用以及其它無線感測器網路中,機器類型通訊的部署正在不斷地增加。

由於終端裝置的運算和儲存正在轉向雲端資源,帶動著雲端服務的快速成長。而新興的行動電子商務,如車輛共享、無人機遠端感測和許多其它應用也正在崛起,這將進一步增加電子裝置與雲端伺服器之間的無線流量負荷。

因此,在推動5G標準這項突破性技術的過程中,有兩個主要因素:首先,最佳化和增強現有無線使用案例,將網路容量提升百倍以上。其次,將延遲降低10倍,以支援如機器型、汽車通訊和其它任務關鍵型低延遲應用等全新服務。在本文中,我們將回顧5G標準的部分需求和發展前景,闡述其所帶來的影響,並介紹德州儀器(TI)針對未來無線基礎設施的強大產品組合。

下一代5G無線網路的4個關鍵特性

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容量和光譜效率的提升

從2014年到2020年,全球無線資料需求預計將增加30倍。為了滿足如此迅速地增長,5G標準將以提升10倍容量和3倍光譜效率作為目標。光譜的價格高昂同時相對稀少,近期的平均價格為每人每MHz約2美元。5G標準將使用現有的已授權和免授權頻譜,以及蜂巢式網路頻帶中低於6GHz的全新光譜和毫米波頻率。此外,它還將部署光譜共用、大量天線、小型基地台技術和多波段叢集等眾多先進技術,有效地在全新服務中利用價格相對高昂的光譜。

不斷進化、靈活和異質特性

全新的5G標準將需要具有一定的靈活性,以跟上不斷革新的生態系統和全新應用。可攜式裝置、新興汽車通訊、工業網路和其它設備上的全新行動應用及服務對於延遲和頻寬的需求也在持續發展。5G將從現有蜂巢式網路標準的演變中受益。此外,它將在已授權與免授權的光譜頻帶中協調和最佳化現有的無線電連接,其中包括Wi-Fi以及針對那些超密集區域,在毫米波光譜內的全新無線電技術。

高服務品質

未來的無線系統有望解決通話中斷、覆蓋範圍小、下載速度慢等長期困擾使用者的問題。針對不同的應用,服務品質會有很大的差異。高可靠度汽車或機器型通訊中的低延遲、串流影音的高資料頻寬以及使用者所需要的良好覆蓋範圍,皆對無線服務的廣泛採用至關重要。

能源效率

對於消費者和服務供應商而言,可攜式裝置擁有更長的電池使用壽命和「綠色」存取點的能源效率十分重要。很多M2M網路具有相對較低的工作週期和數量甚多的節點,而需要更高峰值資料速率的影音串流反而卻擁有更少的節點。因此,透過可自我調整的無線資源分配將能最佳化配置,進而提升能效。

實現5G創新

未來,5G架構將繼續在網路、無線電存取和實體層方面不斷發展。其對於強化型和突破性服務的實現需要所有層級的創新。對此,德州儀器(TI)提供許多足以推動5G無線電發展、橫跨多種創新產品組合的廣泛研發專案:

快速資料存取: 5G寬廣的頻寬以及多無線電的特性需要一系列的寬頻超高速ADC和DAC,以提供最大的靈活性和支援多個頻帶及標準的穩健前端。

具有大量MIMO的先進RF域處理: 5G中功率放大器、天線、濾波器和匹配電路的數量可以高達64個或更多。這些元件在效率和整合方面的提升對於無線電的總體電源效率和性能十分關鍵。

時脈和定時: 快速資料存取和高性能、寬多波段無線電需要超低抖動的定時和頻率基準。5G無線電具有光譜敏捷的特性,進一步加劇了對於快速鎖定基準的需求。

毫米波技術: 具有大量天線,頻率在27GHz和以上的高整合度多重輸入/多重輸出 (MIMO) 無線電是5G系統的關鍵。

電源管理: 針對下一代無線電的智慧電源管理,為分散式電源管理提供了遠端監控和通訊,以及針對可變負載和流量的自我調節重配置最佳化供電。

無所不在的互連將繼續成為經濟發展的主要動力,提供前所未有的商機,並對整個社會的互動與全球化產生深遠的影響。此外,新興的機器型通訊將會為許多市場帶來更高的效率和生產力。而破壞式創新對於實現此願景,則是不可或缺的一環。