科技行者邂逅垂直行业 等待5G大放异彩

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是哪些技术推进了5G毫米波由不可能变为可能?还有哪些实际的需求在促进5G的尽快商用?且听且看。

来源:科技行者 2018年11月8日

关键字:5G 高通 私有网络 工业物联网

科技行者 11月8日 北京消息(文/于艺婉): 峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,比4G网络的传输速度快数百倍,整部超高清画质电影可在1秒之内下载完成――这是业内对于5G最直观的描述。5G的意义当然不局限于网速更快、体验更优,其高可靠、低时延、广覆盖的特性也赋予了它连接新行业、催生新服务的使命。如果说4G改变了生活,那么5G将改变社会。不过,在其大展身手之前,我们不妨先来了解一些它背后的技术。

在5G即将到来的当下,手机仍旧是最重要的终端形态。如果把网络看做高速公路,那么手机就应该是行驶在路上的汽车,两者相辅相成。于车于路,数百家企业耕耘在无线通信领域为推进5G商用做着贡献,高通就是其中之一,而其提供的产品则是很多终端厂商研发生产5G手机的基础。

5G射频的小身材大智慧

在2018高通4G/5G峰会期间,高通宣布推出面向智能手机和其他类型移动终端的高通QTM052毫米波天线模组系列的最“小” 新产品——全集成5G新空口(5G NR)毫米波(mmWave)模组。这款最新推出的毫米波天线模组,比他们于今年7月发布的首批QTM052毫米波天线模组在尺寸上小了25%。

QTM052毫米波天线模组到底有多重要?它是全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口(5G NR)毫米波及6GHz以下射频模组。高通QTM052毫米波天线模组系列和高通QPM56xx 6GHz以下射频模组系列可与高通骁龙™X50 5G调制解调器配合,共同提供从调制解调器到天线(modem-to-antenna)且跨频段的多项功能,并支持紧凑封装尺寸以适合于移动终端集成。消费者有望在2019年第二季度就可以用上5G手机。 

由于面临诸多技术和设计挑战,很多人都认为毫米波在移动终端和网络中的应用是不切实际且不可实现的。首先,毫米波能量发散比较快,容易衰弱,无法传播到很远;其次,毫米波频谱容易被楼宇、人体等阻挡、反射和折射;第三,毫米波受限于很多空间因素,衰减非常快。不过,高通将波束成形、波束导向和波束追踪技术应用到产品中,显著改善了毫米波信号的覆盖范围及可靠性。 

波束成形是不可或缺的幕后功臣,高通的毫米波天线模组不再使用全向发射,而是选择定向发射。把能量聚集在一个波束,从而使得能量能够传输得更远,以提高覆盖。高通利用多个天线形成相控天线阵列,天线之间的信号经过互相干涉影响,能把信号能量集中在一个方向发射出去。

形成波束后又出现了其它问题,如果只有一个波束,波束的方向又不变,一旦手机的位置有变动,信号就无法传到基站。因此,波束必须要通过波束导向技术不断调整,指向传输对象的方向。同时,手机持有者的位置不断移动,基站相对于人的位置也在变,这就需要波束追踪技术来时刻追踪天线移动的位置,并让波束做出相应的调整。

因此,我们需要毫米波天线产品既能支持形成波束,又能控制波束的方向,还能追踪接收方位置的变化,让波束一直保持在最佳的传输位置上。这更要求整个射频链路上从调制解调器到收发器、放大器再到天线的所有器件都能更智能地协同工作。而高通推出的QTM052毫米波天线模组,与骁龙X50 5G调制解调器协同工作并形成完整系统,应对了毫米波带来的巨大挑战。

“预计全球多个地区都将在2019年实现5G部署。今天,5G已经不仅只是技术演示,它即将成为现实。北美地区即将利用6GHz以下和毫米波频谱实现5G部署。在欧洲,6GHz以下频段也将被利用,同时,运营商、基础设备厂商和手机厂商也正考虑在欧洲利用毫米波频段支持5G。日本和韩国也将利用6GHz以下和毫米波两种频段,澳大利亚和中国等国家则将采用6GHz以下频段。同时,毫米波正在中国取得快速发展,我们已经看到了运营商的决心。5G在全球范围内正逐步实现规模部署。我们也很高兴看到,消费者将能够在2019年购买到多款支持5G技术的智能手机。”高通总裁克里斯蒂安诺·阿蒙说。 

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高通总裁克里斯蒂安诺·阿蒙

始终连接的PC

自从有了数据通信后,有关“杀手应用”的话题就没有停止过,5G商用之前,这样的讨论一直都在。对此,高通工程技术高级副总裁、4G/5G业务总经理马德嘉给出了他的理解。“近几年有这样一个趋势,人们不再需要将数据保存到笔记本电脑上,而是将数据存储到云端。随着2019年5G网络的部署,这样的需求会进一步扩大。更多用户将期待他们的PC始终与云端连接,他们可以随时随地从云端获取服务和数据,其中,可提供低时延和高数据吞吐量的5G网络将发挥关键作用,‘始终连接、始终在线的PC’就是典型的用例。我们认为这一类用例也将在2019年出现。 ”

脑补一个场景:当你正在上传或下载一个重要文件时接到了一个电话,你不得不夹着笔记本电脑飞奔出家门,正在传输的文件也因为离开了Wi-Fi网络而断掉连接,于你来讲,是又着急又无奈,这时候,你一定希望自己的笔记本电脑可以随时连网、随时在线、随时可用。其实,这样的产品不用等到5G时代,已经有很多运营商开始为PC用户提供这种“始终连接”的服务。

2016年12月8日,微软在深圳召开的WinHEC大会上宣布,将高通骁龙纳入到新的芯片合作伙伴当中。当月,在高通举办的第二届骁龙技术峰会上,华硕和惠普分别发布了其首款骁龙平台Windows设备——华硕NovaGo超轻薄二合一笔记本电脑和可拆卸式惠普ENVY x2笔记本电脑。在今年一月的美国CES上,冠以“始终在线 始终连接”的PC正式亮相,二合一可拆卸的Miix 630采用了骁龙835移动PC平台和Windows 10S,可实现简洁的体验。 

“高通已经与微软进行了深入合作,推动这一崭新PC品类的发展。用户的PC体验正在被重新定义,双方将很多智能手机的使用习惯带到了PC当中,如全天甚至多天的电池续航、即开即用、可始终与云端保持连接等。这将是PC行业的一个全新起点,那就是未来通过5G支持的始终连接的PC,高通正为PC行业的这一转型做好准备。”克里斯蒂安诺·阿蒙说。 

首先来了解一下高通和微软如何一起合作,他们最先需要解决的是消费者在使用笔记本电脑和二合一PC时的一大痛点:电池续航能力。根据调查,电池续航是目前个人电脑的首要痛点。事实上,当消费者被问及如果让他们自己组装一台设备,他们想让这台设备拥有什么特性,超过50%的受访者想要至少20小时的电池续航,而近80%的受访者想要至少16小时的电池续航。而在市面上大部分设备宣称能达到10小时以上的电池续航,显然,现实和承诺之间有差距。

通过骁龙移动PC平台,这类新型的二合一PC实现了超过一整天的电池续航。从概念开始,骁龙平台就旨在带来拥有极致功耗、能够一整天续航的小型便携设备。为了这一使命,骁龙835移动平台在设计时优化了能量消耗以及八核心架构的性能,从而使消费者受益于电池续航。这是通过集成所有技术在一块芯片上实现的(CPU、GPU、DSP等等),利用低功耗架构,并缩小芯片体积——其晶体管只有10nm。 这一低功耗平台带来的好处不只是电池续航能力,因为其低功耗的特性,发热也很低。OEM厂商终于可以抛开复杂且产生噪音的冷却风扇。

有了像智能手机一样的电池续航,用户的个人电脑无需关机。它可以始终开启,像你的智能手机一样,通过云同步数据。归功于一种新的低功耗状态“连接待机”,电脑可以根据你的位置接入4G LTE或Wi-Fi,与云端服务器连接,推送通知,随时随地对用户的要求做出回应。 

据克里斯蒂安诺·阿蒙介绍,在过去6个月中,已有5款基于骁龙835和骁龙850平台的产品陆续上市,包括两款搭载骁龙850移动计算平台的PC产品——联想Yoga C630和三星Galaxy Book2。可以想见,整个市场正转向始终连接的PC。随着5G网络的部署,5G将成为主要的宽带连接和无线架构,连接所有计算终端。未来还将有更多基于骁龙平台的始终连接PC产品推出市场。”

同时,始终连接的PC也得到了更多网络服务商的支持。Sprint、中国电信、TIM和EE等运营商正在推出免费或无限量数据流量服务,中华电信、德国电信、Telefonica等运营商也在提供与始终连接PC绑定的数据服务。“此外,高通还与京东、亚马逊、Sprint在线商店等有深入合作。未来,将有更多运营商有望加入到始终连接PC的生态系统中来,因为大家清楚,当5G技术变得更加成熟时,PC的未来将走向何方。”克里斯蒂安诺· 阿蒙说。 

对5G需求旺盛的私有网络 

鉴于毫米波高带宽、波束窄、保密性好以及传输质量高等特性,对吞吐量要求高的密集区域可以成为毫米波技术的典型应用场景。诸如企业和工业网络,也可以称它们为私有网络。“私有网络是5G部署中的一大要素。我会将私有网络与电话的PBX系统做类比,私有网络之于5G,正如PBX之于公共电话系统。”克里斯蒂安诺· 阿蒙说。

私有网络将实现与之前多代通信技术不同的一点,就是其将支持更高的网络密度。在运营商建设5G网络的同时,企业和工业也将建设他们的私有网络,两者的结合将带来大量的新用例。而要实现这点,就需要小型基站技术,这项技术将支持5G密集的部署架构,并支持公共及私有工业网络之间的多种配置方式。

在2018高通4G/5G峰会上,高通与三星电子宣布,双方正合作开发5G小型基站。高通 FSM™100xx 10纳米5G解决方案可支持三星5G小型基站解决方案使用6GHz以下和毫米波频谱,从而帮助提供新一代无线体验。FSM100xx于2018年5月发布,可提供多项5G特性,包括在当前业内紧凑封装中提供MIMO基带功能。

5G网络将利用小型基站提供数千兆比特吞吐量和毫秒级时延,以提升无线体验并支持多样化的新兴应用,如增强现实和虚拟现实。此外,5G网络拥还可创造众多全新机遇,如依赖高速安全无线链路的自动导引车(AGV)以实现工业自动化。

5G到底在怎样改变着社会呢?马德嘉表示:“与以往不同的是,今天往往是垂直行业的企业主动找到高通,以工业物联网为例,高通今天已经在该领域有多个合作伙伴。他们希望通过无线技术,打造更灵活的生产和制造流程。所以说,与其说是通信企业向垂直行业提供解决方案,不如说是垂直行业的企业有这样的需求,主动找到我们。” 

工业企业通常对本地连接有所需求,并且通常作业于偏远地区或临时场地,例如矿山、电厂、近海石油平台、工厂、仓库或港口,而对上述环境来说,在连接方面可能颇具挑战。其实早在2017年初,通用电气、诺基亚和高通三方已成功演示面向工业物联网(IIoT)市场的私有LTE网络,把各方的平台和技术融为一体,旨在推动工业生产过程的数字化。

当然,私有网络的发展也在与时俱进,还是以工业物联网为例,今天的工业物联网要求错误率不能超过百万分之一的可靠性以及毫秒级的时延,工业机器人控制、高精度生产制造等用例都需要全新技术的支持才能实现,这些要求只有5G网络能够实现。“5G强大的功能,尤其是提供超高可靠低时延通信(uRLLC)的能力,尤其适合于支持工业物联网的诸多应用。当然,5G对于满足更多垂直行业的私有网络需求同样重要,这将带来全新的商业模式和巨大价值。”马德嘉说。


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