‧ 物聯網為何需要 5G？

來源： 譯言網

2020年第五代通信技術(5G)到來時，工程師們期望它能夠處理1000倍於今天蜂窩系統的行動資料。也有人認為它也將會成為物聯網(IoT)的骨幹網，連接固定和行動設備(如固定售貨機、汽車)，成為新經濟革命的一部分。

www.slideshare.net

新的架構、新的通信技術，以及新的硬體，將會使這種轉變成為可能。上個月在《中國科學》雜誌上，Lancsater大學Ding Zhiguo所在的研究團隊，和中國西南交通大學的研究者們，回顧了當前的研究和未來5G的需求。在一次通過Skype的採訪中，Ding對Spectrum談了關於5G，會如何改變未來的觀點。

　　

S(Spectrum)：許多國家正部署4G，但它已經過時了嗎？

D(Ding)：事實上，在今天4G是足夠的，但是未來5或10年，新應用會層出不窮，4G顯然不能滿足要求。5G會提升資料速率，減少端到端的延遲，提升覆蓋。這些特性對於許多物聯網相關的應用，是尤為重要的。比如，在新近出現的自動駕駛車輛和智慧交通中，小的延遲就是必須的。另一個例子是，隨著交互行動遊戲的普及，對於頻寬的需求是更加迫切的。不幸的是，當前的4G不支持這些。

　　

S：所以5G會在物聯網中扮演一個基礎的角色？

　　

D：我認為物聯網會成為5G理想的應用場景。當前物聯網的現狀是有一些各自獨立的系統。比如，我們有RIFD，有短距離通信技術，如UWB、藍牙等等。當我們談到像智慧城市這樣大的圖景時，我們需要一個無縫連接的統一框架，這恰恰是一個問題。而5G恰好是提供統一框架的一個好機會。

networks.nokia.com

　　

S：5G如何處理巨量連接到物聯網的設備？頻寬夠嗎？

　　

D：之前的1G-4G技術，依賴於所謂正交多址接入技術。以2G中使用的時分多址接入為例，我們把1秒劃分為許多短的間隔，稱為時隙。之後我們給每個用戶分配一個特定時隙，一個用戶不能接入分給別人的通道。這種正交多址接入技術，很難支援未來的物聯網應用。

我們將會有大量設備，且我們不得不為它們中的每個分配專用的時隙。但由於可用的時隙和頻寬數量是有限的，我們最終將無法做到。這就是正交多址接入技術，不適用於5G的原因。

　　

當前有許多關於如何在有限的頻寬通道上，容納大量使用者的非正交多址接入技術的研究。理想的情況下，非正交多址接入技術會在系統輸送量，和使用者公平性之間，取得一個更好的平衡。

當然，在用戶之間會有干擾，一些使用者只能體驗低資料速率。但非常有趣的是，在物聯網中，有許多設備只需要適時地保持低速率即可。比如無線醫療中，可穿戴設備(如心跳檢測器、生物感測器等)需要把病人的資料，及時地發給醫院伺服器，但這些設備使用的資料速率並不高。

通過使用非正交多址接入，我們可以將大量有不同業務品質需求的物聯網使用者/設備擠，在相同的時隙或頻帶上。在這個意義下，非正交方法的概念對於物聯網來說，是非常令人興奮和完美的。

　　

consumers.ofcom.org.uk

另外的一種解釋打破正交多址接入好處的方法，是將非正交多址接入，視為認知無線電技術的一個特例。當前，我們將單個頻寬或通道分配給一個使用者，由於此通道正被該使用者佔用，所以不能被覆用。

通過認知無線電通信，我們可以讓新的使用者進入該通道。如果這些用戶到基站之間有好的連接，則我們可以實現高資料速率。當然這也會引起初始使用者一些性能上的下降，但當這些初始用戶到基站的連接不佳，或者用戶間實現了精細的功率控制機制時，這種下降並不十分嚴重。

　　

S：5G準備如何處理“頻譜緊張”(可用的頻帶已經滿了)？

　　

D：要解決頻譜緊張的問題，我們需要一系列技術的組合。一種方式是提升當前可用頻寬的效率，在這個意義下，我們可以應用非正交多址接入，大規模MIMO，雲無線接入網，全雙工等等。

www.spectrummatters.com

另一種方式是使用更短的毫米波長，60或90GHz，更多的頻譜頻寬可被用於電信。這裡有一些挑戰。如，頻率越高，空氣衰減越嚴重，這就排除了長距離傳輸的可能性。

另外，還有一個遮擋的問題，需要在發射機和接收機之間，有完整的視距傳輸。通過多天線可以解決該問題，當一條鏈路被阻擋了，在發射機和接收機之間還有其它鏈路。值得指出的是，在物聯網的許多應用場景中，使用毫米波通信是有前景的，感測器之間有視距連接且距離並不長。

　　

S：下一步準備做什麼？

　　

D：5G進展的時間表還未被官方確認。人們普遍預計，正式的討論以及標準化活動，將在明年啟動，而商業部署會從2020年開始。當前工業界和學術界，正共同辨識哪些標準和技術應該被使用，哪些不會。