当前位置:首页 极科头条 中国超高速无线通信技术助力5G工业应用 1970-01-01 08:00:00 来源:新华社 领域:行业热点 浏览:33

新华社3月23日消息,5G技术在工业互联领域的应用是各国研究热点。正在日内瓦举行的2018年信息社会世界峰会论坛上,一家中国企业推介的超高速无线通信技术有助于保障5G通信在工业应用中的高可靠、低延时,引发广泛关注。

中国新岸线公司技术副总裁雷俊22日在论坛主题演讲中介绍,该公司推出的超高速无线通信技术(EUHT)兼具超宽带、大容量、低重传的特点,达到了5G技术在工业应用中所需要的高可靠、低延时等特性。

雷俊在会后接受新华社记者采访时说,关于5G标准的探讨,是本次论坛的热点之一。EUHT的技术创新和不断升级,有利于中国竞争5G国际标准。

在不久前的巴塞罗那世界移动通信大会上,新岸线公司展示了结合EUHT的全球首款商用超宽带车地无线通信解决方案,吸引了众多专业人士关注,并与韩国、德国等国铁路部门达成了合作意向。

雷俊介绍说,从2G、3G到4G,无线通信主要是面向个人的消费类市场。随着5G时代序幕的开启,通信巨头们意识到万物互联的工业类市场的重要性,开始着手研究高可靠、低延时的无线通信技术。新岸线公司早在2006年就开始布局,目前已拥有全套核心芯片和产品。

一年一度的信息社会世界峰会论坛由国际电信联盟等机构主办。今年的论坛于3月19日至23日举行,主题是“利用信息通信技术建设信息与知识社会,促进实现可持续发展目标”。

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0评论 2017-03-27
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0评论 2017-03-27
5G是什么? 在3G、4G和5G等名词中,G是英文单词“generation”(第x代)的缩写。因此,5G就是第五代移动通信技术。 一、5G的发展历程关键点 在移动通信领域: 第一代是模拟技术; 第二代实现了数字化语音通信; 第三代是人们熟知的3g技术,以多媒体通信为特征; 第四代是正在铺开的4g技术,其通信速率大大提高,标志着进入无线宽带时代。 简单来看,5G的速度将会更快,而功耗将低于4G,从而带来一系列新的无线产品。中移动副总裁李正茂曾经发言要求5G时代的电信设备大幅度降价:“4G到5G时代,单位比特的传输成本降低了1000倍,那么我们也希望电信设备价格也降低1000倍,成本是决定运营商在数据时代能否盈利的关键。” 1.5G其实并不是全新科技 关于5G的两种不同观点 有一种观点认为,5G将会是全新技术。这个观点的代表者为华为无线网络产品线CMO杨超斌,在他看来,4G再怎么演变也不会变成5G,5G将会是一个全新技术。 5G不只是一次技术的更新,更是非常大的跳跃性发展、是一个变革,这也意味着网络架构必须提升,5G对网路的需求将与4G截然不同;虽然现在使用的4G LTE技术仍会不断演进,但4G再怎么演变也不会成为5G,5G将会是全新技术。 但大多数技术专家更倾向于以下观点:5G就是4G技术的必然演进——既要演进也要革命。 虽然任何一代技术发展,都不可能是上一代技术的重复,如果新一代的技术和上一代技术是一样,那还什么新一代,所以3G技术不同于2G,4G不同于3G,它的 技术原理、解决问题的方式、部署的办法,实现的能力都不同,但是没有上一代技术的根基,或者说下一代没有对上一代的技术传承,实现革命性的升级也是空中楼阁。 5G不是横空出世个令人惊异的新技术,5G技术是现有技术的新组合,是4G技术的再演进。 为什么要强调“再”?因为4G LTE的后三个字母就是长期演进的意思,5G应是在4G基础上的再演进。关于技术演进的观点,科学松鼠会会员通信专业教师奥卡姆剃刀有个通俗的双驼峰理论,能很清晰解释5G仅仅是一种技术演进的观点。 奥卡姆剃刀的双驼峰理论 奥卡姆剃刀认为,一项新技术概念出现后,在业界会出现一个研究讨论的高潮,这是第一个驼峰。 相关的学术论文会产为热点,成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文,虽然很热闹,但这仅仅局限在学术研讨层面上,而在具体的技术实现方面还存在着很多问题,或者因成本原因而根本无法量产。 研究讨论高潮逐渐降温,这是第一个驼峰的下落期,接下来是低调务实的技术攻关,这个平台期可能几年也可能一二十年,当技术问题都解决后,就会迎来商家量产和投入市场的热潮,这就是第二个驼峰。 按照国际电信联盟关于2020年的规划,5年后就要全面进入5G了,而到现在核心技术体系还没有确立。回顾3G技术发展史,国际电信联盟于1998年6月30日接收了3G技术提案,并迎来了第一个驼峰期,直到2009年1月7日,工业和信息化部正式发放了三张3G牌照,这才进入到第二个驼峰, 平台期持续了11年,特别是三张牌照之一的TD-SCDMA,直到2013年才真正成熟,平台期长达15年,可刚成熟4G时代就来临了。按照“双驼峰规 律”,5年后将在全球推广使用的技术,应在2010年左右就迎来第一个驼峰,而不会在2020前的两三年横空出世,然后迅速被国际电信联盟确定为全球的 5G标准,这违反了一般的技术发展规律,不太可能成真。 2.没有3G、4G技术的发展就没有5G 实质上,在5G研究上大部分研发机构选择的道路也是如此,两条腿走路。 5G研发中提出两条腿走路:一方面继续推动基于4G技术的演进,一方面研发5G新技术,两者兼顾。 在 5G时代的千倍提速要求面前,通过4G技术的演进,只有通过大幅度的加大带宽才有可能。加大带宽是起点,由此而产生的毫米波、微基站、高阶MIMO、波束 赋型等都是顺理成章的技术趋势。5G时代对大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的关键技术核心也大都是基于4G网络技术延伸而来,大 都能成倍提升性能。以软空口技术为例,这个技术结合Pre5G的硬件处理能力,让运营商具有了从4G到5G的平滑升级能力,4G到Pre5G这个阶段,终 端不用更换,而从Pre5G到5G,基站设备也可以继续使用。 图:毫米波技术下的微基站 明白了5G就是第五代移动通信技术的基本定义就明白是从3G、4G升级而来,自然也是一种技术的积累和演进,也可以说没有3G、4G技术的发展就没有5G的产生。5G技术的演进一方面是技术积累的必然结果,当然也要求有革命性创新才能实现演进的目标,另一方面也是人类通信需求快速提高的必然要求。 反过来说,之前5G迟迟没普及,一是技术达不到,二是还没有应用的需求出现。现在有了需求,才有了5G。什么需求?未来的网络将会面对:1000倍的数据容量增长,10到100倍的无线设备连接,10到100倍的用户速率需求,10倍长的电池续航时间需求等等。坦白地讲,可能未来五六年4G网络或许将无法满足这些需求,所以5G就必须提前登场。 基于技术演进的判断,回顾我国通过3G和4G时代的艰苦奋斗,我们有理由相信我国的产业和技术的提升也为5G布局打下坚实的基础,我国从以往被动接受技术变为开始输出技术,会有机会发展成为全球5G技术、标准、产业和应用服务的领先国家之一,从跟随到引领,中国通信业有机会在5G时代学习中国高铁实现弯道超车。三大运营商、华为、大唐、中兴等中国企业对5G研发的投入由来已久,并走在世界前列。 二、5G到底有哪些优势? 对于数消费者而言,5G的价值在于它拥有比4g LTE更快的速度(峰值速率可达几十Gbps),例如你可以在一秒钟内下载一部高清电影,而4G LTE可能要10分钟。也正是因为这一得天独厚的优势,业界普遍认为5G将在无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域发挥重要作用。 和4G相比,5G的提升是全方位的,按照3GPP的定义,5G具备高性能、低延迟与高容量特性,而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这五大技术上。 1.毫米波 众所周知,随着连接到无线网络设备的数量的增加,频谱资源稀缺的问题日渐突出。至少就现在而言,我们还只能在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽,这极大的影响了用户的体验。 那么5G提供的几十个Gbps峰值速度如何实现呢? 众所周知,无线传输增加传输速率一般有两种方法,一是增加频谱利用率,二是增加频谱带宽。5G使用毫米波(26.5-300GHz)就是通过第二种方法 来提升速率,以28GHz频段为例,其可用频谱带宽达到了1GHz,而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz。 在移动通信的历史上,这是首次开启新的频带资源。在此之前,毫米波只在卫星和雷达系统上被应用,但现在已经有运营商开始使用毫米波在基站之间做测试。 当然,毫米波最大的缺点就是穿透力差、衰减大,因此要让毫米波频段下的5G通信在高楼林立的环境下传输并不容易,而小基站将解决这一问题。 2.小基站 上文提到毫米波的穿透力差并且在空气中的衰减很大,但因为毫米波的频率很高,波长很短,这就意味着其天线尺寸可以做得很小,这是部署小基站的基础。 可以预见的是,未来5G移动通信将不再依赖大型基站的布建架构,大量的小型基站将成为新的趋势,它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。 因为体积的大幅缩小,我们设置可以在250米左右部署一个小基站,这样排列下来,运营商可以在每个城市中部署数千个小基站以形成密集网络,每个基站可以 从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。当然,你大可不必担心功耗问题,小基站不仅在规模上要远远小于大基站,功耗上也大大缩小了。 除了通过毫米波广播之外,5G基站还将拥有比现在蜂窝网络基站多得多的天线,也就是Massive MIMO技术。 3.Massive MIMO 现有的4G基站只有十几根天线,但5G基站可以支持上百根天线,这些天线可以通过Massive MIMO技术形成大规模天线阵列,这就意味着基站可以同时从更多用户发送和接收信号,从而将移动网络的容量提升数十倍倍或更大。 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多输入多输出,实际上这种技术已经在一些4G基站上得到了应用。但到目前为止,Massive MIMO仅在实验室和几个现场试验中进行了测试。 隆德大学教授Ove Edfors曾指出,“Massive MIMO开启了无线通讯的新方向——当传统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享时,Massive MIMO则导入了空间域(spatial domain)的途径,其方式是在基地台采用大量的天线以及为其进行同步处理,如此则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。” 毋庸置疑,Massive MIMO是5G能否实现商用的关键技术,但是多天线也势必会带来更多的干扰,而波束成形就是解决这一问题的关键。 4.波束成形 Massive MIMO的主要挑战是减少干扰,但正是因为Massive MIMO技术每个天线阵列集成了更多的天线,如果能有效地控制这些天线,让它发出的每个电磁波的空间互相抵消或者增强,就可以形成一个很窄的波束,而不是全向发射,有限的能量都集中在特定方向上进行传输,不仅传输距离更远了,而且还避免了信号的干扰,这种将无线信号(电磁波)按特定方向传播的技术叫做波束 成形(beamforming)。 这一技术的优势不仅如此,它可以提升频谱利用率,通过这一技术我们可以同时从多个天线发送更多信息;在大规模天线基站,我们甚至可以通过信号处理算法来计算出信号的传输的最佳路径,并且最终移动终端的位置。因此,波束成形可以解决毫米波信号被障碍物阻挡 以及远距离衰减的问题。 除此之外,最后要提到5G的另一大特色——全双工技术。 5.全双工 全双工技术是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作,使得通信两端在上、下行可以在相同时间使用相同的频率,突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式,这是通信节点实现双向通信的关键之一,也是5G所需的高吞吐量和低延迟的关键技术。 在同一信道上同时接收和发送,这无疑大大提升了频谱效率。但是5G要使用这一颠覆性技术也面临着不小的挑战,根据《移动通信》之前发布的资料显示,主要有一下三大挑战: 1.电路板件设计,自干扰消除电路需满足宽频(大于100MHZ)和多MIMO(多于32天线)的条件,且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。 2.物理层、MAC层的优化设计问题,比如编码、调制、同步、检测、侦听、冲突避免、ACK等,尤其是针对MIMO的物理层优化。 3.对全双工和半双工之间动态切换的控制面优化,以及对现有帧结构和控制信令的优化问题。 因此,尽管5G的势头远远超过了之前的4G,但5G的未来仍充满了不确定性,现在我们需要等待的是这些技术从实验阶段走向实用。
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  • 奥卡姆剃刀
0评论 2017-03-27
5G能为半导体行业带来哪些新机遇? 2016年对于半导体产业来说无疑是颇不平静的一年,行业不但延续了2015年火热的并购整合潮,甚至连曾经的业内标杆ARM和NXP都选择了被收购,让业内人士震撼又感慨。巨头豪掷百亿美金去合纵连横,目的无非是瞄准未来的技术趋势进行战略布局,而5G的部署无疑将是未来数年内科技领域最重要的事件。据有关市场机构预测,5G网络到2025年会产生2500亿美元的年营收,并强力拉动上游产业,这势必会给在近年来动荡不安的半导体行业带来全新的机遇和挑战。 什么是5G? 从上世纪80年代至今,每一代移动通信标准都有着其标志性的能力指标和核心关键技术。1G 只能提供模拟语音业务; 2G的GSM网络主要采用时分多址( TDMA),可提供数字语音和低速数据业务;3G 以CDMA为技术特征,用户峰值速率达到 2Mbps 至数十Mbps, 可以支持多媒体数据业务; 4G LTE网络用户峰值速率可达 100Mbps以上,能够支持各种移动宽带数据业务。 相比前四代通讯技术,5G网络的变革将更加全面,关键能力也将更加丰富。与前几代移动通信网络主要依靠某单一技术驱动的演进不同,5G通讯技术更多地是由应用市场驱动,依赖的是一整套不同的技术,如新型多址技术,大规模天线阵列,超密集组网,全频谱介入等。在进一步提高通讯传输速度的同时,更加强调连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接等场景下的技术需求,为进一步升级的移动互联网市场,和新兴的物联网、智能汽车、智能制造、虚拟现实等市场提供多元化的技术方案。目前国际主流的行业组织、运营商、设备厂商和芯片厂商都在积极投入5G标准的制定,预计到2020年前后,5G网络将实现商用。 通讯芯片换代或将颠覆现有秩序 目前包括美、日、韩及大陆运营商纷纷将5G技术商用化时间点押宝在2020年,甚至有部分激进的运营商喊出2018年便可以抢先试行5G相关应用。5G网络的商用必然将催生移动通信芯片升级换代的海量市场,同时也将带来通讯芯片市场版图的巨大变化。回顾历史,每一代通讯标准的升级都伴随着通讯芯片厂商的起起落落,如3G网络直接带来了高通的崛起,同时也伴随着摩托罗拉通讯芯片业务(后拆分为Freescale)的衰落;4G时代,高通、联发科、海思、展讯等茁壮成长,而曾经被视为强强联合的LTE芯片厂商意法-爱立信(由意法、恩智浦、爱立信合资成立)却黯然解散,此外日本NEC、瑞萨也相继关停或出售了其4G芯片业务。面对5G芯片的巨大市场,主流的通讯芯片厂商如高通、三星、华为、联发科等都在进行战略布局,在4G大战中铩羽而归的Intel也对5G市场虎视眈眈。按照半导体产业赢家通吃的惯常逻辑,一番激烈竞争之后5G时代还是会诞生一家领跑厂商;至于最终花落谁家,还是让我们拭目以待吧。 低功耗广覆盖促进IoT落地 除了原有通讯芯片市场之外,5G的到来无疑将帮助许多新市场取得突破。其中受益最大的无疑就是物联网市场。 万物互联的物联网毫无疑问是未来发展的必然趋势。然而,各种物联网应用的设想虽然看起来很美,实际落地时却总会遇上各种各样的困难。其中一个重要的原因在于没有合适的网络连接方式。与手机和PC通讯都不同,大量物联网设备更需要低成本、低功耗、广覆盖的网络连接,若采用现有的运营商蜂窝网络就会遇到种种问题,如信号覆盖不够、电池更换频繁、流量及维护成本过高等问题。5G标准专门覆盖了这一技术空白,如3GPP今年正式发布的NB-IoT标准,一经推出即得到产业界的积极响应。据GSMA预测显示,NB-IoT在2020年将达到30亿的连接;研究机构Machina亦预测,NB-IoT未来将覆盖25%的物联网连接。 物联网设备按所需传输速率的分布 物联网中低速率、低功耗的终端将占据联网终端设备的60%,涉及到智能表计、智慧城市、物流跟踪等众多市场,潜力巨大。随着网络连接这一瓶颈的解除,众多新兴的应用场景,如智能水、电、燃气等计量表、市政管网监测节点、智能路灯、垃圾站点监测、农业灌溉监测、气象/水文数据采集、物流跟踪等市场必将迎来爆发,从而带动相关MEMS传感器芯片、MCU芯片以及通讯芯片本身的出货增长。 汽车自动化真正拉开大幕 一个月前,高通宣布以470美元收购恩智浦,创下了半导体业界最大的并购记录,也让我们感受到了半导体巨头对汽车电子志在必得的决心。 从传统汽车到互联网汽车再到无人车的演变大致遵循着两条路径。其一可称为由内而外的自主式路线,即通过先进的车载传感和控制系统,实现汽车对环境的自主判断和对车身的自主控制;其二可称为协同式路线,通过车联网,实现车与车、车与环境的实时交互(V2X),如通过车联网获知红绿灯信息、路况信息等,进而做出控制决策。两条路径会相互融合,最终实现真正的自动驾驶。 无论哪种方式,都需要5G快速普及商用之后才能真正实现。百度方面的数据表明,在未来的无人驾驶过程之中,单车每小时所产生的数据高达100GB。更重要的是,目前4G网络端到端延时在60ms以上,这对于高速行驶的汽车而言是非常危险的。5G网络有望解决这个问题。首先5G网络的负载能力会远远强于4G,网络的拥堵状况也会大大减轻;更重要的是5G技术会为自动汽车这类高优先级用户特别考虑,保证汽车控制信号能够一直以足够快的响应速度来传输。只有在高速率(可达10G峰值速率)、低延时(1ms)、大容量(相当于目前的1000倍容量)的5G网络部署之后,自动驾驶才能真正走入现实。届时,汽车将真正成为半导体行业最大的增长引擎。 加速“虚拟现实”走向现实 尽管业界声称2016年是“VR元年”,但从现实情况看,虚拟现实在短时间内大规模进入消费电子市场仍困难重重,其中数据传输是绕不过的障碍。 据美国有线实验室预计,消费者可能需要高达每秒150-200兆的网速来适应虚拟现实(VR)内容的互联网通讯。而多人体验可能需要更高的要求,网络需要达到千兆速度。目前高质量的基于PC端的VR产品由多是依赖HDMI线缆传输数据,然而线缆的存在不可避免将影响产品使用体验,尤其对于沉浸在虚拟环境中的使用者来说,线缆还有可能带来拉扯设备、绊倒等危险,因此无线化是VR产品的必然趋势。虽说目前802.11ac Wi-Fi通信技术在良好无干扰的环境下传输速度约可达300Mbps,但此为理想状态速度,尚未考虑频段拥挤和信号干扰等问题,况且若VR内容分辨率和刷新率再提升一些,802.11ac的带宽便会不足。尽管业界也推出了新的视频串流技术、数据压缩传输技术等,但这些技术仅仅只是在现有技术基础上的修修补补,而并非能够从根本上解决VR数据无线传输这一关键问题的基石。因此5G相关技术(如60Ghz Wi-Fi)才是虚拟现实真正走向现实的重要基础。目前在这一领域已经有不少厂商投入,除传统巨头如高通、Intel外,还有SiBEAM、Nitero等中小厂商。 虚拟现实是图像处理芯片和传感器特别是运动传感器芯片厂商的一大契机。对硬件厂商而言,VR装置最重要的参数就是显示器分辨率和刷新率,分辨率决定影像画面的细节度,而刷新率则决定用户在使用VR装置时的舒适程度。目前大多数虚拟现实头盔芯片都是以移动设备或PC芯片为基础开发的,并非最佳的芯片解决方案。由于VR需要让用户拥有不同视角的仿真感受,在图像运算和处理上要求极高。对于使用者而言,从转动头部开始算起,直至图形计算完成,传回头戴式显示器的屏幕中,此时间延迟需低于20ms,才有可能避免VR最大的眩晕难题,这对于感知、计算和传输的速度都提出了很高要求,需要专门优化的VR芯片支持。未来随着虚拟现实设备出货量的增加,VR专用芯片将必然出现,并成为GPU、高速无线通讯芯片、和传感器厂商的新动力。 化合物半导体崛起良机 5G 提出要覆盖毫米波频段,将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能,比如功率、线性度、 工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。以功率放大器(PA)为例, PA 功率附加效率(PAE) 最低要求 60%,目前 skyworks 的 GaAs PA 可以做到 78%,而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。虽然高通也推出了基于CMOS工艺的射频前端芯片,但由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷,实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。由于 5G 通信全频带通信的特性,5G 手机中射频前端芯片数量将进一步增加,带动以GaAs为代表的化合物半导体产业链发展。 GaN未来市场预测(Yole) 而在基站端,由于对高功率的需求,GaN 因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性,是目前最有希望的下一代通信基站PA芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率,但这一频段的电磁波传输距离很短,且容易被障碍物阻挡。这意味着,移动运营商可能需要建设数百万个小型基站,将其部署至每根电线杆、每栋大楼,每户房屋,甚至每个房间,也就意味着基于GaN的 PA芯片需求将出现飞跃增长。根据市场调查机构 Yole 的估计,GaN 功率器件需求有望在今后5年内爆发,CARG 可达 90%以上。2015 年 9 月,英飞凌已经开发出了用于 5G 无线通信基站的 GaN 功率晶体管,其它半导体厂商也在积极跟进。除此之外,锗硅、碳化硅等器件也将在5G时代赢得一席之地。 封装技术愈加重要 5G时代的射频芯片将大量采用高频的毫米波段。相比现在的射频芯片,毫米波芯片的封装要复杂得多,封装过程中的连线、垫盘和通孔等结构必须小心设计,避免妨碍到芯片上的射频功能。 另外,从2G、3G到5G时代,智能手机芯片采用的工艺技术也越来越多样化。例如,对于手机PA来说目前最好的工艺是GaAs,而开关最好的技术是SOI,滤波器则采用压电材料。材料的不同使得这些器件很难通过片上系统(SOC)的方式实现集成化,而系统性封装(SiP)恰好能满足这么多要求。对于集成化的射频前端,先进封装将是必不可少的技术。SiP封装需要的凸块(Bump)、硅通孔(TSV)、晶圆键合(Wafer-Bonding)等工艺将带动上游设备、材料厂商的进一步发展,并使得封装厂和代工厂在半导体中端(Middle-End)这一新领域同时展开合作与竞争。
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