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近年来,第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点。5G的发展主要有两个驱动力。一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统4G已全面商用,对下一代技术的讨论提上日程;另一方面,移动数据的需求爆炸式增长,现有移动通信系统难以满足未来需求,急需研发新一代5G系统。

5G通信在广泛的应用领域提供了巨大的潜力。5G的作用相当广泛,它跨越一个广泛的频率范围-下图说明了从低频段、中频段(“sub-6GHz”)和高频段(“mmWave”)频率分配使用的通用术语。

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5G的大规模MIMO天线配置提供了高用户容量、塔间无缝移动连接和极高的可用性——后者对许多应用程序都起到至关重要的作用。下图展示了5G天线配置,定向波束形成的辐射模式与全向4G模式的对比。

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虽然利用现有的4G LTE基础设施,一些商业安装已经可以在中频段使用,但5G的前景取决于mmWave通信的部署。mmWave 5G主要特点:

超可靠性低延迟通信(URLLC)

增强型流动宽带(EMB)

对于工业物联网(IIoT)应用,通过部署专用5G网络,来支持机器人自动化、基于传感器的过程监控或利用增强现实(AR)的操作员辅助过程。这些“定位设施网”都依赖于5G特性——URLLC。

大部分5G开发和资本投资都应用在了电磁干扰应用上,涵盖了从消费者移动电话到(4/5级)自动驾驶汽车的潜在通信需求方面。未来改进自动驾驶汽车中的“类人反射”,URLLC的延迟是要将建立连接的时间缩短到小于1毫秒。

此外,尽管我们对自主汽车技术的追求和5G EMB通信的部署是共生共存的,但这两个行业将在市场需求和机遇的驱动下(在一定程度上)是独立发展的。一方面,自动驾驶车辆可能依赖本地传感器数据(激光雷达、雷达、摄像头)进行实时决策,车辆日志和诊断数据很少上传。在5G EMB的环境中,丰富的V2V和V2I应用将被实现出来。例如,车辆可以向基础设施通报道路危险(如路面结冰)、障碍物或正在接近的紧急车辆,这些车辆将向其他车辆通报这些信息,以便作出预测决策。

为5G设想的EMB应用是非常独特的。典型的移动用户寻求高下载“流”吞吐量,而mmWave 5G技术的带宽和低延迟也将导致以上传为中心的应用。下图说明了在全V2V和V2I通信模式下,自动驾驶汽车(潜在的)数据传输需求。

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