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5G革命:如何让「口号」,变为现实?

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  • TA的每日心情
    开心
    2019-7-29 13:53
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    [LV.4]偶尔看看III

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    金豆

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    2019-8-20
    发表于 2019-8-6 09:49:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
    自从Martin Cooper博士在1973年进行第一次移动呼叫以来,第五代蜂窝技术(5G)已经是无线通信领域的一次最全面的进步。我们虽然在第一代无线技术以后取得了一系列巨大进步,但与5G的复杂性相比,它们显得黯然失色。


    5G不仅将数据速率从50 Mb/秒提升到令人惊叹的1 Gb/秒(比大多数住宅的宽带快100倍以上),还可将往返延迟从数十毫秒缩短至物理原理决定的极限。这种低延迟对于我们发掘各种未来应用的潜力至关重要,这些应用包括下一代机器人和未来工厂、自动驾驶汽车通信、高级驾驶员辅助系统 (ADAS)、远程手术、物联网 (IoT)、高端游戏、虚拟现实和增强现实以及其他时间关键型应用。


    5G将需要彻底重新构想蜂窝网络架构的设计方式,将当前的重点从硬件转向通过软件进行的实时、虚拟、动态控制和重新配置。此外,5G还将首次扩展蜂窝系统工作的无线电频率,从现在的大约3 GHz频率扩展到微波频段的各个更高区域,进入很少有其他系统使用的毫米波频段。虽然这些可能是5G的主要规格,但它们只是5G尝试达到的目标的冰山一角。
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    恩智浦提供的多样化产品,将帮助人们首次实现5G带来的诸多无线应用,并且创造大量机遇。


    完全互联的世界


    5G被宣称为一种让任何人和任何物品能够更有效连接的无线标准。从来没有其他任何无线标准尝试过完成这样一个壮举。下面,我们将更详细地描绘这个互联世界将是什么样的。接下来我们将探讨一些5G互联应用,并且阐述为什么恩智浦的资源非常适合实现这些应用的原因。
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    上面这张图片的中心清晰地显示了“云”,它将作为5G的核心,也是一个具有决定意义的部分。原因非常简单,为了连接所有物品和所有用户,必须有一种在本地和全球传输信息的高速度、低延迟的方式,在需要的情况下,还要提供几乎无限的处理资源。


    对于5G而言,超低延迟显得至关重要,如果没有超低延迟,5G宣称的很多目标都无法实现,因为它们需要在连接点之间实现接近瞬时的响应——在1毫秒或更短时间内做出响应。由于速度与时间直接相关,其中很多应用必须在物理距离很近的情况下才能运行。也就是说,往返连接点的路径越短,延迟也就越小。


    在5G环境中,不仅只是有一个云,而是在很多位置有很多云,它们连接在一起(一个云可能是一个或多个数据中心)。另外还有边缘计算,它的资源来自云端,或者来自执行最终用户应用的网络中某个点,它们对5G体验至关重要。


    1.力机器人和工业4.0
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    5G将为工业和机器人带来革命性变革,这种说法毫不夸张。5G的无线连接让机器人能够摆脱线缆的束缚,自由地四处移动,这要归功于基于云的计算、超高数据速率和低延迟。很多机器人甚至接近于自动工作状态,因为它们依赖GPS进行定位,依赖5G进行通信,依赖云接收指令。


    在工厂车间,移动机器人将协助工人执行以前机器人从不可能执行的功能。在农业领域,机器人将在田间巡视,发送来自众多类型传感器的数据,从摄像头数据到生物数据和温度、土壤条件等数据。


    实现工业4.0将需要利用一系列不同技术,它们通过5G和云进行连接,将会提高可靠性和生产率,增强安全性,减少事故,缩短产品生命周期,提高工人的工作能力。这种可能性似乎是无限的。


    恩智浦提供从基带和射频等功能,将下一代机器人和工业4.0转化为现实。


           微控制器(MCU)和其他处理器


           图像识别处理器


           RFID


           NFC


           其他近程无线技术



           传感器


    2.加速汽车产业升级换代


    汽车产业正在经历一场最重大的变革,其目的是减少尾气排放和交通拥堵,最重要的还是提高安全性。这些工作刻不容缓,它们的进展步伐远快于很多人的预期。


    仅在前几年,主动式制动和态势感知功能还只是豪华车的专利,但现在这些功能以更低的价位出现在很多最新汽车型号上。我们可以断定,在五年之内,几乎所有新型小汽车、SUV和/轻型卡车都将拥有先进的主动式安全系统,将它作为一种标准设备,从前向碰撞预防到多传感器态势感知、车道偏离检测和纠正、盲点检测和主动式制动。


    当然,最终目标还是自动驾驶汽车,仅在几年之前,自动驾驶汽车听起来还是一个遥不可及的构想,但随着全世界的汽车制造商努力解决很多相关难题,让真正的自动驾驶变成现实的时间期限日益临近。


    除了ADAS必需的传感器和其他器件之外,汽车还必须知道它们相对于周围环境的位置,才能真正实现自动驾驶,5G和Wi-Fi、蓝牙和NFC等其他无线技术有助于将自动驾驶转化为现实。车辆对车辆通信(V2V)和车辆对基础设施通信(V2I)将建立态势感知,5G将帮助整合用于V2V和V2I的不同无线标准,连接到公共安全网络,提供无线网络防护伞,从而发挥重要作用。


    作为汽车电子领域的先驱和世界领先企业,恩智浦处于独特的地位,能够帮助设计人员打造未来的自动驾驶汽车。


           毫米波雷达


           RoadLINK V2X平台


           图像识别处理器


           多种RF半导体技术(GaN、LDMOS、SiGe和RF CMOS)


           MCU和信号处理器


           NFC


           蓝牙


           传感器


           软件定义的无线电技术


    3.跨越物联网鸿沟


    人机和机器间设备(统称为物联网)得到广泛部署的一个最大障碍是用于连接的标准数量众多,其中既包括新标准,也包括旧标准。5G能够充当聚合器,将所有这些标准整合在一起,而以前的蜂窝网络从未重视过这个问题。


    无论在何处使用物联网设备,5G都主动和动态地分配适当的资源,从物联网设备需要的低带宽、低功耗信号到高数据速率信号,后者对于需要流式传输高清、4K和8K视频的监控系统等应用是必不可少的。


    恩智浦提供大量的元器件、子系统和软件工具,让物联网能够发挥全部潜能。


           NFC


           RFID


           安全


           传感器


           低功耗无线技术


           安全


    4.推动健康保健革新


    健康保健行业将成为5G的最大受益者之一,在医院内四处穿梭的机器人将成为未来的药物传递载体。远程医疗有潜力为全球各地的患者提供医疗和咨询服务,这要归功于语音、高速数据和视频、基于云的存储和处理、极高的可靠性,以及虚拟现实和增强现实的显著优势。


    外科医生将在某个位置操控手术,由医疗人员协助的机器人执行实际的手术,这种应用在今天可以实现,但却受制于当今的无线架构的功能。医生可从任何位置对患者进行监控,这要归功于互联的可穿戴医疗设备,在基于云的处理和5G通信的辅助下,医生可以获取生命体征和其他传感器信息。


    健康保健是一种重要应用,恩智浦的产品针对这种应用提供了出色的解决方案。


           可穿戴设备


           NFC


           RFID


           基于 Kinetis 的 MCU 解决方案和参考设计


           互联仪器解决方案


    5.构建更安全的智能电网


    全球各地的电网都依赖于日渐过时的系统,对于可能产生严重后果的情况,这些系统进行监控和动态响应的能力比较有限。我们必须在让电网真正实现智能化的很多必需技术上取得进步,而5G能够显著增强其中两种最重要的技术,即通信和安全。

    智能电网提供从系统级别到个人用户的功能,能够在比当前更短的时间内做出响应,以便动态分布资源,还能整合其他电力源,安全地执行这些功能和其他功能。


    端到端安全是恩智浦提供的主要功能之一,我们的团队专门致力于确保元器件、子系统、系统级别上的安全性,另外在加密方面也处于全球领先地位。


           加密协处理器


           Kinetis MCU共享安全架构


           QorIQ安全引擎


           硬件加密和LP可信加密


           篡改检测和随机数字生成


           安全的传感器融合软件


           智能电网专用安全解决方案


           智能计量解决方案


    6.守护互联世界的安全
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    目前,传统4G蜂窝网络是非常安全的,但在5G互联世界中,数十亿计的物联网设备、销售点设备、机器人、汽车及其他设备都要进行通信,再加上传统移动电话、智能电话和平板电脑,它们共享的信息量将会大幅增加。维持端到端安全性甚至要比现在更为关键。网络中的任何一个点都可能遭受攻击,黑客、网络犯罪和网络恐怖分子必然会尝试入侵网络。


    恩智浦认识到5G网络安全的极高重要性,并在其产品中提供了各种安全功能,另外还提供了专门的资源,以确保恩智浦生产的用于5G的所有产品在设计时考虑到网络安全性。


           加密协处理器


           Kinetis MCU共享安全架构


           QorIQ安全引擎


           硬件加密和LP可信加密


           篡改检测和随机数字生成


           安全的传感器融合


           特定应用的安全解决方案

    7.RF:为5G铺平道路
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    从半导体技术到基站收发器设计,再到智能天线解决方案,例如毫米波和大规模MIMO——先进的接收和发射解决方案是所有无线通信系统的基础,它们将在5G时代得到极大的扩展。5G系统将在远高于当前任何蜂窝网络的频率下工作。它们必须更高效,集成度更高,体积更小,而且更加节省电能,同时还要在每个性能基准指标上达到更高的性能。


    恩智浦是适用于蜂窝基站的LDMOS RF功率晶体管的全球头号供应商,也是高度集成型RF CMOS技术的开发先驱,还致力于氮化镓(GaN) RF功率器件和SiGe技术的开发,我们拥有丰富的技术资源,足以覆盖5G设备运行的所有频率范围。我们为收发器设计提供业界最先进的软件可编程的创新解决方案,非常符合快速系统重新配置的要求。


           快速扩展的GaN器件产品组合


           高度集成的RF CMOS解决方案


           LDMOS RF功率集体管和RFIC


           适用于蜂窝基础设施的下一代SiGe技术


           在RF和微波设备技术领域的50多年经验


    5G即将来临


    要利用第五代无线技术实现大量功能,仍然还有很多工作要做,因为它比以前任何一代技术都更加先进,需要连接更多类型的设备,需要大幅缩短延迟和提高数据速率,其工作频率远超出当前使用的频率。


    当5G准备就绪时,恩智浦可以骄傲地宣布我们帮助实现了这些功能和新的应用,并将继续开发先进的解决方案,从而充分发挥5G的全部潜能。




    作者:NXP         文章出处:NXP客栈









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