利用5G的競爭性網絡開始嶄露頭角:5G時代哪種無線技術將登上王座

2019年10月21日 作者:Teardown

第一版5G標準發布時著實吸引了人們的眼球,它之所以成為頭條新聞,一部分是因為這是一種相對罕見的全新標準,另一部分則是因為這個復雜的5G標準對行業和用戶實在意義重大。

由第三代合作伙伴計劃(3GPP)開發的5G標準包含歐洲電信標準協會(ETSI)和中國通信標準協會(CCSA)提交的標準,它引入了新空口。愛立信集團首席技術官Erik Ekudden解釋說,第一版5G標準的關鍵重點是定義新空口。在這種背景下,3GPP沒有引入新的調制和編碼方案,而是以物聯網和互聯環境作為目標應用。

“這次的主要關注點是它的靈活性,它需要支持各種不同功能,不同的部署方式和頻率范圍從1GHz以下到毫米波頻段的頻率分布。”他在一篇文章中寫道。

新空口標準的引入將使得超可靠低延遲通信(URLLC)成為可能,波束成形和能效問題也將得以解決,從而能夠支持連接和機器智能的數據容量顯著增長,這將是5G的預期用武之地。

智能網絡

在未來的互聯世界,家庭、工作場所、城市都將變得智能,其場景無法一刀切。例如,自動駕駛汽車將處理來自多個地方的大量數據,而建筑物內的智能儀表或傳感器網絡就不必處理如此繁重的數據量。

這些任務中將使用低功耗廣域網(LPWAN),其中包括窄帶物聯網(NB-IoT)和長距離廣域網絡(LoRa)。這兩種都是低功耗標準,其中,NB-IoT標準由3GPP組織制定,LoRa則是基于Semtech的LoRa IP,目前由LoRa聯盟主導。

Semtech LoRa云服務高級總監Richard Landsdowne解釋說,支持LoRa的芯片充當了物理層,而LoRaWAN是定義產品的協議標準。他說:“標準很簡單,而且足夠小,因此可以應用在最簡單、功耗最低的設備上。”這個網絡在無需許可的1GHz以下工業、科學和醫學(ISM)頻段上運行,運營商和設備制造商可以免費試用這個頻譜。

它的原理基于一種簡單的能量技術:手機的信號越差,手機電池消耗的電量就越多。因此,可以通過控制通信范圍和數據傳輸速率控制功耗。LPWAN可以通過降低發送速度來提高數據發送距離。LoRaWAN的數據傳輸速率約為293bit/s至50kbit/s,具體的速率取決于傳感器與網關之間的距離。 NB-IoT的通信速率約為250kbit/s。

可流動性

Landsdowne繼續說,LPWAN改善了網絡之間的流動性。

“在GSM(全球移動通信系統)成員運營的蜂窩系統中,用戶從一個地方到了另一個地方,就必須連接到相應的蜂窩網絡上。LoRaWAN和蜂窩系統不同,它采用一對一的運營方式,可以提高設備在不同網絡運營商之間的流動性。對于蜂窩網絡來說,不同的運營商分配的是不同的頻段,不同的地區使用不同的頻率和信道,所以未經允許,你無法轉網。而LoRaWAN運營在免許可的頻段上,所以你可以構建自己的網絡。”

因此,LoRaWAN可以安裝在室內和室外的公共、私有或混合網絡中。Landsdowne將它的安裝類比為添加一個WiFi熱點。在開放性的環境中,每個網關的LoRaWAN信號可以覆蓋30英里(48公里),當傳輸功率為10dBm時,電流消耗為18毫安,20dBm時為84毫安,所以它可以用在通過紐扣電池供電的設備中。NB-IoT傳感器在傳輸功率為23dBm時消耗電流220毫安,在13dBm時消耗100毫安。

市政府可以使用LoRaWAN創建智慧城市網絡。Landsdowne舉了一個目前處于起步階段的項目的例子-垃圾收集。在垃圾箱中部署傳感器,當垃圾箱已滿時它會通知人來收垃圾。還有一個可以保持較長電池壽命的例子是智能停車應用。據估計,現在道路上有15%的交通流量都是汽車在尋找停車位置。停車位上部署傳感器,它通過LoRaWAN和在智能手機上安裝的預定停車應用鏈接,這種方式可以幫助減少交通堵塞和排放污染。

LandRasdowne解釋說,LoRaWAN是針對物聯網從頭開始構建的一種標準,修訂版1.01和1.02添加了連接服務器的功能。LoRa設備可以通過發送請求申請加入一個服務器網絡。他開玩笑說:“整個LoRa標準里都是休眠狀態。”設備假定某人或某物正在監聽入網請求,并發送加入請求。

一旦接收到安全日志,它將返回休眠狀態。和那種每個小時就要發送“簽到”信號的設備相比,它不需要每個小時都醒來一次,這將有助于降低功耗。

設備可能會在現場使用一二十年時間,因此需要進行升級。設備的維護或服務升級可能會消耗較大的設備成本和人力成本。 Landsdowne認為,空中軟件更新是一種標準化且經濟高效的升級方式。他補充說,以后的標準將允許人們連接多個網絡或服務并進行更新。

NB-IoT

LoRa像Wi-Fi一樣,都是采用開放性的頻率。但是,NB-IoT則基于英特爾的NB-LTE技術以及電信巨頭華為、諾基亞和愛立信的技術。用戶需要從授權成員處購買連接或捆綁服務,以覆蓋指定區域。

使用LTE蜂窩基礎架構,將NB-IoT的應用限制在了室外,而且只能建立始終保持同步連接的室外公共網絡。

TUV SUD電信集團英國區負責人Phil Evans說,NB-IoT專為機器連接而設計,并專注于工業4.0應用。該集團在運輸、醫療和制造業等各個行業提供測試服務、產品認證和資格認定。它部署在LTE頻譜內,可以使用常規LTE載波內的頻率資源塊,也可以使用無線電頻帶之間的保護帶中未使用的頻率。保護帶是為了防止在同時傳輸時設備間發生干擾。

根據羅德與施瓦茨物聯網市場部經理Feng Xie的說法,第13版的3GPP標準將致力于解決機器通信的標準問題,并開發和定義功能特性。他在一個教程中透露,第14版的3GPP標準定義了最大傳輸功率,而在第15版中,將引入喚醒信號和早期數據傳輸,以解決物聯網設備的功耗問題。

這個標準需要200kHz帶寬,因此可以在現有蜂窩網絡的旁邊運行,從而可以受益于蜂窩網絡的安全性和隱私功能。同時,它還能繼承LTE的安全措施,比如,從2G、3G和4G網絡獲得SIM卡和嵌入式安全性。

從阿姆斯特丹的自行車跟蹤到韓國電信運營商提供的智能城市配套服務,LoRaWAN的例子已經開始遍布全球。LoRa聯盟報告說,在全球49個國家和地區,已經有83個公共網絡在運營。盡管Landsdowne報告說,在英國有一些小型的私有LoRaWAN,而且蘇格蘭國家執行官已經批準LoRaWAN可以用于蘇格蘭所有公共服務和醫院,但是它在英國的采用卻很緩慢。

根據GSM聯盟的數據,在不久的將來,預計將有40個國家和地區使用NB-IoT網絡。

人們對未來五年內將安裝多少個NB-IoT和LoRaWAN設備的估計的差異很大,估計值從大約130億到超過750億不等。預計安裝數量雖然存在爭議,但是人們已經就物聯網將繼續增長,而且5G技術將助力物聯網的增長達成了一致共識。影響邊緣、云和數據中心的新產品和服務正在不斷開發中。盡管NB-IoT和LoRaWAN將繼續展開爭奪,但對于運營商和消費者而言,可在全球擴展的方案有可能會獲得最大的成功。

 

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