5G将如何改变工业物联网

这场比赛是在开发下一代蜂窝技术，并与以前的系统相比是有显著注重利用机器到机器(M2M)工业网络的物联网(IOT)的互联网连接的需要。

将用于5G网络的协议和技术仍在研究中，预计在2016年底走到一起的最终标准，并经2018年与许多先进的工作已经完成的，运营商期望推出商用到2020年，基于这些标准，到2022年实现全系统的系统;所以有一个积极的开发和实施周期，这将影响到物联网系统的开发。这将与调制解调器芯片的发展开始，从目前的4G演进的设计，为智能手机和平板电脑。该调制解调器芯片将被整合到便于除物联网和M2M模块的设计。

为5G系统的发展的一个重要区别在于，该网络的要求已经提前的技术标准被确定好。

图1：标准，技术和网络5G的发展是积极的。资料来源：GSMA

一个5G网络的要求将1至10 Gbit / s的实际数据传输率，而不是理论峰值速率，再加上1毫秒终端到端到端延迟，这是物联网发展的关键优势。更广泛的网络将必须支持1000×当今细胞的带宽和10至100倍以上的设备的同时连接，这将再次允许在物联网各种有更多的连接的设备。像3G和4G，数据连接将基本上是“始终在线”，而不是电路交换，因此，以支持多达100倍以上的设备的能力是至关重要的，因为有更多的设备将被同时连接到网络。该网络应该有99.999%感知的可用性，和100%的感知覆盖，权衡为范围的数据速率，这也将与所需要的范围内，但没有数据的M2M实现帮助。这有助于的IoT网络的部署作为节点能够经由5G基站直接连接到互联网，而不必使用一系列需要更复杂的网络规划网关或接口服务器。

这将是在辊出来5G的IoT网络的重要的因素是降低功耗的说明书中，作为要求是十年以上为无线调制解调器的电池寿命。这应该打开了机会，有更多的电池供电的无线物联网节点又提供了易于安装。

频带

然而，满足这些要求的将是一个挑战。该频段在以前用于模拟广播电视频段作为目标范围从700 MHz的，最多在3.6 GHz的蜂窝链路新乐队。

世界无线电大会于2015年(WRC-15)同意以200兆赫的C波段频谱的共同分配从3.4到3.6 GHz的，这被看作是一个积极的步骤，因为这是以前没有使用新的频谱对于电信应用。在WRC-15也同意，从1427年至1518年兆赫运行，远低于由Wi-Fi，蓝牙和ZigBee当前使用的2.4 GHz频段协调的L波段

与此同时694-790兆赫的700 MHz频段是从美国和亚洲的使用扩展到全球配置。

这些不同的乐队都将在5G不同的用途。700 MHz频段被看作是受欢迎的人口稠密的城市地区，以获取数据以有更多的用户，而C波段可能是更高的带宽，但是较短的链接。

与此相比，50 Mbit / s的在3GPP第9版定义的当前LTE频带提供HSPA +数据和下载速率最高为100 Mbit / s的上传速率(这是更重要的IOT)，绰绰有余对于大多数M2M和物联网不需要高清晰度视频连接的应用程序。

这些4G频带最常用于世界各地的M2M和物联网应用八百五十零分之七百MHz和一千九百分之一千七百兆赫，而不是2.6 GHz频带。这些被模块，如实施MTSMC-H5-SP从多技术系统，包括回退到GPRS数据率，使得总是有一个连接。

图2：多高科技系统的4G M2M模块。

的5G建议某些部分被留下，直到下一次世界无线电国会在2019年，这些将包括在24GHz和至多在可用于无线固定接入链路50至60 GHz的高得多的频率来进行高带宽数据从背面一基站到核心网络，而不必铺设昂贵光纤电缆和仍满足一个1毫秒的往返等待时间要求。这些5G固定接入收发器将利用氮化镓(GaN)的设备，如CGHV1F025S从Cree公司。这25 W，40 V的HEMT晶体管支持从DC乐队到15 GHz的高效率，高增益和宽带宽设计在L，S，C，X和Ku波段，整齐地匹配5G要求。

它运行在采用3毫米x 4毫米，表面贴装，双扁平无引线(DFN)封装的40 V电压轨，但降低功率下能低于40 V至低至20 VVDD同时保持高增益和效率。

旁边的频带，在不同的频带中的信道模型也正在开发中。八个组织在欧洲和METIS METIS-II专案组一直致力于在整个预期5G频谱信道模型，用模型的2.3GHz，2.6GHz的，5.25千兆赫，26.4千兆赫，58.68千兆赫。

图3：梅蒂斯和METIS-II的欧洲项目正在开发信道模型为广泛的应用5G。来源：METIS

潜伏

一个用于5G新的考虑是支持海量机网络与各种无线连接不同的传感器和致动器的能力。

相反，提供直接连接，新节点可以通过'毛细血管网“进行添加。这些将使用的短距离无线技术，如Wi-Fi，蓝牙和802.15.4 6LOWPAN或ZigBee与连接到5G蜂窝网络的网关节点。

对于应用，如交通管制，重大基础设施和工业生产过程控制要求非常高的可靠性和可用性，也需要非常低的延迟，并引进具有转换不同协议之间的数据可以显著增加延迟的网关。

其结果是有大量的研究成不同的方式使用毛细管网络和网关时达到1毫秒端至端延迟。

容量

为5G目前的技术提案可以支持相比，使用一个稀疏码多址(SCMA)的方法4G网络的IoT器件的三倍的数量。这是结合现有码分CDMA和正交频分OFDM方式一新的频谱方案。

与SCMA，不同的输入的数据流被直接映射到代码字，每个代表一个扩频传输层，使得多个层共享OFDMA的同一时间 - 频率资源。用户配对，功率共享，速率调整，和调度算法都用于提高下行链路的吞吐量的重负载的网络。

直接连接

该5G规范还包括用于无线M2M设备直接连接的能力。这已被引入的一个扩展4G LTE标准，但5G的目标是使该对等网络通信显著更有效。这将被用于对一个5G智能电话提供直接数据链接回到节点之间特设链接，以及，允许用户询问一个节点的情况下直接具有同样的方式，蓝牙今天实施去通过蜂窝网络在一些工业物联网网络。

然而，这引起了安全问题，以及5G规范预计这些直接链接M2M成为网络控制下提供授权。这将有可能增加无线网络软件的复杂性。

这些是世界上最大的学术5G创新中心(5GIC)，它集合了英国的四大移动运营商与24家公司70研究者的重点领域。

萨里吉尔福德大学7000万￡中心，英国不仅在2020年看着5G网络的直接规范，但如何将这些网络将演进到2040年作为这项研究的一部分，它已经证明了数据传输速率在移动设备上的链接超过1太比特/秒，十倍5G规范。

参与该中心的合作伙伴的目标是到2018年，利用今天的技术，包括也可用于物联网完整的核心网创建于中心的完整的5G系统。在这之前，这些标准也将由2016年年底完成，允许开发人员实现硅和子系统设计。

结论

5G网络的发展正在加速，提供用于在未来的IoT和M2M网络显著优点。通过频谱计划，如与SCMA大幅降低延迟和更高容量的新频段直接在那个需要一个可靠的应对大批量的工业互联网相连的网络目标。具有超低功耗和超长电池寿命，无线节点可以轻松实现和经济有效地部署，虽然新的功能，如直接连接将哄抬网络软件的复杂性。

随着在2016年底，试验网在2018年和完全商业化部署在2020年得到解决标准，芯片，电路板和模块制造商将能够为开发人员提供强大的新技术，进一步首次展示物联网的产业网络。