在顯著加速業務流的同時，能將成本降至最低并且確保質量，這樣的技術一直受公司大力追捧。如果業務創新者設計的物聯網產品既能滿足公司對速度的要求，又能幫其將成本降至最低，他們就能從中獲利。
第五代無線通信技術 (5G) 是一項前景光明的技術，可用于構建物聯網解決方案，實現極快、極可靠卻成本低廉的機對機通信。
不過，尚屬新興技術的 5G 確能兌現所有承諾嗎？那些“大肆宣傳”的承諾確能兌現，抑或純粹只是鼓吹？
5G 的承諾
很多人都認為 5G 將能支持一些“類似科幻”的用例，令前幾代無線技術望塵莫及。在速度、延遲和頻譜等方面，即便是 4G，對比 5G 也只能望洋興嘆（見圖 1）。
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圖 1：4G 與 5G 宣傳功能的對比。（圖片來源：Voler Systems）
5G 的業務應用范圍廣泛，包括為智能運輸和超互聯醫療提供專用網絡。利用公路和鐵路中的嵌入式傳感器與智能車輛之間快速、可靠的無線通信，智能運輸將可實現全新的服務。同時，也將提高智能運輸系統的可見性和控制能力。
在醫療保健領域，人們期望借助 5G 技術預測潛在的個人健康問題，并安排早期醫療干預措施，從而改善患者的療效和健康。該技術還可通過遠程機器人手術等應用，幫助實現可持續的醫療衛生服務。正因如此，許多富有遠見的醫療保健組織，例如芝加哥的 Rush Hospital 都計劃改用 5G 連接。
然而，實際情況更為復雜
很多不同的因素都會影響或阻礙企業充分實現 5G 的潛力。首先，我們來探討一些重要的 5G 基礎知識：
頻帶
5G 性能取決于可用頻帶（參見圖 2）。例如，在低頻段頻譜（低于 1 GHz）中，峰值數據速率僅達 100 Mbps，在中頻段頻譜（1 GHz 至 6 GHz）中高達 400 Mbps，而在高頻段頻譜（6 GHz 至 86 GHz）中則高達 10 Gbps。但是，高頻段頻譜或毫米波 (mmWave) 的可用性有限。
而且，毫米波信號的傳輸距離不超過 100 米，而且無法穿透墻壁，甚至窗戶。由于對基站密度有一定要求，因此只能在人口密集的城區使用，但是城區的建筑物又會阻隔信號。不過，物聯網往往不需要使用毫米波的高速傳輸。
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圖 2：5G 的三個主要頻帶頻譜（圖片來源：Voler Systems）
5G 服務類別
5G 服務共分為三類，分別是增強型移動寬帶 (eMBB)、超可靠低延遲通信 (URLLC) 和海量機器類通信 (mMTC)。每種類別都有各自的特點、應用和局限性。
eMBB 能夠實現高達 10 Gbps 的極高數據速率（4G 的 20 倍）、極高的通信容量（100 萬臺設備/km2）和極低的空口時延（低至 4 ms）。它的用例包括虛擬現實 (VR) 和增強現實 (AR)。該服務類別適用于智能手機、平板電腦和超高清電視（4K 和 8K）廣播等智能設備。
不過，eMBB 的性能取決于可用頻段。例如，如果可用頻段低于 1 GHz，則用戶體驗將與 4G 大同小異（最高下行速率為 100 Mbps，最高上行速率為 50 Mbps）。4 ms 的延遲僅針對單一方向和最近的手機信號塔，若是遠距離傳輸，則要慢得多。
URLLC 專用于本地部署，例如智能運輸系統（基礎設施回程）、離散自動化（運動控制）、過程自動化（遠程控制）和配電（高壓）。它承諾了較低的延遲（低至 1 ms）以及超高的可用性和可靠性 (99.9999%)，遠勝過 4G。
然而，即使 5G 承諾將從根本上提高 URLLC 性能，遠程手術、高速遠程連接的視頻游戲、家用增強現實等諸多應用實現的可能性仍然不高。對于任何無線連接而言，“99.9999%”的可靠性承諾值得推敲。
mMTC 將支持大規模物聯網部署，允許極低的設備成本和極低的能耗。對于智能建筑、物流、追蹤、車隊管理、可穿戴設備和智能電表而言，該服務頗具吸引力。
但是，mMTC 標準尚未制定完成，因此目前物聯網仍由 4G 標準提供支持：NB-IoT 和 LTE-M。
5G 目前還無法兌現所有承諾
mMTC 現下的狀態遠非宣傳所說。目前，5G 還無法兌現所有承諾。mMTC 標準尚未制定完成，而現有的 5G 技術并未針對數據包大小和短會話進行優化。而且，控制信令的效率也比較低，需要 100 B 的信令才能發送 10 B 的數據。此外，現有的信道編碼方案對小數據包也無效。僅當信息交換頻率極低并且數據速率相當低時，電池續航時間才有可能達到預期的 10 年。
5G 可用性
5G 可用性也是一個決定性因素。截至 2020 年 5 月美國提供了 5G 的城市和運營商如圖 3 所示。由此圖可知，鑒于以下原因，用戶所在的位置及其使用的運營商將會有很大影響：
· 美國僅有四家無線運營商正在部署 5G：AT＆T、Verizon、T-Mobile 和 Sprint
· 要使用 5G，就需要 5G 手機或設備
· 農村地區覆蓋很少
· 高速毫米波不太可能覆蓋郊區或農村地區，因為每 300 米就需要架設一座手機信號塔
· 某些運營商會限速
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圖 3：5G 可用性地圖
紅色：T-Mobile，黑色：Verizon，藍色：AT＆T，黃色：Sprint（圖片來源：Digital Trends）
現有的物聯網服務又如何？
NB-IoT 和 LTE-M（也稱為 Cat M 或 Emtc）將與 5G 共存。在美國，NB-IoT 和 LTE-M 覆蓋率很高。2019 年 5 月，Verizon 宣布其 NB-IoT 網絡覆蓋率達到美國人口的 92%。
另一方面，非蜂窩網絡服務（ZigBee、LoRa、Ingenu、Sigfox 和 Weightless）不在 5G 技術范疇內，仍將在非授權頻段上部署。不過，在很多地方這些網絡都不可用。
這對物聯網的未來意味著什么？
就目前而言，幾乎沒有太大的變化。
但是，NB-IoT 和 LTE-M 等 4G 技術到了 2019 年才得以充分部署。它允許電池供電設備直接通過互聯網進行通信，而無需經由手機或 Wi-Fi 熱點。 如今，這項技術終于有了用武之地。
不過，請注意：每項無線標準都各有利弊（參見表 1）。如需了解物聯網設備設計適用的正確標準，并要避免代價高昂的錯誤及其他物聯網設計風險，請咨詢物聯網設計專家或聘請合格的物聯網工程師。
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表 1：現有物聯網無線標準的比較。（圖片來源：Voler Systems）
總結
就部署物聯網和 5G 技術而言，很多行業可謂時機成熟。不過，5G 尚處于稚嫩的發展初期，因此還無法兌現所有承諾。盡管如此，5G 這項前景光明的新技術必將使企業受益。
如果業務創新者設計的物聯網設備同時兼容 4G 和 5G、安全又可靠，將有助于 5G 承諾的兌現。然而，這并不是一項簡單的任務，需要專家提供幫助。
在下一代物聯網設備和可穿戴設備的設計和開發方面，Voler 可為企業提供專家指導。Voler 可幫助您為物聯網設備選擇合適的技術，并選定適當的電子元器件組合以確保安全性和可靠性。如需了解更多信息，請預約安排與 Voler 的討論。
來源：Digi-Key
作者：Walter N. Maclay, 總裁, Voler Systems
