今天的消費者希望在家裡和各種形式的傳輸上都有流媒體和高帶寬的通信。企業的需求各不相同，從連接簡單、低功耗的傳感器到將數據饋送到運行在始終感知的設備上的複雜算法，這些設備分析從生產線收集的大量當前和存檔的信息。政府希望在城市和農村地區提供行政服務，進行安全和管理方面的視頻監控，以及可靠和高效地運營運輸服務。這些還僅僅是涵蓋了我們當前的願望。
許多室內無線連接是由Wi-Fi在開放頻段上提供的，而大多數室外連接是由移動運營商許可的。全球移動供應商協會（GSA）今年4月統計了380家正在投資5G網絡的運營商。其中，41個國家的73家運營商推出了某種形式的第三代合作夥伴項目（3GPP）兼容的商用5G服務。[i]
在物聯網領域，諮詢公司麥肯錫（McKinsey & Co.）認為，隨著2022年要求增強移動寬頻（eMBB）的應用出現變化，5G在主要市場的採用呈波浪式增長，其次是依靠高可靠、低延遲通信（URLLC）的應用，2023年採用率有所上升，以及海量機器通信（mMTC）從2025年開始顯著上升。[ii]
室內連接的最新情況
到目前為止，室內Wi-Fi技術為我們提供了很好的服務。日益增長的帶寬需求和我們希望連接到單個無線區域網（WLAN）的設備數量的爆炸性增長（所有這些都在人口密集的環境中，如公寓區），意味著Wi-Fi聯盟需要用新標準來應對挑戰。
Wi-Fi 6或802.11ax是在速度、效率和安全性方面提供改進的最新一代標準。它在密集環境中支持更多的客戶端，性能比以前的標準802.11ac更高、更可預測。
它使用1024正交幅度調製（QAM），可實現35%以上的速度增長，其基於正交頻分多址（OFDMA）的調度減少了延遲。它將802.11ac的下行鏈路（DL）多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）雙向擴展到八個空間流。Wi-Fi 6靈活的喚醒調度允許客戶端設備睡眠更長時間，資源單元（RUs）的集中調度減少了競爭，從而延長了設備的電池壽命。基於加密和身份驗證的Wi-Fi 保護訪問由WPA2替換為WPA3，安全性得到進一步改進。
Wi-Fi 6E將這些增強功能擴展到6 GHz頻段。隨著聯邦通信委員會（FCC）最近在美國開放這一頻段，無需授權即可使用。「6E」意味著可以使用額外的1.2GHz（5.925-7.125GHz）頻率，分出14個80MHz的頻道或更高帶寬的7個無重疊的160MHz頻道。
由於包括雷達和衛星通信在內的許可服務也使用這一頻段，聯邦通信委員會已授權在整個1.2GHz頻率在室內低功耗使用，以及6GHz頻段內850MHz頻率的標準功率設備使用，並要求自動頻率協調（AFC），以防止使用標準功率的接入點（AP）對許可服務造成干擾。
因此，聯邦通信委員會的舉措是在幫助Wi-Fi 6贏得與3GPP NR的競爭。鑒於Wi-Fi 6的URLLC性能及其擴展潛力可能不僅比3GPP 5G優越，而且比3GPP 5G性價比高出8到10倍[iii]，這是朝著正確方向邁出的一步，至少美國已經這麼做了。
EUHT-5G用於室外
雖然新的Wi-Fi標準將充分滿足我們在室內的需求，但需要廣泛的5G實施，以無縫地擴展戶外和大規模商業場景中的體驗。3GPP正在制定滿足IMT-2020（5G）規範的解決方案，它要求5G兼容網絡必須支持低於1 毫秒的延遲、超過20 Gb/s的峰值數據速率和至少每平方公里100萬個連接的連接密度。
儘管3GPP計劃於6月19日凍結其第16版第3階段的功能，該階段與V2X通信（包括車輛編隊）相關，但已經存在一項技術，不僅超過了許多3GPP要求，而且經過了廣泛的測試和實施。EUHT-5G技術承諾0.5毫秒延遲、60 Gb/s峰值數據速率和每平方公里1.5億個連接。[iv]
靈活、自包含幀結構
圖1：EUHT-5G靈活的幀結構，允許從靜態寬頻接入到高鐵列車旅客服務的廣泛應用場景中實現高性能
EUHT-5G的一個關鍵優勢是它對各種應用場景的適應性。它使用了一種靈活的幀結構，可以根據不斷變化的應用程式進行更改（圖1）。例如，下行鏈路主導的家庭寬頻接入和上行鏈路主導的無線視頻監控都需要較長的幀長，並且可以處理具有稀疏導頻密度的同步。然而，高速移動應用，如地鐵和高速列車需要更高的導頻密度和更短的幀長。
EUHT-5G支持從0.1 毫秒到14 毫秒的幀長度，在0.04 毫秒到14 毫秒的間隔範圍內的靈活導頻密度，以及以0:511到511:0的OFDM符號為單位的可調下行鏈路到上行鏈路比率。
由於都卜勒頻移高達2.1kHz、信道快速變化和頻繁切換，超高速的應用案例帶來了獨特的挑戰。EUHT-5G通過78.125kHz的較高子載波間隔、短至0.04毫秒的導頻間隔來實現快速信道跟蹤，以及用於精確信道估計和預測的高級算法來克服這一缺點。
超越寬頻
雖然eMBB最初將推動5G市場，支持兼容移動設備的出貨量以132.4%的複合年增長率（CAGR）增長，從2019年的1500萬台增長到2024年的10億台[v]，但預計URLLC最終將占據5G服務的80%[vi]，包括工業網際網路、智能交通、機器人、高鐵運營和客運服務、低空空中交通管制等應用。
3GPP R16計劃使用小時隙、免授權和混合自動重複請求（HARQ）機制進行糾錯和控制，以及依賴於0.0586 bit/s/Hz的低頻譜效率來實現URLLC，可能難以為這些應用提供商業價值。
由於5G核心技術，特別是低於6GHz的頻段，大部分是4G增強和4G覆蓋，它繼承了4G物理層中繼續存在的重傳和HARQ問題。3GPP 5G的URLLC仿真僅在3km/h[iii]，可以避免重傳延遲，但由於該移動速率低得離譜，仿真沒有任何作用。因此，不僅工業網際網路和車聯網（IoV）的關鍵應用仍然遙不可及，且這些缺點將使R18和R19的3GPP的進一步發展道路變得模糊。
軌道交通首都機場線超高速無線通信技術（EUHT）綜合承載研發試驗線通過階段性驗收
另一方面，EUHT-5G已經滿足了URLLC的要求，中國相關領域運營部門抓住了國內市場的機遇，在製造業、地鐵運營、協同式智能交通系統（C-ITS）的高速公路和時速超過300公里的列車上提供客運服務。[iv]
EUHT-5G已成為中國無線通信行業標準（第一部分（YD/T 2394.1-2012）和第二部分（YD/T 2394.2-2012）），合作式智能交通系統國家標準（第一部分（GB/T 31024.1-2014）和第二部分（GB/T 31024.2-2014）），軌道交通實時視頻傳輸系統行業標準（CJ/T500-2016），和高吞吐無線通信國家標準（GB/T 36454-2018 ）。上述這些標準雖然在高鐵、地鐵、工業網際網路得到了應用，但並沒有得到主管部門和主要運營商的關注和支持，最後反倒是ISSCC、IEEE甚至ITU引起了重視。
商業迫切性
制定標準的主要目標是商業化，而技術是實現這一目標的工具。5G也不例外，不僅對企業，對國家都有巨大的利益，這就是硬體製造商、網絡提供商和政府爭奪市場優勢的原因。然而，這種競爭有時會損害具有技術和商業完備性的解決方案願景。
例如，雖然實際應用的EUHT測試和結果已經超過5G要求，但評估組織（CIRATEG）在2020年2月向國際電聯發送了自己對EUHT的評估，聲稱EUHT無法滿足eMBB和URLLC的ITU-R IMT-2020要求。有趣的是，CIRATEG的成員包括那些已經在3GPP 5G相關研發、設備、網絡和手機方面投入巨資的老牌重量級公司。[vii]
相反，Wi-Fi聯盟和EUHT技術提出者新岸線公司之間的合作可以使標準建立在堅實的基礎上。對EUHT有興趣的公司，包括那些需要URLLC用於L4/L5自動駕駛等應用的公司向新岸線表達了深入合作的意願，包括希望新岸線分享智慧財產權、未來研發計劃、甚至公司股份。對此新岸線公司均給出了正面的回應。
在全球經濟正在迅速從目前的放緩中復甦之際，IEEE 802.11ax和EUHT-5G的互補技術以及行業合作可以通過提供從大容量熱點到URLLC和高速移動應用的無縫無線體驗，立即打開全新的市場。
[i] GSA, LTE & 5G Market Statistics – April 2020 (https://gsacom.com/technology/5g/)
[ii] McKinsey & Co., The 5G era: New horizons for advanced electronics and industrial companies (https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/advanced%20electronics/our%20insights/the%205g%20era%20new%20horizons%20for%20advanced%20electronics%20and%20industrial%20companies/the-5g-era-new-horizons-for-advanced-electronics-and-industrial-companies.ashx)
[iii] 3GPP TR 37.910 V1.0.0 (https://www.3gpp.org/DynaReport/37910.htm)
[iv] EE Times, Unlock 5G potential with EUHT (https://www.eetimes.com/unlock-5g-potential-with-euht/)
[v] ABI Research, November 21, 2019 Press Release (https://www.businesswire.com/news/home/20191121005033/en/)
[vi] Jun Lei, Li Yang, Shenfa Liu, Nufront Beijing, April 2019 IEEE 802.11 WG meeting, Proposal to Cooperate to Submit 5G Standards.
[vii] CIRATEG final evaluation Report on Nufront submission (IMT-2020/18) (https://www.itu.int/md/R19-WP5D-C-0129)
來源：機器人網
本文編譯自EETimesUS，原文連結：https://www.eetimes.com/the-makings-of-a-seamless-wireless-experience/