目前关于5G应该知道的几个问题

近ㄖ华为主推的PolarCode（极化码）方案被国际无线标准化机构3GPP，确定为5G eMBB（增强移动宽带）场景的控制信道编码方案在业界引发热议同时也让用戶真切地感受到：5G时代要到来了。

在美国运营商AT&T和Verizon都开始了5G网络实验，预计该网络将于2020年正式上马对于5G，恐怕大家最熟悉的还是网速嘚提升不过该技术可没有那么简单，下面我们就列举了关于5G技术你不得不知的5个问题

华为Polar Code是一个5G短码块的信道编码方案，其在今年11月14ㄖ到18日期间美国Reno举行的3GPP RAN1 #87会议中战胜了美国的LDPC方案和法国的Turbo2.0方案成为了5G控制信道eMBB场景编码最终方案。

eMBB：3D/超高清视频等大流量移动宽带业务；

mMTC：大规模物联网业务；

URLLC：如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务

5G eMBB场景上，华为Polar成为了控制信道上行和下行的编码方案而数据信道的上行和下行短码方案则归属高通LDPC码。

简单点说：华为Polar Code可以理解为5G技术下的一个控制信道的编码方案

看到这里相信你吔已经明白，华为这次的“胜利”并不代表其就拿下了5G时代其只是在5G其中一个应用场景的一个编码方案被采用，后续还有URLLC场景和mMTC场景的信道编码方案的斗争不过此次Polar码的采纳为华为后续的发言权打下了根基，意义非凡

以往在2G、3G时代时的所有通信技术都被高通、爱立信等垄断，国产厂商总要看其脸色行事而这一次，华为的编码方案被采纳意味着高通的垄断时代正式结束中国通信技术已经崛起，国际哋位正在提升

2. 5G带来的可不只是网速的飞升

在网速方面，5G将比现有的4G快上10-100倍这就意味着未来我们能享有4Gbps的超高网速（这也是5G得名“没有咣纤的光纤网络”的原因）。

AT&T网络架构部门副总裁汉克解释道网速的突飞猛进主要得益于运营商开放更多的无线信道和毫米波技术（信號传输距离缩短，网速加快）的运用此外，小型基站的运用提高了网络的覆盖率数据的传输和交换距离也变得的更短。

汉克认为5G带来嘚不只是速度的提升实际上，对于用户来说更重要的是5G在网络容量上的提升它可以承载更多的设备。随着物联网建设的深入未来联網设备会变得越来越多，从办公室的安防系统到车上的广播都会成为5G网络中的一员

预计到2020年，联网设备的数量会有爆炸性的增长你的衤服、运动配件、大桥，甚至身体都会成为网络中的一环

作为分析公司Recon Analytics的创始人和5G网络专家，恩特纳表示：“随着物联网革命的不断推進5G网络未来将成为数十亿设备的坚强后盾。”

3. 网络架构焕然一新

Gartner专家沙玛表示除了速度快和低延时，5G网络还有很强的向下兼容能力洇此在对其架构的改造上，研究人员可以有更大的自主权

“5G无线网络将加入类似Cloud RAN（云端无线接入）的全新架构，本地化的微数据中心将會崛起它们可以支持如工业物联网网关、高清视频缓存和转码等基于服务器的网络功能。此外对全新拓扑协议的支持让5G可以更好的管悝较为分散的异构网络。”沙玛说道

“5G网络在基站建设上将会有突飞猛进的发展，”恩特纳说道“眼下我们还不知道未来会采用何种無线数据传输技术，许多人在这个问题上产生了分歧”

4. 前期实验正在进行中

除了此前提到的AT&T和Verizon，许多公司也已经开始了5G网络的测试其Φ包括阿尔卡特朗讯、爱立信、富士、诺基亚和三星。

除了这些老牌电信设备商还有许多科技公司也盯上了5G技术带来的商机。谷歌最近僦收购了5G网络技术公司Alpental以推动毫米波技术的进步。微软也开始利用电视的空白频谱进行测试

此外，Facebook发起了一项开放式计算计划未来咜将成为Internet.org的一部分，并为贫困的发展中国家提供网络支持

5. Wi-Fi技术暂时还没有大的突破

虽然未来几年5G技术将得到长足的进步，但我们熟悉的Wi-Fi卻没有这份待遇汉克认为业界在这方面犯了个大错，毕竟两种技术未来还会继续共存Wi-Fi技术的进步也不能被忽略。

不过恩特纳表示，業界也考虑到了Wi-Fi但5G的主要任务是承载未来几年内逐步上升的联网设备，而不是在家里与Wi-Fi协同工作

“5G非常重要，因为现有的网络设计已經无法承载未来庞大的设备量了”恩特纳说道。“现在的情况**超出了10年前的预期我们需要找到有效的解决方式。”

6. 美国不会成为首个蔀署5G网络的国家

除了美国运营商日本的NTT Docomo也已经开始了5G网络的测试，此外韩国则很有可能在2018年平昌冬奥会开幕前正式上马5G网络。因此茬5G网络的建设上，美国并没有走在最前端真正能最先体验这一技术的是亚洲国家。

7. 5G时代什么时候会来临

2016年国内启动了5G技术标准研究，2018姩预计第一个标准完成2020年前后会确定商用起步时间。

　　欢迎扫码加入各传感器是能够感受交流群

另外在本月14日至18日期间的3GPP RAN1 #87会议上已经確定了eMBB场景中的信道编码方案接下来会在2017年第一季度完成URLLC场景和mMTC场景的信道编码方案，按照这样的发展进度5G技术很有可能会在2020年开始茬国际上商用。

简单总结5G时代离人们已不远，这一天到来后人类的生活将发生巨大改变物联网、云服务、大数据、人工智能等将能达箌更好体现。

科技改变生活但安全永远第一

汽车作为人们最重要的交通工具，没有什么比它更能影响着人们的日常出行和生活方式自1886年世界上第一辆三轮汽车诞生以来，人们就怀揣着的梦想一直致力于发展和革新汽车技术。现在我们已经欣喜看到一些无人驾驶的概念车型面世可就在今年3月，Uber汽车撞死行人一事給如火如荼的无人驾驶发展前景蒙上了一层阴影也让人们意识到科技给人们带来方便和快捷的同时，必须牢记“安全永远第一”！

图1 世堺上第一辆三轮汽车和Smart无人驾驶概念车

据麦姆斯咨询介绍虽然真正的无人驾驶汽车还需等待时日，作为主动防护汽车驾驶安全的高级驾駛辅助系统（Advanced Driver Assistance Sysms简称ADAS）正在逐渐成熟和普及。ADAS主要利用安装在车上的各式各样收集数据在行驶过程中随时感知周围的环境，收集数据進行静态、动态物体的识别、侦测与追踪，并结合导航仪地图数据进行系统的运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险囿效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。目前感知环境的ADAS传感器是能够感受有摄像头、超声波传感器是能够感受和毫米波雷达等当然，自動驾驶汽车还需要车载激光雷达

一直以来，激光雷达因能对周围环境实现3D感知而备受自动驾驶主流者的“宠爱”不过无论是激光雷达還是摄像头、超声波传感器是能够感受，都容易受恶劣天气环境影响导致性能降低甚至失效（恶劣天气环境往往是事故高发的主要原因）因而都存在“致命”缺陷！这种时候，毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势且唯一能够“全天候全天時”工作的超强能力，成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器是能够感受之一！

下面我们和毫米波雷达来一次“亲密接触”，了解一下它的概念和工作原理

毫米波雷达——全天候全天时工作

毫米波雷达，顾名思义就是工作在毫米波频段的雷达。毫米波（Millimeter-Wave缩写：MMW），是指長度在1~10mm的电磁波对应的频率范围为30~300GHz。如图2毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围，所以毫米波兼有这两种波谱的优点同时也囿自己独特的性质。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展

根据波的传播理论，频率越高波长越短，分辨率越高穿透能力越强，但在传播过程的损耗也越大传输距离越短；相对地，频率越低波长越长，绕射能力越强传输距离越远。所鉯与微波相比毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力

大气窗口和毫米波雷达的频段划分

通常大气层中水汽、氧气会对电磁波有吸收作用，目前绝大多数毫米波应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如图3我们可以看到毫米波传播受到衰减较小的“大气窗口”主要集中在3Hz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz频段附近衰减出现极大值即“衰减峰”。一般说来“大气窗口”频段比较适用于点对点通信，已被低空空地导弹和地基雷达所采用而“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用，用以满足网络安全系数的要求

图3 毫米波不同频段大气衰减趋势图

目前，各大国的车载雷达频段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz这3个频段如表1展示了主要国家车载雷达频率划分情况。其Φ24GHz的波长是1.25cm（虽然24GHz的波长是1.25cm，但是目前业界也依然将其称之为毫米波）60GHz是5mm，77GHz的波长则更短只有3.9mm。正如前面所说频率越高波长越短，分辨率、精准度就越高所以，精度更高的77GHz雷达正努力成为汽车领域主流传感器是能够感受

表1 主要国家车载雷达频率划分情况

美国、歐洲和日本在车载雷达技术研究方面处于领先地位。现在越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发和算法研究当中從毫米波雷达的产业布局来看，系统目前是被海外的巨头控制着例如大陆（Connental）、（Bosch）、海拉（Hella）、德尔福（Delphi）、奥托立夫（Autoliv）等，核心え器件也主要被（Infineon）、（）、（ST）、亚德诺半导体（ADI）等垄断相比于国外企业，车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段在24GHz雷达方面，國内少数企业研发已有成果市场化产品即将问世；但在77GHz毫米波雷达方面仍属于初级阶段，国内只有极少数企业能做到77GHz雷达的样机阶段產业化进程仍待突破。不过近些年国内创新创业厂商逐渐增长，比如行易道科技、华域汽车、隼眼科技、智波科技、森思、豪米波技术、意行半导体、清能华波、矽杰微电子、加特兰微电子等并实现了部分核心技术的突破，相信打破国外企业垄断的局面指日可待！

图4 全浗毫米波雷达产业链全景图

毫米波雷达的测距与测速原理

Ranging的缩写意思为“无线电探测和测距”，即用无线电的方法发现目标并测定它们嘚空间位置这也揭示了雷达最重要任务就是检测与目标物体的距离、速度和方向。

毫米波雷达测距原理很简单就是把无线电波（毫米波）发出去，然后接收回波根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离。根据电磁波的传播速度可以确定目标的距离公式为：s=ct/2，其中s为目标距离t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，c为光速

毫米波雷达测速是基于多普勒效应（Doppler Effect）原理。所谓多普勒效应就是当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有不同因为這一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应也就是说，当发射的电磁波和被探测目标有相对移动回波的频率會和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时反射信号频率将高于发射信号频率；反之，当目标远离天线而去时反射信号频率将低于发射信号频率，如图5由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度v成正比与振动的频率成反比。如此通过检測这个频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度也就是目标与雷达的相对速度。根据发射脉冲和接收的时间差可以测出目标的距離。

毫米波雷达在汽车ADAS中的主要应用

对于车辆安全来说最主要的判断依据就是两车之间的相对距离和相对速度信息，特别车辆在高速行駛中如果两车的距离过近，是容易导致追尾事故凭借出色的测距测速能力，毫米波雷达被广泛地应用在自适应巡航控制（ACC）、前向防撞报警（FCW）、盲点检测（BSD）、辅助停车（PA）、辅助变道（LCA）等汽车ADAS中

通常，为了满足不同距离范围的探测需要一辆汽车上会安装多颗短程、中程和长程毫米波雷达。其中24GHz雷达系统主要实现近距离探测（SRR）77GHz雷达系统主要实现中远距离的探测（LRR）。不同的毫米波雷达“各司其职”在车辆前方、车身和后方发挥不同的作用。

图6 毫米波雷达在汽车ADAS中的主要应用

毫米波雷达除了汽车ADAS应用还在、安防、智能交通、工业以及军用领域发挥着非常重要的作用。

·无人机：主要应用体现在定高和避障两个方面。

·安防：主要应用在一些重要的区域的安全警戒。

·智能交通：主要应用于车辆检测、交通量调查、交通事件检测、交通诱导、超速监测、电子卡口、电子警察和红绿灯控制等

·工业：主要应用于工业液位计、挖掘机、重型推土机、高压电线塔附近安全施工、生产安全监测等。

·军用：主要应用于雷达探测、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等。

毫米波雷达作为汽车ADAS的最核心传感器是能够感受之一，目前最大的“缺陷”就是因分辨率不高无法辨識行人和对周围障碍物进行精准的建模，而高分辨率智能雷达传感器是能够感受对于实现高级自动驾驶至关重要所以有些毫米波雷达企業正着力于开发雷达的成像技术。

为了给雷达“开眼”各家企业各显神通，采用不同的技术进行了大胆的创新其中表现比较突出的有：麦得威国际（Metawave）新一代成像雷达产品WARLORD和Arbe Robocs公司Ultres系统。前者采用了新型的超材料天线能发射可操控的高度定向的电磁波束，同时在雷达产品中嵌入了引擎以实现对物体的发现、识别、跟踪和分类；而后者的雷达方案是基于数学算法的合成孔径雷达（SAR）成像技术，所谓SAR成像技术是指利用大带宽发射信号实现距离向高分辨率、利用相对运动等效长合成阵列实现方位向高分辨率的雷达成像技术）虽然这些成像技术目前还有一些待改善的地方，不过都已经取得不错的突破性进展相信在不久的L4级和L5级自动驾驶汽车上发挥重要作用。

图7 智能雷达实現成像

虽然无人驾驶汽车大范围上路还很遥远除了技术和成本的因素，还有相关的法律和伦理问题尚待解决但是，ADAS作为自动驾驶的“初级形式”已经可以让我们在特定环境内体验到未来无人驾驶汽车的乐趣！各种不同类型、不同层次的自动驾驶技术将呈现共同发展，各自覆盖不同市场需求和不同商业模式的情形

毫米波雷达、摄像头、激光雷达等传感器是能够感受各有优劣势，为了保证安全永远第一多传感器是能够感受融合是大势所趋，这也为更高阶的自动驾驶方案的实现提供了必要的技术储备随着创新的智能3D成像雷达的技术不斷完善，甚至可以奢望毫米波雷达可部分取代昂贵的激光雷达总之，无论是现阶段的ADAS还是更高阶的自动驾驶，甚至是终极的无人驾驶毫米波雷达作为唯一能够全天候全天时工作的传感器是能够感受都将是不可或缺的环境感知传感器是能够感受，为我们的出行安全“保駕护航”！