RF 和微波設(shè)計(jì)工程師生活在一個(gè)神秘的世界中，在這個(gè)世界中，“應(yīng)該”工作的電路卻不工作，仿真工具只能讓您走這么遠(yuǎn)，并且信號(hào)傳播會(huì)隨著一天中的時(shí)間、天氣以及是的相位變化而變化月亮。今年，變幻莫測(cè)的以太將考驗(yàn)“場(chǎng)和波”業(yè)務(wù)中最優(yōu)秀的人才，因?yàn)閼?yīng)用程序?qū)⒈纫酝魏螘r(shí)候都更需要他們的才能。要做的事情很多，時(shí)間有限，而且都不容易。

第五代蜂窩技術(shù) 5G 是一個(gè)極好的例子，因?yàn)樗亲詿o(wú)線遠(yuǎn)見(jiàn)者 Martin Cooper 于 1973 年使用手持電話進(jìn)行第一次蜂窩電話以來(lái)范圍最廣的變化。從那時(shí)起，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻率已經(jīng)從 UHF 提升到微波，但 5G 將使它們的頻率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，達(dá)到毫米波長(zhǎng)，在這種情況下，幾乎所有與通信相關(guān)的事情都變得更加困難和昂貴。

“那里”的信號(hào)只會(huì)傳播到它遇到的第一件事物，無(wú)論是樹、路標(biāo)還是建筑物。之后，信號(hào)被分散，強(qiáng)度嚴(yán)重降低，幾乎檢測(cè)不到。但這正是蜂窩技術(shù)的發(fā)展方向，因?yàn)楹苌儆蓄l譜保持在較低頻率，以適應(yīng)傳輸由流媒體視頻、游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)生成的澤字節(jié)數(shù)據(jù)所需的巨大帶寬。為了使毫米波網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)人員需要所有可用的工具，從高階調(diào)制技術(shù)到多用戶“大規(guī)?！盡IMO，以及相控陣天線，目前是國(guó)防雷達(dá)系統(tǒng)的專屬領(lǐng)域。

他們還必須利用在這些頻率下工作的少數(shù)半導(dǎo)體技術(shù)，主要是硅鍺 (SiGe) 和 RF CMOS，這兩種技術(shù)在某種程度上仍在進(jìn)行中。這不僅僅是在基站中；智能手機(jī)設(shè)計(jì)人員肩負(fù)著將大規(guī)模 MIMO 集成到袖珍型設(shè)備中的艱巨任務(wù)，以及更多的頻段和防止用戶的手吸收毫米波信號(hào)這看似不可能的問(wèn)題。

說(shuō)到正在進(jìn)行的工作，那就是物聯(lián)網(wǎng)，射頻和微波技術(shù)緊隨其后。這里的挑戰(zhàn)不是高頻、更高的數(shù)據(jù)速率或晦澀的技術(shù)；恰好相反。IoT 網(wǎng)絡(luò)以低得多的頻率運(yùn)行，最大限度地降低數(shù)據(jù)速率和信道帶寬，并使用現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)建非常便宜的“邊緣設(shè)備”，其大小與火柴盒一樣大，可以使用紐扣電池運(yùn)行長(zhǎng)達(dá) 10 年。

與在毫米波前沿的荒野頻率上運(yùn)行相比，這可能不是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，但這并非微不足道。連接邊緣設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)解決方案太多，這讓設(shè)計(jì)人員的任務(wù)變得更加復(fù)雜，而且毫不奇怪，這些解決方案大多是不兼容的。無(wú)論連接解決方??案是什么，例如藍(lán)牙 5、Zigbee 或其他十幾個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者，都需要一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來(lái)讓它們相互通信。

設(shè)備生成的數(shù)據(jù)必須傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，在那里數(shù)據(jù)被聚合、進(jìn)行最低限度的處理以減少數(shù)據(jù)量，然后通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)或低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。這在一個(gè)普通的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)中已經(jīng)夠困難了，但在整個(gè)智能城市、5,000 英畝的農(nóng)場(chǎng)或制造設(shè)施中，這將成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

我們也不能不提到自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展的狂熱步伐，將上述挑戰(zhàn)與機(jī)動(dòng)性結(jié)合起來(lái)，需要提供非常精確、近乎實(shí)時(shí)的車輛態(tài)勢(shì)感知。車輛需要相互通信并與外部傳感器通信，例如安裝在“街道家具”上的攝像頭，從路燈到交通信號(hào)燈。由于政府、汽車制造商和設(shè)備制造商都渴望使無(wú)人駕駛汽車成為現(xiàn)實(shí)，因此必須盡快找到所有利益相關(guān)者都能同意的通信解決方案。

理想情況下，這將是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程：分配頻率、無(wú)線接入方法和其他通信規(guī)范，然后向前推進(jìn)。現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)非理想，兩個(gè)陣營(yíng)現(xiàn)在正在爭(zhēng)奪至高無(wú)上的地位。政府對(duì)專用短程通信 (DSRC) 的承諾已有 18 年之久，1999 年為其分配了 5.9GHz 的頻譜。它需要專用的通信基礎(chǔ)設(shè)施和“路邊單元”，而這兩者目前都不存在。蜂窩行業(yè)擁有無(wú)處不在的基礎(chǔ)設(shè)施和先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信，并認(rèn)為 DSRC 過(guò)時(shí)。蜂窩行業(yè)可能會(huì)贏得這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，但并不容易。

物聯(lián)網(wǎng)、5G 和自動(dòng)駕駛汽車還面臨著另一個(gè)巨大的通信挑戰(zhàn)：將延遲減少到接近消失點(diǎn)。延遲是從發(fā)送信號(hào)到到達(dá)所需目的地之間的往返時(shí)間。這不僅僅是推進(jìn)最先進(jìn)技術(shù)的問(wèn)題；它使設(shè)計(jì)師與不變的物理定律背道而馳。也就是說(shuō)，給定路徑上的延遲只能減少這么多，這從根本上取決于兩點(diǎn)之間的距離。這意味著要達(dá)到 5G 禁止的 1ms 延遲以及某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的延遲，通信路徑必須非常短，因此需要使用大量的小型基站（小型基站）。這將是極其昂貴和極其復(fù)雜的。

這些只是工程、科學(xué)和學(xué)術(shù)界必須解決的一些問(wèn)題，以便 5G 和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)其美好的承諾，并讓自動(dòng)駕駛汽車在不可預(yù)測(cè)的世界中發(fā)揮作用，同時(shí)確保我們的安全。在許多其他領(lǐng)域中，射頻和微波技術(shù)發(fā)揮的作用雖然不那么突出，但仍然很重要。簡(jiǎn)而言之，存在必須填補(bǔ)的巨大技術(shù)差距，秒表正在運(yùn)行。

審核編輯：湯梓紅