RF 和微波設(shè)計工程師生活在一個神秘的世界中，在這個世界中，“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)，并且信號傳播會隨著一天中的時間、天氣以及是的相位變化而變化月亮。今年，變幻莫測的以太將考驗“場和波”業(yè)務(wù)中最優(yōu)秀的人才，因為應(yīng)用程序?qū)⒈纫酝魏螘r候都更需要他們的才能。要做的事情很多，時間有限，而且都不容易。

第五代蜂窩技術(shù) 5G 是一個極好的例子，因為它是自無線遠(yuǎn)見者 Martin Cooper 于 1973 年使用手持電話進(jìn)行第一次蜂窩電話以來范圍最廣的變化。從那時起，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數(shù)量級以上，達(dá)到毫米波長，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”的信號只會傳播到它遇到的第一件事物，無論是樹、路標(biāo)還是建筑物。之后，信號被分散，強度嚴(yán)重降低，幾乎檢測不到。但這正是蜂窩技術(shù)的發(fā)展方向，因為很少有頻譜保持在較低頻率，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，設(shè)計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)模”MIMO，以及相控陣天線，目前是國防雷達(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這看似不可能的問題。

說到正在進(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行長達(dá) 10 年。

與在毫米波前沿的荒野頻率上運行相比，這可能不是一個技術(shù)挑戰(zhàn)，但這并非微不足道。連接邊緣設(shè)備的競爭解決方案太多，這讓設(shè)計人員的任務(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。無論連接解決方??案是什么，例如藍(lán)牙 5、Zigbee 或其他十幾個競爭者，都需要一個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來讓它們相互通信。

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)。這在一個普通的家庭自動化系統(tǒng)中已經(jīng)夠困難了，但在整個智能城市、5,000 英畝的農(nóng)場或制造設(shè)施中，這將成為一個巨大的挑戰(zhàn)。

我們也不能不提到自動駕駛汽車發(fā)展的狂熱步伐，將上述挑戰(zhàn)與機(jī)動性結(jié)合起來，需要提供非常精確、近乎實時的車輛態(tài)勢感知。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，從路燈到交通信號燈。由于政府、汽車制造商和設(shè)備制造商都渴望使無人駕駛汽車成為現(xiàn)實，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，這將是一個簡單的過程：分配頻率、無線接入方法和其他通信規(guī)范，然后向前推進(jìn)。現(xiàn)實遠(yuǎn)非理想，兩個陣營現(xiàn)在正在爭奪至高無上的地位。政府對專用短程通信 (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 過時。蜂窩行業(yè)可能會贏得這場戰(zhàn)爭，但并不容易。

物聯(lián)網(wǎng)、5G 和自動駕駛汽車還面臨著另一個巨大的通信挑戰(zhàn)：將延遲減少到接近消失點。延遲是從發(fā)送信號到到達(dá)所需目的地之間的往返時間。這不僅僅是推進(jìn)最先進(jìn)技術(shù)的問題；它使設(shè)計師與不變的物理定律背道而馳。也就是說，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題，以便 5G 和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)其美好的承諾，并讓自動駕駛汽車在不可預(yù)測的世界中發(fā)揮作用，同時確保我們的安全。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。簡而言之，存在必須填補的巨大技術(shù)差距，秒表正在運行。

審核編輯：湯梓紅