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4G LTE已經(jīng)為數(shù)以百萬計(jì)的客戶提供超快的數(shù)據(jù)，但隨著越來越多的運(yùn)營商希望使用更先進(jìn)的1 Gbps網(wǎng)絡(luò)和擁有更快調(diào)制解調(diào)器的手機(jī)新產(chǎn)品，很難不懷疑我們是否接近下一步很快就會使用5G網(wǎng)絡(luò)。不幸的是，我們都習(xí)慣聽到仍有一些技術(shù)障礙需要克服，并且在消費(fèi)者開始接收他們的***個5G信號之前還有大量的基礎(chǔ)設(shè)施投資，但日期即將結(jié)束。

如果您一直想知道所有這些新技術(shù)處于什么階段，以及距離5G還有多遠(yuǎn)，5G在美洲一個行業(yè)貿(mào)易協(xié)會和美洲5G和LTE的***消息，最近發(fā)表了一篇論文特別是該行業(yè)如何穩(wěn)步前進(jìn)。你可以在這里閱讀完整的白皮書，但我們已經(jīng)挖掘了一些更相關(guān)的部分，所以你沒有必要，并且還有一些我們自己的額外見解。

5G - 技術(shù)概述

在深入研究細(xì)節(jié)之前，我們先簡單回顧一下未來幾年5G的到來。峰值網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率將達(dá)到20 Gbps下載和10 Gbps上傳速度，比4G提高20倍。

其他5G改進(jìn)預(yù)計(jì)包括高達(dá)500公里/小時的移動性支持，1毫秒用戶平面延遲，每平方公里100萬臺設(shè)備的支持，以及多個無線電運(yùn)營商提供的高達(dá)1 GHz的帶寬。至于時間表，***個5G規(guī)范將在2018年初完成，使***個基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)能夠在2019年到2020年之間部署。

尋找頻譜

從廣義上講，許可頻譜對于運(yùn)營商來說仍然是一種寶貴的商品，目前看來還不足以達(dá)到不斷發(fā)展的5G標(biāo)準(zhǔn)所追求的高標(biāo)準(zhǔn)。

為了幫助回避這個問題，5G正在尋求廣泛的頻譜選擇，包括6 GHz以上的新的超高頻帶寬，并利用免許可頻段來增加容量。這種方法的缺點(diǎn)是這些高頻率不會傳播很遠(yuǎn)或穿透墻壁以及供應(yīng)短缺的低頻帶。因此，未來的5G網(wǎng)絡(luò)將比現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)看起來更加拼湊結(jié)合短距離，中距離和長距離覆蓋以增加容量。

實(shí)際上，這意味著利用現(xiàn)有的4G LTE頻段并隨著時間推移采用5G新無線電(NR)技術(shù)，并通過發(fā)展現(xiàn)有的載波聚合和更大的多天線技術(shù)將兩者結(jié)合起來。5G NR不僅支持一系列新的用途，例如大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，還支持多種頻譜。其目的是實(shí)現(xiàn)跨長距離，在小區(qū)和Wi-Fi頻率的可用頻帶之間的無縫轉(zhuǎn)換和同時連接。

因此，較低和較高頻率的組合對于5G操作是至關(guān)重要的。

為了使運(yùn)營商在財務(wù)上可行，現(xiàn)有的4G LTE頻段可能會在可預(yù)見的未來保持不變。相反，將開發(fā)5G NR開發(fā)和新的無線電頻率，主要是為了利用當(dāng)前未使用的cmWave和mmWave頻率。

這些短程站可能是由密集的天線陣列構(gòu)成的，這恰好是增加容量所需要的。此外，已經(jīng)證明較大的天線陣列可以提高甚至非常高頻率的實(shí)現(xiàn)范圍。在布魯克林5G峰會上發(fā)表的2016 NTT DOCOMO研究表明，在3.5 GHz頻率下，一個容納6,000個元素的77 X 77天線陣列可以超過一公里距離，甚至可以在30 GHz時覆蓋超過800米。即便如此，這將需要潛在的40到50個基站來提供與8到10個4G站相同的區(qū)域覆蓋，盡管速度會高得多。

這些高頻Massive MIMO天線陣列將需要波束成形和/或bream跟蹤，以便***化用戶的數(shù)據(jù)效率。這意味著天線將向用戶發(fā)送聚焦的數(shù)據(jù)流，而不是當(dāng)前的全向廣播。這是通過對用戶的位置進(jìn)行三角測量并使用智能算法沿***路徑發(fā)回數(shù)據(jù)來完成的。顯然，這比現(xiàn)有技術(shù)更加復(fù)雜和昂貴，但是將大大提高帶寬效率并允許使用非常高的頻帶。然而，研究仍在進(jìn)行中，這些高頻天線技術(shù)的最終規(guī)范尚未最終確定。

然而，除了高頻頻譜之外，還有更多的5G標(biāo)準(zhǔn)。增加低頻譜長距離的覆蓋范圍和帶寬同樣重要，不僅對消費(fèi)者而言，對物聯(lián)網(wǎng)和其他互聯(lián)市場也是如此。在今年的美國，美國聯(lián)邦通信委員會舉行了以前用于電視廣播的低頻600 MHz頻譜的拍賣，其中T-Mobile購買了45%的頻譜。

我們可能會在未來幾年看到額外的低頻頻譜再利用，這將用于擴(kuò)展4G和5G長距離覆蓋。隨著電視和廣播客戶轉(zhuǎn)向以數(shù)字方式和互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)更多數(shù)據(jù)，對專用模擬頻譜的需求正在減少，因此將其重新用于更快的5G數(shù)據(jù)是有意義的。

3GPP目前正在版本15中標(biāo)準(zhǔn)化5G頻率，預(yù)計(jì)將在2018年3月完成5G的非獨(dú)立版本。

未經(jīng)許可的頻譜

隨著無線蜂窩塔的新容量，建成區(qū)域的超高速5G速度可能需要使用光纖寬帶支持的小型蜂窩Wi-Fi聚合，以便處理大量用戶。為此，5G將聚合的LTE和5G信號與在未許可頻譜中傳輸?shù)母郊訑?shù)據(jù)相結(jié)合。2.4 GHz和5 GHz頻段通常被今天的WiFi路由器使用，3.5 GHz頻段可用于在未來增加更多頻譜。美國聯(lián)邦通信委員會還在開放3550至3700 MHz CBRS頻段，以供將來與這些小型電池一起使用。

我們甚至不必等到2020年左右開始出現(xiàn)5G技術(shù)才能開始看到未經(jīng)許可的頻譜帶來的好處。智能手機(jī)處理器套件已經(jīng)增加了對LTE-U的支持，***的3GPP版本13概述了許可協(xié)助訪問(LAA)規(guī)范和對LWA / LWIP的支持。在美國，T-Mobile已經(jīng)在華盛頓州貝爾維尤、紐約布魯克林、密歇根州迪爾伯恩、內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯、德克薩斯州理查森、和西米谷、加利福尼亞州建立了自己的LTE-U服務(wù)。

LTE-U由高通及其合作伙伴牽頭。本質(zhì)上，原理是使LTE頻帶在與普通Wi-Fi信號相同的頻率范圍內(nèi)工作。但是，由于FCC規(guī)定，LTE-U設(shè)備必須滿足與目前存在的Wi-Fi設(shè)備相同的功率限制，從而限制了它們的范圍。即便如此，在Wi-Fi頻譜中添加LTE頻段是提供額外容量的一種方式。

未經(jīng)授權(quán)的頻譜提出的一個重要問題是，這將如何影響常規(guī)Wi-Fi用戶?它們的家庭連接質(zhì)量是否會受到智能手機(jī)用戶堵塞寬帶數(shù)據(jù)的影響?使用未經(jīng)許可的頻譜肯定不是容量問題的最終答案，并且正在注意確保當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施不會與LAA相沖突。

LAA本質(zhì)上是由3GPP管理的LTE-U的標(biāo)準(zhǔn)化版本。兩者之間的***區(qū)別在于，LAA要求“先聽后說”功能，該功能可掃描本地Wi-Fi使用情況，并自動選擇5 GHz頻道，無需WiFi用戶，但代價是系統(tǒng)延遲。如果做不到這一點(diǎn)，該技術(shù)將共享相同的渠道，但LAA數(shù)據(jù)的優(yōu)先級低于其他Wi-Fi用戶，以便公平地共享數(shù)據(jù)。聽取講話是歐洲和日本無證經(jīng)營的必要條件，但并未在美國，韓國或印度的監(jiān)管中得到體現(xiàn)，因此這些國家為什么要關(guān)注LTE-U。即將發(fā)布的版本14中的增強(qiáng)型LAA(eLLA)規(guī)范也將允許上行鏈路使用未經(jīng)許可的頻譜。

另一種選擇是搭載現(xiàn)有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，而不必將新的LTE小區(qū)技術(shù)部署到未經(jīng)許可的頻譜中。LTE-WLAN聚合(LWA)也被標(biāo)準(zhǔn)化為3GPP的Release-13的一部分，并且能夠同時無縫地使用LTE和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

在這種情況下，LTE信號不與Wi-Fi競爭，而是手機(jī)同時連接到傳統(tǒng)的低頻LTE頻段和常見的Wi-Fi熱點(diǎn)，并在兩者之間聚合數(shù)據(jù)。好處是它更具成本效益并簡化了運(yùn)營商的部署。LWA部署也不會冒著新LTE實(shí)施阻塞Wi-Fi頻率的風(fēng)險。

與LWIP技術(shù)的不同之處在于LWA在分組數(shù)據(jù)層聚合LTE和Wi-Fi，而LWIP僅在IP層聚合或切換LTE和Wi-Fi鏈路。因此，對于LWA，數(shù)據(jù)可以在所有應(yīng)用程序的最小級別進(jìn)行拆分，從而大大提高了吞吐量。LWIP必須為每個應(yīng)用程序切換IP，但與傳統(tǒng)Wi-Fi硬件配合良好。目前LWA不支持上行鏈路，但隨著版本14中增強(qiáng)型LWA(eLAW)的到來，這將發(fā)生變化。

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雖然其中許多仍然可能聽起來像是一段距離，但今天的一些智能手機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好采用這些技術(shù)。運(yùn)營商聚合和LTE-Advanced已經(jīng)存在了一段時間，高通公司現(xiàn)有的X12和X16調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)在一系列Snapdragon移動平臺中支持LTE-U。該公司正準(zhǔn)備在未來幾個月向合作伙伴銷售其多模4G / 5G X50調(diào)制解調(diào)器，而ARM的Cortex-R8 CPU則針對其他尋求設(shè)計(jì)自己的調(diào)制解調(diào)器的公司。

未來的5G技術(shù)有很多內(nèi)容，雖然它是目前尚未完成不斷發(fā)展的技術(shù)，但許多成分已經(jīng)內(nèi)置到今天的智能手機(jī)和其他小工具中。雖然運(yùn)營商無疑會慶祝他們開啟他們的***個5G網(wǎng)絡(luò)，但事實(shí)上我們正在考慮通過推出LTE-Advanced和Advanced-Pro逐步演變，這意味著我們中的許多人已經(jīng)在使用下一代運(yùn)營商翻轉(zhuǎn)5G交換機(jī)時的無線功能。