探索、研拟中的5G技术

发表时间 :2019-01-09

     依据ETSI/3GPP的规划,在LTE之后是LTE Advanced(也称LTE-A),而后有LTE-B,更之后可能有LTE-C,但也可能没有,在LTE-B/LTE-C之后才会进入5G。

     5G技术目前仍在技术摸索、研拟、提案中,现阶段的目标是将传输率提升到10Gbps以上。

4G的定义是基地台对固定装置的传输率达1Gbps(指整个基地台的服务能力,若有2个与2个以上的装置,1Gbps传输率就会因资源分配而减少),对移动装置的传输率达100Mbps,能达此水准一律能称为4G,LTE必须到Category 4之后的速率才满足,Cat. 1~3不能算,而WiMAX也要到WiMAX 1.5/2.0才能算,WiMAX 1.0不能算。虽然说能满足要求的即算4G,但大体还是以GSM→WCDMA→LTE为主轴。

而所谓的5G,目前仍在技术摸索、研拟、提案中,现阶段的目标是将传输率提升到10Gbps以上,为达此要求,各研究机构与网路设备厂、电信营运商,均在进行各种尝试,但大体已有一些技术共识。

     首先是运作的频段,现行LTE/4G多在3GHz以下运作,尤其FD-LTE多在偏低频位置,如700MHz、1800MHz,TD-LTE则较为高频,如2.1GHz、2.3GHz等,而目前提案中的LTE-U将会使用5GHz频段,与Wi-Fi所用频段相同。

    5G为了达到高传输率,期望使用更高的频段位置,一般认为将达30GHz以上,例如南韩Samsung已尝试用28GHz进行传输,日本NTT DoCoMo也尝试用11GHz进行传输,其他如Ericsson尝试用15GHz,Nokia则用70GHz,甚已有达80GHz、90GHz的说法。

     为了达到高传输率,每个通道频宽也必须尽可能大,现行Wi-Fi不过20/40/80/160MHz频宽,LTE-A运用载波聚合技术,最高也仅能达100MHz频宽(聚合5个20MHz的载波),但是NTT DoCoMo已经尝试使用400MHz频宽,且已有1GHz频宽的技术提案。

     一样是为了提升传输率,天线数也必须增加,仅以MIMO、eMIMO(e=enhanced)来形容已经不足够,新称呼为Massive MIMO,指使用大量数目的天线,NTT DoCoMo已开始尝试8根发送天线与16根接收天线,Samsung则已用上64根天线,收发天线数愈多,意味着传输率愈高。

    另外5G也希望减少传输延迟(Latency),希望将延迟时间限缩在1mS(毫秒)内,且要能支援物联网(IoT),此在现行4G中称为机器型通讯(Machine Type Communication, MTC),言下之意通话、通讯的不是人类,是装置(机器),而5G也一样要承袭与强化精进此方面的支援。

    发展限制与挑战

     乍听之下5G是将过往所谓的规格拉更高,好达到10Gbps的要求,但实际上5G技术也有所牺牲,由于使用5GHz以上的高频段运作,波长缩短,电波在传送路径中容易衰减,一般估在2km内,无法如现在动辄5km、9km远,甚至数十km的传输距离与覆盖。

    为了弥补基地台覆盖面积的变小,只好采行更广泛、绵密的基地台布建,言下之意未来Small Cell作法将成主流。不过,仍会有一种追求高覆盖率、低传输率的基地台,好用来协调各个小基地台间的协同运作(只用来传递沟通协调的控制信号),这种“大覆盖负责控制、协调,小覆盖负责高速传输资料”的作法,一般称为异质网路    (Heterogeneous Network, HetNet),现行4G已开始倡导这种观念,之后也会延续。

    最后,由于使用5GHz以上频段,多不是全球通行频段,各国对高频有各种用途,因此如何协调频段的运用也成重要挑战,现行4G推行所谓ASA(Authorized Shared Access),例如海岸防卫队可能只在沿岸用高频雷达,则透过协调在内陆使用相同频段提供服务,或者某些时段不用也可以暂时挪借相同频段来运作,用时间与空间上的差异来灵活运用频谱资源。

     当笔者跟别人谈及ASA机制时,多数人的第一个反应是“频谱资源已经荒缺到这种地步了?需要在时间与空间上进行争抢挪用?”看来答案是肯定的,笔者也曾与人说明“客户关系管理,CRM”,即透过电脑分析大量客户资料,对客户进行分群,而后针对不同群的客户推销不同的销售优惠方案,如电信商针对经常出差的人提供跨国漫游优惠方案,针对情侣推行网内互打方案。

    然说明了CRM后,也有人向笔者反应:生意做到这个地步,根本是做不下去了嘛!但产业现实、市场现实,技术要持续精进,生意模式也要持续精进。

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