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5G手机可用了吗?

作者:赵志伟    来源:飞象网   发布时间:2018-04-16 11:12:27

   【流媒体网】摘要:在可预见的未来,LTE仍将为所有全球移动网络提供支持。首批5G非独立网络实际上只会增加现有网络的频谱,换言之,频谱更高。


 

  5G与千兆级LTE纷至沓来,相辅相成的同时又各有侧重。那么,二者各有什么特点,又有什么区别呢?本文带你解析一二。

  所谓千兆级LTE,是指在理论上速度可以达到光纤级别的1Gbps(125MB/s),而日常实际使用中也能做到平均速度100Mbps以上。与国际电信联盟对4G定义的标准一致,业界称之为LTE-A。那么它到底是运用了什么技术,如何运作的呢?

  三项技术助推速率升级

  千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度,主要得益于三个关键技术:载波聚合、高阶调制、更高阶的MIMO。

  在无线网络中,提高传输速率最简单的方法之一就是增加传输带宽。每一代移动通信的升级,载波带宽都在持续提升,LTE的一个载波最少是20MHz的带宽(而GSM是200KHz,WCDMA和HSPA+是5MHz)。那在这一基础上如何进一步提升传输速度呢?在LTE到LTE-A演进的过程中,3GPP提出了载波聚合技术,即将多个载波聚合成更高的带宽,理论上LTE-A系统中可以实现2-5个LTE成员载波(ComponentCarrier,CC)的聚合。

  当三个射频信道变成一个更宽的信道,三个20MHz就相当于60MHz,那么数据吞吐量便提升了3倍。另外,因为2×2MIMO每个载波有两个数据流,三载波条件下就有六个数据流,以64-QAM的调制方式已知75Mbps的速度来算,三载波聚合后的6个数据流就相当于75Mbps×6=450Mbps。

  当然,运营商拥有的频段不同,部署上也有差异,所以三个载波可以灵活部署,可以是连续的,也可以是离散的。例如,一个700MHz,一个900MHz,一个1.8GHz可以聚合;TDD载波和FDD载波也可以混合地聚合在一起。

  再来看高阶调制,载波聚合是提升速率最直接最有效的方法,但移动通信系统的带宽资源是有限的,而高阶调制就是利用有限带宽资源提供高数据速率一种的手段。

  高阶调制方式是一种复杂的调制方式,例如提高收发器的复杂程度可以让一个信号搬运更多的比特。LTE最初的下行调制方式是64-QAM,这也是和2G、3G相比升级的地方。众所周知,目前64-QAM(64个样点,样点数目越多传输效率越高)的一个信号可以承载6个比特,而如果扩展到256-QAM(256个样点),一个信号则可以承载8个比特,带宽效率直接提升了33%。

  至于更高阶的MIMO,即在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,这使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,大大增大信道容量。最初LTE采用的是2×2 MIMO,有两个数据流。

  但2×2依然达不到千兆级的速度,通过部署更高阶的MIMO,也就是更多的天线、更多的收发链路,来获得更多的数据流也是提升传输速度的方式之一。

  2016年2月,高通发布了移动行业首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16 LTE调制解调器(modem)。2017年2月21日,高通推出了第二代千兆级LTE解决方案—— 基于10纳米FinFET制程工艺打造的骁龙X20 LTE芯片组 。这是首款商用发布的、能实现最高达1.2 Gbps的LTE Category 18下载速度的千兆级LTE芯片组,在多个方面实现了业内首创。

  除此之外,千兆级LTE在终端也有落地,在2017Snapdragon Summit(高通)峰会上华硕推出了全球首款千兆LTE笔记本电脑NovaGo。

  5G呢?

  5G也称第五代移动通信技术,外语缩写:5G。5G速率是4G的100倍,实际使用至少是10倍。和4G相比,5G的提升是全方位的,按照3GPP的定义,5G具备高性能、低延迟与高容量特性,而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这五大技术上。

  2013年5月13日,韩国三星电子有限公司宣布,已成功开发第5代移动通信技术(5G)的核心技术,预计于2020年开始推向商业化。2015年5月29日,酷派首提5G新概念:终端基站化。2016年1月7日,工信部召开“5G技术研发试验”启动会。2017年2月9日,国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中国三大通信运营商于2018年迈出5G商用第一步,并力争在2020年实现5G的大规模商用。

  2017年11月15日,工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》,确定5G中频频谱。12月21日,5G NR首发版本正式冻结并发布。

  2018年2月23日,在世界移动通信大会(MWC)召开前夕,沃达丰和华为宣布,两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6 GHz频段完成了全球首个5G通话测试。沃达丰称,这次测试使用了测试网络和测试设备执行4G至5G双重连接的实时数据呼叫。这一连接开始于4G,之后在5G网络上建立了数据连接。沃达丰方面还称,工程师同时使用相同的方法成功测试了实时高清视频通话。华为方面表示,这次测试结果表明基于3GPP标准的5G技术已经成熟。

  二者有何不同?

  5G和千兆LTE的问题在于各公司和运营商一直在使用这些术语来描述不同的事情。

  

 

  从上表可以看出,5G这些版本逐渐增加,引入了额外的功能和硬件支持,以实现更高的速度。一些主要的主题与更快的速度结合在一起。可汇聚在一起的载波数量的增加,更大的MIMO以及对更广泛的频谱共享技术的支持。向5G非独立(新无线电)规范的转变旨在通过在6 GHz以下的毫米波频率中增加更多的频谱和载波来进一步提升速度。

  5G和千兆比特LTE都旨在通过增加可用频率范围和传输数据的载波数量来提高速度。就速度而言,引入LTE-Advanced Pro和5G新型无线电可让我们超越1 Gbps的障碍。但是,在这个阶段值得一提的是,用户峰值数据速率将远低于这些理论最大值。

  第一批5G网络将继续使用熟悉的LTE锚点,通过新的毫米波和新频段的专用5G频谱扩大千兆位LTE可实现的功能。换句话说,第一个5G网络将通过开放用于移动数据的新频段,将这一长期运行的汇聚理念提升到新的层次。

  5G实际上如何工作?是向新的毫米波和其他高频频段的转变。从千兆LTE中分离出5G,但交换机并非简单的壮举,这些高频率很容易被墙壁甚至手挡住。即使智能手机也足以阻止非常高的频率数据到达天线。5G智能手机天线需要重新设计,以便他们能够处理更加挑剔的频率。无线电频率前端也必须进行调整以迎合这些频段,这需要进行一些较低级别的产品重新设计。这是在用波束成形和其他相关技术推出5G毫米波发射机时遇到的问题之一。

  而千兆LTE更容易投入产品,因为它基于现有的通用无线电技术。

  除了智能手机级蜂窝宽带,千兆LTE和5G新无线电还为新兴用例提供了一系列新的通信技术和协议。 LTE Direct,LTE Broadcast和C-V2X旨在实现设备到设备的连接,而无需穿越大型网络。此外,还支持使用eMTC和窄带物联网技术的物联网技术,适用于从智能家居到无人机的各种应用。

  千兆比特LTE更容易实现,因为天线阵列设计与现在使用的非常相似,并且功率消耗保持大部分不变。使用千兆比特LTE,智能手机设计和外形因素可能保持不变,而5G智能手机则需要一些显著的大改观。这是因为实际速度取决于人当前区域的可用频谱类型,例如毫米波天线或LAA小型蜂窝式集线器,以及手机中的支持技术。因此,拥有5G手机并不能保证比千兆LTE的速度更快。

  5G调制解调器可能比千兆LTE更快,但真实世界移动用例的速度可能会非常相似。

  此外,实用性也是一个重要因素。5G技术不仅需要在网络硬件方面进行重新设计,还需要在设备中进行重新设计。新的调制解调器前端无线电设计将非常昂贵且棘手,以适应现有的移动外形因素。相比之下,千兆比特LTE易于实现,主要是扩展现有的网络LTE和Wi-Fi频段。

  这并不是否认5G作为移动网络的重要发展。除了更快的速度,更高的带宽和更低的延迟,5G将在物联网,汽车和连接行业中革新使用案例,并在5G后端改变现有LTE核心时实现新的更高效的服务。然而,至少在2019年前,第一批5G网络将不会落地,调制解调器和使用它们RF前端实施的智能手机可能会更远。

  在可预见的未来,LTE仍将为所有全球移动网络提供支持。首批5G非独立网络实际上只会增加现有网络的频谱,换言之,频谱更高。

  正如外媒所指,“如果您正在考虑购买新款智能手机,请不要支持5G型号。与千兆LTE网络兼容的任何手机在未来的几年内或多或少都会成为未来的证明。”

责任编辑:路明玉
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