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2019年5月13日 星期一

Everything You Need to Know About 5G


來源:万物云联网


5G即將到來,至少一些電信商是這麼認為的。但是,至少在2019年之前,你不會找到能夠實際使用5G的手機。

而與此同時,其他網路和裝置製造商早在2015年就已經5G Evolution(5G演進)「的計劃來吸引消費者,現在越來越難以確切地知道,這個世界性的下一代無線網路,將會是什麼樣子的。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖一 5G即將到來

我們會很快看到真正的5G嗎?千兆位元(千兆位)LTE是會變差還是和原來的一樣好?消費者真的會在手機上使用到它們嗎?本文讓我們說明這兩種網路技術之間的差異,並試圖找出答案。

技術標準
5G和千兆位元(千兆位)LTE容易混淆的問題,在於各公司和電信商,一直在使用這些術語,來描述不同的事情。

5G有非獨立(非獨立)和(即將推出的)5G獨立標準(獨立標準)之間的一些區別,以及這對於產品和用例意味著什麼 - 簡而言之,5G並不是一個單一的「東西」。

類似地,千兆位元(千兆)LTE網路,已經使用新的高頻和/或低頻頻譜,未經許可的頻譜,以及來自LTE和Wi-Fi訊號的聚合來構造。

它也被稱為LTE-Advanced,LTE Advanced Pro和「pre-5G」等,但其統一因素是千兆位元(Gigabit)LTE,能夠提供超過1 Gbps的下載速度。

有很多方法可以實現更快的無線資料傳輸速度,這在一定程度上導致了這種混亂。我們將遵循3GPP標準中的一些細節,告訴大家,每種技術需要什麼樣的工作方式,以及它能夠為消費提供什麼。

速度超過1 Gbps的第一個規範,在3GPP的Release 13協議版本中釋出,而第一個5G NSA協議規範釋出,在3GPP的Release 15中。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖二 3GPP的相關協議演進

從上表可以看出,隨著這些協議版本逐漸增加,引入了額外的功能和硬體支援,以實現更高的傳輸速度。一些主要的技術理論,是與更快的傳輸速度關聯在一起的:可匯聚在一起的載波數量的增加,更大的MIMO,以及對更廣泛的頻譜共享技術的支持。像5G非獨立(新無線電,新無線電,NR)規範的轉變,旨在通過在6 GHz以下的頻段,和毫米波頻率中,增加更多的頻譜和載波,來進一步提升網路速度。

就速度而言,引入LTE-Advanced Pro和5G新型無線電,可讓我們超越1 Gbps的網路速度障礙。但是,在這個時候值得一提的是,使用者峰值資料速度,將遠低於這些理論的最大值。


5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖三 5G裝置原型
  
5G和千兆位元(千兆位)LTE,都旨在透過增加可用頻率範圍,和傳輸資料的載波數量,來提高速度。

這是因為實際速度,取決於您當前區域的可用頻譜型別,例如毫米波天線,或LAA小型蜂窩基地台集線器(small-cell hub),以及你口袋中的手機所能夠支援的技術。擁有5G手機並不能保證,一定能獲得比千兆位元(千兆位)LTE更快的速度。

現在,我們來仔細看看這些釋出的3GPP協議中,涉及的各種技術,以及它們與5G和千兆位元(千兆位)LTE的關係。

它們是如何工作的
提高資料速度的關鍵是透過載波聚合,即透過合併從多個子單元載波頻率,獲取資料來提高吞吐量。第一代LTE網路和手機,僅使用一個20 MHz載波頻寬,但LTE-Advanced在LTE網路中,引入了混合載波頻寬的概念。

隨後是LTE-Advanced Pro,它進一步增加了匯聚的載波數量,並開始支持各種非授權頻譜的技術。未經許可的頻譜,包括混合來自2.4GHz,或者5 Ghz的Wi-Fi頻段的訊號,以及圍繞類似的6 GHz以下頻段的其他小型蜂窩小區的實施。

多輸入多輸出(MIMO)技術也同樣重要。這與載波聚合(載波聚合)相似,因為該資料流可以針對每個載波頻寬,跨多個天線並行傳送。

除了用於增加吞吐量外,多輸入多輸出(MIMO)還可以透過將這些並行天線傳送相同的數據,以檢查錯誤並防止資料包丟失。

當談到採用毫米波技術的5G無線電時,大規模MIMO(大規模MIMO)變得更加重要。這是因為非常高頻毫米波技術,更依賴於視距(線的視距)通訊,所以MIMO對於確保資訊,可以完好地到達目的地手機非常重要。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖四中,LTE向5G演進之路

使用千兆位元(GB)LTE時,五個或者更多的LTE載波頻寬聚合在一起,以提供更高的峰值資料速率。這可能來自各種各樣的頻譜,包括T-Mobile的600 MHz頻譜等,1 GHz以下的長距離低頻段頻譜。

在諸如城市中心等建築物區域,您可能會發現這些傳統的LTE頻段,增加了額外的巨集蜂窩,這些巨集蜂窩在非授權頻譜中執行,以進一步增加可用頻段的數量進行匯聚,並提供更多頻寬,從而提升傳輸速率。

來自多個載波的聚合,對於改善小區網路邊緣處的使用者速度,也具有優勢,因為可以將多個較弱的訊號組合在一起,以獲得更高的吞吐量。

當然,要使用這些高速度,您需要一款不僅相容這些技術的調變解調器的智慧手機,而且還需要一個無線電前端,以便拾取您的電信商所提供的正確的頻段中的資料資訊。

第一代5G網路將繼續使用我們熟悉的LTE錨點,透過新的毫米波和新頻段的專用5G頻譜,擴大千兆位元(千兆位)LTE可實現的功能。換句話說,第一個5G網路將透過開放用於行動資訊的新頻段,將這一長期執行的載波匯聚理念,提升到了一個新的層次。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖五,千兆位元(千兆位)LTE

當移動到新的毫米波和其他高頻頻段時,才真正將5G與千兆位元(千兆位)LTE分隔開來,但是這種轉變並非簡單的切換。

這些高頻率很容易被牆壁甚至你的手擋住。沒錯,即使拿著智慧手機,也足以阻止非常高的頻率資料到達天線。5G智慧手機天線需要重新設計,以便他們能夠處理更加挑剔的頻率。

無線電射頻前端,也必須進行調整以迎合這些頻段,這需要進行一些較低階別的重新設計產品的工作。這是在用波束成形,和其他相關技術,推出5G毫米波發射機時遇到的問題之一。

而千兆位元(Gigabit)LTE更容易投入產品,因為它基於現有的通用無線電技術。5G mmWave提出了新的設計挑戰。

除了智慧手機級蜂窩寬頻,千兆位元(千兆)LTE和5G新無線電,還為新興用例提供了一系列新的通訊技術和協議。

LTE Direct,LTE Broadcast和C-V2X,旨在實現裝置到裝置的連線,而無需穿越大型的蜂窩網路。此外,還支援使用EMTC和窄頻物聯網技術的物聯網,適用於從智慧家庭到無人機的各種應用。

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  圖六 5G NR的特徵

千兆位元(千兆位)LTE更容易實現,因為天線陣列設計,與現在應用中的天線的非常相似,並且功率消耗大部分保持不變。使用千兆位元LTE,智慧手機設計和外形形狀,可能保持不變,而5G智慧手機則需要一些顯著的重新設計。

我們應該關心哪一個?
隨著5G的巨大的市場性,和潛在的應用正在轉變。千兆LTE可能有點容易被忽視,但是該技術仍然在為消費者,提供了重要的速度提升,全球許多LTE網路仍有大量成長。

看看為世界上一些最快的國家,收集的資料包括美國,歐洲,印度和其他國家的資料。這些國家的電信商,可以明顯趕上像韓國這樣的行業領導者,而不需要5G技術。

對於智慧手機,千兆LTE可用於即使是最艱難的消費者行動用例,例如4K視訊流媒體,它只需13 Mbps左右的下載速度,即可進行即時串流傳輸。當

然,僅僅在千兆LTE網路上,並不意味著實際上你會看到千兆的速度,但是傳輸速度超過50Mbps的,在這些網路中很常見。相反,5G將更多地體現大眾物聯網,和非常低延遲的應用場景,例如自動無人駕駛汽車,這標誌著行動網路使用者體驗的重大轉變。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖七,5G調變解調器可能比千兆LTE更快,但真實世界移動用例的速度可能會非常相似

實用性也是一個重要的考慮點。5G技術不僅需要在網路硬體方面進行重新設計,而且還需要在裝置中進行重新設計。新的調變解調器,更重要的是,前端無線電設計將非常昂貴且棘手,以適應現有的行動終端的外形形狀和尺寸。相比之下,千兆位元LTE易於實現,主要是擴充套件現有的網路LTE和無線網路頻段。

這並不是否認5G作為行動網路的重要發展階段的必要性。除了更快的速度,更高的頻寬和更低的延遲,5G將在物聯網,汽車和連線行業中實現革新的應用案例,並在5G後端改變現有LTE核心時實現新的更高效的服務。

然而,至少在2019年前,第一批5G網路將不會出現,即便出現了,大部分5G網路仍將會保留,用於某些城市內部的熱點位置。調變解調器和使用它們的RF前端,實施的智慧手機,可能會在更遠的將來才能實現。

5G與千兆位元(千兆位)LTE:差異解釋
  圖八,5G分層覆蓋

在可預見的未來,LTE仍將為所有全球行動網路提供支援。首批5G非獨立網路,實際上只會增加現有網路的頻譜資源,使傳輸頻寬更高。

如果您正在考慮購買新款智慧手機,請不要支援5G型號。與千兆LTE網路相容的任何手機,在未來的幾年內或多或少都會繼續為您提供高速傳輸速率。323180416

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