5G蜂巢式技术将从大规模部署固定无线接取(FWA)服务开始, 不仅导致智能型手机发生重大变化, 最终还将取得一些惊人的数字成果.
这是爱立信(Ericsson)杰出工程师Dave Allen在今年Hot Interconnects大会的专题演讲中所强调的重点. 他指出, 美国电信营运商Verizon和AT&T已经宣布计划从明年底开始采用28GHz和39GHz的5G技术作为最后一哩(last-mile)接取技术. 「在街坊邻近地区竖根杆子, 将会比透过光纤连接家庭更容易得多了. 」
这一部份可归功于这些固定的无线网络服务——爱立信预计, 在2027年以前, 采用无线网络的流量将会超过有线网络. 最初的5G固定无线服务将作为营运商核心LTE网络的邻近街区延伸.
图1: 5G固定无线接取服务部署示例
推出结合4G/5G的服务有别于过去, 一部份原因在于纯粹的5G技术还需要进行大量艰巨的任务.
例如, 毫米波(mmWave)发射器和接收器需要使用大规模多输入多输出(Massive MIMO)天线, 而且在两侧都得配备波束成形(beamforming)技术. 这些技术可用于补偿从传统3G升级到5G 39GHz无线系统时大约40dB的讯号损耗.
Allen指出, 在这些频段中, 干扰可能来自于「穿过我们身体, 鸟群和快速驶过的卡车所传送的无线讯号——其所导致的讯号损耗比有线网络更高千万倍. 」.
表1: 5G服务的目的在于全面覆盖 (来源: Ericsson)
他将massive MIMO描述为「一种空间多任务的形式...... 将多个低速讯号分配给数组中的不同天线, 其带宽可经由两侧最少数量的天线加以限制. 」
波束成形技术最早见于1905年. 它使用了在较低频段中效果较不显著的建设性干扰(constructive interference)技术.
MIMO和波束成形结合在一起, 有助于促进频谱再利用的最大化. Allen风趣地说: 「当你的资源非常稀少时, 大可以扔上大量的数学算法. 」
Allen强调, 如何将MIMO和波束成形技术封装于手机中, 将是5G面临的最严峻挑战之一. 「手机无需使用任何移动组件, 就能经由计算数学变换而持续集中于一个天线塔, 而只需改变相位和操控讯号就能立即重新定位. 」
同样地, 5G基地台将使用所谓的协调多点技术, 在不同的天线之间中继波束成形任务. 尽管这一类电子产品存在开发难度, 但购买频谱和天线塔使用权可望弥补一半以上的无线接取成本.
他说: 「现代的教堂尖塔被设计成专用于手机的发射天线——位置理想的教堂可为营运商提供良好的联机接取, 甚至为教会带来3万美元的年收入. 」
但更大的统计数字则来自营运商方面. 据爱立信估计, 在2020年5G发布之时, 将会有95亿个蜂巢式用户, 其中约有60亿用户使用智能型手机. 届时, 平均每位用户每个月所耗用的行动数据量将从2015年的3.8GB迅速增加到22GB.
「这些数字着实令人惊讶...... 而且他们需要架构和技术响应以支持这一成长. 」Allen解释这就是为什么当今技术产业持续专注于「不断向外扩展」之故.
例如, 一个数据封包在5G新无线(NR)和无线接取网络(RAN)之间来回传输一趟的时间是3毫秒(ms), 这较采用LTE时需要20ms更大幅缩短传输时间. 5G NR将支持从600MHz到100GHz的频率, 信道从20MHz扩展到100MHz以上, 而且能够动态地改变其所支持的上行与下行流量之比.
总之, 5G「正在试图将无线技术扩展到新的垂直市场及其邻近领域」, 从农场中大规模的物联网(IoT)部署一直到工厂中对延迟敏感的机器人. 同时, 针对某些物联网应用, 工程师正力求使无线成本压缩到1美元.
「这真的非常吸引人, 而我们所收集的信息量将是非常巨大的. 」总之, Allen补充道: 「5G技术无法一言以蔽之——而我们正尝试让所有的技术浮出台面. 」