5G蜂巢式技術將從大規模部署固定無線接取(FWA)服務開始, 不僅導致智能型手機發生重大變化, 最終還將取得一些驚人的數字成果.
這是愛立信(Ericsson)傑出工程師Dave Allen在今年Hot Interconnects大會的專題演講中所強調的重點. 他指出, 美國電信營運商Verizon和AT&T已經宣布計劃從明年底開始採用28GHz和39GHz的5G技術作為最後一哩(last-mile)接取技術. 「在街坊鄰近地區豎根杆子, 將會比透過光纖連接家庭更容易得多了. 」
這一部份可歸功於這些固定的無線網路服務——愛立信預計, 在2027年以前, 採用無線網路的流量將會超過有線網路. 最初的5G固定無線服務將作為營運商核心LTE網路的鄰近街區延伸.
圖1: 5G固定無線接取服務部署示例
推出結合4G/5G的服務有別於過去, 一部份原因在於純粹的5G技術還需要進行大量艱巨的任務.
例如, 毫米波(mmWave)發射器和接收器需要使用大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)天線, 而且在兩側都得配備波束成形(beamforming)技術. 這些技術可用於補償從傳統3G升級到5G 39GHz無線系統時大約40dB的訊號損耗.
Allen指出, 在這些頻段中, 幹擾可能來自於「穿過我們身體, 鳥群和快速駛過的卡車所傳送的無線訊號——其所導致的訊號損耗比有線網路更高千萬倍. 」.
表1: 5G服務的目的在於全面覆蓋 (來源: Ericsson)
他將massive MIMO描述為「一種空間多任務的形式...... 將多個低速訊號分配給數組中的不同天線, 其頻寬可經由兩側最少數量的天線加以限制. 」
波束成形技術最早見於1905年. 它使用了在較低頻段中效果較不顯著的建設性幹擾(constructive interference)技術.
MIMO和波束成形結合在一起, 有助於促進頻譜再利用的最大化. Allen風趣地說: 「當你的資源非常稀少時, 大可以扔上大量的數學演算法. 」
Allen強調, 如何將MIMO和波束成形技術封裝於手機中, 將是5G面臨的最嚴峻挑戰之一. 「手機無需使用任何移動組件, 就能經由計算數學變換而持續集中於一個天線塔, 而只需改變相位和操控訊號就能立即重新定位. 」
同樣地, 5G基地台將使用所謂的協調多點技術, 在不同的天線之間中繼波束成形任務. 儘管這一類電子產品存在開發難度, 但購買頻譜和天線塔使用權可望彌補一半以上的無線接取成本.
他說: 「現代的教堂尖塔被設計成專用於手機的發射天線——位置理想的教堂可為營運商提供良好的聯機接取, 甚至為教會帶來3萬美元的年收入. 」
但更大的統計數字則來自營運商方面. 據愛立信估計, 在2020年5G發布之時, 將會有95億個蜂巢式用戶, 其中約有60億用戶使用智能型手機. 屆時, 平均每位用戶每個月所耗用的行動數據量將從2015年的3.8GB迅速增加到22GB.
「這些數字著實令人驚訝...... 而且他們需要架構和技術響應以支援這一成長. 」Allen解釋這就是為什麼當今技術產業持續專註於「不斷向外擴展」之故.
例如, 一個數據封包在5G新無線(NR)和無線接取網路(RAN)之間來回傳輸一趟的時間是3毫秒(ms), 這較採用LTE時需要20ms更大幅縮短傳輸時間. 5G NR將支援從600MHz到100GHz的頻率, 通道從20MHz擴展到100MHz以上, 而且能夠動態地改變其所支援的上行與下行流量之比.
總之, 5G「正在試圖將無線技術擴展到新的垂直市場及其鄰近領域」, 從農場中大規模的物聯網(IoT)部署一直到工廠中對延遲敏感的機器人. 同時, 針對某些物聯網應用, 工程師正力求使無線成本壓縮到1美元.
「這真的非常吸引人, 而我們所收集的資訊量將是非常巨大的. 」總之, Allen補充道: 「5G技術無法一言以蔽之——而我們正嘗試讓所有的技術浮出檯面. 」