一切都和5G有關(guān)。無(wú)論你在哪里，和誰(shuí)聊起令人振奮的新技術(shù)，5G永遠(yuǎn)是談話(huà)的中心。世界移動(dòng)通信大會(huì)近期的宣布暗示著5G已經(jīng)來(lái)臨，但事實(shí)并非如此。不過(guò)我們正在無(wú)限接近中。
無(wú)線(xiàn)通信研究機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了忙碌的一年—從協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化取得的進(jìn)步和來(lái)自監(jiān)管機(jī)構(gòu)的必要更新，到測(cè)量新提出的毫米波(mmWave)頻率信道和開(kāi)發(fā)即將把5G變?yōu)樯虡I(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，人們對(duì)5G的期待達(dá)到了前所未有的高度。那么，過(guò)去一年來(lái)所有的成績(jī)對(duì)5G來(lái)說(shuō)意味著什么?5G何時(shí)才能來(lái)臨?
5G頻率：mmWave和sub-6 GHz的結(jié)合
5G領(lǐng)域還有很多定義尚不明確，但有一點(diǎn)是肯定的：sub-6 GHz頻譜依然十分重要，mmWave頻率將用作sub-6 GHz技術(shù)的補(bǔ)充。
圖1顯示了期望中5G能實(shí)現(xiàn)的廣泛需求，從用于增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)應(yīng)用的超可靠高帶寬通信，到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用中期望看到的低帶寬機(jī)對(duì)機(jī)(M2M)類(lèi)型通信。一條頻帶滿(mǎn)足這些需求是不可能或者極其困難的，但結(jié)合兩條頻帶就能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充覆蓋。Sub-6 GHz頻譜能為窄頻帶應(yīng)用提供更強(qiáng)的傳播和向后兼容性，而mmWave頻率的連續(xù)帶寬能支持主要的eMBB應(yīng)用。
圖 1.目標(biāo)的5G應(yīng)用包括增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶和機(jī)對(duì)機(jī)通信。
時(shí)間線(xiàn)
國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)定義了研究的兩個(gè)階段，如圖2所示：第一階段針對(duì)sub-40 GHz，第二階段針對(duì)sub-100 GHz。第一階段計(jì)劃于2018年6月結(jié)束，與3GPP的LTE release 15同步。第二階段計(jì)劃于2019年12月結(jié)束，與LTE release 16同步。圖2顯示了截至2016年秋天ITU和3GPP的時(shí)間線(xiàn)。
圖和3GPP的5G時(shí)間線(xiàn)
然而，ITU的建議日期和未來(lái)將使用的頻率存在不確定性。2017年3月的3GPP RAN全會(huì)(#75)上展示的Way Forward(WF)中，5G新無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)(NR)的計(jì)劃發(fā)布時(shí)間提前，如Figure 3所示。
圖3.3GPP NR發(fā)布時(shí)間提前(截至2017年3月)
NTT DOCOMO在最近的RAN4會(huì)議(#82)的Way Forward(WF)上推薦了應(yīng)當(dāng)使用的頻帶。表1總結(jié)了頻率范圍以及相應(yīng)的電信運(yùn)營(yíng)商。
表4會(huì)議#82上建議的新無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)(NR)頻譜Way Forward,推薦給RAN全會(huì)#75。
28 GHz和Verizon
過(guò)去一年，sub-40 GHz研究的新聞主要是關(guān)于28 GHz，但它并不是唯一處于研究中的頻率。FCC和Verizon一直在推動(dòng)28 GHz的工作。為了分配額外的mmWave頻帶，用于靈活使用和未來(lái)建議的規(guī)則制定，F(xiàn)CC在2016年7月批準(zhǔn)了頻譜開(kāi)發(fā)提案。28 GHz頻帶是目前美國(guó)三種可以靈活使用的頻帶之一。圖4直觀地展示了各種頻帶。根據(jù)RAN4會(huì)議上的WF，全球電信運(yùn)營(yíng)公司，包括歐洲運(yùn)營(yíng)商O(píng)range、英國(guó)電信和意大利電信，都已經(jīng)圍繞著24-28 GHz建立起強(qiáng)大的聯(lián)盟。這看起來(lái)似乎有些令人驚訝，因?yàn)楦鶕?jù)此前的結(jié)論，受制于當(dāng)前的頻率，28 GHz并不是一條適合歐洲的頻帶，但頻帶中更低的頻率擁有潛力。正如預(yù)期的那樣，這些歐洲運(yùn)營(yíng)商正在要求32 GHz的頻譜。
圖分配的mmWave頻帶
去年，Verizon從XO Communications處獲得了28 GHz頻帶許可證，并直言希望能使用這一頻率進(jìn)行初步部署。盡管這一技術(shù)尚未有一個(gè)完全標(biāo)準(zhǔn)化的版本來(lái)進(jìn)行該測(cè)試，Verizon正在下賭注，他們現(xiàn)在部署的硬件在未來(lái)通過(guò)軟件升級(jí)，將有能力運(yùn)行最終發(fā)布的任何規(guī)范。其他美國(guó)電信公司已經(jīng)同意采用25 GHz頻帶，AT&T和T-Mobile均表示將對(duì)基于28 GHz的技術(shù)進(jìn)行更多的研究，并與設(shè)備供應(yīng)商合作，進(jìn)行額外的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
2015年，Verizon與思科、愛(ài)立信、英特爾、LG、諾基亞、高通和三星共同建立了5G技術(shù)論壇(5GTF)。該工作小組的主要目標(biāo)是使用mmWave頻譜為光纖到戶(hù)(FTTH)開(kāi)發(fā)一種無(wú)線(xiàn)替代產(chǎn)品，又被稱(chēng)為固定無(wú)線(xiàn)接入(FWA)。5GTF主要從LTE標(biāo)準(zhǔn)中提取，并添加了目前正在為3GPP中的5G進(jìn)行研究和建議的概念。
5GTF將子載波間距擴(kuò)大到5倍(子載波從15 kHz提升至75kHz，每個(gè)分量載波能提供100 MHz帶寬)，并反比例降低了子幀間距，以維持與LTE的時(shí)間一致性。5GTF還添加了控制信號(hào)，擴(kuò)大物理層，以囊括數(shù)字波束形成和預(yù)編碼。
在舊金山召開(kāi)的IEEE無(wú)線(xiàn)通信與網(wǎng)絡(luò)會(huì)議(WCNC)上，美國(guó)國(guó)家儀器(NI)展示了5GTF的實(shí)時(shí)工作原型。盡管并非第一款該規(guī)范的原型，它依然備受矚目，原因之一是它是該技術(shù)第一次公開(kāi)展示運(yùn)行。
Verizon意識(shí)到這將推動(dòng)mmWave技術(shù)的預(yù)標(biāo)準(zhǔn)化?；\罩在V5G上的問(wèn)題是其能否遵從3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)，因此在標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前就部署mmWave技術(shù)存在風(fēng)險(xiǎn)。如果Verizon的放手一搏取得成功，那么將在5G的競(jìng)爭(zhēng)中大幅領(lǐng)先。如果失敗，則需要更換大量過(guò)時(shí)的硬件。
新無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)(NR)
NR旨在覆蓋所有應(yīng)用和所有頻帶，包括ITU提出的三大應(yīng)用關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)、超高可靠超低延遲通信(URLLC)和大規(guī)模機(jī)器通信(MMTC)。這意味著物理層需要十分靈活，從而顯著增高數(shù)據(jù)吞吐量，同時(shí)能允許幾百倍數(shù)量的設(shè)備連接至窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)網(wǎng)絡(luò)。PHY還需要高可靠度和低延遲，以用于輔助駕駛。這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，針對(duì)NR的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)比V5G的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜。兩者在添加波束管理等某些方面比較類(lèi)似，但NR將同時(shí)包含慢速和快速波束管理。NR還將盡可能利用LTE，但采用不同的采樣率和子載波率。
盡管關(guān)于NR的討論不斷，且希望能比原計(jì)劃提前完成標(biāo)準(zhǔn)的指定，但尚未公布太多有關(guān)規(guī)范性能的數(shù)據(jù)。28 GHz有限的嘗試主要關(guān)注信道探測(cè)，而非驗(yàn)證NR規(guī)范的可行性。NI已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)原型系統(tǒng)，能運(yùn)行多用戶(hù)MIMO。該系統(tǒng)使用NI mmWave收發(fā)儀系統(tǒng) (MTS)和LabVIEW中編寫(xiě)的靈活物理層IP。
2018年5G競(jìng)賽的終點(diǎn)線(xiàn)
到2018年年初，我們將有望獲得“什么是5G?”這一問(wèn)題的答案。根據(jù)2017年3月3GPP RAN全會(huì)(#75)上公布的提前日程，NR物理層和MAC層將在2017年年底解決。頻率選擇沒(méi)有嚴(yán)格的時(shí)間線(xiàn)，但運(yùn)營(yíng)商正在推動(dòng)技術(shù)，以便能在2017年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中完成28 GHz硬件部署。到2018年第二季度，韓國(guó)將展示其5G技術(shù)預(yù)覽。完全標(biāo)準(zhǔn)化流程尚未結(jié)束，但屆時(shí)關(guān)于5G是什么的問(wèn)題將逐漸清晰起來(lái)。5G定義之爭(zhēng)或許即將結(jié)束，但5G技術(shù)的設(shè)計(jì)和部署才剛剛開(kāi)始。
參考文獻(xiàn)
[1] Use of Spectrum Bands Above 24 GHz for Mobile Radio Services, GN Docket No. 14-177, Notice of Proposed Rulemaking, 15 FCC Record 138A1 (rel. Oct. 23, 2015).
[2]
（轉(zhuǎn)載）
