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5G之前,千兆级LTE在铺路,LTE是物联网最理想的连接技术

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4G还没建完,为什么需要5G?5G是什么概念?对普通用户来说有什么价值?近期在深圳高通创新中心,高通产品市场高级总监沈磊作出了详细解读。

周雅 来源:CNET科技资讯网 【原创】 2016年12月14日

关键字:5G 高通 千兆级LTE 物联网

CNET科技资讯网 12月14日 深圳报道(文/周雅):移动通信圈子里正热的话题,莫过于5G被提上日程。在国际无线标准化机构3GPP RAN1(无线物理层)87次会议的5G短码方案讨论中,华为力推的“Polar Code(极化码)”方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案;高通牵头的LDPC码方案,被纳为数据信道的上行和下行短码方案。近有消息称,工信部、中国IMT-2020(5G)推进组的工作部署以及三大运营商的5G商用计划显示,2017年中国将展开5G网络第二阶段测试,2018年大规模试验组网,2019年建设5G网,最快2020年商用5G。

我们不禁要问,4G还没建完,为什么需要5G?5G是什么概念?对普通用户来说有什么价值?近期在深圳高通创新中心,高通产品市场高级总监沈磊作出了详细解读。

千兆级LTE是为5G铺路

每代通信技术都有一个演进的过程,而目前的最新进展是千兆级LTE。今年2月,高通推出首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16,根据高通的计划,下一代骁龙835也将集成该骁龙X16;10月18日,高通和澳洲运营商Telstra 、爱立信、NETGEAR,共同推出基于首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16的移动路由器MR1100。

千兆级LTE的理论速度可以达到光纤级别的1Gbps,与国际电信联盟对4G定义的标准一致,业界称之为LTE-A。单从速度来说,千兆级LTE没法和数千兆级的5G相提并论,但沈磊认为,前者是在为5G铺路,5G未来的技术很多都是从4G演化过来,两者会长期共存和互补。

每一代通信技术的原理都大同小异,而千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度,得益于多种技术相互融合,包括:载波聚合、高阶调制、更高阶的MIMO。

每一代移动通信的升级,载波带宽都在持续提升,LTE最入门级的考虑就是有一个20MHz的载波(而GSM是200KHz,WCDMA和HSPA+是5MHz),这个载波上是64-QAM(一个信号可以传6个bit),这上面要部署至少2x2MIMO(可以传输两个数据流)。

而一个信道的宽度、容量和数据率、单位时间传输的数据是正比关系,要配置以上所说的这些技术,有三个方法。

(1)第一步,载波聚合,增加信道数量。简单的理解就是利用基带以及射频技术,将三个频段、三个载波进行聚合,成为一个更宽的通道。

三载波聚合后的速度怎么算?

拿澳洲运营商Telstra举例。Telstra有三个授权频段,每个频段都是20MHz,通过射频和基带技术把这三个载波、三个频段聚合起来,变成一个更宽的信道(3×20MHz),以达到更高的传输速度(60MHz)。每个载波就有2个数据流,一个数据流的速度是75Mbps,所以三载波聚合可以得到450Mbps的带宽。这是实现千兆级的技术之一,目前的三载波聚合,是基础的6×75 Mbps速率聚合为450 Mbps。

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(2)第二,高阶调制,增强调制方式让每个信号搬运更多的数据。

这是在三载波聚合技术上再提升网速的一个方案,简单说就是,最初使用的64-QAM承载了6个bit仅支持75Mbps的速率,现在高通将其升级到256-QAM,比原来提升了33%,每个可以支持100Mbps。再次经过三载波聚合,结果就是6×100Mbps,在两个技术叠加的情况下可以将速率从450Mbps 提升到 600Mbps。

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(3)第三步是更高阶的MIMO,在终端上部署更高阶的MIMO,更多的天线,更多的收发链路,从而支持更多的数据流。

同理,在前两个技术提升上,高通将6个信息流以载波聚合达到了600Mbps,而在4×4MIMO里,高通可以有机部署10个信息流,将速率提升到10×100Mbps=1000Mbps,由此LTE的速率达到千兆级。

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1Gbps的速率是一种什么样的体验?高通作出四个猜想:沉浸式的VR、云存储和计算、更丰富的娱乐、即时APP。

比如,如果将海量的音频、视频资源都放在云端,可以用极短的时间将文件下载下来,这样,电池寿命会增加,发热等各方面会改善。

即时APP的意思是,未来很有可能会在手机上将APP包括APP上的所有数据存储到云端,以极高的速度读取云端数据打开应用,未来手机本地很可能用不着下载大部分的外置应用。

当然,目前千兆级LTE还未真正的搭载到手机上使用,不过沈磊强调,从2G到3G到4G的发展过程中,每一次无线通讯带宽速率上去之后,很快后面的应用和服务都会跟上,所以高通把LTE-A、LTE-A Pro的能力提升到1Gbps之后,照样很快有应用服务来填补这个通讯能力。

5G的发展方向

5G不可能一夜之间部署完整,肯定是先从热点地区开始部署,再慢慢扩展。在5G的整个时间表中,4G还会继续发展、演进,LTE、LTE-A、LTE-A Pro会和5G长期共存和互补,这是未来5G全球标准商业化的步骤。这也是为什么到现在,一个多模的手机里,2G、3G、4G频段都在协同工作。

高通率先发布5G Modem芯片,今年10月18日,高通推出了骁龙X50 5G调制解调器,它的能力是协助运营商Verizon 5GTF和Korea Telecom先于3GGP开展5G早期验证和技术储备,针对几个特定场景,将8个载波聚合起来,形成800M的带宽,提供下行5Gbps的速率,比千兆级LTE的1Gbps提升了5倍。目标是加速全球5G标准——5G新空口(5G NR)的标准化和商用。

X50预计2017年下半年开始出样,首批商用终端预计在2018年上半年推出,预计为2019年的早期部署做好准备。

X50最初支持在28GHz频段毫米波的频谱运行,采用自适应波束成形和波束追踪技术的MIMO天线技术,补偿了毫米波传输性能的一些弱势,可以在非视距场景下发挥很好的性能。

在解释这个技术之前,我们先了解一下毫米波,毫米波意味着极致的带宽,但毫米波的局限性也很明显,如传输距离短,遇到障碍物会阻断连接等等,不妨把毫米波想象成一束光,这束光照过来,就可以传输,当有障碍物的时候,能量通信就断了。

而利用毫米波高频的特点可以弥补上门所说的劣势,X50的波束成型和波束追踪技术,可以保证终端在移动的情况下依然保持连接。在非视距和移动的场景下,毫米波技术可以利用楼宇或周围环境物的反射,始终保持基站与终端之间链路的连接,也就是说,当有障碍物的时候,光可以通过墙、玻璃、建筑物、树木反射折射过来。

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“关于5G,我们更多的是聚焦在对毫米波的支持上,但5G不等于毫米波。5G技术不是只能用一个频段的技术,高通的统一5G设计支持所有频谱类型及频段。”沈磊总结。

LTE是物联网目前最理想的连接技术

LTE除了向更快速率、更广覆盖、更先进的方向发展之外,也在向价格更低廉、更小巧、更海量装机的方向发展,催生未来面向物联网的LTE技术。到2025年将有50亿的物联网连接,行业将会往智慧城市、移动健康、可穿戴设备、移动医疗等等方向发展。

为了应对以上场景要求,国际标准化组织3GPP最近也做了相应的工作,今年6月份的Release 13发布了两个全新LTE规格,一个是Cat-M1(eMTC),另一个叫Cat-NB1。基本上业界的共识是,未来物联网领域主流的通信方式是采用Cat-M1和Cat-NB1,当然,未来还会再到5G上去发展。

物联网也是高通在着力发展的一个方向。

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沈磊表示,Cat-M1和Cat-NB1都具备更简单、更方便、低成本、低功耗、长续航、网络覆盖广的特性,是因为两者将能量集中在很窄的频谱里,放弃了一些实时性和带宽或者其他方面来得到这些特性。其中,Cat-M1保留了更快的数据传输、极致的移动性、保持了一定的带宽和数据速率、支持语音/VolTE 等,两节AA电池可以使用十年; Cat-NB1强调低成本、低功耗,可面向低吞吐量的物联网应用,如远程传感器,两节AA电池可以维持运行10年以上。

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Cat-M1和Cat-NB1的另一项优势是,很灵活。把Cat-NB1和Cat-M1部署到已有的LTE载波里面,考虑到较高的部署密度,实际占用整个LTE网络的容量非常有限,虽然是海量装机,但是数据率非常低,也不会一直工作,比如有一些电表可能一个星期才启动汇报一次读数。

所以通过估算,现有的4G网络里将继续部署数万个Cat-M1和Cat-NB1的设备,即使在一个LTE网络里部署了大量的Cat-M1和Cat-NB1节点,它占用整个基站的数据容量还是微乎其微的,大概小于0.1%。

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对绝大部分运营商,目前两个技术都还在验证阶段,在做大量的测试,看看可以提供哪些不同的服务,哪种制式比较好,然后再做决定,很有可能很多运营商会部署两个规格。

但是在测试阶段,大概需要半年、一年或者更久的时间,这需要看各国的发展情况。在这个不确定性确定之前,在大约两个季度充分认证、评估、与业务模式充分磨合之前,服务商或运营商就只能处于一个等待的状态。

但是如果有一个模块能满足所有的模式,能应用所有的平台,那他们现在就可以开始部署,那么它的研发成本、器件和产品库存成本都会明显下降。

高通2016年初推出的MDM9X07 LTE调制解调器系列(其中包括有9X07和9X07-1,9X07支持Cat.4,9X07-1支持Cat.1),已经获得超过60家制造商的100余款终端设计。高通不久前推出了最新物联网方案——一款面向诸如电池供电型传感器应用的MDM9206 LTE调制解调器,已经获得大多数OEM厂商的终端设计,MDM9206可支持LTE Cate-M1(eMTC),还能通过预期即将推出的软件更新,升级到支持Cat M1/NB-1双模。

“MDM9206是一个全模全频的模块,可以任由模块开发者通过单一的硬件、软件和射频去做双模/全球模/全球频的模块,在未来一两年市场上存在很多不确定性、在这个规格刚刚冻结的阶段,采取多模多频的方式是最稳妥的方式,也是整个业界影响最大的方式。”沈磊总结道。

业界可能的一个共识是,LTE是物联网目前最理想的连接技术,两个新的标准已经制定出来了,带来了全新的能力,催生以前只能想象而不能实现的很多业务。


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