2017年值得期待的5G技术进展

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2017年正成为5G发展的关键一年。 尽管崭新的无线世代即将到来,5G相关话题的热门程度仍将持续居高不下,但此项技术未臻成熟,而且有着相当大的发展空间...

2017年转眼已过了几个月,而5G依旧为众所瞩目的焦点。 在今年1月初的国际消费电子展(CES)中,高通(Qualcomm)在专题演讲时介绍了重大的5G技术进展,并宣示该公司致力于5G技术上寻求突破的决心。 此外,近期AT&T与Verizon也各自发表声明,表达在2017年至2018年初于美国进行5G现场测试的意图。

而在今年3月初,在克罗埃西亚杜布罗夫尼克(Dubrovnik)举办的第三代合作伙伴计划(3GPP)无线接取网络(RAN)全体会议中,全球行动通讯巨擘共同研讨了5G新空中接口规格第一阶段(Phase 1)标准的基础工作项目,预计这将在日后纳入采用6GHz次频段(Sub-6GHz)和毫米波(mmWave)频段的全球5G标准3GPP Release 15中。

种种迹象显示,2017年正成为5G发展的关键一年。 尽管崭新的无线世代即将到来,5G相关话题的热门程度仍将持续居高不下,但此项技术未臻成熟,而且有着相当大的发展空间。 本文将从此次在Dubrovnik会议上的部份要点,包括首项工作项目的提案内容,进一步探讨2017年有关5G技术发展的新兴趋势与走向。

5G行动通讯标准逐渐成形

在针对5G标准从头开始定义崭新的网络之际,两种截然不同的架构(以时间区隔)正逐渐浮上台面。 简单来说,3GPP必须定义用于与现有「演进封包核心」(Evolved Packet Core;EPC)架构(例如4G)搭配的基本组件,以加速新技术的采用。 而此一混合式系统又称为「非独立式」(Non-Stand Alone;NSA)架构。 它将采用现有的基础架构,提供新的5G功能与优势,并同时加快商业化与布署。

另一种架构则为「独立式」(Stand Alone;SA) 架构,主张较长的时程,以重复运用混合式系统提出的组件来定义新的5G核心网络(5GCN)。 这两种途径都必须历经从无到有的漫长建置,协议中的较低层级(尤其是Layer 1与Layer 2) 将成为5G新无线电(5G NR)技术的基础区块;而3GPP在这方面的定义上已有长足进展。

另外,值得注意的是,5G NR RAN1工作小组提出了以正交频分多任务(OFDM)为基础的弹性参数物理层(PHY,Layer 1)早期架构,最多可包含8个次载波(如图1)。 该物理层将针对低于6GHz与介于24至40GHz之间的频带运作。 鉴于目前的频谱提案为数众多,RAN4必须详加审核候选频谱组合,以确保效能可让各方满意,继而达成目标。 而现阶段,增强型行动宽带(EMBB)可望做为优先使用案例。 如果要达到端对端低延迟,仅凭借物理层之力是不够的;毕竟系统中的其他元素也必须妥善定义与评估。 而所提议的架构将可同时因应更快速的数据与响应速度。

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5G Layer 1包含8个次载波

3GPP带领5G技术大步向前

在此一5G工作项目成形后,后续将可新增其他技术与使用案例,并将这些主题纳入研究项目。 3GPP将调查这些研究项目,从中研拟出正式的工作项目,进而将其列入标准中。 在日后的会议中,可能会有一项或多项研究项目晋升工作项目。 若能成功通过工作项目阶段,3GPP就能将新的技术/使用案例纳入3GPP Release 15或后续版本中。 而其中几个有待进一步研究的主题,包括非正交波形(NOMA)、非地面网络、车对车(V2V)与车联网(V2X),以及整合式回程存取(IAB)等相关研究项目。

意外的是,LTE世代尚未告终。 在Dubrovnik的会议中也导入了多个工作项目,以期进一步发展LTE标准;有鉴于此,LTE技术不仅会延续下去,还会持续进化。 除了发展窄频物联网(NB-IoT)与机器型态通讯LTE (LTE-MTC),以利M2M通讯与IoT之外,与会者也提交了其他多个有意纳入Release 15的主题,包括扩展V2V与V2X的涵盖范围、具备1024 QAM调变的固定无线存取,以及强化的稳定度。 这也表示,3GPP并不打算单靠5G NR来满足各方目的与目标,而会转而结合LTE与5G NR,以因应市场所需。

最后,3GPP也同意加速5G的交付进程,提前达6个月实现。 完整的「非独立」(NSA)架构预计将于2018年3月完成,而使用5G核心网络的SA版本将于6个月后推出。 若将时间表倒推,表示5G NR的Layer 1与Layer 2势必要在2017年12月大致底定。 此一时程极富雄心壮志,而在所有成员的努力、支持与投资下,现阶段的3GPP已取得长足进展。 尽管眼前仍有许多困难尚待克服,但本次于Dubrovnik举办的会议,已为5G的未来展望立下明确、重大的里程碑。

5G原型翩然成形

虽然5G Phase 1 (即3GPP Release 15)预计于2018年完成,我们仍应详加了解世界各地的研究人员将于2017年完成哪些艰巨任务,及其如何定义与标准化端对端网络的各个组成组件。

3GPP与IMT 2020定义三种5G应用案例

来自学术界与产业界(例如电信业与行动设备制造商)的无线技术研究人员,近来已于各种场合展示5G概念;随着技术趋于成熟,这些公开展示势必会开始进入「商品化」阶段。 由于此项标准要等到2018年才会底定,许多公司必须于2017年着手商品化技术,以便于2018年进行大量布署。 因此,无论是年初的MWC、5月的IEEE国际通讯研讨会(ICC),还是12月的IEEE全球通讯会议(GLOBECOM),与会者都有机会一睹先期商用化系统的风采。
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mmWave突破创新

拜FCC、Verizon与AT&T于2016年发表的重大宣言之赐,mmWave已迅速成为众所瞩目的焦点;随着预先发布的mmWave技术将于2017年进行首次现场测试,此一热潮可望继续延烧。 在Verizon推出专属的「5G」规格基础架构后,客户端设备(CPE)与智能装置公司势必得全力生产相关产品,才能跟上电信业者的紧凑时程。 虽然美国当地的布署可能会着重于固定式无线宽带技术接取(也就是提供家用宽带接取),此举依旧可视为mmWave技术室外应用的首个商用布署实例。

有鉴于韩国打算在2018年的平昌冬季奥运会展现自身的5G技术实力,预计在实际行动环境中运用mmWave的测试案例势将不断增加。 空中传输(OTA)测试就是其中一个例子,它会连接至核心网络,以供研究人员评估涵盖范围(目前mmWave技术的主要未知领域)。 由于波束具备高度指向性,因此,测试需要确定一个可涵盖距离与几何区域的单一链路。 此外,尽管灵敏度、增益、输出功率、错误向量幅度(EVM)、位错误率(BER)与字组错误率(BLER)皆为5G网络的重要指针,但实际网络中的OTA测试将可解答攸关mmWave可行性与能见度的众多疑问。 正因mmWave天线波束具有方向性,仿真与接线式测试的效果将不若4G (低于6GHz)技术中的表现。

2017年正成为5G发展进程中关键的一年。 商业公司将会把挹注在研究领域的投资移转至采用最先进技术开发的产品上;不过,由于mmWave为新兴技术且尚未广泛商用化,结果也将难以预料。 尽管5G仍包含众多未知领域,但预计在今年12月以前,这些崭新技术将可趋于成形。 届时,我们便能看出商用布署能否于2018年实现,抑或延后至2019年之后。

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