5G大戰(zhàn) 美日中歐如何搶占頻譜資源？

　　日前，F(xiàn)CC投票通過(guò)了5G毫米波頻段的頻譜分配。世界各地都想最先部署5G，因此這個(gè)決定將在世界各地形成連鎖反應(yīng)。然而，5G標(biāo)準(zhǔn)尚未出來(lái)，各大公司對(duì)5G頻譜分配仍有巨大分歧。

　　在美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)一致投票通過(guò)在毫米波頻段為5G分配近11 MHz頻譜之后，一批美國(guó)政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)承諾將投資研究5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

　　支持者聲稱(chēng)這個(gè)行動(dòng)將會(huì)使美國(guó)在全球競(jìng)賽中處于領(lǐng)先，并將在1GHz以下到60GHz以上頻率提供廣泛的下一代蜂窩服務(wù)。然而，中國(guó)、歐洲、韓國(guó)和日本等國(guó)家和地區(qū)幾年前就創(chuàng)辦了協(xié)會(huì)來(lái)開(kāi)展5G工作。

　　美國(guó)參與該項(xiàng)計(jì)劃的公司專(zhuān)家對(duì)此表示稱(chēng)贊，并對(duì)全球5G頻譜和研究工作的協(xié)調(diào)持樂(lè)觀態(tài)度。

　　這個(gè)計(jì)劃基于美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的一個(gè)名為“先進(jìn)無(wú)線研究計(jì)劃(AWRI)”的新項(xiàng)目。AWRI旨在建立四個(gè)大型5G測(cè)試平臺(tái)，企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)研究人員可以據(jù)此研究下一代蜂窩技術(shù)和服務(wù)。

　　這些測(cè)試平臺(tái)將由AWRI下的“先進(jìn)無(wú)線研究方案平臺(tái)(PAWR)”協(xié)會(huì)創(chuàng)建。該協(xié)會(huì)工作目標(biāo)涉及許多5G技術(shù)，包括：利用小蜂窩在幾個(gè)城市街區(qū)實(shí)現(xiàn)高達(dá)100Gb/s數(shù)據(jù)率的毫米波;6GHz以下頻段的動(dòng)態(tài)頻譜使用;帶無(wú)線邊緣的有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);大規(guī)模移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和管理技術(shù);通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)使用空白信號(hào)頻段傳輸Gb/s鏈路的技術(shù);測(cè)量和監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)性能、安全性和可靠性的新方法;未來(lái)蜂窩應(yīng)用和服務(wù)。

　　美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)在6月開(kāi)始了一項(xiàng)計(jì)劃，以了解無(wú)線研究當(dāng)中的分歧。下一代通信路線圖希望于10月提交一份涵蓋波形、天線、協(xié)議、安全、頻譜和架構(gòu)等領(lǐng)域在內(nèi)的綜合文件。NIST還創(chuàng)建了一個(gè)5G毫米波信道模型聯(lián)盟。

　　高通和英特爾的專(zhuān)家指出，在全球范圍內(nèi)將5G服務(wù)劃分到1GHz以下至60GHz以上的低、中、高頻段已經(jīng)形成共識(shí)。他們還樂(lè)觀地表示，監(jiān)管機(jī)構(gòu)將會(huì)為5G選定比LTE更少的頻段——目前的4G網(wǎng)絡(luò)在全球總共有40多個(gè)頻段。

　　但是目前各公司就5G頻譜分配仍有巨大分歧。

　　在毫米波頻段，F(xiàn)CC一致投票決定為5G保留28GHz、37GHz、39GHz以及64GHz到71GHz的新未授權(quán)頻段。在1GHz以下頻段，美國(guó)預(yù)計(jì)將會(huì)使用600MHz空白電視信號(hào)頻段。主流5G服務(wù)預(yù)計(jì)將使用3.5GHz頻段。

　　在歐洲，無(wú)線電頻譜政策組已經(jīng)發(fā)布征求意見(jiàn)，將3.4至3.8GHz和700MHz用作5G頻段。此外，據(jù)說(shuō)歐洲已為5G預(yù)留了32GHz頻段。在中波段，中國(guó)預(yù)計(jì)將使用3.3GHz，而日本可能使用4.4到4.9GHz。

　　英特爾通信政策執(zhí)行董事兼副總法律顧問(wèn)Peter Pitsch表示，5G頻譜不太可能比LTE頻譜更加分散。考慮到高頻段設(shè)備開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，最開(kāi)始的部署可能會(huì)集中在少數(shù)頻率范圍。

　　不同的5G服務(wù)可能會(huì)合并到特定頻段?！袄?，某些窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB IoT)應(yīng)用可能會(huì)限制到1GHz頻率以下。ITU-R目前正在為5G研究各種頻率范圍，在2019年世界無(wú)線電通信大會(huì)可能做出決定。”他表示。

　　美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)在對(duì)頻段做出一致表決的同一天，發(fā)布了一份278頁(yè)的有關(guān)毫米波計(jì)劃的詳細(xì)文件，高通Brenner表示?！　?/p>

　　他認(rèn)為，F(xiàn)CC的決定將在世界各地形成連鎖反應(yīng)——每個(gè)人都想最先擁有5G，因此世界各地都想最先部署5G?！邦l段全球統(tǒng)一將能實(shí)現(xiàn)最大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，但這在我們的生活中卻不切實(shí)際?！彼a(bǔ)充說(shuō)。

　　LTE使用5MHz信道，這導(dǎo)致了許多的排列組合，每個(gè)國(guó)家都有不同的頻譜劃分。

　　這也可能在一定程度上在5G的中頻段發(fā)生。然而，在毫米波頻率，5G服務(wù)將采用寬頻段。盡管一些國(guó)家可能不會(huì)使用美國(guó)的28GHz頻段，5G的一致性也會(huì)比LTE高。

　　5G漸近：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)先行一步

　　高通前不久在上海移動(dòng)通信世界大會(huì)中國(guó)移動(dòng)展臺(tái)上展示了5G基站和終端原型。這個(gè)系統(tǒng)基于FPGA和DSP設(shè)計(jì)，用于測(cè)試2018年后可能出現(xiàn)的3GPP新標(biāo)準(zhǔn)。

　　在3GPP確定了針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的LTE超低功耗版本標(biāo)準(zhǔn)后，這個(gè)消息就馬上出來(lái)了。隨著物聯(lián)網(wǎng)新規(guī)范的出臺(tái)，3GPP將提供更多支持，加快專(zhuān)注移動(dòng)寬帶應(yīng)用的第一階段5G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。這有可能為后續(xù)(2020年左右)第二階段規(guī)避掉5G物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范等問(wèn)題。

　　高通透露其5G新空口(New Radio，NR)原型將會(huì)支持兩個(gè)關(guān)鍵特性：寬于100MHz支持3Gb/s以上數(shù)據(jù)速率的信道帶寬，以及延遲低至1ms的集成子幀。

　　這個(gè)系統(tǒng)的工作帶寬為3至5GHz。該公司早前公布了一個(gè)單獨(dú)的28GHz原型系統(tǒng)，用于試水日后28至60GHz或以上的5G系統(tǒng)。

　　3GPP自四月以來(lái)就開(kāi)始聽(tīng)取5G空口的提議，并計(jì)劃在明年年初篩選出可取方法。LTE當(dāng)中寬于20MHz鏈接的信道將很可能包含在最終的5G規(guī)范中。這些信道將與天線陣列和高階調(diào)制方案相結(jié)合，提供更快的數(shù)據(jù)速率。

　　為了降低延遲，5G也可能將上下行鏈路通信集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)幀，從而應(yīng)答信號(hào)將在接收到傳輸之后自動(dòng)發(fā)送。這種方法可以將現(xiàn)在LTE的8ms延遲縮短到1ms延遲。延遲減小可以實(shí)現(xiàn)許多新的應(yīng)用，包括網(wǎng)絡(luò)切分或讓一個(gè)鏈路在多個(gè)共享應(yīng)用之間快速切換。

　　3GPP正在通過(guò)加寬信道和重新設(shè)計(jì)子幀，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，來(lái)提供更多的支持以啟動(dòng)5G工作，高通研究部門(mén)負(fù)責(zé)5G的資深工程總監(jiān)John Smee透露。其他可能在早期被定義的相關(guān)內(nèi)容包括大規(guī)模MIMO天線的細(xì)節(jié)，以及更高效的6GHz以下和20GHz以上頻段的信道編碼方案和支持。　　

　　涉及關(guān)鍵任務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的詳細(xì)信息可能會(huì)推到5G標(biāo)準(zhǔn)的第二階段。高通認(rèn)為5G將為不同類(lèi)型的無(wú)線服務(wù)提供多種傳輸時(shí)間間隔支持。

　　3G和4G是為了直接為相同市場(chǎng)提供更高效的服務(wù)，而5G的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)新的商業(yè)模式、產(chǎn)品種類(lèi)和尺寸，如VR頭盔。高通正努力創(chuàng)造一個(gè)靈活的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)適應(yīng)不同的場(chǎng)景。

　　并不是只有高通在研發(fā)專(zhuān)注于移動(dòng)寬帶未來(lái)的早期5G原型。日前，愛(ài)立信也宣布了從五個(gè)方面將運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)升級(jí)到5G類(lèi)服務(wù)的軟件插件計(jì)劃，包括大規(guī)模和多用戶(hù)MIMO天線陣列、減少延遲、無(wú)線接入網(wǎng)虛擬化和智能路由。明年將會(huì)有產(chǎn)品推出。

　　愛(ài)立信4G/5G產(chǎn)品組合戰(zhàn)略經(jīng)理Antti Keintola表示，愛(ài)立信已經(jīng)有了一個(gè)5G無(wú)線測(cè)試平臺(tái)，并在日本、韓國(guó)、瑞典和美國(guó)部署了無(wú)線電原型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在某些案例中實(shí)現(xiàn)了超過(guò)25Gb/s的峰值下行鏈路吞吐量。

　　該降延遲軟件可以在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)上將20到80ms典型延遲減半。

　　運(yùn)營(yíng)商和芯片和系統(tǒng)提供商一樣，都熱衷于獲得5G的優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)和日本電信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)宣布計(jì)劃在2018到2020年的重要活動(dòng)中進(jìn)行試驗(yàn)，盡管到那時(shí)標(biāo)準(zhǔn)可能還不夠完善或者剛剛出來(lái)。

　　雖然5G標(biāo)準(zhǔn)兩年后可能還不會(huì)出來(lái)，3GPP日前已完成了其4G物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，特別是Category NB1，其原名為Cat M2。該規(guī)范訂立的目標(biāo)是在200MHz信道上實(shí)現(xiàn)200kb/s的最大數(shù)據(jù)速率，但平均速率可能為40kb/s左右。

　　與現(xiàn)在的10Mb/s Cat 1和明年的1Mb/s Cat M1(eMTC)不同，Cat NB1將不支持語(yǔ)音或移動(dòng)功能。該蜂窩規(guī)范旨在和Sigfox和LORA等超低功耗、低成本的標(biāo)準(zhǔn)相競(jìng)爭(zhēng)。

　　Sequans和高通等供應(yīng)商表示，它們將通過(guò)對(duì)Cat 1或Cat M的現(xiàn)有芯片升級(jí)固件來(lái)支持該規(guī)范。新規(guī)范對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)意味著需要新硬件，因此該規(guī)范預(yù)計(jì)到2018年年初都不會(huì)出來(lái)。一旦芯片制造商看到有市場(chǎng)需求，它們就會(huì)提供針對(duì)低成本和功耗的Cat NB1優(yōu)化的芯片組。

　　Cat NB1可以和2G或4G頻譜一起使用。3GPP以前也將擴(kuò)展覆蓋GSM(EC-GSM-IoT)批準(zhǔn)為3G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)可選方案。

　　多樣化的規(guī)范為服務(wù)提供商提供了多種選擇。世界各地的運(yùn)營(yíng)商采用了各種2G、3G和4G計(jì)劃用于蜂窩IoT?！　?/p>

　　3GPP簡(jiǎn)要說(shuō)明了三種新物聯(lián)網(wǎng)蜂窩規(guī)格的差異。

　　5G測(cè)試：測(cè)試測(cè)量廠商側(cè)重點(diǎn)在哪里?

　　5G蜂窩通信將是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)力。然而，5G部署尚未有標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有人知道最后的規(guī)格如何。相關(guān)共識(shí)表明5G將會(huì)采用大規(guī)模MIMO(多入多出)天線(每個(gè)基站可能有幾十或幾百個(gè)天線)，每個(gè)天線都有自己的頻譜和調(diào)制方案。

　　從IEEE微波周上的演講稿和展覽中很容易產(chǎn)生這種印象。數(shù)據(jù)通信信道變密是一個(gè)共同主題：如果不能在毫米波頻段的頻譜上找到的信道帶寬，那就在較低的頻率上考慮載波聚合。例如，WiFi和LTE將有可能在同一個(gè)塔上“并存”。

　　正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種將更多數(shù)據(jù)信道放在給定頻率范圍內(nèi)的方法，是德科技互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案組副總裁兼總經(jīng)理Mark Pierpont表示。OFDM是一種調(diào)制技術(shù)，它可以在分配帶寬內(nèi)利用多個(gè)載波，并能實(shí)現(xiàn)10Gb/s數(shù)據(jù)。每個(gè)載波利用一種可用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，例如BPSK或QPSK，或256QAM或1024QAM。

　　儀器制造商們的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向軟件開(kāi)發(fā)?！安辉儆懈嘞渥?。”P(pán)ierpont指出。

　　是德科技把重點(diǎn)放在軟件上，是為了讓設(shè)計(jì)人員更容易探索新的領(lǐng)域。其目標(biāo)是設(shè)計(jì)測(cè)試和測(cè)量?jī)x器來(lái)幫助工程師分析射頻問(wèn)題，例如噪聲和傳播延遲。

　　其他測(cè)試和測(cè)量設(shè)備廠商注意到了解決更高頻率和帶寬的需求。NI LabVIEW工具現(xiàn)在已能進(jìn)行5G建模。其設(shè)備將能表征工作在70 GHz E頻段的設(shè)備，以及使用60GHz 802.11的設(shè)備。

　　安立和羅得與施瓦茨這兩家公司在IMS上都展示了高頻矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。安立的Shockline VNA可以監(jiān)測(cè)55至92GHz的E頻段RF性能。羅德與施瓦茨強(qiáng)調(diào)的是802.11建模進(jìn)展。另外，采用72至75GHz頻段的汽車(chē)?yán)走_(dá)極具挑戰(zhàn)，羅德與施瓦茨公司部門(mén)市場(chǎng)經(jīng)理Faride Akretch表示。