5G演變背後的故事(上)
2019年03月10日00:00

  本文來自愛活網

  緊密的連接縮短了遙遠的距離,讓地球真正從一個星球變成了現如今的地球村,科學家相信,未來人類社會的發展將會取決於連接的快慢。無疑,從AI人工智能到無人駕駛汽車,從遠程醫療到全息投影娛樂,所有能讓現代人類生活變得更輕鬆、更安全以及更高效的手段都需要高速以及永久在線的連接為基礎。

  因此,第五代無線網絡技術才會如此引人注目,它將會為設備帶來高達20Gbps的下載速度,這是當前LTE連接的數百倍,比千兆光纖寬帶服務更快。擁有如此高的下行速率只是它的好處之一,更快的網絡連接擁有更低的時延,屆時所有的loT設備都將擁有更穩定的連接方式,這意味著我們將會構築起一個在LTE網絡下完全無法想像的數字城市。

  而第五代無線網絡技術有一個眾所周知的命名——5G,現在它不僅是科學教育或是實驗室里空洞的技術名詞,在國內三大運營商以及諸如高通在內的頂尖通信方案公司的共同努力下,在2020年它就將真正普及到我們身邊。

  在5G之前,人們解決的更多是通話難題

  模擬電話最早出現在20世紀70年代,通過未加密的無線電波傳送,它第一次實現遠距離無線通話功能,當然這並不是一種可靠的通訊手段,畢竟任何人和組織都可以很輕易的竊聽到你的通話內容。

  昂貴的價格也讓模擬通話只能是部分人的工具。在萬眾期待下,第二代移動無線網絡終於在90年代到來,這也是第一代基於數字模式的通話手段,利用更多的無線頻譜以及數字加密手段,通話質量和安全性有了質的飛躍,幾乎在網絡覆蓋的任何角落我們都能清晰地聽到對方的聲音,而不用抓著手機的天線到處尋找信號。殊不知,這期間,高通已經在進行現在我們熟悉的“5G”的關鍵基礎科技的研究,比如毫米波、MIMO、先進射頻等。

  對於當時的網絡環境來說,真正的變革在千禧年到來,第三代無線網絡讓傳輸從通話向更多功能邁進。雖然在2000年之前,GSM技術已經可以讓手機實現慢速網絡連接,緩慢的速率並不能在日常使用中提供舒適的體驗。第三代無線網絡(3G)則提供了更寬的帶寬,圖片傳送變得可用,人們甚至能在低清晰度下互相使用視頻通話。

  不過3G技術的發展並不順利,從千禧年的正式提出到最終普及,3G技術花費的時間長達近10年,如果你還記得的話,甚至連2007年才發佈的第一代iPhone都不具備3G網絡的支援。只能說,人們當時並沒有意識到高速無線網絡對於社會發展的推動。

  情況在2008年終於得到了改善,在iPhone 3G上市後,Google正式發佈了更適合移動互聯網使用的系統Android,美國運營商率先啟動了4G LTE網絡的搭建,而以高通為首的通信方案公司則在芯片上為硬件提供了更高速的支援。近幾年來,4G網絡帶來的創新增長逐步體現,移動互聯網產業已經真正展現出了價值。

  5G,將會繼續擴大其中的價值。

  5G不是憑空現身,它的背後是世界的努力

  從2011年開始,第五代移動網絡正式出現在人們的視線中,但它仍然只是一個初步的暢想,在LTE網絡已經實現高速連接的前提下,一時間誰都無法明確下一代移動網絡究竟該走向何方。

  因此,在去年3GPP全會正式批準第五代移動通信技術標準(5GNR)獨立組網功能凍結之前,5G網絡從無到有經曆了6年的時間。往回倒數,早在2013年,歐盟就提出了加快5G移動技術發展的想法,它以5000萬歐元的投入計劃在2020年推出成熟的5G標準,現在這一時間無疑提前了兩年。

  2013年5月,韓國Samsung電子正式宣佈,解決了5G核心技術的攻克——第一次將傳輸速率提升至每秒1Gbps,且最長傳送距離提升至2公里,這比當時的LTE技術快了百倍,同時下載一部高清HD畫質的電影只需要一秒鍾。不過,這隻是一種基於28GHz的毫米波方案,它利用了當前LTE網絡未使用的高頻段,從而實現了高帶寬的傳輸。

  毫米波技術是5G早期技術的重要組成,正是基於毫米波技術,2014年NTT Docomo就宣佈與愛立信、Nokia以及Samsung等廠商合作建立5G測試,並計劃將傳輸速率提升至10Gbps。直至現在,毫米波都是5G的重要技術組成之一。通常毫米波頻段是指 30GHz~300GHz, 相應波長為 1mm~10mm。毫米波通信就是指以毫米波作為傳輸信息的載體而進行的通信。

  相較於大部分通訊所在的中頻段,毫米波具備不少優勢,比如通常認為毫米波頻率範圍為26.5~300GHz,帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收,在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口,但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz,為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。

  不過,業界對於毫米波的研究並不始於Docomo。事實上早在1990年開始,美國高通公司就開展了對於毫米波、MIMO和先進射頻技術的研究,這些基礎技術現如今都成為了實現LTE以及5G連接的基礎。高通也一直推動著毫米波技術的推進,在2016年的MWC上,高通展示了波束導向支援的非視距毫米波動性,這一試驗證實了毫米波在日常通訊搭載中的可用性。

  而在隨後的2017年,高通也與合作夥伴一起實現了首個符合標準的5G新空口毫米波連接,並於2018年7月發佈全球首個面向移動終端的5G射頻模組,這意味著終端廠商終於能在更小的體積內實現毫米波射頻的連接,使其真正可用。

  雖然毫米波能夠實現5G網絡傳輸的高速率,但在早期它的應用需要運營商投入更多的技術成本,所以當時並未被採用。如果要實現毫米波傳輸的普及,運營商需要在覆蓋區域部署大量小型化的接入點,這不是如今依賴大型基站就能有所實現的。要實現高速可靠的毫米波連接,它們需要無處不在,部署毫米波基站需要耗費大量成本。

  也正因如此,在毫米波計劃擱置的幾年里,運營商以及通信方案提供商最終將目光投向了資源有限的中頻段,雖然當前的頻譜資源已經極為有限,可用帶寬更少,但信號在中頻段中可以傳播地更遠也更可靠,只需要借助當前的基站空間就能實現遠距離的覆蓋。

  在3GPP批準的5G NR R15標準中顯示,當前2020年實現的商用5G網絡在100MHz帶寬下5G可實現10Gbps峰值速率,200MHz帶寬實現20Gbps的峰值速率。

  毫米波與中頻段之爭 最終被高通所終結

  5G發展的重要分歧在於究竟是毫米波傳輸還是繼續使用中頻段來實現,全球各地運營商以及通訊組織並沒有達成真正的統一意見,這使得終端廠商對於5G的測試變得異常困難,站隊化的研發無疑也不利於新技術的推進。

  而這樣的局面最終被高通所打破——在2017年,它推出了第一顆5G商用調製解調器X50 5G調製解調器,這是業界第一個真正打通毫米波以及中頻段的調製解調器方案,也正是因為X50 5G調製解調器的現身,無論是毫米波還是中頻段的支援者,都能更順暢更統一的測試5G通訊性能,從而徹底加速了整個5G發展的速度。

  X50 5G調製解調器至今也是5G手機的首選,在去年的高通Snapdragon5G峰會上,高通公佈了首批合作的OEM名單,小米、OPPO、vivo、Motorola、一加、Sony移動、Asus、聞泰、Fujitsu、HMD、HTC、Inseego/Novatel無線、LG電子、NetComm、網件、Sharp、Sierra、Telit和啟碁科技(WNC)都在其列。同時,包括中國移動、中國聯通、中國電信在內的眾多運營商也將與高通合作,利用高通SnapdragonX50 5G調製解調器推進5G NR試驗。

  而在剛剛結束的MWC2019大會上,小米MIX3 5G版、LG V50 ThinQ以及SamsungGalaxy S10 5G等首批上市的5G產品,也均搭載有高通Snapdragon855移動平台+X50 5G方案。高通也順勢推出了基於7nm工藝打造的X55 5G調製解調器,它也將下行速率以及功耗推向了新的高度。同時,高通還更進一步的推出了集成式Snapdragon5G移動平台,將5G多模調製解調器和應用處理技術集成至單一SoC,進一步加速5G在不同地區和產品層級的更廣泛普及。

  5G時代已經真正到來!

  在今年,全球將會有20家不同的運營商將會正式商用5G網絡,而20家OEM廠商會推出基於高通Snapdragon平台的5G設備,這意味著5G已經從最初的暢想變成了現實,5G時代已經真正來到了我們的身邊!

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