在美国联邦通信委员会(FCC)一致投票通过在毫米波频段为5G分配近11 MHz频谱之后,一批美国政府机构和企业承诺将投资研究5G蜂窝网络。

支持者声称这个行动将会使美国在全球竞赛中处于领先,并将在1GHz以下到60GHz以上频率提供广泛的下一代蜂窝服务。然而,中国、欧洲、韩国和日本等国家和地区几年前就创办了协会来开展5G工作。

美国参与该项计划的公司专家对此表示称赞,并对全球5G频谱和研究工作的协调持乐观态度。

这个计划基于美国国家科学基金会的一个名为“先进无线研究计划(AWRI)”的新项目。AWRI旨在建立四个大型5G测试平台,企业、政府和学术研究人员可以据此研究下一代蜂窝技术和服务。

这些测试平台将由AWRI下的“先进无线研究方案平台(PAWR)”协会创建。该协会工作目标涉及许多5G技术,包括:利用小蜂窝在几个城市街区实现高达100Gb/s数据率的毫米波;6GHz以下频段的动态频谱使用;带无线边缘的有线数据网络架构;大规模移动网络的架构和管理技术;通过远程无线网状网使用空白信号频段传输Gb/s链路的技术;测量和监控无线网络性能、安全性和可靠性的新方法;未来蜂窝应用和服务。

美国国家标准技术研究所(NIST)在6月开始了一项计划,以了解无线研究当中的分歧。下一代通信路线图希望于10月提交一份涵盖波形、天线、协议、安全、频谱和架构等领域在内的综合文件。NIST还创建了一个5G毫米波信道模型联盟。

高通和英特尔的专家指出,在全球范围内将5G服务划分到1GHz以下至60GHz以上的低、中、高频段已经形成共识。他们还乐观地表示,监管机构将会为5G选定比LTE更少的频段——目前的4G网络在全球总共有40多个频段。

但是目前各公司就5G频谱分配仍有巨大分歧。

在毫米波频段,FCC一致投票决定为5G保留28GHz、37GHz、39GHz以及64GHz到71GHz的新未授权频段。在1GHz以下频段,美国预计将会使用600MHz空白电视信号频段。主流5G服务预计将使用3.5GHz频段。

在欧洲,无线电频谱政策组已经发布征求意见,将3.4至3.8GHz和700MHz用作5G频段。此外,据说欧洲已为5G预留了32GHz频段。在中波段,中国预计将使用3.3GHz,而日本可能使用4.4到4.9GHz。

英特尔通信政策执行董事兼副总法律顾问Peter Pitsch表示,5G频谱不太可能比LTE频谱更加分散。考虑到高频段设备开发的复杂性,最开始的部署可能会集中在少数频率范围。

不同的5G服务可能会合并到特定频段。“例如,某些窄带物联网(NB IoT)应用可能会限制到1GHz频率以下。ITU-R目前正在为5G研究各种频率范围,在2019年世界无线电通信大会可能做出决定。”他表示。

美国联邦通信委员会在对频段做出一致表决的同一天,发布了一份278页的有关毫米波计划的详细文件,高通Brenner表示。

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他认为,FCC的决定将在世界各地形成连锁反应——每个人都想最先拥有5G,因此世界各地都想最先部署5G。“频段全球统一将能实现最大的规模经济,但这在我们的生活中却不切实际。”他补充说。

LTE使用5MHz信道,这导致了许多的排列组合,每个国家都有不同的频谱划分。

这也可能在一定程度上在5G的中频段发生。然而,在毫米波频率,5G服务将采用宽频段。尽管一些国家可能不会使用美国的28GHz频段,5G的一致性也会比LTE高。

5G渐近:蜂窝物联网先行一步

高通前不久在上海移动通信世界大会中国移动展台上展示了5G基站和终端原型。这个系统基于FPGA和DSP设计,用于测试2018年后可能出现的3GPP新标准。

在3GPP确定了针对物联网的LTE超低功耗版本标准后,这个消息就马上出来了。随着物联网新规范的出台,3GPP将提供更多支持,加快专注移动宽带应用的第一阶段5G标准的发布。这有可能为后续(2020年左右)第二阶段规避掉5G物联网规范等问题。

高通透露其5G新空口(New Radio,NR)原型将会支持两个关键特性:宽于100MHz支持3Gb/s以上数据速率的信道带宽,以及延迟低至1ms的集成子帧。

这个系统的工作带宽为3至5GHz。该公司早前公布了一个单独的28GHz原型系统,用于试水日后28至60GHz或以上的5G系统。

3GPP自四月以来就开始听取5G空口的提议,并计划在明年年初筛选出可取方法。LTE当中宽于20MHz链接的信道将很可能包含在最终的5G规范中。这些信道将与天线阵列和高阶调制方案相结合,提供更快的数据速率。

为了降低延迟,5G也可能将上下行链路通信集成到统一的数据帧,从而应答信号将在接收到传输之后自动发送。这种方法可以将现在LTE的8ms延迟缩短到1ms延迟。延迟减小可以实现许多新的应用,包括网络切分或让一个链路在多个共享应用之间快速切换。

3GPP正在通过加宽信道和重新设计子帧,实现更高的数据速率,来提供更多的支持以启动5G工作,高通研究部门负责5G的资深工程总监John Smee透露。其他可能在早期被定义的相关内容包括大规模MIMO天线的细节,以及更高效的6GHz以下和20GHz以上频段的信道编码方案和支持。

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涉及关键任务和物联网服务的详细信息可能会推到5G标准的第二阶段。高通认为5G将为不同类型的无线服务提供多种传输时间间隔支持。

3G和4G是为了直接为相同市场提供更高效的服务,而5G的目标是实现新的商业模式、产品种类和尺寸,如VR头盔。高通正努力创造一个灵活的标准来适应不同的场景。

并不是只有高通在研发专注于移动宽带未来的早期5G原型。日前,爱立信也宣布了从五个方面将运营商系统升级到5G类服务的软件插件计划,包括大规模和多用户MIMO天线阵列、减少延迟、无线接入网虚拟化和智能路由。明年将会有产品推出。

爱立信4G/5G产品组合战略经理Antti Keintola表示,爱立信已经有了一个5G无线测试平台,并在日本、韩国、瑞典和美国部署了无线电原型进行现场试验,在某些案例中实现了超过25Gb/s的峰值下行链路吞吐量。

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该降延迟软件可以在现有的蜂窝网络上将20到80ms典型延迟减半。

运营商和芯片和系统提供商一样,都热衷于获得5G的优势。韩国和日本电信运营商已经宣布计划在2018到2020年的重要活动中进行试验,尽管到那时标准可能还不够完善或者刚刚出来。

虽然5G标准两年后可能还不会出来,3GPP日前已完成了其4G物联网标准的制定,特别是Category NB1,其原名为Cat M2。该规范订立的目标是在200MHz信道上实现200kb/s的最大数据速率,但平均速率可能为40kb/s左右。

与现在的10Mb/s Cat 1和明年的1Mb/s Cat M1(eMTC)不同,Cat NB1将不支持语音或移动功能。该蜂窝规范旨在和Sigfox和LORA等超低功耗、低成本的标准相竞争。

Sequans和高通等供应商表示,它们将通过对Cat 1或Cat M的现有芯片升级固件来支持该规范。新规范对运营商来说意味着需要新硬件,因此该规范预计到2018年年初都不会出来。一旦芯片制造商看到有市场需求,它们就会提供针对低成本和功耗的Cat NB1优化的芯片组。

Cat NB1可以和2G或4G频谱一起使用。3GPP以前也将扩展覆盖GSM(EC-GSM-IoT)批准为3G网络的物联网可选方案。

多样化的规范为服务提供商提供了多种选择。世界各地的运营商采用了各种2G、3G和4G计划用于蜂窝IoT。

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3GPP简要说明了三种新物联网蜂窝规格的差异。

5G测试:测试测量厂商侧重点在哪里?

5G蜂窝通信将是新产品开发的驱动力。然而,5G部署尚未有标准,没有人知道最后的规格如何。相关共识表明5G将会采用大规模MIMO(多入多出)天线(每个基站可能有几十或几百个天线),每个天线都有自己的频谱和调制方案。

从IEEE微波周上的演讲稿和展览中很容易产生这种印象。数据通信信道变密是一个共同主题:如果不能在毫米波频段的频谱上找到的信道带宽,那就在较低的频率上考虑载波聚合。例如,WiFi和LTE将有可能在同一个塔上“并存”。

正交频分复用(OFDM)是一种将更多数据信道放在给定频率范围内的方法,是德科技互联网基础设施解决方案组副总裁兼总经理Mark Pierpont表示。OFDM是一种调制技术,它可以在分配带宽内利用多个载波,并能实现10Gb/s数据。每个载波利用一种可用数字调制技术,例如BPSK或QPSK,或256QAM或1024QAM。

仪器制造商们的重点已经转向软件开发。“不再有更多箱子。”Pierpont指出。

是德科技把重点放在软件上,是为了让设计人员更容易探索新的领域。其目标是设计测试和测量仪器来帮助工程师分析射频问题,例如噪声和传播延迟。

其他测试和测量设备厂商注意到了解决更高频率和带宽的需求。NI LabVIEW工具现在已能进行5G建模。其设备将能表征工作在70 GHz E频段的设备,以及使用60GHz 802.11的设备。

安立和罗德与施瓦茨这两家公司在IMS上都展示了高频矢量网络分析仪。安立的Shockline VNA可以监测55至92GHz的E频段RF性能。罗德与施瓦茨强调的是802.11建模进展。另外,采用72至75GHz频段的汽车雷达极具挑战,罗德与施瓦茨公司部门市场经理Faride Akretch表示。

Franklin Zhao编译

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