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出乎意料:5G复杂程度远超想象!

时间:2019-04-12 作者:Brian Santo 阅读:
5G的一个关键要素是网络虚拟化,其目标是使通信网络可以无限配置,从而适应网络用户的各种不断变化的需求。按需网络可重配置性要求确保每个新配置都能提供所需服务。根据定义,提前测试不可能实现。

随着网络运营商悄悄推出5G服务,移动通信行业在仓促了解5G的过程中,发现了一个又一个的意外挑战。这比他们预期的要困难得多,因此他们的启动成本也要比原先预算的高。

好消息是,毫米波(mmWave)信号其实比许多人担心的更加鲁棒。到目前为止,似乎人们对雨衰和树叶等柔软障碍物的担忧有点夸大。

5G的一个关键要素是网络虚拟化,其目标是使通信网络可以无限配置,从而适应网络用户的各种不断变化的需求。按需网络可重配置性,要求确保每个新配置都能提供所需服务。根据定义,提前测试不可能实现。

5G的一些特性对移动通信来说还是新的,包括网络可配置性和低延迟,因此有望实现无数潜在的新用途,但大多数人对5G的第一印象是熟悉的电话和宽带服务。如果5G手机和互联网服务相比4G没有得到明显改进,那对运营商来说将会非常糟糕。5G服务只能更好,绝不能更糟。

因此,运营商不断呼吁他们的测试与测量合作伙伴将他们的测试功能从实验室扩展到网络本身,目的有二:一是确保技术在安装时能够正常工作;二是新服务在启用时真如广告宣传的那样好。

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他们担心“无线电技术在第一天可能无法正常工作。”思博伦(Spirent)公司5G业务负责人Steve Douglas指出。因此,运营商发现他们不得不在网络运营方面投入更多资金,从而引起以前未预料到的启动成本,他解释说。

“我们的客户,特别是那些大型服务提供商,问我们是否可以帮助他们来运营网络。”他表示,“不仅仅是测试,还有如何启动,以及如何确保运营正常,无论是质量、性能还是满足服务等级协议(SLA)。”

一些测试与测量公司通过对其测试功能进行虚拟化来进行回应,以便可以在网络中的任何地方对它们进行实例化。

Spirent已经虚拟化了其大部分测试功能,并且还对其部分测试资源建立了云端访问,Douglas解释说。

“我们发现网络的这种复杂性比我们许多客户所想象的更令人头痛。”Douglas表示,“他们知道使用新的频率范围就已经够难了,但无线电技术比他们所预期的要复杂得多。”

他指出,最近几个月所发现的许多手机问题仍然存在。4G手机中可能有一根4G天线,还有一根GPS天线、一根Wi-Fi天线和一根蓝牙天线。5G手机需要用到所有这些,还有多根5G天线。

这么多天线所带来的问题,首先是空间短缺。手机制造商要将所有这些天线塞进手机实非易事。Douglas表示,Spirent正在与一些制造商合作,应对手机电路的布局和小型化问题。

“由于突然冒出更多的蜂窝天线来,我们也开始看到多天线干扰的影响。”Douglas表示,“它们会使用5G所带来的多MIMO架构。因为有这么多天线,而且非常紧凑,所以它们会相互干扰,例如与GPS干扰。从我们正在测试的一些早期智能手机原型可以看到,蜂窝通信会降低GPS信号的性能。目前这非常有害,所以我们正与他们紧密合作。”

Douglas表示,网络系统方面存在军备竞赛,制造商们认为他们需要开始快速出货商用设备,有些厂商甚至快到将其正常生产周期的长度缩短了一半。结果导致这些出货设备不够鲁棒,他表示。

Spirent在美国市场的某些一级客户正在部署他们的第一批基站,Spirent正在帮助他们找出最佳配置,从而确保5G性能。Douglas表示,如果运营商想要对5G收取更高的费用,他们必须确保“新的数据速率明显高于4G”才行。

当谈到可以使用的各种频段时,Douglas表示,毫米波频段确实会遇到一些信号衰减问题,但它并没有人们所担心的那样糟糕。运营商放弃了将毫米波频谱用于固定无线宽带的想法,但鉴于目前毫米波测试结果非常的好,Douglas透露一些客户正在重新考虑。

尽管如此,由于毫米波传播得不太远,依赖于毫米波频段的运营商必须要安装更多的基站。根据大致估算,这可能要4-9倍之多,但Douglas说加拿大温哥华的一个试验模型显示,这个数字可能高达30倍。

在人口密度较高的地区以及较频繁的交通环境中,这个因素的影响可能较低,不大会破坏5G的实用性。但是,在郊区和偏远乡村地区也安装这么多的基站,其是否合理就是个问题了,因为在这些环境下设备的利用率肯定会比较低。

Douglas说,有几种可能性正在考虑之中。一个是虚拟化一部分无线资源。他说,有可能从基站拿出50%的处理量,将其移到云端。这样做的一个潜在缺点是,这是否会使上网速率减慢太多。他说有几家客户正在研究这种可能性。

另一种方法是网状网络,这是5G网络的一种架构选择,将在下一轮3GPP 5G标准中进行定义。这种想法是将三到四个基站节点仅通过无线方式互联起来,然后全部中继到一个中心基站,再将每组基站中的这唯一一个连接到光纤网络。同样,必须要对这种方法进行测试,来验证是否可以维持网络性能。

Douglas表示,另一个完全出乎意料的问题是MIMO天线比4G天线体积大,而且重得多,以至于额外的重量甚至可能超过屋顶和其他安装地点所能承受的重量。“这实际上打破了一些计划规则。有时必须要加固屋顶,我们很多人可能从未想过还有这种有趣的事情。”

(原文发表于EDN美国版,参考链接:Surprise! More 5G complications,本文同步发表于EDN China杂志4月刊)

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Brian Santo
EETimes美国版主编。Brian Santo已经为多家出版物撰写技术文章达30年,包括Electronic News、EE Times、IEEE Spectrum以及其最近担任CED主编的一些出版物。 他文章涉及的主题包括测试与测量、半导体生产、消费电子、军事电子、有线网络、宽带、无线技术等等。 他在俄勒冈州波特兰的住所外工作,所以请忽略他办公室外嘎嘎叫的鸡。
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