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5G将大量使用未授权频谱LTEU技术重要_a

发布时间:2020-01-17 00:20:42

5G将大量使用未授权频谱 LTE-U技术重要性日增

LTE-U可望成为5G标准的核心技术。通讯产业界已研拟在5G标准中,扩大使用未授权频谱(Unlicensed Spectrum),并以LTE-unlicensed(LTE-U)技术做为基础,打造速率更高、低延迟且耗电量更小的路,以满足未来10年各种物联装置的连结需求。

Gartner首席分析师Deborah Kish

随着4G服务在全球持续开展,研究人员已开始研究次世代5G技术。不过,由于国际电信联盟(ITU)尚未定义5G标准,因此业界采用的技术五花八门。

预计到2016年,5G技术的定义成熟度将足以推出产品示范并进行相关测试;至2020年,将有20%大型行动通讯服务商与无线路服务商开始测试或选择性部署5G服务,例如针对企业与消费者所推出行动高画质及超高画质(UltraHD)影音服务。

迎向行动通讯黄金10年 5G标准蓄势待发

5G系统的目的是要为未来10年无所不在的次世代通讯基础建设提供无线解决方案、架构、技术与标准。5G提供的先进功能包括无线容量将增加千倍,可供超过七十亿人使用,而在透过物联连结七兆个装置的同时,每项服务都能节省90%能耗,而且路更为安全可靠,完全没有停机时间。

要达成上述成果,基础建设须先具备以下条件:

· 资料速率须1Gbit/s以上

· 延迟时间须低于1微秒

· 在授权与未授权频谱间无缝传递服务

· 提供时时联永不断线使用体验

· 依照数量级(Orders of Magnitude)降低能耗,以提高机器对机器装置的电池寿命。这需要具备自给自足能力的新型技术,例如利用太阳能等各种能源驱动装置。

此外,5G系统还必须回溯相容4G系统,甚至可能回溯相容于2G与3G。不过,目前所提出的各种技术大相径庭,尤其是牵涉到小型基地台(Small Cell)的部分,这是因为某些厂商采用层叠式技术(Overlay),由小型基地台提供单一无线介面,而诺基亚(Nokia)、爱立信(Ericsson)等其他厂商则选择以小型基地台提供多重无线介面。5G小型基地台将支援哪种无线介面与频谱多样性的协定数量,仍待观察。

虽然授权频谱将成为5G技术的基础,但在5GHz附近及1GHz以下仍有大量未授权频谱,可有效扩充无线容量。另外,高频率毫米波(millimeter-wave)频谱(28GHz以上)也可当做室外漫游使用案例的解决方案,但因为高频率无法穿透建筑物,室内覆盖仍需要小型基地台。

尽管无线千兆联盟(WiGig)标准等各种Wi-Fi相关技术也可能用在未授权频谱,LTE-U(Unlicensed LTE)仍可能成为最常见的技术。

未授权频段为5G发展要素

LTE-U就是利用未授权频谱的LTE技术,目的是以大量未授权频谱辅助数量有限的LTE授权频带,藉此大幅增加可用频宽。由于5G标准最快要到2016年才能制定完毕,因此LTE-U支援5G的范围亦尚未界定。

LTE-U乃利用先进长程演进计画(LTE-A)技术以便实现协调式多点传输(CoMP)收发、邻近与非邻近频谱的载波聚合,以及支援中继节点(Relay Node)基地台,以达到状拓扑与邻近节点回程(Backhaul)支援。

Gartner近日访问了设备厂与行动通讯服务商,进行少量采样后发现,受访者咸认LTE-U可能会用在5GHz频带而非2.4GHz。

5GHz Wi-Fi频谱频带被认为最适合用在LTE-U,是因为多数国家都支援300MHz到500MHz之间的频谱频宽,而美国则有超过700MHz的频宽可用。5GHz频带可能出现各种不同使用方式;其他可能采用的频宽包括5150MHz到5350MHz、200MHz(W52, W53)、5,470MHz到5,725MHz,以及255MHz(W56),都可增加传输容量,不过因为主管机关设下高频率与能耗限制,LTE-U的使用可能会限制在小型的覆盖区域。

公共场所如果未能对空中电波加以控管,可用的Wi-Fi无线存取点与装置数量过多都可能造成问题,限制了速度与传输率的上限。高通(Qualcomm)等业者正在研究这个问题,还可能将Globalstar邻近Wi-Fi频道的Channel 14频谱挪做地面用途。不过,5GHz频带可能会用在最佳状态(Best Effort)资料下载,以减轻授权频道频带的负担而且不须再转换到Wi-Fi存取点;还可能应用在公司办公室、购物中心、交通转运站或教育机构这类空中电波受到管控的环境,尤其是必须大量使用视讯的时候。

还有一个替代方案就是使用电视空白频段(White Space)频谱,将之与授权LTE频谱聚合,以形成一个频宽更高的大型基地台(Macrocell)LTE-U路。除此之外,2014年7月易利信(Ericsson)已经用15GHz展示了支援5Gbit/s的5G技术。

LTE-U创造用户/营运商双赢

LTE-U覆盖率及容量均优于Wi-Fi,并具有电信级服务品质,且可透过通讯服务商部署与管理的单核心路,在授权与未授权频谱间无缝进行连续阶段作业。从用户的角度来看,这代表宽频体验将更为提升--资料速率更高、费率价格更平实、可靠性更高、行动功能更强,而且还有SIM卡验证功能,因此漫游时较少出现停顿问题。

从通讯服务商的角度来看,LTE-U尚具有以下优点:

· 通用型核心路,授权与非授权存取都能适用。

· 假设订户依照单位、空间、功耗与回程线路付费,小型基地台部署的方式还可省成本。

· 使用免费的非授权频带能提高频谱频带资源效率。

· 与LTE共用验证系统。

· 与LTE共用运作及管理系统,还有自组织路(SON)解决方案。

· 可与无线路服务商合作,强化新型“Turbo”服务相关商机,例如OTT服务里面的随选HD项目。

然而,根据空白频谱联盟(WhiteSpace Alliance)表示,5G可能会用到认知无线电(Cognitive Radio)、频谱分享、频谱占用情况感测,以及电视空白频谱等技术。通讯服务商必须注意其中含义,因为这些技术可能舍弃他们而改投向新的无线路服务商。目前IEEE 802.22比LTE更接近Wi-Fi,可能成为与之匹敌的竞争技术

LTE-U技术定义

虽然各种标准仍在开发当中,最主要的进展还是利用LTE-A来统合授权频道以及单一或多个未授权频带里的作业。纯粹位于未授权频道频带的作业(例如Wi-Fi),缺点是会有来自其他路的干扰,而且只能传送最佳状态服务。然而,将未授权频带及支援控制通道的授权频带加以统合,就能提供某种程度的服务品质。

业界致力于在预定2015年底出炉的第三代合作夥伴计画(3GPP)R13准则中,纳入一套适用于LTE-U的标准;然而,由于标准的制定往往无法依照原定日期完成,比较实际的预定日期可能落在2016年。LTE-U可能成为新兴5G标准的一部份。

5GHz Wi-Fi频谱频带被认为最适合用在LTE-U。多数国家都支援300~500MHz之间的频谱频宽,而美国则有超过700MHz的频宽可用。将之与LTE授权频谱最常用两个20MHz的作法相比较;使用5GHz频带可能会大幅增加通讯容量,虽然用在LTE-U可能会受限于较小的覆盖区域,这是因为主管机关设下了高频率与能耗限制。公共场所如果未能对空中电波加以控管,可用的Wi-Fi无线存取点和装置数量过多都可能造成问题,但5GHz频带可能会用在最佳状态资料下载,以减轻授权频道频带的负担而不须再转换至Wi-Fi存取点。有很多可能的应用方式,尤其是必须大量使用视讯的场所,包括公司办公室、购物中心、交通转运站或教育机构这类空中电波受到管控的环境。

还有一个替代方法就是使用电视空白频段(White Space)频谱,与授权LTE频谱统合以形成一个频宽更高的大型基地台LTE-U路。

至于厂商方面的支援,最初由高通、华为与易利信几家有意扩展LTE应用的业者所主导。多数小型基地台无线电设备业者都在追踪LTE-U相关发展,观察技术是否逐渐为通讯服务商所接受。

5G在未来5年内可能还是无法普及。然而,2020年前将出现小规模部署,有限度地应用在特定领域而非做为一般用途。到了2020年,将有20%大型行动通讯服务商将5G技术应用于特定部署或进行相关测试。

至于价格点,当厂商之间能够互通且云端运算提升并应用于托管型5G服务,普及率就会增加。

5G潜藏发展风险

5G的替代技术包括延续既有的4G或Wi-Fi技术,或者是针对电视空白频道进行测试。以5G行动装置部署5G小型机地台、5G大型基地台以及云端上的新型封包核心解决方案,将会因为不同厂商之间的互通问题而拖延部署的进行。通讯服务商与无线路服务商将扮演重要角色,找出该在何处部署这些装置与应用程式,此外还能影响付费业务流程的重新设计和以政策为基础的控制,而这些都会进一步拖延部署的进度。

通讯服务商将奋力追求具有成本效益的解决方案,并利用云端运算架构来统筹各种不同的际路技术,连结更多的5G用户。设备厂商规画产品架构时应将此纳入考量。

5G部署或许能使用由新进云端服务供应商所提供、透过软体定义路(SDN)与路功能虚拟化(NFV)加以调节的软体即服务(SaaS)模式,例如由Akamai、阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)与思科(Cisco)等厂商提供的托管型视讯服务,或者是像Verizon为内容传递路(CDN)所提供的自家产品。这类服务若要减少延迟可能必须“更接近边缘”(Closer to the Edge)。

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