5G到底有多快？5G網絡是如何運作的？
4G LTE已經為數以百萬計的客戶提供超快的數據，但隨著越來越多的運營商希望使用更先進的1 Gbps網絡和擁有更快調制解調器的手機新產品，很難不懷疑我們是否接近下一步很快就會使用5G網絡。不幸的是，我們都習慣聽到仍有一些技術障礙需要克服，并且在消費者開始接收他們的***個5G信號之前還有大量的基礎設施投資，但日期即將結束。
如果您一直想知道所有這些新技術處于什么階段，以及距離5G還有多遠，5G在美洲一個行業貿易協會和美洲5G和LTE的***消息，最近發表了一篇論文特別是該行業如何穩步前進。你可以在這里閱讀完整的白皮書，但我們已經挖掘了一些更相關的部分，所以你沒有必要，并且還有一些我們自己的額外見解。
5G - 技術概述
在深入研究細節之前，我們先簡單回顧一下未來幾年5G的到來。峰值網絡數據速率將達到20 Gbps下載和10 Gbps上傳速度，比4G提高20倍。
其他5G改進預計包括高達500公里/小時的移動性支持，1毫秒用戶平面延遲，每平方公里100萬臺設備的支持，以及多個無線電運營商提供的高達1 GHz的帶寬。至于時間表，***個5G規范將在2018年初完成，使***個基于標準的網絡能夠在2019年到2020年之間部署。
尋找頻譜
從廣義上講，許可頻譜對于運營商來說仍然是一種寶貴的商品，目前看來還不足以達到不斷發展的5G標準所追求的高標準。
為了幫助回避這個問題，5G正在尋求廣泛的頻譜選擇，包括6 GHz以上的新的超高頻帶寬，并利用免許可頻段來增加容量。這種方法的缺點是這些高頻率不會傳播很遠或穿透墻壁以及供應短缺的低頻帶。因此，未來的5G網絡將比現在的網絡看起來更加拼湊結合短距離，中距離和長距離覆蓋以增加容量。
實際上，這意味著利用現有的4G LTE頻段并隨著時間推移采用5G新無線電(NR)技術，并通過發展現有的載波聚合和更大的多天線技術將兩者結合起來。5G NR不僅支持一系列新的用途，例如大規模物聯網，還支持多種頻譜。其目的是實現跨長距離，在小區和Wi-Fi頻率的可用頻帶之間的無縫轉換和同時連接。
因此，較低和較高頻率的組合對于5G操作是至關重要的。
為了使運營商在財務上可行，現有的4G LTE頻段可能會在可預見的未來保持不變。相反，將開發5G NR開發和新的無線電頻率，主要是為了利用當前未使用的cmWave和mmWave頻率。
這些短程站可能是由密集的天線陣列構成的，這恰好是增加容量所需要的。此外，已經證明較大的天線陣列可以提高甚至非常高頻率的實現范圍。在布魯克林5G峰會上發表的2016 NTT DOCOMO研究表明，在3.5 GHz頻率下，一個容納6,000個元素的77 X 77天線陣列可以超過一公里距離，甚至可以在30 GHz時覆蓋超過800米。即便如此，這將需要潛在的40到50個基站來提供與8到10個4G站相同的區域覆蓋，盡管速度會高得多。
這些高頻Massive MIMO天線陣列將需要波束成形和/或bream跟蹤，以便***化用戶的數據效率。這意味著天線將向用戶發送聚焦的數據流，而不是當前的全向廣播。這是通過對用戶的位置進行三角測量并使用智能算法沿***路徑發回數據來完成的。顯然，這比現有技術更加復雜和昂貴，但是將大大提高帶寬效率并允許使用非常高的頻帶。然而，研究仍在進行中，這些高頻天線技術的最終規范尚未最終確定。
然而，除了高頻頻譜之外，還有更多的5G標準。增加低頻譜長距離的覆蓋范圍和帶寬同樣重要，不僅對消費者而言，對物聯網和其他互聯市場也是如此。在今年的美國，美國聯邦通信委員會舉行了以前用于電視廣播的低頻600 MHz頻譜的拍賣，其中T-Mobile購買了45%的頻譜。
我們可能會在未來幾年看到額外的低頻頻譜再利用，這將用于擴展4G和5G長距離覆蓋。隨著電視和廣播客戶轉向以數字方式和互聯網消費更多數據，對專用模擬頻譜的需求正在減少，因此將其重新用于更快的5G數據是有意義的。
3GPP目前正在版本15中標準化5G頻率，預計將在2018年3月完成5G的非獨立版本。
未經許可的頻譜
隨著無線蜂窩塔的新容量，建成區域的超高速5G速度可能需要使用光纖寬帶支持的小型蜂窩Wi-Fi聚合，以便處理大量用戶。為此，5G將聚合的LTE和5G信號與在未許可頻譜中傳輸的附加數據相結合。2.4 GHz和5 GHz頻段通常被今天的WiFi路由器使用，3.5 GHz頻段可用于在未來增加更多頻譜。美國聯邦通信委員會還在開放3550至3700 MHz CBRS頻段，以供將來與這些小型電池一起使用。
我們甚至不必等到2020年左右開始出現5G技術才能開始看到未經許可的頻譜帶來的好處。智能手機處理器套件已經增加了對LTE-U的支持，***的3GPP版本13概述了許可協助訪問(LAA)規范和對LWA / LWIP的支持。在美國，T-Mobile已經在華盛頓州貝爾維尤、紐約布魯克林、密歇根州迪爾伯恩、內華達州拉斯維加斯、德克薩斯州理查森、和西米谷、加利福尼亞州建立了自己的LTE-U服務。
LTE-U由高通及其合作伙伴牽頭。本質上，原理是使LTE頻帶在與普通Wi-Fi信號相同的頻率范圍內工作。但是，由于FCC規定，LTE-U設備必須滿足與目前存在的Wi-Fi設備相同的功率限制，從而限制了它們的范圍。即便如此，在Wi-Fi頻譜中添加LTE頻段是提供額外容量的一種方式。
未經授權的頻譜提出的一個重要問題是，這將如何影響常規Wi-Fi用戶?它們的家庭連接質量是否會受到智能手機用戶堵塞寬帶數據的影響?使用未經許可的頻譜肯定不是容量問題的最終答案，并且正在注意確保當前的基礎設施不會與LAA相沖突。
LAA本質上是由3GPP管理的LTE-U的標準化版本。兩者之間的***區別在于，LAA要求“先聽后說”功能，該功能可掃描本地Wi-Fi使用情況，并自動選擇5 GHz頻道，無需WiFi用戶，但代價是系統延遲。如果做不到這一點，該技術將共享相同的渠道，但LAA數據的優先級低于其他Wi-Fi用戶，以便公平地共享數據。聽取講話是歐洲和日本無證經營的必要條件，但并未在美國，韓國或印度的監管中得到體現，因此這些國家為什么要關注LTE-U。即將發布的版本14中的增強型LAA(eLLA)規范也將允許上行鏈路使用未經許可的頻譜。
另一種選擇是搭載現有的Wi-Fi網絡，而不必將新的LTE小區技術部署到未經許可的頻譜中。LTE-WLAN聚合(LWA)也被標準化為3GPP的Release-13的一部分，并且能夠同時無縫地使用LTE和Wi-Fi網絡。
在這種情況下，LTE信號不與Wi-Fi競爭，而是手機同時連接到傳統的低頻LTE頻段和常見的Wi-Fi熱點，并在兩者之間聚合數據。好處是它更具成本效益并簡化了運營商的部署。LWA部署也不會冒著新LTE實施阻塞Wi-Fi頻率的風險。
與LWIP技術的不同之處在于LWA在分組數據層聚合LTE和Wi-Fi，而LWIP僅在IP層聚合或切換LTE和Wi-Fi鏈路。因此，對于LWA，數據可以在所有應用程序的最小級別進行拆分，從而大大提高了吞吐量。LWIP必須為每個應用程序切換IP，但與傳統Wi-Fi硬件配合良好。目前LWA不支持上行鏈路，但隨著版本14中增強型LWA(eLAW)的到來，這將發生變化。
雖然其中許多仍然可能聽起來像是一段距離，但今天的一些智能手機已經準備好采用這些技術。運營商聚合和LTE-Advanced已經存在了一段時間，高通公司現有的X12和X16調制解調器已經在一系列Snapdragon移動平臺中支持LTE-U。該公司正準備在未來幾個月向合作伙伴銷售其多模4G / 5G X50調制解調器，而ARM的Cortex-R8 CPU則針對其他尋求設計自己的調制解調器的公司。
未來的5G技術有很多內容，雖然它是目前尚未完成不斷發展的技術，但許多成分已經內置到今天的智能手機和其他小工具中。雖然運營商無疑會慶祝他們開啟他們的***個5G網絡，但事實上我們正在考慮通過推出LTE-Advanced和Advanced-Pro逐步演變，這意味著我們中的許多人已經在使用下一代運營商翻轉5G交換機時的無線功能。
