《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G技術(shù)三路發(fā)進 6GHz以上頻段受矚目

2016-07-22

  3GPP確定把R12/13/14定位成LTE Advanced Pro標準后(與有資料將R12仍認定在LTE Advanced,而非LTE Advanced Pro),,接著產(chǎn)業(yè)也將目標轉(zhuǎn)向更后續(xù)的R15版,,此版將正式認定為5G技術(shù)?! ?/p>

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  5G技術(shù)的細節(jié)仍待提案,、審議,但技術(shù)的大方向已確定,,即分成三方面來發(fā)展,,一是持續(xù)強化過往以來的行動寬頻;二是發(fā)展公眾物聯(lián)網(wǎng),,且為大量布建的,;三是關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)。

  5G技術(shù)的細節(jié)仍待提案,、審議,,但技術(shù)的大方向已確定,即分成三方面來發(fā)展,,一是持續(xù)強化過往以來的行動寬頻,,稱為Enhanced Mobile Broadband;二是發(fā)展公眾物聯(lián)網(wǎng),,且為大量布建的,,此稱為Massive IoT或Massive MTC,;三是關(guān)鍵任務(wù)服務(wù),稱為Mission-Critical Services或Ultra-reliable and Low Latency Communications,,其實本質(zhì)上也是物聯(lián)網(wǎng),,但是對通訊的反應(yīng)速度(低延遲Low-Latency)、通訊穩(wěn)定度,、安全性等有更進一步的強化。

  在具體應(yīng)用上,,行動寬頻主要指手機上網(wǎng),,但也包含居家或公眾場合上網(wǎng);公眾物聯(lián)網(wǎng)則用來實現(xiàn)智慧家庭,、智慧城市,,但也包含穿戴式電子(一般人健身的智慧手表、手環(huán)的少量數(shù)據(jù)傳輸),;關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)則是健康監(jiān)督(中老年人血糖,、血壓)、汽車,、機器人與產(chǎn)業(yè)自動化等,。

  如果將三種應(yīng)用對應(yīng)到無線頻譜資源上,Massive IoT為了廣大的覆蓋面積,,將以低于1GHz的頻段為主,,亦即今日常言的Sub-1GHz;而行動寬頻與關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)會采行1GHz~6GHz間的頻段,;另外也會使用比6GHz更高的頻段,,但主要用于極致的頻寬需求應(yīng)用,或相對短距離的行動寬頻應(yīng)用,。

  在5G技術(shù)中,,最讓人好奇的莫過于6GHz以上頻段(也稱mmWave、mmW,、毫米波)的運用,,這方面可以說是機會與挑戰(zhàn)并存。在機會方面,,6GHz以上可以有更大的通訊頻寬,,例如數(shù)百MHz為一個通道,比現(xiàn)有LTE一個最大通道僅20MHz(倘若不使用載波聚合技術(shù))高出許多,,也因而能得到數(shù)Gbps的資料傳輸率,。

  而且,6GHz以上頻段既可以用于前段的存取點(access),,也可以用于后段的回程傳送(backhaul),,布建上具有彈性,,事實上近年的無線通訊技術(shù)演進也在去除集中化設(shè)計,物聯(lián)網(wǎng)采行各節(jié)點能直接相互通訊,,即便是手機也開始講究直接通訊,,如LTE D2D/Direct技術(shù),或用手機充當急難基地臺,、對講機技術(shù),。

  去集中化設(shè)計其實也同時意味著降低基地臺的倚賴度,過往的Macro Cell大覆蓋基地臺外,,電信設(shè)備商逐漸轉(zhuǎn)強調(diào)Metro,、Micro、Pico,、Femtocell等小覆蓋基地臺(統(tǒng)稱Small Cell),,主張更細膩與更智慧化的覆蓋,并降低發(fā)送功率,。

  6GHz以上頻段的另一特性為電波方向性高,,或稱指向性高,相同空間內(nèi)的發(fā)波,,其相互干擾性小,,因而可在相同空間內(nèi)放置更多的收發(fā)天線,增加整體傳輸量,。目前Qualcomm已實現(xiàn)32組天線的設(shè)計,,或在小小的銅板面積內(nèi)即放置6組天線,不過這是依循IEEE 802.11ad標準的實現(xiàn),,5G實現(xiàn)仍待提案,。

  毫米波有優(yōu)點也有缺點,一是較高的傳輸路徑損失,,容易受彎折的路徑,、遮擋所影響,傳輸?shù)姆€(wěn)定性有待考驗,;二是現(xiàn)階段毫米波的射頻技術(shù)實現(xiàn)難度高,,收發(fā)裝置的成本相對也高。也因為毫米波的效益挑戰(zhàn)并存,,因而亦有較保守態(tài)度的業(yè)者主張至R16版才制訂mmW標準,,R15仍以6GHz以下為主。

  最后,,本文一直只提6GHz以上頻段,,但超過6GHz后最高到多少頻率呢?目前各種技術(shù)提案顯示最高會制訂到100GHz,,美國FCC在今(2016)年7月已著手審訂24GHz以上頻段,,因此在技術(shù)可行性外法規(guī)也須配套松綁,,否則難以推進到商業(yè)化營運。

  而筆者也大膽推猜,,5G技術(shù)與服務(wù)到來后,,更進一步會導(dǎo)入6GHz頻段的使用,手機與電信營運商肯定會以“6G,、6G+”之名為號召,,成為新行銷詞,但5G的G指的是Generation(世代),,6G的G卻是GHz,、Gigahertz。事實上類似的混淆已在2012年發(fā)生過,,5G Wi-Fi既是指第五代Wi-Fi速率標準(IEEE 802.11ac),,但也帶有使用5GHz頻段的意涵,。


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