5G扩展连接手机的最后一公里

电信营运商计划从明年底开始采用5G固定无线服务作为最后一哩(last-mile)接取技术，延伸其核心LTE网络至邻近街区。 毕竟，只要在街坊邻近地区竖根杆子，比起透过光纤连接家庭更容易得多...

5G蜂巢式技术将从大规模部署固定无线接取(FWA)服务开始，不仅导致智能型手机发生重大变化，最终还将取得一些惊人的数字成果。

这是爱立信(Ericsson)杰出工程师Dave Allen在今年Hot Interconnects大会的专题演讲中所强调的重点。 他指出，美国电信营运商Verizon和AT&T已经宣布计划从明年底开始采用28GHz和39GHz的5G技术作为最后一哩(last-mile)接取技术。 「在街坊邻近地区竖根杆子，将会比透过光纤连接家庭更容易得多了。 」

这一部份可归功于这些固定的无线网络服务——爱立信预计，在2027年以前，采用无线网络的流量将会超过有线网络。 最初的5G固定无线服务将作为营运商核心LTE网络的邻近街区延伸。

推出结合4G/5G的服务有别于过去，一部份原因在于纯粹的5G技术还需要进行大量艰巨的任务。

例如，毫米波(mmWave)发射器和接收器需要使用大规模多输入多输出(Massive MIMO)天线，而且在两侧都得配备波束成形(beamforming)技术。 这些技术可用于补偿从传统3G升级到5G 39GHz无线系统时大约40dB的讯号损耗。

Allen指出，在这些频段中，干扰可能来自于「穿过我们身体、鸟群和快速驶过的卡车所传送的无线讯号——其所导致的讯号损耗比有线网络更高千万倍。 」。

他将massive MIMO描述为「一种空间多任务的形式...... 将多个低速讯号分配给数组中的不同天线，其带宽可经由两侧最少数量的天线加以限制。 」

波束成形技术最早见于1905年。 它使用了在较低频段中效果较不显著的建设性干扰(constructive interference)技术。

MIMO和波束成形结合在一起，有助于促进频谱再利用的最大化。 Allen风趣地说：「当你的资源非常稀少时，大可以扔上大量的数学算法。 」

Allen强调，如何将MIMO和波束成形技术封装于手机中，将是5G面临的最严峻挑战之一。 「手机无需使用任何移动组件，就能经由计算数学变换而持续集中于一个天线塔，而只需改变相位和操控讯号就能立即重新定位。 」

同样地，5G基地台将使用所谓的协调多点技术，在不同的天线之间中继波束成形任务。 尽管这一类电子产品存在开发难度，但购买频谱和天线塔使用权可望弥补一半以上的无线接取成本。

他说：「现代的教堂尖塔被设计成专用于手机的发射天线——位置理想的教堂可为营运商提供良好的联机接取，甚至为教会带来3万美元的年收入。 」

但更大的统计数字则来自营运商方面。 据爱立信估计，在2020年5G发布之时，将会有95亿个蜂巢式用户，其中约有60亿用户使用智能型手机。 届时，平均每位用户每个月所耗用的行动数据量将从2015年的3.8GB迅速增加到22GB。

「这些数字着实令人惊讶...... 而且他们需要架构和技术响应以支持这一成长。 」Allen解释这就是为什么当今技术产业持续专注于「不断向外扩展」之故。

例如，一个数据封包在5G新无线(NR)和无线接取网络(RAN)之间来回传输一趟的时间是3毫秒(ms)，这较采用LTE时需要20ms更大幅缩短传输时间。 5G NR将支持从600MHz到100GHz的频率，信道从20MHz扩展到100MHz以上，而且能够动态地改变其所支持的上行与下行流量之比。

总之，5G「正在试图将无线技术扩展到新的垂直市场及其邻近领域」，从农场中大规模的物联网(IoT)部署一直到工厂中对延迟敏感的机器人。 同时，针对某些物联网应用，工程师正力求使无线成本压缩到1美元。

「这真的非常吸引人，而我们所收集的信息量将是非常巨大的。 」总之，Allen补充道：「5G技术无法一言以蔽之——而我们正尝试让所有的技术浮出台面。 」