5G演变背后的故事(上)

更新日期:2019-03-13
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紧密的连接缩短了遥远的距离,让地球真正从一个星球变成了现如今的地球村,科学家相信,未来人类社会的发展将会取决于连接的快慢。


无疑,从AI人工智能到无人驾驶汽车,从远程医疗到全息投影娱乐,所有能让现代人类生活变得更轻松、更安全以及更高效的手段都需要高速以及在线的连接为基础。


因此,第五代无线网络技术才会如此引人注目,它将会为设备带来高达20Gbps的下载速度,这是当前LTE连接的数百倍,比千兆光纤宽带服务更快。


拥有如此高的下行速率只是它的好处之一,更快的网络连接拥有更低的时延,届时所有的loT设备都将拥有更稳定的连接方式,这意味着我们将会构筑起一个在LTE网络下完全无法想象的数字城市。



而第五代无线网络技术有一个众所周知的命名——5G,现在它不仅是科学教育或是实验室里空洞的技术名词,在国内三大运营商以及诸如高通在内的通信方案公司的共同努力下,在2020年它就将真正普及到我们身边。



 在5G之前, 人们解决的更多是通话难题 

模拟电话最早出现在20世纪70年代,通过未加密的无线电波传送,它次实现远距离无线通话功能,当然这并不是一种可靠的通讯手段,毕竟任何人和组织都可以很轻易的窃听到你的通话内容。


昂贵的价格也让模拟通话只能是部分人的工具。


在万众期待下,第二代移动无线网络终于在90年代到来,这也是代基于数字模式的通话手段,利用更多的无线频谱以及数字加密手段,通话质量和安全性有了质的飞跃,几乎在网络覆盖的任何角落我们都能清晰地听到对方的声音,而不用抓着手机的天线到处寻找信号。


殊不知,这期间,高通已经在进行现在我们熟悉的“5G”的关键基础科技的研究,比如毫米波、MIMO、先进射频等。



对于当时的网络环境来说,真正的变革在千禧年到来,第三代无线网络让传输从通话向更多功能迈进。


虽然在2000年之前,GSM技术已经可以让手机实现慢速网络连接,缓慢的速率并不能在日常使用中提供舒适的体验。


第三代无线网络(3G)则提供了更宽的带宽,图片传送变得可用,人们甚至能在低清晰度下互相使用视频通话。


不过3G技术的发展并不顺利,从千禧年的正式提出到最终普及,3G技术花费的时间长达近10年,如果你还记得的话,甚至连2007年才发布的代iPhone都不具备3G网络的支持。


只能说,人们当时并没有意识到高速无线网络对于社会发展的推动。



情况在2008年终于得到了改善,在iPhone 3G上市后,谷歌正式发布了更适合移动互联网使用的系统Android,美国运营商率先启动了4G LTE网络的搭建,而以高通为首的通信方案公司则在芯片上为硬件提供了更高速的支持。


近几年来,4G网络带来的创新增长逐步体现,移动互联网产业已经真正展现出了价值。


5G,将会继续扩大其中的价值。

 5G不是凭空现身, 它的背后是世界的努力 


从2011年开始,第五代移动网络正式出现在人们的视线中,但它仍然只是一个初步的畅想,在LTE网络已经实现高速连接的前提下,一时间谁都无法明确下一代移动网络究竟该走向何方。


因此,在去年3GPP全会正式批准第五代移动通信技术标准(5GNR)独立组网功能冻结之前,5G网络从无到有经历了6年的时间。


往回倒数,早在2013年,欧盟就提出了加快5G移动技术发展的想法,它以5000万欧元的投入计划在2020年推出成熟的5G标准,现在这一时间无疑提前了两年。



2013年5月,韩国三星电子正式宣布,解决了5G核心技术的攻克——次将传输速率提升至每秒1Gbps,且最长传送距离提升至2公里,这比当时的LTE技术快了百倍,同时下载一部高清HD画质的电影只需要一秒钟。


不过,这只是一种基于28GHz的毫米波方案,它利用了当前LTE网络未使用的高频段,从而实现了高带宽的传输。


毫米波技术是5G早期技术的重要组成,正是基于毫米波技术,2014年NTT Docomo就宣布与爱立信、诺基亚以及三星等厂商合作建立5G测试,并计划将传输速率提升至10Gbps。


直至现在,毫米波都是5G的重要技术组成之一。


通常毫米波频段是指 30GHz~300GHz, 相应波长为 1mm~10mm。毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。


相较于大部分通讯所在的中频段,毫米波具备不少优势,比如通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。


即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用四个主要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑吸引力。



不过,业界对于毫米波的研究并不始于Docomo。事实上早在1990年开始,美国高通公司就开展了对于毫米波、MIMO和先进射频技术的研究,这些基础技术现如今都成为了实现LTE以及5G连接的基础。


高通也一直推动着毫米波技术的推进,在2016年的MWC上,高通展示了波束导向支持的非视距毫米波动性,这一试验证实了毫米波在日常通讯搭载中的可用性。


而在随后的2017年,高通也与合作伙伴一起实现了符合标准的5G新空口毫米波连接,并于2018年7月发布全球面向移动终端的5G射频模组,这意味着终端厂商终于能在更小的体积内实现毫米波射频的连接,使其真正可用。


虽然毫米波能够实现5G网络传输的高速率,但在早期它的应用需要运营商投入更多的技术成本,所以当时并未被采用。


如果要实现毫米波传输的普及,运营商需要在覆盖区域部署大量小型化的接入点,这不是如今依赖大型基站就能有所实现的。要实现高速可靠的毫米波连接,它们需要无处不在,部署毫米波基站需要耗费大量成本。


也正因如此,在毫米波计划搁置的几年里,运营商以及通信方案提供商最终将目光投向了资源有限的中频段,虽然当前的频谱资源已经极为有限,可用带宽更少,但信号在中频段中可以传播地更远也更可靠,只需要借助当前的基站空间就能实现远距离的覆盖。


在3GPP批准的5G NR R15标准中显示,当前2020年实现的商用5G网络在100MHz带宽下5G可实现10Gbps峰值速率,200MHz带宽实现20Gbps的峰值速率。

 毫米波与中频段之争  最终被高通所终结 

5G发展的重要分歧在于究竟是毫米波传输还是继续使用中频段来实现,全球各地运营商以及通讯组织并没有达成真正的统一意见,这使得终端厂商对于5G的测试变得异常困难,站队化的研发无疑也不利于新技术的推进。


而这样的局面最终被高通所打破——在2017年,它推出了颗5G商用调制解调器X50 5G调制解调器。


这是业界个真正打通毫米波以及中频段的调制解调器方案,也正是因为X50 5G调制解调器的现身,无论是毫米波还是中频段的支持者,都能更顺畅更统一的测试5G通讯性能,从而彻底加速了整个5G发展的速度。



X50 5G调制解调器至今也是5G手机的,在去年的高通骁龙5G峰会上,高通公布了首批合作的OEM名单,小米、OPPO、vivo、摩托罗拉、一加、索尼移动、华硕、闻泰、富士通、HMD、HTC、Inseego/Novatel无线、LG电子、NetComm、网件、夏普、Sierra、Telit和启碁科技(WNC)都在其列。


同时,包括中国移动、中国联通、中国电信在内的众多运营商也将与高通合作,利用高通骁龙X50 5G调制解调器推进5G NR试验。



而在刚刚结束的MWC2019大会上,小米MIX3 5G版、LG V50 ThinQ以及三星Galaxy S10 5G等首批上市的5G产品,也均搭载有高通骁龙855移动平台+X50 5G方案。


高通也顺势推出了基于7nm工艺打造的X55 5G调制解调器,它也将下行速率以及功耗推向了新的高度。


同时,高通还更进一步的推出了集成式骁龙5G移动平台,将5G多模调制解调器和应用处理技术集成至单一SoC,进一步加速5G在不同地区和产品层级的更广泛普及。

 5G时代已经真正到来!

在今年,全球将会有20家不同的运营商将会正式商用5G网络,而20家OEM厂商会推出基于高通骁龙平台的5G设备,这意味着5G已经从最初的畅想变成了现实,5G时代已经真正来到了我们的身边!


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