在过去,无线网络的建设高度依赖大型基地台,这些基地台覆盖范围广,但建设和维护成本较高。5G网络则通过大量部署小型基站,不仅降低了成本,还大幅提高了网络密度和覆盖范围。这一转变意味着,超高分辨率视频流、云端服务和各种智能设备的传输需求将得到更好的满足。
据估计,未来20年,随着智能设备数量的激增,数据传输量将增长一万倍。为了应对这一挑战,电信解决方案供应商诺基亚网络预测,5G将带来一个可扩展且灵活的服务系统。这一系统能在关键时刻和关键地点提供几乎零延迟的Gigabit级别体验,大幅提升用户体验质量。
5G网络的另一个重要特点是它的广泛适用性。从视频流媒体到增强现实,再到各种机器类型的应用,如车辆安全和实时控制,5G的潜力无穷。随着2020年的引入和2030年的全面运作,5G还需能够支持那些我们尚未知晓的新兴应用。
5G网络的部署不仅包括传统的6GHz以下频段,还将利用6G-100GHz之间的广阔频谱。这一频谱范围内的不同频道特性要求新的无线接入技术。虽然已有一些企业考虑将长期演进计划(LTE)的空中接口扩展到6GHz以上频率,但更有效的方法可能是针对特定挑战设计更简单和高效的空中接口。
对于终端用户而言,5G网络应该是无缝且透明的,保证一致的用户体验。运营商也希望能够轻松部署和维护5G网络。为此,5G系统需要与现有技术,如LTE,实现紧密整合,简化从2G到5G的过渡过程。
网络的弹性和空中接口的新设计有助于控制功耗的增长。在无线链路两端的设备功耗必须大幅降低,以减少能源消耗。此外,全方位的弹性设计和与现有技术的紧密整合成为供应商的首要任务。
实现网络容量增长一万倍和用户体验提升十倍的关键在于几个方面:大规模部署小型基站,利用更多频谱资源,以及提高频谱效率。在3G和4G时代,网络的高密度化已经是一个明显趋势,但5G允许我们从零开始设计一个更加灵活的系统,并优化小基站的设计。
同时,随着对6GHz以下频谱资源的需求日益增长,释放6G-100GHz的新频段成为迫切需要。这些频段能够满足5G时代对高容量和数据速率的需求,包括厘米波和毫米波两个主要部分。厘米波因其接近现有频率范围而成为首选,但其无线电波传播特性仍需深入研究。
总之,5G网络不仅将带来更快的速度和更广泛的应用,还将引领一场无线通信的革命,为未来提供无限可能。
小型基地台将走红5G通讯世代。5G通讯网络将一改过去高度仰赖大型基地台的布建架构,而大量使用小型基站,让电信营运商能以最具成本效益的方式弹性组网,从而提高网络密度与覆盖范围,达到比4G技术更高的传输率和网络容量。
超高分辨率视讯串流、云端服务和休闲娱乐服务的兴起,以及愈来愈多元的无线装置,包括智能型手机、平板计算机和机器间相互通讯的可编程环境,预估未来20年的数据传输量将成长一万倍。
为满足这些需求,电信解决方案供货商诺基亚网络(Nokia Networks)认为,5G将是一个可扩充又弹性的服务系统,可在关键性的时机和地点,提供接近零延迟(Zero Latency)的Gigabit体验。此外,5G因具备更高的峰值数据速度,提升「每个地方」的数据速率,延迟降为十分之一,更能让使用者享受到比4G至少高出十倍的体验质量。
在5G行动通讯时代下,预估使用案例和相关应用的种类将更为广泛,包括视讯串流、扩增实境(Augmented Reality)、不同的数据分享方式,以及各式各样的机器类型应用,如车辆安全、各种传感器和实时控制等。未来,5G在2020年导入、2030年充分运作后,还必须能弹性支持我们尚未了解、尚不知道的全新应用。 除了使用6GHz以下更多传统的无线接取频段,5G也将运用6G-100GHz之间的大量频谱,这些频段拥有不同的频道特性,因此,使用这些频谱须采用一种以上新的无线接取技术。目前虽然有业者考虑将长程演进计划(LTE)空中接口(Air-Interface)延伸到6GHz以上的频率,但事实上,我们可以针对特定的挑战,设计更简单和更有效率的空中接口。
对终端使用者来说,5G应该是通畅而无感觉的,且5G应是个单一系统,能保证一致的使用者体验;而行动网络营运商则期望能轻松、直接地部署和维运5G网络,因此在技术上,5G系统必须能紧密整合原来的系统,如LTE及其藉由单一无线接取网络(Radio Access network, RAN)解决方案而演进的技术,这种方式不但能简化从2G到5G的管理工作,也让营运商能循序渐进导入5G。
网络和部署的弹性、空中接口的新设计,有助于抑制功耗的成长。无线链路两端装置的每位传输功耗必须大幅减少,例如,未连接装置和未满载运作的网络节点的功耗。
全方位的弹性设计,与现有技术极度紧密整合的途径,都是供货商主要的优先考虑事项。
全方位弹性设计 提升十倍使用者体验
实现网络容量增加一万倍,以及使用者体验提升十倍(即使在不利的网络条件下也能达到100Mbit/s)的主要途径如下:
‧小基站(Small Cell)大规模高密度化(Densification)
‧更多频谱
‧更高的频谱效率
全新网络思维的高密度化设计
在3G和4G的网络部署,高密度化已是明显的趋势,但5G能让我们从全新网络(Clean Slate)的方式设计一套弹性的系统,并优化基地台之间距离200公尺以下的小基站。目前的LTE网络,其小基站设计是以僵硬、大范围覆盖(Wide Area)的大型基地台(MACro Cell)为设计基础,而Clean Slate的全新网络途径,可提高小基站规模的优化和调适能力。不过,值得注意的是,除了优化小基站的超密度网络(Ultra Dense Network)环境外,5G也支持大范围覆盖的大型基地台部署,这一点更加突显了系统设计弹性的必要性。
释放新频段的需求日益高涨
到目前为止,已指配或讨论中可用于行动通讯网络的频段都在6GHz以下,主要原因是低频有利于大范围覆盖的特性。虽然我们需要更多6GHz以下的频谱,也有能提高已指派频率利用率的优越新技术,但释放新频段的需求也愈来愈高。这些从6G-100GHz的频段有助于满足5G时代的高容量和数据速率需求。
6G-100GHz频段,根据不同无线电波传播特性和不同频率范围中的载波带宽,可大致分为两大部分,厘米波(Centimeter Wave)和毫米波(Millimeter Wave)。
厘米波频率因比较接近现在使用中的频率范围,自然会是首先释放给无线接取的对象,但我们还须进一步研究才能完全了解这些频段的无线电波传播特性。在某些方面,厘米波的行为类似传统的无线通信频段(如反射和路径损耗指数),但在某些效应上是不同的,如总路径损耗(Overall Path Loss)和绕射(Diffraction),尤其在更高的厘米波频段更是如此。厘米波可能提供的连续带宽大约是100M-500MHz,大于先进长程演进计划(LTE-Advanced)设计使用的带宽范围,而针对2GHz优化的LTE空中接口设计,并不适合厘米波频率。