5G预计将在2020年前进行商业推广

编译 之涵

到2018年9月，各大公司将具备制造5G基站所需的规范；最早到2019年，5G就有可能得到商业推广。说到5G的关键特征，毫米波传输可能当之无愧。

华为无线技术实验室高级总监朱佩英在5G峰会上演讲

2018年4月24日至27日，一年一度的布鲁克林5G（第五代移动通信技术）峰会在美国纽约举行，5G发展的关键人物齐聚一堂。在几场演讲和一次小组讨论活动中，与会者备受鼓舞。他们了解到有关5G标准化进程的最新进展情况，并获悉最早到2019年，5G就有能力支持基于全球标准的新无线电技术进行商业推广。

也许最重要的是，专家们相信5G新无线电技术规范Release 15进展顺利，会如期推出。Release 15对5G技术的发展至关重要，因为它为制造商提供了可用于制造设备的规范。例如，它将描述如何配置5G基站以及这些基站将如何与智能手机进行通信。

令人鼓舞的是，第三代合作伙伴联盟计划（3GPP，由七家电信标准开发组织组成的联盟）在2017年做出的加快5G新无线电（5G NR）发展进程的决定从未遇到任何重大挫折。

Release 15对5G NR的商业可行性至关重要，因此3GPP在2017年初决定将该版本分为两个阶段，以确保其获得成功：非独立（NSA）版和独立（SA）版。这一分阶段的办法似乎行之有效。

非独立版于2017年12月完成并获得批准，它是第一个5G规范。非独立版5G NR以现有的LTE（Long Term Evolution，3G和4G的过渡系统）无线电和LTE核心网为基础。此外，它的确只能满足无线电频谱低于6 GHz的要求，而这一频谱用于当今已经拥挤不堪的移动通信。独立版 Release 15的第一批规范于2018年6月发布，并将在9月得到确认。

毫米波传输

3GPP关键人物、华为无线技术实验室高级总监朱佩英在她的演讲中指出，这些规范有助于设备的商业推广，并在2019年底之前推出独立版5G NR。到那时，5G移动网络将可以开始利用6GHz以上的无线电频谱——该频谱范围被称作毫米波（mm Wave，波长为1～10毫米的电磁波）——从而开放大量未使用的无线电频谱。这将使移动网络的新应用成为可能，如可为工厂车间机器人或道路车辆提供低延迟连接的大规模机器类通信（mMTC）。

在演讲中，朱佩英简要介绍了一些关键的技术特点：世界上每一个5G基站的新无线电预计都将在2019年年底前获得支持，其中最重要的可能是大规模多输入多输出（MIMO）天线和毫米波传输的使用。适用于Release15的5G NR旨在支持本地增强的大规模MIMO。有了大规模MIMO，天线的数量就从现有MIMO系统中的十几个增至数百个，从而使容量增加20倍。天线数量的大幅度增加也会带来一系列问题，例如信号交叉。波束成形等技术将帮助筛选出那些直接定向于基站和移动设备之间的信号。

如果要说5G的关键特征，毫米波传输可能当之无愧。与目前使用的6 GHz以下频段相比，毫米波的无线电频谱介于30 GHz至300 GHz之间。尽管开辟了大量新频谱，但是在这些频段下工作意味着信号无法像在6 GHz以下一样穿过周围的物体。为了克服与广播有关的干扰问题，毫米波传输要求采用波束成形和小基站等技术。采用小基站技术时，可将大量小型基站分散在同一个环境中。

当朱佩英的演讲进一步深入到5G NR规范的细节时，与会小组有时会偏离主题，比如：5G NR会给我们的手机带来什么变化？有了5G技术，机器与机器通信或物联网将会如何发展？自动驾驶车辆能在云中行驶吗？

“我们要考虑的不仅仅是5G用户设备，因为这不再只是手机的问题。”

——AT&T实验室阿伦·戈什

AT&T（美国电信运营商）实验室先进无线技术负责人阿伦·戈什（Arun Ghosh）表示，对手机的持续关注并没有与5G的发展保持同步。虽然我们为使用智能手机支付的费用是一项稳定的业务，但5G市场蕴含在新的应用领域中，如大规模机器类通信。“我们必须考虑的不仅仅是5G用户设备，因为这不再只是手机的问题。”戈什补充道。

他在谈到大规模机器类通信时指出，它可能无法在第一代5G中完全实现。但他预计，窄波束天线的某种演变将以一个符号瞄准特定区域，并发出信号构建物联网。这一技术规范很可能出现在5G NR的Release 16阶段。

虽然对于5G NR在自动驾驶汽车中发挥何种作用存在一些分歧，但美国国家仪器公司高级经理王伊恩（Ian Wong）指出，连接提供了更好的安全性和信息，但你在开车时并不需要真正连接。

诺基亚无线标准专家安蒂·托斯卡拉（Antti Toskala）表示：“我希望人们会跳到新的频谱上来提高产能。除了这些标准之外，这些设备更有可能具备先进的功能。4G LTE设备已经将这些功能具体化，但实际上人们并没有将它们加以利用，因为他们缺乏使用这些功能的动机，而5G将见证大量这些功能的使用。5G NR正在向其第一次商业推广迈进。”

T-Mobile的5G计划覆盖范围远超毫米波

T-Mobile（德国电信公司）无线电网络技术开发与战略副总裁卡里·库尔帕玛吉（Karri Kuoppamaki）对TMobile的LTE网络和当前一代的无线技术进行了探讨，他认为尽管5G承诺将对网络基础设施和数据传输速率做出重大调整，但它仍将建立在现有网络之上。

库尔帕玛吉说：“人们会将毫米波和5G联系在一起，理应如此，但这一频率还未得到充分开发利用。”他和T-Mobile都认为5G的潜力将远超高频毫米波，低频段和中频段对下一代无线网络同样重要。

T-Mobile计划开发覆盖整个频谱范围的5G网络，而不仅仅局限于高频毫米波波段。高频毫米波最大的问题之一是传播距离短，适用于密集的城市地区，因为低频在这些地区会被障碍物阻挡。若要将5G覆盖至全美各地，库尔帕玛吉认为同样必须关注低频段和中频段：远距离信号传播需要用到低频段，像600 MHz这样的低频段将服务于全美各地；而中频段将成为城镇和人口稠密城市地区高频段毫米波的有益补充。为此，T-Mobile已经在全美各地部署600 MHz网络的基础设施。

库尔帕玛吉看到了可为5 G提供服务的整个频谱生态系统。他认为：“5G的发展将改善整个频谱——无论我们用LTE做什么，5G都将在此基础上更上一层楼。”

相控阵：从学术好奇到工业化实践

峰会上，由5G相控阵技术的主要研究人员组成的小组还讨论了5G相控阵技术的商业前景：相控阵是否已基本从学术研究变成了工业实践？

对于5 G网络，定向相控阵天线不可或缺。因为要达到1 Gbps数据传输速率的带宽需要高频毫米波传输，遗憾的是，通过该频段传播的信号在空气中传播或穿过建筑物的墙体或窗户时会遭受很高的路径损耗。为了最大限度降低损耗，运营商可以将基站直接对准接收器，但这并非总是切实可行，而且也无法真正解决问题。如果希望为那些不停走动的移动电话用户提供服务，那么就需要一个可控制的高增益和窄波束天线——相控阵天线。

相控阵天线可以将无线电波指向预定方向，该技术已经成为5G网络的关键技术。在过去的5至10年间，该技术取得了飞速发展，并成为5G有望在2020年之前进行商业推广的主要原因之一。

近几年来，硅半导体集成电路技术在满足传统发射/接收功能的同时，也实现了光束引导功能，从而有效地将这些支撑5G的设备成本降至可以大规模生产和部署的程度。

专家一致认为，相控阵已经为5G网络做好了准备，并将很快从模拟转换为数字。

小组讨论前，英特尔先进技术总监巴尔吉特·辛格（Baljit Singh）和高通技术高级主管奥齐格·科伊曼（Ozge Koymen）在演讲中介绍了相控阵技术领域取得的长足进步。他们的演讲让小组主持人、加州大学圣巴巴拉分校教授詹姆斯·巴克沃特（James F.Buckwalter）想起了2017年布鲁克林5G峰会的演讲者伊恩·格雷沙姆（Ian Gresham）的预测：“相控阵是工业化实践，而非学术研究。”

巴克沃特让讨论小组看看辛格和科伊曼是否对相控阵上执行的测试数量感到满意，他们都认为对这项技术的测试不充分，现在开始考虑其商业推广为时尚早。科伊曼说：“在曼哈顿地区使用的设备达到1万台之前，我们可能无法完全理解哪些问题需要解决。”他还警告，在5G相控阵技术的第一阶段，用户使用的设备并未得到充分优化，不过这一问题可能将很快得到解决。

巴克沃特在意识到小组成员都认为相控阵技术的未来在工业领域而非学术界之后，便追问他们到5G网络广泛应用于商业领域时，模拟相控阵技术是否会过时？该小组似乎相信，对于第一代5G，模拟相控阵技术已经够用了，但在未来5年，数字相控阵技术会大行其道。莫斯布鲁格（Moosbrugger）表示：“数字和模拟之间的权衡取决于半导体的热限，因为我们会在半导体上施加更多的能量。在半导体工艺获得更高的能量和效率，并且在这些设计产品开始进行小规模量产之前，这都将是一个问题。”

资料来源 IEEE Spectrum