5G蜂巢式技術將從大規模部署固定無線接取(FWA)服務開始,不僅導致智慧型手機發生重大變化,最終還將取得一些驚人的數字成果。

這是愛立信(Ericsson)傑出工程師Dave Allen在今年Hot Interconnects大會的專題演講中所強調的重點。他指出,美國電信營運商Verizon和AT&T已經宣佈計劃從明年底開始採用28GHz和39GHz的5G技術作為最後一哩(last-mile)接取技術。「在街坊鄰近地區豎根桿子,將會比透過光纖連接家庭更容易得多了。」

這一部份可歸功於這些固定的無線網路服務——愛立信預計,在2027年以前,採用無線網路的流量將會超過有線網路。最初的5G固定無線服務將作為營運商核心LTE網路的鄰近街區延伸。

20161006_5G_NT31P2 圖1:5G固定無線接取服務部署示例

推出結合4G/5G的服務有別於過去,一部份原因在於純粹的5G技術還需要進行大量艱巨的任務。

例如,毫米波(mmWave)發射器和接收器需要使用大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)天線,而且在兩側都得配備波束成形(beamforming)技術。這些技術可用於補償從傳統3G升級到5G 39GHz無線系統時大約40dB的訊號損耗。

Allen指出,在這些頻段中,干擾可能來自於「穿過我們身體、鳥群和快速駛過的卡車所傳送的無線訊號——其所導致的訊號損耗比有線網路更高千萬倍。」。

20161006_5G_NT31P1 表1:5G服務的目的在於全面覆蓋 (來源:Ericsson)

他將massive MIMO描述為「一種空間多工的形式……將多個低速訊號分配給陣列中的不同天線,其頻寬可經由兩側最少數量的天線加以限制。」

波束成形技術最早見於1905年。它使用了在較低頻段中效果較不顯著的建設性干擾(constructive interference)技術。

MIMO和波束成形結合在一起,有助於促進頻譜再利用的最大化。Allen風趣地說:「當你的資源非常稀少時,大可以扔上大量的數學演算法。」

Allen強調,如何將MIMO和波束成形技術封裝於手機中,將是5G面臨的最嚴峻挑戰之一。「手機無需使用任何移動元件,就能經由計算數學變換而持續集中於一個天線塔,而只需改變相位和操控訊號就能立即重新定位。」

同樣地,5G基地台將使用所謂的協調多點技術,在不同的天線之間中繼波束成形任務。儘管這一類電子產品存在開發難度,但購買頻譜和天線塔使用權可望彌補一半以上的無線接取成本。

他說:「現代的教堂尖塔被設計成專用於手機的發射天線——位置理想的教堂可為營運商提供良好的連線接取,甚至為教會帶來3萬美元的年收入。」

但更大的統計數字則來自營運商方面。據愛立信估計,在2020年5G發佈之時,將會有95億個蜂巢式用戶,其中約有60億用戶使用智慧型手機。屆時,平均每位使用者每個月所耗用的行動資料量將從2015年的3.8GB迅速增加到22GB。

「這些數字著實令人驚訝……而且他們需要架構和技術回應以支持這一成長。」Allen解釋這就是為什麼當今技術產業持續專注於「不斷向外擴展」之故。

例如,一個資料封包在5G新無線(NR)和無線接取網路(RAN)之間來回傳輸一趟的時間是3毫秒(ms),這較採用LTE時需要20ms更大幅縮短傳輸時間。5G NR將支援從600MHz到100GHz的頻率,通道從20MHz擴展到100MHz以上,而且能夠動態地改變其所支援的上行與下行流量之比。

總之,5G「正在試圖將無線技術擴展到新的垂直市場及其鄰近領域」,從農場中大規模的物聯網(IoT)部署一直到工廠中對延遲敏感的機器人。同時,針對某些物聯網應用,工程師正力求使無線成本壓縮到1美元。

「這真的非常吸引人,而我們所收集的資訊量將是非常巨大的。」總之,Allen補充道:「5G技術無法一言以蔽之——而我們正嘗試讓所有的技術浮出檯面。」

(參考原文:5G Spans Last Mile to Handset,by Rick Merritt)