5G将大量使用未授权频谱 LTE-U技术重要性日增 来源:新电子 发布时间:2014-10-06 123浏览
LTE-U可望成为5G标准的核心技术。通讯产业界已研拟在5G标准中，扩大使用未授权频谱(Unlicensed Spectrum)，并以LTE-unlicensed(LTE-U)技术做为基础，打造速率更高、低延迟且耗电量更小的网路，以满足未来10年各种物联网装置的连结需求。 Gartner首席分析师Deborah Kish 随着4G服务在全球持续开展，研究人员已开始研究次世代5G技术。不过，由于国际电信联盟(ITU)尚未定义5G标准，因此业界采用的技术五花八门。 预计到2016年，5G技术的定义成熟度将足以推出产品示范并进行相关测试；至2020年，将有20%大型行动通讯服务商与无线网路服务商开始测试或选择性部署5G服务，例如针对企业与消费者所推出行动高画质及超高画质(UltraHD)影音服务。 迎向行动通讯黄金10年 5G标准蓄势待发 5G系统的目的是要为未来10年无所不在的次世代通讯基础建设提供无线解决方案、架构、技术与标准。5G提供的先进功能包括无线容量将增加千倍，可供超过七十亿人使用，而在透过物联网连结七兆个装置的同时，每项服务都能节省90%能耗，而且网路更为安全可靠，完全没有停机时间。 要达成上述成果，基础建设须先具备以下条件： · 资料速率须1Gbit/s以上 · 延迟时间须低于1微秒 · 在授权与未授权频谱间无缝传递服务 · 提供时时联网永不断线使用体验 · 依照数量级(Orders of Magnitude)降低能耗，以提高机器对机器装置的电池寿命。这需要具备自给自足能力的新型技术，例如利用太阳能等各种能源驱动装置。 此外，5G系统还必须回溯相容4G系统，甚至可能回溯相容于2G与3G。不过，目前所提出的各种技术大相径庭，尤其是牵涉到小型基地台(Small Cell)的部分，这是因为某些厂商采用层叠式技术(Overlay)，由小型基地台提供单一无线介面，而诺基亚(Nokia)、爱立信(Ericsson)等其他厂商则选择以小型基地台提供多重无线介面。5G小型基地台将支援哪种无线介面与频谱多样性的协定数量，仍待观察。 虽然授权频谱将成为5G技术的基础，但在5GHz附近及1GHz以下仍有大量未授权频谱，可有效扩充无线容量。另外，高频率毫米波(millimeter-wave)频谱(28GHz以上)也可当做室外漫游使用案例的解决方案，但因为高频率无法穿透建筑物，室内覆盖仍需要小型基地台。 尽管无线千兆联盟(WiGig)标准等各种Wi-Fi相关技术也可能用在未授权频谱，LTE-U(Unlicensed LTE)仍可能成为最常见的技术。 未授权频段为5G发展要素 LTE-U就是利用未授权频谱的LTE技术，目的是以大量未授权频谱辅助数量有限的LTE授权频带，藉此大幅增加可用频宽。由于5G标准最快要到2016年才能制定完毕，因此LTE-U支援5G的范围亦尚未界定。 LTE-U乃利用先进长程演进计画(LTE-A)技术以便实现协调式多点传输(CoMP)收发、邻近与非邻近频谱的载波聚合，以及支援中继节点(Relay Node)基地台，以达到网状拓扑与邻近节点回程(Backhaul)支援。 Gartner近日访问了设备厂与行动通讯服务商，进行少量采样后发现，受访者咸认LTE-U可能会用在5GHz频带而非2.4GHz。 5GHz Wi-Fi频谱频带被认为最适合用在LTE-U，是因为多数国家都支援300MHz到500MHz之间的频谱频宽，而美国则有超过700MHz的频宽可用。5GHz频带可能出现各种不同使用方式；其他可能采用的频宽包括5150MHz到5350MHz、200MHz(W52, W53)、5,470MHz到5,725MHz，以及255MHz(W56)，都可增加传输容量，不过因为主管机关设下高频率与能耗限制，LTE-U的使用可能会限制在小型的覆盖区域。 公共场所如果未能对空中电波加以控管，可用的Wi-Fi无线存取点与装置数量过多都可能造成问题，限制了速度与传输率的上限。高通(Qualcomm)等业者正在研究这个问题，还可能将Globalstar邻近Wi-Fi频道的Channel 14频谱挪做地面用途。不过，5GHz频带可能会用在最佳状态(Best Effort)资料下载，以减轻授权频道频带的负担而且不须再转换到Wi-Fi存取点；还可能应用在公司办公室、购物中心、交通转运站或教育机构这类空中电波受到管控的环境，尤其是必须大量使用视讯的时候。 还有一个替代方案就是使用电视空白频段(White Space)频谱，将之与授权LTE频谱聚合，以形成一个频宽更高的大型基地台(Macrocell)LTE-U网路。除此之外，2014年7月易利信(Ericsson)已经用15GHz展示了支援5Gbit/s的5G技术。 LTE-U创造用户/营运商双赢 LTE-U覆盖率及容量均优于Wi-Fi，并具有电信级服务品质，且可透过通讯服务商部署与管理的单核心网路，在授权与未授权频谱间无缝进行连续阶段作业。从用户的角度来看，这代表宽频体验将更为提升--资料速率更高、费率价格更平实、可靠性更高、行动功能更强，而且还有SIM卡验证功能，因此漫游时较少出现停顿问题。 从通讯服务商的角度来看，LTE-U尚具有以下优点： · 通用型核心网路，授权与非授权存取都能适用。 · 假设订户依照单位、空间、功耗与回程线路付费，小型基地台部署的方式还可省成本。 · 使用免费的非授权频带能提高频谱频带资源效率。 · 与LTE共用验证系统。 · 与LTE共用运作及管理系统，还有自组织网路(SON)解决方案。 · 可与无线网路服务商合作，强化新型“Turbo”服务相关商机，例如OTT服务里面的随选HD项目。 然而，根据空白频谱联盟(WhiteSpace Alliance)表示，5G可能会用到认知无线电(Cognitive Radio)、频谱分享、频谱占用情况感测，以及电视空白频谱等技术。通讯服务商必须注意其中含义，因为这些技术可能舍弃他们而改投向新的无线网路服务商。目前IEEE 802.22比LTE更接近Wi-Fi，可能成为与之匹敌的竞争技术。 LTE-U技术定义 虽然各种标准仍在开发当中，最主要的进展还是利用LTE-A来统合授权频道以及单一或多个未授权频带里的作业。纯粹位于未授权频道频带的作业(例如Wi-Fi)，缺点是会有来自其他网路的干扰，而且只能传送最佳状态服务。然而，将未授权频带及支援控制通道的授权频带加以统合，就能提供某种程度的服务品质。 业界致力于在预定2015年底出炉的第三代合作夥伴计画(3GPP)R13准则中，纳入一套适用于LTE-U的标准；然而，由于标准的制定往往无法依照原定日期完成，比较实际的预定日期可能落在2016年。LTE-U可能成为新兴5G标准的一部份。 5GHz Wi-Fi频谱频带被认为最适合用在LTE-U。多数国家都支援300～500MHz之间的频谱频宽，而美国则有超过700MHz的频宽可用。将之与LTE授权频谱最常用两个20MHz的作法相比较；使用5GHz频带可能会大幅增加通讯容量，虽然用在LTE-U可能会受限于较小的覆盖区域，这是因为主管机关设下了高频率与能耗限制。公共场所如果未能对空中电波加以控管，可用的Wi-Fi无线存取点和装置数量过多都可能造成问题，但5GHz频带可能会用在最佳状态资料下载，以减轻授权频道频带的负担而不须再转换至Wi-Fi存取点。有很多可能的应用方式，尤其是必须大量使用视讯的场所，包括公司办公室、购物中心、交通转运站或教育机构这类空中电波受到管控的环境。 还有一个替代方法就是使用电视空白频段(White Space)频谱，与授权LTE频谱统合以形成一个频宽更高的大型基地台LTE-U网路。 至于厂商方面的支援，最初由高通、华为与易利信几家有意扩展LTE应用的业者所主导。多数小型基地台无线电设备业者都在追踪LTE-U相关发展，观察技术是否逐渐为通讯服务商所接受。 5G在未来5年内可能还是无法普及。然而，2020年前将出现小规模部署，有限度地应用在特定领域而非做为一般用途。到了2020年，将有20%大型行动通讯服务商将5G技术应用于特定部署或进行相关测试。 至于价格点，当厂商之间能够互通且云端运算提升并应用于托管型5G服务，普及率就会增加。 5G潜藏发展风险 5G的替代技术包括延续既有的4G或Wi-Fi技术，或者是针对电视空白频道进行测试。以5G行动装置部署5G小型机地台、5G大型基地台以及云端上的新型封包核心解决方案，将会因为不同厂商之间的互通问题而拖延部署的进行。通讯服务商与无线网路服务商将扮演重要角色，找出该在何处部署这些装置与应用程式，此外还能影响付费业务流程的重新设计和以政策为基础的控制，而这些都会进一步拖延部署的进度。 通讯服务商将奋力追求具有成本效益的解决方案，并利用云端运算架构来统筹各种不同的网际网路技术，连结更多的5G用户。设备厂商规画产品架构时应将此纳入考量。 5G部署或许能使用由新进云端服务供应商所提供、透过软体定义网路(SDN)与网路功能虚拟化(NFV)加以调节的软体即服务(SaaS)模式，例如由Akamai、阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)与思科(Cisco)等厂商提供的托管型视讯服务，或者是像Verizon为内容传递网路(CDN)所提供的自家产品。这类服务若要减少延迟可能必须“更接近边缘”(Closer to the Edge)。 新型态储存与分析方法可带动应用程式托管，例如分散式公共云端储存，还有个人影音储存个人云端服务所提供的运算服务(Verizon Terremark与Amazon Web的服务)，透过LTE Direct以及LTE Broadcast等技术分享内容。 除此之外，新型机器对机器远端诊断与视讯监控解决方案将陆续开发并融入新的工作流程，也会进一步延迟产品的推出。与既有3G、4G，甚至2G系统共存可能也会造成延迟，因为频道可能重叠，通讯服务商内部也必须变更设备与组织。 随着愈来愈多装置连上网路，无线系统更加受欢迎，同时也需要更多频宽、低延迟、更佳的服务品质及更强的资安防护。5G能满足其中多项需求，而这些功能可让通讯服务商托管的应用运转更顺利，但对手服务商的OTT应用程式也能提供相同功能。这对通讯服务商来说是危机也是转机，可藉由与服务商合作提供强化型Turbo体验随选服务，进而从投资当中获利。 目前5G规格五花八门为这项技术带来不确定性与风险，因为通讯服务商所部署的技术可能很快就会过时，像WiMAX与超行动宽频(Ultra Mobile Broadband)就是很好的例子。此外，5G虽然丰富了各种服务传送选项及商业模式的可能性，但其中也潜藏风险。 5G发展潜力可期 由于属于新兴技术，5G有潜力建置10Gigabit蜂巢式网路，以满足IPTV、有线电视电话(TV Telephony)以及日后各种多媒体服务，例如UCaaS、电玩游戏与扩充实境应用。 5G的潜力也能扩及企业界，尤其是应用在室内小型基地台，用以启动执行HD视讯串流的应用程式，还能提供无缝漫游、验证与电信管理策略控制功能。 相关人士预定于2015年底商讨ITU 5G标准，但预料在2016年前仍无法达成共识。终端用户的接受度可能成长极为缓慢，因为市场还在寻找现有LTE标准所能提供的容量下能提供哪些用途。我们预期5G市场将由消费与家用应用主导，之后才会打入企业市场。
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