5G技术三路发进 6GHz以上频段受瞩目
2016-07-22
3GPP确定把R12/13/14定位成LTE Advanced Pro标准后(与有资料将R12仍认定在LTE Advanced,而非LTE Advanced Pro),接着产业也将目标转向更后续的R15版,此版将正式认定为5G技术。
5G技术的细节仍待提案、审议,但技术的大方向已确定,即分成三方面来发展,一是持续强化过往以来的行动宽频;二是发展公众物联网,且为大量布建的;三是关键任务服务。
5G技术的细节仍待提案、审议,但技术的大方向已确定,即分成三方面来发展,一是持续强化过往以来的行动宽频,称为Enhanced Mobile Broadband;二是发展公众物联网,且为大量布建的,此称为Massive IoT或Massive MTC;三是关键任务服务,称为Mission-Critical Services或Ultra-reliable and Low Latency Communications,其实本质上也是物联网,但是对通讯的反应速度(低延迟Low-Latency)、通讯稳定度、安全性等有更进一步的强化。
在具体应用上,行动宽频主要指手机上网,但也包含居家或公众场合上网;公众物联网则用来实现智慧家庭、智慧城市,但也包含穿戴式电子(一般人健身的智慧手表、手环的少量数据传输);关键任务服务则是健康监督(中老年人血糖、血压)、汽车、机器人与产业自动化等。
如果将三种应用对应到无线频谱资源上,Massive IoT为了广大的覆盖面积,将以低于1GHz的频段为主,亦即今日常言的Sub-1GHz;而行动宽频与关键任务服务会采行1GHz~6GHz间的频段;另外也会使用比6GHz更高的频段,但主要用于极致的频宽需求应用,或相对短距离的行动宽频应用。
在5G技术中,最让人好奇的莫过于6GHz以上频段(也称mmWave、mmW、毫米波)的运用,这方面可以说是机会与挑战并存。在机会方面,6GHz以上可以有更大的通讯频宽,例如数百MHz为一个通道,比现有LTE一个最大通道仅20MHz(倘若不使用载波聚合技术)高出许多,也因而能得到数Gbps的资料传输率。
而且,6GHz以上频段既可以用于前段的存取点(access),也可以用于后段的回程传送(backhaul),布建上具有弹性,事实上近年的无线通讯技术演进也在去除集中化设计,物联网采行各节点能直接相互通讯,即便是手机也开始讲究直接通讯,如LTE D2D/Direct技术,或用手机充当急难基地台、对讲机技术。
去集中化设计其实也同时意味着降低基地台的倚赖度,过往的Macro Cell大覆盖基地台外,电信设备商逐渐转强调Metro、Micro、Pico、Femtocell等小覆盖基地台(统称Small Cell),主张更细腻与更智慧化的覆盖,并降低发送功率。
6GHz以上频段的另一特性为电波方向性高,或称指向性高,相同空间内的发波,其相互干扰性小,因而可在相同空间内放置更多的收发天线,增加整体传输量。目前Qualcomm已实现32组天线的设计,或在小小的铜板面积内即放置6组天线,不过这是依循IEEE 802.11ad标准的实现,5G实现仍待提案。
毫米波有优点也有缺点,一是较高的传输路径损失,容易受弯折的路径、遮挡所影响,传输的稳定性有待考验;二是现阶段毫米波的射频技术实现难度高,收发装置的成本相对也高。也因为毫米波的效益挑战并存,因而亦有较保守态度的业者主张至R16版才制订mmW标准,R15仍以6GHz以下为主。
最后,本文一直只提6GHz以上频段,但超过6GHz后最高到多少频率呢?目前各种技术提案显示最高会制订到100GHz,美国FCC在今(2016)年7月已着手审订24GHz以上频段,因此在技术可行性外法规也须配套松绑,否则难以推进到商业化营运。
而笔者也大胆推猜,5G技术与服务到来后,更进一步会导入6GHz频段的使用,手机与电信营运商肯定会以“6G、6G+”之名为号召,成为新行销词,但5G的G指的是Generation(世代),6G的G却是GHz、Gigahertz。事实上类似的混淆已在2012年发生过,5G Wi-Fi既是指第五代Wi-Fi速率标准(IEEE 802.11ac),但也带有使用5GHz频段的意涵。