[其他] 5G 網路技術最新發展現況
陳誠誼2015-7-18 01:32
雖然 LTE 和 LTE Advanced（第四代蜂巢式行動通訊系統）才正開始廣泛部署，下一代 5G 標準的制定工作卻已 緊鑼密鼓的展開。本文描述持續發展之行動及固網通訊系統的需求，並介紹一些主要參與者的背景，並解釋 5G 技術的最新動態。
現況
今天，不論是工作或娛樂，我們都少不了行動設備，以便透過螢幕尺寸各不相同的智慧型手機或其他裝置，隨時存取串流媒體服務，以及我們個人的內容。在這個高度社群化的社會中，我們希望一天 24 小時，一週7天，隨時都掛在網上。我們希望能夠與散佈在不同地方的朋友、同事和客戶分享我們的照片、影片、資料等等。
另外，我們不想購買一些不需要的應用軟體。相反的，我們想要在需要處理資料時租賃相關的應用軟體。這是真正的「雲端運算」的概念，而不僅只是雲端儲存。雲端運算幾乎完全依賴於高速連接。
展望未來第五代或 5G 行動網路，高速連接的需求會更為迫切。如果想要隨時隨地存取和分享我們所有的「事物」，我們需要繼續拓展網路連線版圖：除了提供簡單的語音和數據服務外，我們需實現「無時無刻、連所未連」的願景。
提供語音服務以外的更多服務
在 20 世紀，網路業者依據丹麥數學家和工程師 AK Erlang（1878-1929）的理論來進行網路規劃，亦即預測電信網路必須支援的最多同時連線用戶數。如果網路只是用來傳遞語音訊務，那麼行動網路也可以採用相同的原則來規劃：在用戶數眾多的「熱點」地區使用小型細胞，其容量一下就不足。
今天，行動網路和固網的數據服務需求均節節攀升，因此網路配置的規則有需要重新制定。數據服務採非連續性傳送機制。這種封包式而非電路交換式服務讓更多用戶得以共享相同的資源，不過轉送資料的流程變得更加複雜。
有三種廣為採用的傳輸機制已然問世：有線數據服務介面規格（DOCSIS）數據機，使用現有的有線電視基礎設施；非對稱式數位用戶纜線（ADSL）數據機，使用固網銅纜，以及第三和第四代容量更大的蜂巢式網路（又名行動寬頻網路）。
行動網路技術和系統規格的快速進展，帶來了更高的細胞容量和資料傳輸速率的提昇。而資料傳輸速率的提昇，需要有更強運算能力的配合。此外，更好的元件，特別性能更出色的數位接收器，有助於增加調變密度。近來，最新的行動網路標準規範中新增了演進數據封包核心網（EPC）。這個簡化的全封包網路架構專為改善資料傳輸速率和網路延遲而設計，讓核心行動網路能夠與固網架構相比擬。固網藉由將光纜延伸到本地分支網路來支援高速、大量的數據傳送服務。銅纜已經變成「最後一碼」，而不是「最後一哩」媒介，而光纖到路邊（或「光纖到機櫃」）和光纖到府網路，提供高畫質視訊串流等需要大量頻寬的服務，所需的高速寬頻連接。
然而，這些改進讓行動網路業者面臨了「雞和蛋」的難題：需要提供的資料容量越來越大、更複雜且需要更多資料的設備數量越來越多，而且使用者的要求也變得越來越嚴格。最新的要求是「無縫連接」，亦即在各種行動裝置間平順地傳遞應用軟體的能力，例如在平板電腦、手機、家庭娛樂中心之間，不中斷地傳遞網路內容。要滿足上述要求，使用者需透過WiFi熱點、手機和話機等多個網路 存取和控制網路內容。（這不只是技術挑戰，隨之而來的計費機制需要大量的漫遊協議。）
下一步的發展
我們須考量一個無法改變的事實：無線頻譜是有限的。從長遠來看，這意味著只有那些非用行動裝置不可的應用，才能使用無線連接。其他服務則須盡可能地透過固網（光纖網路）來傳遞。我們已經看到在Internet上提供電視和廣播服務的蓬勃發展，其多元內容是地面或衛星廣播遠遠無法比擬的。而在行動網路中，今天的WiFi節點將成為未來的常態，以便增加蜂巢系統的容量，並為手機用戶提供最優質的服務。
在行動世界中，要提高網路容量有賴於 3 個因素：更多的頻譜、更好的調變效率，以及細胞體積逐漸縮小所帶來的頻率重複利用率。比起前幾代技術，目前正在建造的第四代網路使用更多的頻段和更寬廣的通道頻寬。然而，分析師預測未來五年內行動資料傳輸量將每年增加一倍，網路業者必須頻譜無法再增加的情況下，努力滿足長期需求。釋放出目前用於其他系統的頻段將成為第一優先考量。
分析師對”5G” 第五代行動通訊網路進行的研究指出，到了 2020 年，業界將可實現“事事處處永遠連接”的願景。研究中假定行動裝置可以在從幾百 MHz 到最高（在某些情況下）80 GHz 的頻率範圍中運作。室內細胞的尺寸可以像一個房間那麼小，它採用 pico 和 femto 細胞，在 RF 下將頻率重複利用率最大化。ITU 定義的 4G 具有 1 Gbps 的單用戶資料速率。5G 的目標不是提高此速率，而是打造一個能夠提供此速率的高容量網路，以支援更大的用戶社群。換句話說，就是將更大的匯集容量，提供給更多的用戶同時使用，或是增進頻譜使用效率。這些研究報告並沒有核心網路連接起來的具體細節，但假定核心網路應提供前面提到的無縫連接。它們也沒有針對必須與高容量網路介接之行動裝置的功耗問題提出解決辦法。然而，雖然 5G 被設定成可同時使用多種無線介面技術，但它是一個獨立的無線通訊系統，而不是整體電訊系統的一部分。雖然 5G 標準並未提及蜂巢網路與 WLAN 的整合，但它明確指出將脫離固網服務範圍，使其成為家庭和辦公室應用的最佳解決方案。
為了支援大量增加的數位設備和性能要求，5G研究提出一些必要的關鍵網路特性：部署大量的小細胞，並透過高階 MIMO 增進其容量。此外，手機的資料傳輸速率須提高為 10 GB/s，而往返延遲為 1 ms。如此一來，5G 系統將可支援 M2M 監視、控制數十億個感應器，並支援大規模的資料收集和分發，以滿足“物聯網”的需求。由於這些要素都涉及大規模的基礎設施建置成本，不是單一家行動通訊業者能夠獨立負擔的，因此共同打造、分享網路資源是較為可行的辦法。
7月15日，一年一度的世界行動通信大會在上海開幕，本次展會主題是“行動無極限”，來自世界各地的350多家通信企業展示了最新的通信設備和技術。
今年的展會上，面向未來的第五代行動通信技術5G首次大規模亮相。
記者在展會現場看到，無論是電信營運商、還是通信設備供應商都已經拿出了5G或向5G過渡的產品和技術。
據了解，5G網路可以極大提高行動數據傳輸效率，使手機等行動终端的下載速度達到每秒1G到10G，用户可以在幾秒鐘内下載整部高清電影。
参展商向际鹰表示，他們的pre5G技術能够讓現在的4G用户在不换手機的情況下就可以享受5G帶來的一部分好處，數據流量吞吐量可以比一般的4G手機大3到10倍以上。
向际鹰表示，他們正在與電信營運商聯合對這種技術進行小範圍的測試，試點成功後將在明年大規模推廣。據了解，5G具有傳輸速率高、網路容量大、延時短等特性。5G技術將使手機用户的上網速率提升到4G的10—100倍，相當於光纖連接的速度。
5G傳輸快容量大 將實現萬物互聯
雖然目前5G還處在實驗室階段，但一些初步的應用產品和技術演示已經在這次展會上吸引了眾多参觀者的目光。
中國大陸企業研制成功的世界上首個上網速率達到10G/秒的准5G樣品機最為吸引人們的眼睛。一個叫艾米的機器人畫家產品，可以通過5G遥控技術，把畫師的一筆一劃同步傳輸給機械手，用以實現快速畫像。據了解，5G商用後可以輕鬆實現8K超高清影片、虛擬實境以及随時随地的影片直播。
專家指出，超快的傳輸速率和超大的頻寬只是5G網路的優勢之一，5G還能實現在每平方公里範圍内建立一百萬個設備連接的功能。這種大容量連接能力將把人類帶入一個智慧“物聯網”時代。展會上一段影片展示了5G連接萬物的強大功能，不論是人還是交通工具、公共設施、甚至花草樹木，每一個物體都通過感應器和5G網路實現互聯互通，形成了一個完全智慧化的數位化的網路社會。
就在一個月前，國際電信聯盟正式宣布了5G發展的時間表，計劃2018年完成5G技術規範，2020年正式商用。
雖然這篇文章是來自網路。但是也我們了解一下最新的5G行動通訊的解決方案，有什麼新的進展。
本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-7-18 03:28 編輯
本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-7-18 04:09 編輯
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