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千兆级LTE的一小步 5G之路的一大步

导读: 尽管5G已被提上日程,但这依然不影响一个既定事实:5G商用到形成气候,还需要3-5年——根据工信部、3GPP、中国IMT-2020(5G)推进组以及三大运营商的5G商用计划显示。

尽管5G已被提上日程,但这依然不影响一个既定事实:5G商用到形成气候,还需要3-5年——根据工信部、3GPP、中国IMT-2020(5G)推进组以及三大运营商的5G商用计划显示,2017年中国将展开5G网络第二阶段测试,2018年大规模试验组网,2019年建设5G网,最快2020年商用5G。严格说,每一代移动通信技术要想覆盖的严丝合缝,必须经历一个过渡期,而5G的必经之路,就是千兆级LTE。

先于5G时代的千兆级LTE

千兆级LTE的理论速度可以达到光纤级别的1Gbps,与国际电信联盟对4G定义的标准一致,业界称之为LTE-A。单从速度来说,千兆级LTE当然没法和数千兆级的5G相提并论,不过,前者是在为5G铺路,未来5G的技术很多都是从4G演化而来,两者会长期共存和互补。

原因在于,5G不可能一夜之间部署完整,通常会先从热点地区开始部署,再慢慢扩展。在5G的整个时间表中,4G还会继续发展,LTE、LTE-A、LTE-A Pro会和5G长期共存和互补,这是未来5G全球标准商业化的步骤。这也是为什么到现在,一个多模的手机里,2G、3G、4G频段都在协同工作。

那么,业界所称的“光纤级别”的速率,甚至高于家庭光纤速率是怎么炼成的?

这就要从LTE技术的起点说起,它得具备这几个特性:

LTE最入门级的考虑就是有一个20MHz带宽的载波(以前GSM时代是200KHz,WCDMA和HSPA+时代是5MHz),在这个基础上,LTE的调制方式也比2G和3G有了一个升级,因为一个信道的宽度、容量和数据率、单位时间传输的数据呈正比。此载波基础上,下行初始的调制方式是64-QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制——可以视为一种信号调制方式,每个信号可以传6个bit),且至少部署2x2MIMO(指的是在接收端要有两个天线,有两个接收的射频通路,可以理解成有两个数据流)。这种配置下,一个数据流可以传75Mbps,由于至少有两个数据流,所以实际就是75×2=150Mbps。

以上速率已经是几年前的LTE,而LTE基本每年都在发展,整个生态系统同样在发展。

每一代通信技术的原理都大同小异,每一代移动通信的升级,载波带宽都在持续提升,而千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度,是因为多种技术的加持,包括:载波聚合、更复杂的高阶调制、更高阶的MIMO。

(1)第一步,载波聚合,增加信道数量。简单的理解就是利用基带以及射频技术,将三个载波进行聚合,成为一个更宽的通道。这是三个技术中最易实现最早被采用的。

以澳洲运营商Telstra举例。Telstra有三个授权频段,每个频段都是20MHz,它可以通过射频和基带技术,把这三个载波、三个频段聚合起来,变成一个更宽的信道=3×20MHz,以达到更高的传输速度=60MHz。由于每个载波可以传输2个数据流,三载波条件下一共有6个数据流,一个数据流是64-QAM,速度是75Mbps,所以三载波聚合可以得到450Mbps。这就是实现千兆级的技术之一,通过三个载波聚合将速度提升到450Mbps。

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(2)第二步是高阶调制,通过增强调制方式让每个信号搬运更多的数据。

简单来说,最初使用的64-QAM承载了6个bit仅支持75Mbps的速率,现在,高通将其升级到256-QAM,比原来提升了33%,每个可以支持100Mbps。再次经过三载波聚合,结果就是6×100Mbps,在两个技术叠加的情况下可以将速率从450Mbps 提升到 600Mbps。这个数字足以让我们兴奋了。

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(3)第三步是在终端上部署更高阶的MIMO,更多的天线,更多的收发链路,从而支持更多的数据流。

再次以Telstra的部署为例,在前两个技术提升上,高通将6个信息流以载波聚合达到了600Mbps,而使用4×4MIMO技术之后,一个载波上的数据流数量从2个变成4个,这种部署下的三载波(其中两个载波有4x4MIMO,一个载波是2x2MIMO),就可以有10个信息流,将速率提升到10×100Mbps=1000Mbps。由此,LTE的速率达到千兆级,足以同时收看37个以上的Netflix 4K视频节目了。

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千兆级LTE支持未来体验

1Gbps的速率是一种什么样的体验?不妨设想一下这几种使用场景:沉浸式的VR、云存储和计算、更丰富的娱乐、即时APP。

比如,如果将海量的音频、视频资源都放在云端,可以用极短的时间将文件下载下来,这样一来,电池续航时间能得到延长,终端发热等各方面情况也会相应有所改善。

再以云存储为例,通过千兆级LTE,用户在云端读取文件的速度体验近于在本地实时读取的体验。未来,云盘替代本地存储将有望实现。

即时APP的意思是,未来很有可能会在手机上将APP上的所有数据存储到云端,以极高的速度读取云端数据打开应用。因此,手机很可能根本用不着下载大部分的外置应用,而可以实现即时打开,即时使用。

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部署千兆级LTE,高通首当其冲

迄今为止,来自18个国家的26家运营商已规划或试验部署千兆级LTE网络,全球有超过37个国家的运营商正试验或部署相关的调制解调器特性。

早在2016年2月,高通就发布了第六代分离式LTE多模芯片组——骁龙X16调制解调器,支持到了1Gbps的下行速率及150Mbps的上行速率。

高通官方称X16 LTE“跨越了无线和有线的边界”,其实还是比较贴切的。X16 LTE相当于一块横跨从智能手机、平板电脑和移动计算终端,到汽车、无人机和虚拟现实终端等的连接平台。至于消费者的体验,就是诸如360度VR内容的实时传送、更快访问云端应用与服务。

骁龙X16 LTE诞生之后,业界就有了测试移动宽带速度的基础:譬如2016年9月,高通联手爱立信、Telstra,率先在Telstra现有网络上,使用单个终端实现979Mbps的下载速度和129Mbps的上行速度,再次推动商用移动宽带的速度提升,演示中所使用的,正是搭载骁龙X16 LTE的测试终端。

再譬如2017年1月,Qualcomm、Telstra、爱立信和NETGEAR宣布推出全球首个商用千兆级LTE(Gigabit LTE)网络及终端,并在位于澳大利亚悉尼的Telstra体验中心进行了千兆级LTE网络体验活动。作为全球首款千兆级LTE终端,NETGEAR Nighthawk M1移动路由器采用的也是骁龙X16 LTE调制解调器,支持高达1Gbps的下行速率及150Mbps的上行速率。

很快,骁龙X16的升级版随之问世。2017年2月21日,高通推出第七代LTE多模调制解调器即第二代千兆级LTE调制解调器——基于10纳米的骁龙X20 LTE芯片组,支持最高达1.2Gbps的LTE Category 18下载速度,与骁龙X16相比,下载速度进一步提升了20%。

千兆级LTE产品开始陆续落地

不止于技术层面,支持千兆级LTE的产品其实已经开始来到了我们的身边。

1、千兆级LTE集成于移动平台,应用于智能移动终端。

高通骁龙835是现在支持千兆级LTE的唯一一款处理器,采用10纳米制程工艺,集成骁龙X16 LTE,支持包括智能手机、VR/AR头显设备、联网摄像头、平板电脑、移动PC等等终端。这些终端运行各种操作系统,包括Android、Windows 10。

近期,中国移动终端有限公司和中国移动浙江公司联合高通,基于TD-LTE “4G+”网络,在浙江杭州首次成功完成基于商用终端的千兆级速率外场测试,下行峰值速率达到700Mbps以上,平均速率680Mbps左右。此次测试采用的,正是搭载骁龙835移动平台的三星Galaxy S8/S8+。

三星、中兴通讯、HTC、索尼以及摩托罗拉都计划或已经发布支持千兆级LTE网络的手机终端。

2、千兆级LTE应用于PC。

骁龙处理器具备移动计算特性,包括千兆级LTE连接、多媒体、机器学习和硬件安全,同时还能支持轻薄、无风扇式的设计以及长电池续航。

2016年12月8日,高通宣布与微软合作,将在最新骁龙处理器的移动计算终端上支持 Windows 10,满足移动、节能且“始终连接”的蜂窝 PC 终端需求,提供面向云计算的移动性。

目前,华硕、惠普和联想成为首批采用骁龙835移动PC平台开发移动PC的OEM厂商。通过兼容Windows 10生态系统,骁龙移动PC平台将支持Windows 10硬件制造商开发下一代具有时尚形态的设备,并通过高达千兆级的LTE连接,实现“始终连接”的体验。

3、千兆级LTE应用于汽车。

2017年1月3日,高通推出搭载X16 LTE的联网汽车参考平台,支持汽车制造商迅速集成更多连接技术,包括Wi-Fi、Bluetooth、Bluetooth Low Energy和全球导航卫星系统(GNSS),以及作为可选特性的专用短程通信(DSRC)和蜂窝-V2X(Celluar-V2X)。该平台还包括采用骁龙X16 LTE的模块参考设计,可帮助汽车供应商加速开发并缩短商用时间。

采用骁龙X16 LTE的联网汽车参考平台预计将于今年上半年上市。而高通的汽车解决方案覆盖车载信息处理、信息娱乐和连接领域,已被超过150款汽车设计采用。

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