5G到底有多快？5G网络是如何运作的？

4G LTE已经为数以百万计的客户提供超快的数据，但随着越来越多的运营商希望使用更先进的1 Gbps网络和拥有更快调制解调器的手机新产品，很难不怀疑我们是否接近下一步很快就会使用5G网络。不幸的是，我们都习惯听到仍有一些技术障碍需要克服，并且在消费者开始接收他们的第一个5G信号之前还有大量的基础设施投资，但日期即将结束。

如果您一直想知道所有这些新技术处于什么阶段，以及距离5G还有多远，5G在美洲一个行业贸易协会和美洲5G和LTE的最新消息，最近发表了一篇论文特别是该行业如何稳步前进。你可以在这里阅读完整的白皮书，但我们已经挖掘了一些更相关的部分，所以你没有必要，并且还有一些我们自己的额外见解。

5G - 技术概述

在深入研究细节之前，我们先简单回顾一下未来几年5G的到来。峰值网络数据速率将达到20 Gbps下载和10 Gbps上传速度，比4G提高20倍。

其他5G改进预计包括高达500公里/小时的移动性支持，1毫秒用户平面延迟，每平方公里100万台设备的支持，以及多个无线电运营商提供的高达1 GHz的带宽。至于时间表，第一个5G规范将在2018年初完成，使第一个基于标准的网络能够在2019年到2020年之间部署。

寻找频谱

从广义上讲，许可频谱对于运营商来说仍然是一种宝贵的商品，目前看来还不足以达到不断发展的5G标准所追求的高标准。

为了帮助回避这个问题，5G正在寻求广泛的频谱选择，包括6 GHz以上的新的超高频带宽，并利用免许可频段来增加容量。这种方法的缺点是这些高频率不会传播很远或穿透墙壁以及供应短缺的低频带。因此，未来的5G网络将比现在的网络看起来更加拼凑结合短距离，中距离和长距离覆盖以增加容量。

实际上，这意味着利用现有的4G LTE频段并随着时间推移采用5G新无线电(NR)技术，并通过发展现有的载波聚合和更大的多天线技术将两者结合起来。5G NR不仅支持一系列新的用途，例如大规模物联网，还支持多种频谱。其目的是实现跨长距离，在小区和Wi-Fi频率的可用频带之间的无缝转换和同时连接。

因此，较低和较高频率的组合对于5G操作是至关重要的。

为了使运营商在财务上可行，现有的4G LTE频段可能会在可预见的未来保持不变。相反，将开发5G NR开发和新的无线电频率，主要是为了利用当前未使用的cmWave和mmWave频率。

这些短程站可能是由密集的天线阵列构成的，这恰好是增加容量所需要的。此外，已经证明较大的天线阵列可以提高甚至非常高频率的实现范围。在布鲁克林5G峰会上发表的2016 NTT DOCOMO研究表明，在3.5 GHz频率下，一个容纳6,000个元素的77 X 77天线阵列可以超过一公里距离，甚至可以在30 GHz时覆盖超过800米。即便如此，这将需要潜在的40到50个基站来提供与8到10个4G站相同的区域覆盖，尽管速度会高得多。

这些高频Massive MIMO天线阵列将需要波束成形和/或bream跟踪，以便最大化用户的数据效率。这意味着天线将向用户发送聚焦的数据流，而不是当前的全向广播。这是通过对用户的位置进行三角测量并使用智能算法沿最佳路径发回数据来完成的。显然，这比现有技术更加复杂和昂贵，但是将大大提高带宽效率并允许使用非常高的频带。然而，研究仍在进行中，这些高频天线技术的最终规范尚未最终确定。

然而，除了高频频谱之外，还有更多的5G标准。增加低频谱长距离的覆盖范围和带宽同样重要，不仅对消费者而言，对物联网和其他互联市场也是如此。在今年的美国，美国联邦通信委员会举行了以前用于电视广播的低频600 MHz频谱的拍卖，其中T-Mobile购买了45%的频谱。

我们可能会在未来几年看到额外的低频频谱再利用，这将用于扩展4G和5G长距离覆盖。随着电视和广播客户转向以数字方式和互联网消费更多数据，对专用模拟频谱的需求正在减少，因此将其重新用于更快的5G数据是有意义的。

3GPP目前正在版本15中标准化5G频率，预计将在2018年3月完成5G的非独立版本。

未经许可的频谱

随着无线蜂窝塔的新容量，建成区域的超高速5G速度可能需要使用光纤宽带支持的小型蜂窝Wi-Fi聚合，以便处理大量用户。为此，5G将聚合的LTE和5G信号与在未许可频谱中传输的附加数据相结合。2.4 GHz和5 GHz频段通常被今天的WiFi路由器使用，3.5 GHz频段可用于在未来增加更多频谱。美国联邦通信委员会还在开放3550至3700 MHz CBRS频段，以供将来与这些小型电池一起使用。

我们甚至不必等到2020年左右开始出现5G技术才能开始看到未经许可的频谱带来的好处。智能手机处理器套件已经增加了对LTE-U的支持，最新的3GPP版本13概述了许可协助访问(LAA)规范和对LWA / LWIP的支持。在美国，T-Mobile已经在华盛顿州贝尔维尤、纽约布鲁克林、密歇根州迪尔伯恩、内华达州拉斯维加斯、德克萨斯州理查森、和西米谷、加利福尼亚州建立了自己的LTE-U服务。

LTE-U由高通及其合作伙伴牵头。本质上，原理是使LTE频带在与普通Wi-Fi信号相同的频率范围内工作。但是，由于FCC规定，LTE-U设备必须满足与目前存在的Wi-Fi设备相同的功率限制，从而限制了它们的范围。即便如此，在Wi-Fi频谱中添加LTE频段是提供额外容量的一种方式。

未经授权的频谱提出的一个重要问题是，这将如何影响常规Wi-Fi用户?它们的家庭连接质量是否会受到智能手机用户堵塞宽带数据的影响?使用未经许可的频谱肯定不是容量问题的最终答案，并且正在注意确保当前的基础设施不会与LAA相冲突。

LAA本质上是由3GPP管理的LTE-U的标准化版本。两者之间的最大区别在于，LAA要求“先听后说”功能，该功能可扫描本地Wi-Fi使用情况，并自动选择5 GHz频道，无需WiFi用户，但代价是系统延迟。如果做不到这一点，该技术将共享相同的渠道，但LAA数据的优先级低于其他Wi-Fi用户，以便公平地共享数据。听取讲话是欧洲和日本无证经营的必要条件，但并未在美国，韩国或印度的监管中得到体现，因此这些国家为什么要关注LTE-U。即将发布的版本14中的增强型LAA(eLLA)规范也将允许上行链路使用未经许可的频谱。

另一种选择是搭载现有的Wi-Fi网络，而不必将新的LTE小区技术部署到未经许可的频谱中。LTE-WLAN聚合(LWA)也被标准化为3GPP的Release-13的一部分，并且能够同时无缝地使用LTE和Wi-Fi网络。

在这种情况下，LTE信号不与Wi-Fi竞争，而是手机同时连接到传统的低频LTE频段和常见的Wi-Fi热点，并在两者之间聚合数据。好处是它更具成本效益并简化了运营商的部署。LWA部署也不会冒着新LTE实施阻塞Wi-Fi频率的风险。

与LWIP技术的不同之处在于LWA在分组数据层聚合LTE和Wi-Fi，而LWIP仅在IP层聚合或切换LTE和Wi-Fi链路。因此，对于LWA，数据可以在所有应用程序的最小级别进行拆分，从而大大提高了吞吐量。LWIP必须为每个应用程序切换IP，但与传统Wi-Fi硬件配合良好。目前LWA不支持上行链路，但随着版本14中增强型LWA(eLAW)的到来，这将发生变化。