文/丁傲西（本文為百家號(hào)獨(dú)家）
北京時(shí)間2017年10月17日，美國(guó)高通公司在香港舉行發(fā)布會(huì)，宣布推出一款支持5G的移動(dòng)終端芯片組。雖然5G標(biāo)準(zhǔn)還沒有正式敲定，但是根據(jù)高通的說法，這款芯片組可以實(shí)現(xiàn)每秒千兆以上的傳輸速率，同時(shí)已經(jīng)在5G可能部署的28GHz頻段上測(cè)試成功。正因?yàn)槿绱耍簧俜治稣J(rèn)為，高通又一次領(lǐng)跑5G時(shí)代，將競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甩在了身后。
然而根據(jù)公開的消息，目前5G標(biāo)準(zhǔn)還沒有最終敲定，眾多國(guó)家和企業(yè)仍在一次又一次的會(huì)議中進(jìn)行著博弈。即便是最樂觀的情況，也需要到2019年左右才能完全敲定5G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我們不禁要問了，在5G標(biāo)準(zhǔn)尚未明晰的今天，高通為何要如此急切的宣布推出5G相關(guān)芯片組呢？
4G過后，如何提升網(wǎng)絡(luò)速率？
我們知道，通信技術(shù)從2G、3G發(fā)展到今天的4G，最直觀的特點(diǎn)是上網(wǎng)速率的大幅提升。從2G時(shí)代GRPS/EDGE100-200kbps的網(wǎng)絡(luò)速率，到4G時(shí)代動(dòng)輒40-60Mbps的上網(wǎng)速率，網(wǎng)絡(luò)的更新?lián)Q代帶來了更加豐富的移動(dòng)上網(wǎng)體驗(yàn)。根據(jù)人們對(duì)5G的定義，5G網(wǎng)絡(luò)的理論峰值速率將會(huì)達(dá)到10Gbps以上。換句話說，5G的上網(wǎng)速率將會(huì)至少是4G的10倍以上。
現(xiàn)在問題來了，如何才能提高5G網(wǎng)絡(luò)的速率呢？答案很簡(jiǎn)單，一是盡力提升頻譜利用率，二是增加使用的頻譜資源。所謂的頻譜利用率，是指每Hz頻譜所能傳輸?shù)淖畲缶W(wǎng)絡(luò)速率。只要盡力提升頻譜利用率，就能通過有限的頻譜資源獲得更高的傳輸速率。從2G、3G發(fā)展到今天的4G，通信專家們已經(jīng)絞盡腦汁使用了包括4X4MIMO、64QAM、波束賦形在內(nèi)的各種方法來提升無線信號(hào)的頻譜利用率。時(shí)至今日，無線信號(hào)的頻譜利用率已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)“極限”。僅僅通過提升頻譜利用率就想實(shí)現(xiàn)10倍甚至100倍于4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，顯然有點(diǎn)不切實(shí)際。
既然頻譜利用率的提升已經(jīng)到了一個(gè)“瓶頸”，那么唯一可以提升網(wǎng)絡(luò)速率的方法就是增加使用的頻譜資源。為了更好理解這個(gè)問題，不妨舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。我們知道，馬路上的車道數(shù)越多，這條馬路所能同時(shí)行駛的車輛也就越多。而所謂的頻譜資源就好比是馬路上的車道數(shù)量，頻譜資源越多，網(wǎng)絡(luò)所能傳輸?shù)乃俾室簿驮礁摺?G發(fā)展到今天的4G，網(wǎng)絡(luò)所使用的頻譜資源是不斷提升。以4G常見的FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)為例，為了實(shí)現(xiàn)150Mbps的下行峰值速率，運(yùn)營(yíng)商需要使用20MHz的對(duì)稱頻譜。而如果要達(dá)到300Mbps的下行峰值速率，運(yùn)營(yíng)商則需要使用兩倍于前者頻譜資源。目前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商所推出的4G+網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是將多個(gè)4G頻譜捆綁在一起，同時(shí)為消費(fèi)者提供數(shù)據(jù)服務(wù)。正因?yàn)槿绱耍?G+的網(wǎng)絡(luò)速率才會(huì)幾倍于原有的4G網(wǎng)絡(luò)（前提是沒被限速）。
高通是如何實(shí)現(xiàn)5G速率的呢？
明白了網(wǎng)絡(luò)速率是如何提升的，我們?cè)賮砜匆幌赂咄ù舜瓮瞥龅?G芯片組是如何實(shí)現(xiàn)千兆以上的傳輸速率的。根據(jù)高通公司發(fā)布的信息，此次5G數(shù)據(jù)連接是利用數(shù)個(gè)100MHz的5G載波實(shí)現(xiàn)千兆級(jí)（1Gbps）的下載速率。而根據(jù)運(yùn)營(yíng)商之前的測(cè)試，即便是在使用4G網(wǎng)絡(luò)的情況下，利用多載波聚合技術(shù)（將多個(gè)20MHz頻譜資源聚合在一起使用），網(wǎng)絡(luò)同樣可以實(shí)現(xiàn)1Gbps以上的峰值傳輸速率。在最好的情況下，運(yùn)營(yíng)商僅需聚合五個(gè)載波就可以實(shí)現(xiàn)1Gbps以上的峰值速率。而高通所說的5G千兆速率，本質(zhì)上還是通過使用更多的頻譜資源來實(shí)現(xiàn)的。即便是使用4G網(wǎng)絡(luò)，在頻譜資源足夠的情況下，運(yùn)營(yíng)商同樣可以實(shí)現(xiàn)超高的傳輸速率。僅看傳輸速率，高通并沒有突出5G的優(yōu)勢(shì)。
為了實(shí)現(xiàn)1Gbps以上的峰值速率，5G至少需要100MHz以上的頻譜資源。在2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)占據(jù)了大量的頻譜資源的情況下，留給5G的低頻資源極為有限。為了解決這一問題，高通另辟蹊徑選擇了目前使用較少的28GHz頻段。由于頻譜越高信號(hào)衰減越大的特性，28GHz頻段僅能用于小范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋（想想5GHz WiFi信號(hào)隔一堵墻就收不到的情況）。選擇在這一頻段進(jìn)行測(cè)試，雖然對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速率和時(shí)延有著一定的幫助，但是卻很難用于城市大環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。為了在5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)無處不在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，高通還有很長(zhǎng)的路要走。
總結(jié)：
根據(jù)目前的規(guī)劃，5G將于2020年走入人們的生活。和4G特別是4G+相比，5G的網(wǎng)絡(luò)速率可能并不會(huì)有人們想象中的快。通過聚合多個(gè)4G載波的方式，運(yùn)營(yíng)商的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)1Gbps以上的網(wǎng)絡(luò)速率，和5G相比也毫不遜色。而5G低頻資源的不足，也在一定程度上制約了5G的發(fā)展。
目前全球多個(gè)國(guó)家都在不同的頻段上測(cè)試5G網(wǎng)絡(luò)，其中中國(guó)和許多國(guó)家所主推的3.5GHz和4.9GHz頻譜資源被認(rèn)為是最有可能用于城市覆蓋的5G頻段。隨著科研人員的不斷努力，更多的5G芯片廠商也將投入這場(chǎng)戰(zhàn)役，我們不妨拭目以待。
