5G之前，千兆级LTE在铺路，LTE是物联网最理想连接技术

作者：孙振  班级：研究生院 学号：1600030070

【嵌牛导读】：4G还没建完，为什么需要5G？对普通用户来说有什么区别和价值？移动通信圈子里正热的话题，莫过于5G被提上日程。在国际无线标准化机构3GPP RAN1（无线物理层）87次会议的5G短码方案讨论中，华为力推的“Polar Code（极化码）”方案，成为5G控制信道eMBB场景编码方案；高通牵头的LDPC码方案，被纳为数据信道的上行和下行短码方案。近有消息称，工信部、中国IMT-2020(5G)推进组的工作部署以及三大运营商的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。

【嵌牛鼻子】：5G千兆级LTE物联网

【嵌牛提问】：千兆级LTE技术对物联网技术的意义

【嵌牛正文】：

我们不禁要问，4G还没建完，为什么需要5G？5G是什么概念？对普通用户来说有什么价值？近期在深圳高通创新中心，高通产品市场高级总监沈磊作出了详细解读。

千兆级LTE是为5G铺路

每代通信技术都有一个演进的过程，而目前的最新进展是千兆级LTE。今年2月，高通推出首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16，根据高通的计划，下一代骁龙835也将集成该骁龙X16；10月18日，高通和澳洲运营商Telstra、爱立信、NETGEAR，共同推出基于首款千兆级LTE调制解调器骁龙X16的移动路由器MR1100。

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没法和数千兆级的5G相提并论，但沈磊认为，前者是在为5G铺路，5G未来的技术很多都是从4G演化过来，两者会长期共存和互补。

每一代通信技术的原理都大同小异，而千兆级LTE之所以能达到第一代LTE十倍的速度，得益于多种技术相互融合，包括：载波聚合、高阶调制、更高阶的MIMO。

每一代移动通信的升级，载波带宽都在持续提升，LTE最入门级的考虑就是有一个20MHz的载波(而GSM是200KHz，WCDMA和HSPA+是5MHz)，这个载波上是64-QAM（一个信号可以传6个bit），这上面要部署至少2x2MIMO（可以传输两个数据流）。

而一个信道的宽度、容量和数据率、单位时间传输的数据是正比关系，要配置以上所说的这些技术，有三个方法。

（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，将三个频段、三个载波进行聚合，成为一个更宽的通道。

三载波聚合后的速度怎么算？

拿澳洲运营商Telstra举例。Telstra有三个授权频段，每个频段都是20MHz，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）。每个载波就有2个数据流，一个数据流的速度是75Mbps，所以三载波聚合可以得到450Mbps的带宽。这是实现千兆级的技术之一，目前的三载波聚合，是基础的6×75 Mbps速率聚合为450

Mbps。

（2）第二，高阶调制，增强调制方式让每个信号搬运更多的数据。

这是在三载波聚合技术上再提升网速的一个方案，简单说就是，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。

（3）第三步是更高阶的MIMO，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。

同理，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，而在4×4MIMO里，高通可以有机部署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。

1Gbps的速率是一种什么样的体验？高通作出四个猜想：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，电池寿命会增加，发热等各方面会改善。

即时APP的意思是，未来很有可能会在手机上将APP包括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，未来手机本地很可能用不着下载大部分的外置应用。

当然，目前千兆级LTE还未真正的搭载到手机上使用，不过沈磊强调，从2G到3G到4G的发展过程中，每一次无线通讯带宽速率上去之后，很快后面的应用和服务都会跟上，所以高通把LTE-A、LTE-A Pro的能力提升到1Gbps之后，照样很快有应用服务来填补这个通讯能力。

5G的发展方向

5G不可能一夜之间部署完整，肯定是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、演进，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。

高通率先发布5G

Modem芯片，今年10月18日，高通推出了骁龙X50 5G调制解调器，它的能力是协助运营商Verizon 5GTF和Korea Telecom先于3GGP开展5G早期验证和技术储备，针对几个特定场景，将8个载波聚合起来，形成800M的带宽，提供下行5Gbps的速率，比千兆级LTE的1Gbps提升了5倍。目标是加速全球5G标准——5G新空口（5G NR）的标准化和商用。

X50预计2017年下半年开始出样，首批商用终端预计在2018年上半年推出，预计为2019年的早期部署做好准备。

X50最初支持在28GHz频段毫米波的频谱运行，采用自适应波束成形和波束追踪技术的MIMO天线技术，补偿了毫米波传输性能的一些弱势，可以在非视距场景下发挥很好的性能。

在解释这个技术之前，我们先了解一下毫米波，毫米波意味着极致的带宽，但毫米波的局限性也很明显，如传输距离短，遇到障碍物会阻断连接等等，不妨把毫米波想象成一束光，这束光照过来，就可以传输，当有障碍物的时候，能量通信就断了。

而利用毫米波高频的特点可以弥补上门所说的劣势，X50的波束成型和波束追踪技术，可以保证终端在移动的情况下依然保持连接。在非视距和移动的场景下，毫米波技术可以利用楼宇或周围环境物的反射，始终保持基站与终端之间链路的连接，也就是说，当有障碍物的时候，光可以通过墙、玻璃、建筑物、树木反射折射过来。

“关于5G，我们更多的是聚焦在对毫米波的支持上，但5G不等于毫米波。5G技术不是只能用一个频段的技术，高通的统一5G设计支持所有频谱类型及频段。”沈磊总结。

LTE是物联网目前最理想的连接技术

LTE除了向更快速率、更广覆盖、更先进的方向发展之外，也在向价格更低廉、更小巧、更海量装机的方向发展，催生未来面向物联网的LTE技术。到2025年将有50亿的物联网连接，行业将会往智慧城市、移动健康、可穿戴设备、移动医疗等等方向发展。

为了应对以上场景要求，国际标准化组织3GPP最近也做了相应的工作，今年6月份的Release

13发布了两个全新LTE规格，一个是Cat-M1（eMTC），另一个叫Cat-NB1。基本上业界的共识是，未来物联网领域主流的通信方式是采用Cat-M1和Cat-NB1，当然，未来还会再到5G上去发展。

物联网也是高通在着力发展的一个方向。

沈磊表示，Cat-M1和Cat-NB1都具备更简单、更方便、低成本、低功耗、长续航、网络覆盖广的特性，是因为两者将能量集中在很窄的频谱里，放弃了一些实时性和带宽或者其他方面来得到这些特性。其中，Cat-M1保留了更快的数据传输、极致的移动性、保持了一定的带宽和数据速率、支持语音/VolTE等，两节AA电池可以使用十年;

Cat-NB1强调低成本、低功耗，可面向低吞吐量的物联网应用，如远程传感器，两节AA电池可以维持运行10年以上。

Cat-M1和Cat-NB1的另一项优势是，很灵活。把Cat-NB1和Cat-M1部署到已有的LTE载波里面，考虑到较高的部署密度，实际占用整个LTE网络的容量非常有限，虽然是海量装机，但是数据率非常低，也不会一直工作，比如有一些电表可能一个星期才启动汇报一次读数。

所以通过估算，现有的4G网络里将继续部署数万个Cat-M1和Cat-NB1的设备，即使在一个LTE网络里部署了大量的Cat-M1和Cat-NB1节点，它占用整个基站的数据容量还是微乎其微的，大概小于0.1%。

对绝大部分运营商，目前两个技术都还在验证阶段，在做大量的测试，看看可以提供哪些不同的服务，哪种制式比较好，然后再做决定，很有可能很多运营商会部署两个规格。

但是在测试阶段，大概需要半年、一年或者更久的时间，这需要看各国的发展情况。在这个不确定性确定之前，在大约两个季度充分认证、评估、与业务模式充分磨合之前，服务商或运营商就只能处于一个等待的状态。

但是如果有一个模块能满足所有的模式，能应用所有的平台，那他们现在就可以开始部署，那么它的研发成本、器件和产品库存成本都会明显下降。

高通2016年初推出的MDM9X07 LTE调制解调器系列（其中包括有9X07和9X07-1，9X07支持Cat.4，9X07-1支持Cat.1），已经获得超过60家制造商的100余款终端设计。高通不久前推出了最新物联网方案——一款面向诸如电池供电型传感器应用的MDM9206 LTE调制解调器，已经获得大多数OEM厂商的终端设计，MDM9206可支持LTE Cate-M1（eMTC），还能通过预期即将推出的软件更新，升级到支持Cat

M1/NB-1双模。

“MDM9206是一个全模全频的模块，可以任由模块开发者通过单一的硬件、软件和射频去做双模/全球模/全球频的模块，在未来一两年市场上存在很多不确定性、在这个规格刚刚冻结的阶段，采取多模多频的方式是最稳妥的方式，也是整个业界影响最大的方式。”沈磊总结道。业界可能的一个共识是，LTE是物联网目前最理想的连接技术，两个新的标准已经制定出来了，带来了全新的能力，催生以前只能想象而不能实现的很多业务。