戴德梁行：北京写字楼空置率创十年新高
06-17
英特尔可编程解决方案事业部5G发展日新月异。
从下一代革命性无线技术的模糊概念，到一些遥不可及的目标，再到日益成熟的用例和技术标准，5G正在快速发展，现在已经有了可实现的目标和可实施的标准。
在此过程中，5G展现出与当前蜂窝网络显着不同的特征。
它是干什么用的？早期，人们经常讨论5G将带来的量变：Gbps级的带宽、竞争激烈的城市市场中巨大的面密度、出色的能源效率等。
LTE仍然有其局限性。
5G愿景被认为是遥不可及的。
许多应用领域的系统架构师相信，5G 这种速度极快、高度可用且可靠的网络将帮助他们摆脱困境。
希望在没有任何光纤或铜线的情况下进入固定宽带接入市场？ 5G 的速度可与光纤相媲美，可以提供帮助。
想要在没有 5 公斤耳机的情况下体验移动增强现实吗？小菜一碟：凭借无缝、始终可用的高带宽连接，5G 将有助于在云中完成所有繁重的计算任务。
想要一辆后备箱里没有超级计算机的自动驾驶联网汽车吗？只需一个 5G 调制解调器，云端就能带来无与伦比的自动驾驶体验（图 1）。
想要将传感器和执行器从物联网 (IoT) 系统直接连接到互联网吗？如人们所愿。
图 1. 自动驾驶汽车只是依赖 5G 技术的应用之一。
这些目标涉及不同领域，只要有足够的时间和资源，并非无法实现。
不用说，如果要取得进展，标准制定者需要将期望限制在合理的范围内。
三个用例 国际电信联盟的国际移动电信 (IMT) 愿景声明将愿望清单缩小为三个代表性用例：增强型移动宽带、大规模机器类型通信和超可靠低延迟通信。
这三个用例将有助于实现 5G 的许多期望（图 2）。
图 2. 满足 5G 网络各种要求的三个用例。
在这三个用例中，增强型移动宽带可能最接近大多数人对下一代移动电话的设想。
在此用例中，配备先进技术的场地中的静态用户可以获得高达 20 Gbps 的数据速率，移动用户可以获得足够的现实世界带宽（从 80 到 Mbps，具体取决于场地）以流畅地播放 3D 或 Ultra高清视频，在游戏或增强现实等场景中与云应用紧密交互。
大规模机器类通信提供了完全不同的场景。
这里的客户端不是服务器或人，而是智慧城市、工厂、建筑物或家庭中的物联网设备。
在这种情况下，原始数据速率不太重要；该机器要么提供相对较少的信息（每秒仅提供几个传感器读数），要么在本地进行预处理以显着减少带宽（与智能安全摄像头一样）。
这里的关键不是数据速率，而是连接密度（每平方公里多达 100 万个连接设备）和能源效率（相当于 4G 网络的一百倍）。
第三个场景是超可靠的低延迟通信，这是一个令人难以置信的新用例，支持工业自动化、关键任务连接和自动驾驶汽车，消除驾驶时的呼叫中断。
这些应用不仅需要相对较高的数据速率（例如，汽车将来自摄像头和激光雷达的大量信息发送到云端进行分析），而且还需要两个与无线网络关系不大的属性：毫秒级延迟和功能安全级别的可靠性。
性别。
解决方案 单独来看，即使是这三种情况中最苛刻的要求似乎也是可以实现的。
例如，通过增加信道带宽，几乎可以随时提高数据速率。
如果失败，可以应用在当前LTE-Advanced网络上测试过的技术，例如多发射和接收天线（MIMO）、载波聚合等。
随着先进半导体工艺中晶体管数量的增加，仍有进一步发展的空间频谱效率的提高。
大规模 MIMO 天线阵列可用于塔上实施波束成形，为每个客户端创建专用无线电波束。
在高密度区域，一系列较小的电池可以叠加在微电池上。
所有这些措施都提高了数据速率。
为了增加特定区域的客户端数量，可以利用更小的小区和波束成形。
高带宽通道还可以进行复用，以便在多个客户端之间分配带宽。
网络协议的变化可以提高能源效率并减少延迟。
如果你同时做所有这些，问题就会成倍增加。
例如，如果现有 sub-2 GHz 4G 频段中的子载波间隔加宽，每个连接将拥有更多带宽。
但联系较少。
可以采用新的更高频率，例如 24.25-29.5 GHz 或 37-43.5 GHz 频段，支持超过 MHz 的间隔。
但在从 3 GHz 到毫米波的过渡过程中，传播成为一个问题。
当频率达到 28 GHz 时，许多现实因素可能会衰减或阻碍载波。
例如，雨水会使频率衰减数十dB/km，春天的绿叶可以完全吞噬信号。
即使是壁板和玻璃等建筑材料也能吸收数十分贝的信号。
虽然毫米波提供大量带宽，但该带宽仅在天气干燥且短视距连接畅通无阻时才有用。
当然，使用多个高带宽通道可以实现出色的数据速率。
可以将多个狭窄且较差的通道组合起来。
可以动态聚合单个链路的多个信道，也可以通过不同的天线、不同的波束路径和MIMO来聚合多个链路。
凭借波束成形和跟踪功能，即使客户穿过高密度的城市环境，这些链路也可以保持完整。
不幸的是，这些技术将阻碍对数百万廉价、低功耗物联网设备的需求。
毫米波频段中的 MIMO 不可能保持低成本，尤其是当接收器从受损信道中提取高速数据时。
复杂的聚合和链路管理不仅会增加处理开销，还会增加能耗和延迟。
这些复杂情况使得人们很难对自动驾驶汽车以每小时公里的速度在林荫大道上行驶的前景保持乐观。
满足极高数据速率、毫秒延迟和五个 9 可靠性的要求并非易事。
多层解决方案应对这些挑战的解决方案是利用三层独立的频段，每层都旨在满足特定的技术需求。
然而，三层频段并不一一对应这些场景。
通过使用第 3 层频段的组合，5G 网络可以满足或至少接近满足所有三种场景的 IMT 目标。
三层带子形成一种“婚礼蛋糕”（图3）。
在底部，现有的 2 GHz 以下 LTE 频段提供了最广泛的范围。
在这些频段中，现有的蜂窝基础设施可以覆盖地球上的大多数人口。
这些频率的传播不受建筑物、树叶和天气的影响。
因此，5G将利用这些低频段覆盖更多偏远地区，在这些地区立即部署新基站在经济上不可行，并支持不利条件下低效运行的连接，并在更复杂的5G连接中提供下行链路。
增强的上行链路并支持要求较低的机器类型链路。
值得注意的是，2GHz 以下频段将支持更高频段，提供高度可靠、低延迟的连接。
自动驾驶出租车不会在树下或建筑物后面陷入无线电静默，而是会简单地跳到新频道并暂时承受较低的费率。
图 3. 开发人员将他们需要的频谱分组到一个频带蛋糕层中，其中包含中频带 2-6 GHz 频带（称为 C 频带）。
这些频率是 5G 的主流频率，利用该技术的全部力量来维持高数据速率连接。
以下是波束成形、跟踪和频谱效率的大幅改进将如何在某些大规模 MIMO 场景中发挥重要作用。
目标是通过动态聚合任何可用于连接的资源，在几乎最坏的情况下为移动用户提供 Mbps 的可用速率。
这些频段还承载许多更高速的机器类型流量和高可靠性/低延迟流量。
即使前两层组合起来也不足以满足最苛刻的客户的极端数据速率要求（需要 20 Gb/秒）。
满足他们要求的最顶层是6 GHz以上的频段，包括难以捉摸的毫米波频段。
预计各国政府将分配连续的 Mhz 块用于 5G 使用，使用 5G 而不是光纤向移动用户提供实时超高清视频，这需要满足地理位置、天线放置和信道质量等因素。
在IMT-中，5G与其说是无线网络，不如说是一种技术，包括三层无线网络，可以通过虚拟基站和控制层在城域数据中心内部紧密连接，为用户提供类似无缝的网络体验。
定义无线电开发人员并没有被无数的要求和频率所愚弄，他们坚持认为需要一种全新的无线电设计来取代狭义定义的 4G 无线电。
他们创造性地将这些设计称为新无线电（NR）。
NR的实施将满足各种需求。
这项新技术必须提供一个能够跨所有三层频率（从 MHz 到 40 GH 及以上）扩展的单一架构；必须支持大量MIMO阵列并实现动态波束成形和跟踪；并且必须利用每个可用信道实现最佳数据速率，实现多个用户和消息类型之间共享可用数据速率，确保每平方公里大量设备的高效运行；并且必须支持各种实施成本（其半导体工艺将于2020年面世）。
为了实现这些目标，NR 架构师对空中接口的调制、纠错、帧定义和协议进行了更改。
他们首先选择了高密度正交频分调制方案，该方案可在不同频段上扩展和复用。
这种调谐方案生成简单的波形（射频前端已经非常复杂，我们应该简化它），这对于多用户访问很有用，并且可以用于晶体管预算较高的工艺，例如 10nm 或 7nm。
高效实施。
为此，架构师采用了多终端低密度奇偶校验信道编码（ME-LDPC），它提高了编码效率，易于在并行电路中实现，并支持短传输时间间隔（TTI）——以保持低延迟至关重要。
然而，减少延迟还需要进一步的工作。
NR重新定义了数据帧结构，允许将调度数据和确认信息集成到初始数据帧中，从而减少周转时间和LTE延迟。
这些决策对于减少机器对机器通信延迟和快速训练发射机进行波束成形至关重要，这有望支持跟踪快速移动的客户端。
这种新的帧结构支持频分双工，并且特别有利于时分双工。
政治新无线电 (NR) 是继 LTE 无线电之后的一项重大技术进步。
它不仅引入了新的科学概念，而且还整合了许多现有的想法，并将带来工艺技术方面的非凡能力。
但与世界上令人憎恶的官僚机构相比，建立国家自然保护区的挑战就显得苍白无力了。
IMT蛋糕的三层并不是相互孤立的，而是相互依赖的。
虽然有限的城市市场 5G 服务可以分阶段使用中间层的某些频谱，并在顶层提供少量点对点固定宽带链路，为了满足大多数人对 5G 的期望，您需要所有三个层。
这意味着各个国家和地区需要将大量连续的频谱块重新分配给现有用户，从Mhz频段中的20 Mhz块到6 GHz以上的大量Mhz条带（swas）。
世界各国需要共同努力，确保单一 NR 能够跨国旅行。
目前，相关工作进展顺利。
根据公开数据，华为估计中端C频段一半以上的适用频谱要么可供使用，要么已在监管考虑中。
在美国、韩国和欧洲，大数据块仍有巨大的发展潜力。
高频层的不确定性较高。
有一点似乎是肯定的，随着这一年的临近，NR 实施规模的扩大，以及本地服务提供商澄清他们需要和能够负担的频率，未实施的频谱块的经济和政治价值将急剧上升。
即将到来的第 11 个小时的谈判可能会决定公众对 5G 的看法。
这项技术会简单地成为奥运会等重大全球活动的支持平台，还是大型高科技公司及其富裕客户的平庸工具，还是会引发一场社会变革，重塑人与物之间的互动？这是一个值得深思的问题。
技术可以带来这种改变，但现实条件和人的意志才是决定性因素，时间会证明一切。
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