5G即將到來，至少一些運營商是這么認為的。但是，至少在2019年之前，你不會找到能夠實際使用5G的手機。而與此同時，其他網絡和設備制造商早在2015年就已經開始試用千兆比特(Gigabit)LTE以加快網絡速度。隨著AT&T試圖用“ 5G Evolution(5G 演進)“的計劃來吸引消費者，現在越來越難以確切地知道這個世界性的下一代無線網絡將會是什么樣子的。

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圖1  5G即將到來

我們會很快看到真正的5G嗎?千兆比特(Gigabit)LTE是會變差還是和原來的一樣好?消費者真的會在手機上使用到它們嗎?本文讓我們說明這兩種網絡技術之間的差異，并試圖找出答案。

技術標準

5G和千兆比特(Gigabit)LTE容易混淆的問題在于各公司和運營商一直在使用這些術語來描述不同的事情。5G有非獨立(Non-Standalone)和(即將推出的)5G獨立標準(Standalone standard )之間的一些區別，以及這對于產品和用例意味著什么 - 簡而言之，5G并不是一個單一的“東西”。類似地，千兆比特(Gigabit)LTE網絡已經使用新的高頻和/或低頻頻譜，未經許可的頻譜以及來自LTE和Wi-Fi信號的聚合來構建。它也被稱為LTE-Advanced，LTE Advanced Pro和“pre-5G”等，但其統一因素是千兆比特(Gigabit)LTE能夠提供超過1 Gbps的下載速度。

有很多方法可以實現更快的無線數據傳輸速度，這在一定程度上導致了這種混亂。我們將遵循3GPP標準中的一些細節，告訴大家每種技術需要什么樣的工作方式以及它能夠為消費者提供什么。速度超過1 Gbps的***個規范在3GPP 的Release 13協議版本中發布，而***個5G NSA協議規范發布在3GPP 的Release 15中。

圖2   3GPP的相關協議演進

從上表可以看出，隨著這些協議版本逐漸增加，引入了額外的功能和硬件支持，以實現更高的傳輸速度。一些主要的技術理論是與更快的傳輸速度關聯在一起的：可匯聚在一起的載波數量的增加，更大的MIMO以及對更廣泛的頻譜共享技術的支持。向5G非獨立(新無線電，New Radio，NR)規范的轉變旨在通過在6 GHz以下的頻段和毫米波頻率中增加更多的頻譜和載波來進一步提升網絡速度。

就速度而言，引入LTE-Advanced Pro和5G新型無線電可讓我們超越1 Gbps的網絡速度障礙。但是，在這個時候值得一提的是，用戶峰值數據速率將遠低于這些理論的***值。

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圖3   5G設備原型

5G和千兆比特(Gigabit)LTE都旨在通過增加可用頻率范圍和傳輸數據的載波數量來提高速度。

這是因為實際速度取決于您當前區域的可用頻譜類型，例如毫米波天線或LAA小型蜂窩基站集線器(small-cell hub)，以及你口袋中的手機所能夠支持的技術。擁有5G手機并不能保證一定能獲得比千兆比特(Gigabit)LTE更快的速度。

現在，我們來仔細看看這些發布的3GPP協議中涉及的各種技術，以及它們與5G和千兆比特(Gigabit)LTE的關系。

它們是如何工作的

提高數據速度的關鍵是通過載波聚合，即通過合并從多個子單元載波帶寬獲取數據來提高吞吐量。***代LTE網絡和手機僅使用一個20 MHz載波帶寬，但LTE-Advanced在LTE網絡中引入了混合載波帶寬的概念。隨后是LTE-Advanced Pro，它進一步增加了匯聚的載波數量，并開始支持各種非授權頻譜的技術。未經許可的頻譜包括混合來自2.4GHz或者5 Ghz的Wi-Fi頻段的信號，以及圍繞類似的6 GHz以下頻段的其他小型蜂窩小區的實施。

多輸入多輸出(MIMO)技術也同樣重要。這與載波聚合(carrier aggregation)相似，因為該數據流可以針對每個載波帶寬跨多個天線并行發送。除了用于增加吞吐量外，多輸入多輸出(MIMO)還可以通過將這些并行天線發送相同的數據以檢查錯誤并防止數據包丟失。當談到采用毫米波技術的5G無線電時，大規模MIMO(massive MIMO)變得更加重要。這是因為非常高頻毫米波技術更依賴于視距(line-of-sight)通信，所以MIMO對于確保消息可以完好地到達目的地手機至關重要。

圖4   LTE向5G演進之路

使用千兆比特(Gigabit)LTE時，五個或者更多的LTE載波帶寬聚合在一起以提供更高的峰值數據速率。這可能來自各種各樣的頻譜，包括T-Mobile的600 MHz頻譜等1 GHz以下的長距離低頻段頻譜。在諸如城市中心等建筑物區域，您可能會發現這些傳統的LTE頻段增加了額外的宏蜂窩，這些宏蜂窩在非授權頻譜中運行，以進一步增加可用頻段的數量進行匯聚并提供更多帶寬，從而提升傳輸速率。

來自多個載波的聚合對于改善小區網絡邊緣處的用戶速度也具有優勢，因為可以將多個較弱的信號組合在一起以獲得更高的吞吐量。當然，要使用這些高速度，您需要一款不僅兼容這些技術的調制解調器的智能手機，而且還需要一個無線電前端，以便拾取您的運營商所提供的正確的頻段中的數據信息。

***代5G網絡將繼續使用我們熟悉的LTE錨點，通過新的毫米波和新頻段的專用5G頻譜擴大千兆比特(Gigabit)LTE可實現的功能。換句話說，***個5G網絡將通過開放用于移動數據的新頻段，將這一長期運行的載波匯聚理念提升到了一個新的層次。

圖5   千兆比特(Gigabit)LTE

當移動到新的毫米波和其他高頻頻段時，才真正將5G與千兆比特(Gigabit)LTE分隔開來，但是這種轉變并非簡單的切換。

這些高頻率很容易被墻壁甚至你的手擋住。沒錯，即使拿著智能手機也足以阻止非常高的頻率數據到達天線。 5G智能手機天線需要重新設計，以便他們能夠處理更加挑剔的頻率。無線電射頻前端也必須進行調整以迎合這些頻段，這需要進行一些較低級別的重新設計產品的工作。這是在用波束成形和其他相關技術推出5G毫米波發射機時遇到的問題之一。

而千兆比特(Gigabit)LTE更容易投入產品，因為它基于現有的通用無線電技術。 5G mmWave提出了新的設計挑戰。

除了智能手機級蜂窩寬帶，千兆比特(Gigabit)LTE和5G新無線電還為新興用例提供了一系列新的通信技術和協議。 LTE Direct，LTE Broadcast和C-V2X旨在實現設備到設備的連接，而無需穿越大型的蜂窩網絡。此外，還支持使用eMTC和窄帶物聯網技術的物聯網，適用于從智能家居到無人機的各種應用。

圖6   5GNR的特征

千兆比特(Gigabit)LTE更容易實現，因為天線陣列設計與現在應用中的天線的非常相似，并且功率消耗大部分保持不變。使用千兆比特LTE，智能手機設計和外形形狀可能保持不變，而5G智能手機則需要一些顯著的重新設計。

我們應該關心哪一個?

隨著5G的巨大的市場性和潛在的應用范式轉變，千兆LTE可能有點容易被忽視。但是該技術仍然在為消費者提供了重要的速度提升，全球許多LTE網絡仍有大量增長?？纯礊槭澜缟弦恍┳羁斓膰沂占臄祿绹瑲W洲，印度和其他國家的數據。這些國家的運營商可以明顯趕上像韓國這樣的行業***，而不需要5G技術。

對于智能手機，千兆LTE可用于即使是最艱難的消費者移動用例中，例如4K視頻流媒體，它只需要13 Mbps左右的下載速度即可進行實時流式傳輸。當然，僅僅在千兆LTE網絡上并不意味著實際上你會看到1000Mbps的速度，但是傳輸速度超過50Mbps在這些網絡中很常見。相反，5G將更多地體現大眾物聯網和非常低延遲的應用場景，例如自動無人駕駛汽車，這標志著移動用戶日?；ヂ摼W使用體驗的重大轉變。

圖7   5G調制解調器可能比千兆LTE更快，但真實世界移動用例的速度可能會非常相似

實用性也是一個重要的考慮點。 5G技術不僅需要在網絡硬件方面進行重新設計，而且還需要在設備中進行重新設計。新的調制解調器，更重要的是，前端無線電設計將非常昂貴且棘手，以適應現有的移動終端的外形形狀和尺寸。相比之下，千兆比特LTE易于實現，主要是擴展現有的網絡LTE和Wi-Fi頻段。

這并不是否認5G作為移動網絡的重要發展階段的必要性。除了更快的速度，更高的帶寬和更低的延遲，5G將在物聯網，汽車和連接行業中實現革新的應用案例，并在5G后端改變現有LTE核心時實現新的更高效的服務。然而，至少在2019年前，***批5G網絡將不會出現，即便出現了，大部分5G網絡仍將會保留用于某些城市內部的熱點位置。調制解調器和使用它們的RF前端實施的智能手機可能會在更遠的將來才能實現。

圖8   5G分層覆蓋

在可預見的未來，LTE仍將為所有全球移動網絡提供支持。首批5G非獨立網絡實際上只會增加現有網絡的頻譜資源，使傳輸帶寬更高。如果您正在考慮購買新款智能手機，請不要支持5G型號。與千兆LTE網絡兼容的任何手機在未來的幾年內或多或少都會繼續為您提供高速傳輸速率。