5G新空中介面(5G New Radio,5G NR)在今年2月的世界行動通訊大會(Mobile World Congress,MWC)上引起熱烈討論,在3月杜布羅夫尼克(Dubrovnik)的會議中以RP-170741提案獲得3GPP正式同意。接著7月10號中興通訊(ZTE)與中國聯通(China Unicom)合作於3.5GHz頻段進行測試,實現5G傳輸。

為了進一步了解,我們來探討所有相關內容。先簡單概述5G NR,之後再介紹於杜布羅夫尼克中通過的非獨立式5G NR(NSA 5G NR)版本。

為了提升行動通訊頻寬到每秒十億位元(Gbps),高通(Qualcomm)開發統一空中介面(Unified Air Interface,UAI)與網路,進而發展出5G NR,對於汽車、醫療與工業服務市場至關重要,也可應用在持續發展中的廣大物聯網市場(圖1)。

20170906NT02P1 圖1 在最後發展階段會是一個完全統一互聯的平台,但從現在到那個時候,5G NR需要在獨立式與非獨立式於2018年整合之前,先分開運作。(圖片來源:高通)

新的空中介面的設計目的除了解決這些應用的問題,也結合彈性的頻譜使用方法、整體上較低的延遲與每位元較低的成本。

建構於LTE的基礎之上,5G NR在介面與調變方面選擇動態、低延遲分頻雙工(FDD)及分時雙工(TDD)的多重存取正交分頻多工(multiple-access OFDM)的最佳化版本,使其可相容於目前現有的基礎架構與之後LTE的發展方向。此技術還強調使用大規模多重輸入多重輸出(Massive MIMO)、波束成形(beamforming)與低密度奇偶校驗(LDPC),以及運行在6GHz以上或以下的頻段。

選擇使用多重存取OFDM相對容易被理解,OFDM已經廣泛地被使用與了解,從早期的Wi-Fi 802.11g到行動通訊的LTE與LTE-Advanced Pro皆使用此技術。

以上是比較容易的部分。市場上對高速資料傳輸的需求正快速增加,比較困難的是讓5G NR標準及時獲得通過,以滿足此需求。

將5G NR一分為二

在巴塞隆納的世界行動通訊大會中,高通與一些公司,包括NTT DoCoMo、南韓SK電訊 (SK Telecom)、沃達豐(Vodafone)和愛立信(Ericsson)聯手提出想法,讓5G標準發展過程中以兩種版本並行。

但是他們仍面臨進退兩難的局面,從邊緣介面(edge interface)到核心網路(core network),這個5G NR的提案將會帶來許多改變,而且依照此方式進行的話會耗費太多時間。資料需求已在網路邊緣急遽增長。

之後在杜布羅夫尼克舉行的3GPP無線接取路(Radio Access Network,RAN)全體會議中,一群5G NR的支持者,包括AT&T、英國電信(British Telecom)、阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、博通(Broadcom)、德國電信(Deutsche Telecom)、愛立信、華為(Huawei)、諾基亞(Nokia)與高通提出一個解決方案。他們提出RP-170741提案,將5G分成非獨立式與獨立式(SA)5G NR,分成兩部分進行將可一邊推動5G NR成長,一邊為核心網路建設提供時間。

非獨立式是將使用現有的LTE無線電與核心基礎架構做為基石,在增加新的5G載波時,進行行動管理與覆蓋。RP-170741的提議者將專注在2019年建立增強型行動寬頻(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)的5G NR,此為3GPP第十五版(Release 15)中的其中一部分,比起當初時間表預定的時間提早了1年。在3GPP的術語中,快速追蹤的無線電被稱為「非獨立式5G NR部署情況選項3(NSA 5G NR deployment scenario Option 3)」。

但是,請注意,RP-170741的提議者並沒有擺脫5G NR與獨立式(圖2),他們仍必須確保非獨立式與獨立式之間具有共同性與相容性。獨立式5G NR將包含完整的使用與控制能力,採用由3GPP所建立的5G核心網路架構。

20170906NT02P2 圖2 RP-170741提案中指出,支持者必須在12月前完成非獨立式5G NR的第三階段,並於2018年3月前提供可實施的版本(ASN.1)。 (圖片來源:3GPP)

根據RP-170741提案,非獨立式5G NR第三階段完成的時間點落在2017年12月,可實施的版本需要在2018年3月前完成。此提案也指出第三階段中獨立式與非獨立式的L1和L2用戶平面(User Plane)完成的時間點落在2017年12月。此外,必須執行目前第15版(Rel-15)獨立式5G-NR的時程表(第三階段完成的時間點落在2018年6月,2018年9月凍結ASN.1)

中興通訊與中國聯通測試sub-6GHz非獨立式5G NR網路

值得一提的是,在全面實施前,3GPP提案只提供了非獨立式5G NR 6個月的提前開始時間。然而,這些是目前業界正在運作的時間表,最近中興通訊與中國聯通在中國廣東省進行網路測試,提供了我們一些觀點。

在7月10日,這兩間公司宣布他們使用Massive MIMO技術在3.5GHz頻段進行資料傳輸,速率已經達到每秒2Gbps,中興通訊支持非獨立式與獨立式分開運行的提案,因此該公司的測試結果將會被納入非獨立式提案中。也有不同公司透過合作進行測試,像是高通、愛立信和中興通訊合作,宣佈與AT&T、中國移動、NTT DoCoMo、SK電訊、澳大利亞電信(Telstra)和沃達豐進行5G NR的測試,測試的頻段為3.3GHz~5GHz、28GHz與39GHz。

(參考原文:ZTE kickstarts NSA 5G NR tests: What is it and why should we care? ,by Patrick Mannion,本文作者與EDN、EE Times等出版物有著悠久的聯繫,目前領導著獨立內容工程公司,專門從事技術分析、編輯和媒體服務。)