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以基带的名义,高通在5G商用前的创新

作者:程弢
2017/05/27 15:11

以基带的名义,高通在5G商用前的创新

过去数十年,移动通信一直保持着大约10年一代的节奏演进,从模拟语音,到数字语音,到现在的4G LTE,每一代移动通信技术的升级都象征着一个时代的跨越。当然,最让人振奋的是,2020年5G将在全球范围内商用。

5G是一个风口,这一点不可置否,但把目光聚焦在当下,我们仍然处于4G LTE和5G过度的阶段,然而VR、自动驾驶以及超高清视频等领域日渐普及,网络环境已捉襟见肘。

5G标准尚未形成,可以说是远水解不了近渴。但移动通信领域的巨头们不会坐以待毙,芯片商、通信设备商和运营商需要在5G到来之前带来新的创新,而高通已经做到了!

从去年开始,这家移动通信领域的霸主就引领了千兆级LTE时代的到来。

2016年2月,也就是去年的MWC上,高通发布了全球首款千兆级LTE调制解调器(俗称基带)——骁龙X16;


时隔一年,高通又在今年2月发布了性能更强劲的骁龙X20。

X16和X20是跨时代的产品

千兆级LTE并没有一个官方的定义,但是按照业界的说法,千兆级LTE的理论速度可以达到光纤级别的1Gbps,这也与国际电信联盟对4G定义的标准一致。

我们来看看高通这两款调制解调器的具体参数:

高通骁龙X16调制解调器使用的是14nm工艺制造,下行支持Cat.16,传输速率是早期LTE网络的十倍,支持4x20MHz载波聚合,也是首款商业级千兆LTE调制解调器。

而骁龙X20用的是更先进的10nm工艺,下行支持Cat.18,其最大理论下载速度高达1.2Gbps,相比X16提升了20%,支持5x20MHz载波聚合。

虽然X20不会在短期内实现应用,但X16已经逐渐走向了实际应用。

去年10月,高通便和澳洲运营商Telstra 、爱立信以及NETGEAR携手推出了基于X16的移动路由器MR1100。今年1月,这四家公司又联手推出了全球首个商用千兆LTE网络和相关设施,打响了千兆级LTE网络部署的第一枪。

尽管不少运营商对此仍持保守态度,但可以预见的是,Telstra部署千兆级LTE网络只是一个开始,未来几年,全球支持千兆级LTE网络的移动运营商会持续增长。原因有二:

首先,由于高通骁龙835已经集成了X16(其他芯片厂商也在逐渐跟进对千兆级LTE网络的支持),搭载骁龙835的移动终端也已纷纷上市,这为千兆级LTE网络的普及带来了基础;

其次,在4G网络已经无法满足用户需求的同时,运营商和移动终端企业都需要新技术来满足日新月异的应用,而千兆级LTE无疑是最具竞争力的解决方案。

举个例子,一集高清分辨率、长度为32分钟的影片,在千兆级LTE环境下秩序15秒就能下载完成,这是现有4G环境下无法想象的。

据雷锋网了解,目前市面上的主流仍是X10 LTE调制解调器(下行速率450Mbps和上行50Mbps),所以,说高通率先推出千兆级LTE调制解调器具有跨时代意义毫不为过。

那么,高通的优势体现在哪?

毋庸置疑,高通拥有先发优势,但更重要的是高通有完善的网络解决方案,在千兆级LTE的三大关键技术——载波聚合、高阶调制、高阶MIMO上处于领先地位。

众所周知,高通在4G LTE时代一战成名,奠定了自己在移动通信领域的地位。虽然每一代通信技术的原理都大同小异,但要实现千兆级的速度并非一蹴而就,载波聚合、高阶调制、高阶MIMO三者缺一不可。

载波聚合(Carrier Aggregation,CA)

通俗点说就是增加信道数量。载波聚合是3GPP提出的,它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱,同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起,能很好地满足LTE,尤其是LTE-A系统频谱兼容性的要求,同时也大大提升了传输速度。

LTE的一个载波最少是20MHz的带宽(GSM是200KHz,WCDMA和HSPA+是5MHz)。例如,上文提到的Telstra有三个授权频段,每个频段都是20MHz,通过射频和基带技术,就可以把这三个载波、三个频段聚合起来,以达到更高的传输速度。这三个射频信道变成一个更宽的信道,3个20MHz意味着数据吞吐量提升了3倍。

值得注意的是,因为每个运营商拥有的频段都有差异,载波还可以做到灵活部署,如带内载波聚合和带间载波聚合,带内可以分成连续和非连续,带间的载波聚合是指两个不同频段的载波,例如TDD载波和FDD载波也可以混合地聚合在一起。

高通骁龙LTE调制解调器已经全线支持载波聚合,X20调制解调器更是最多可以支持5载波聚合,这是目前业界的最高水平。

高阶调制

载波聚合是提升速率最直接最有效的方法,但移动通信系统的带宽资源是有限的,高阶调制被认为是在有限带宽资源下提供高数据速率最佳手段。

其目的是让一个信号搬运更多的比特,在相同带宽下,高阶调制的信息速率更大。以LTE为例,其最初的下行调制方式是64-QAM(64个样点,样点数目越多传输效率越高),目前64-QAM的一个信号可以承载6个比特,而如果扩展到256-QAM(256个样点),一个信号则可以承载8个比特,带宽效率也就提升了33%,相比8PSK、16QAM那更是一个量级的提升了。

目前,X16和X20都支持256-QAM的高阶调制。

高阶MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)

事实上,LTE Cat.4以上的标准都需要使用MIMO技术,高阶MIMO可以增加数据流,最初LTE采用的是2×2 MIMO为两个数据流。

其原理很简单,即在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,信号可以通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,这种做法直接增加了信道容量并且降低误码率。

显而易见,最初的2×2 MIMO实现不了千兆级的速度,所以我们需要部署更高阶的MIMO来获得更多的数据流。

高阶MIMO究竟意味着什么?不妨看看下面这个案例:

今年3月,高通携手华为和南非MTN在实时网络中完成了4×4 MIMO技术的现场测试,测试结果显示,和传统的2×2 MIMO技术相比,其平均下载吞吐量增长了74%。所以总的来说,部署高阶MIMO可以有效地缓解网络流量拥塞。

与此同时,移动通信产业链建也在大规模部署4x4 MIMO,高通作为芯片厂商可以说是推动4x4 MIMO技术的主力。接下来的问题是需要运营商网络的支持。

从目前来看,4x4 MIMO技术对运营商而言也是极具吸引力,毕竟相比2x2 MIMO,4x4 MIMO技术还可以将网络的频谱效率提高1.2倍到1.8倍。T-Mobile CTO Neville Ray就表示,“4x4 MIMO以及多天线技术是面向5G的技术,我们已经于2016年开始部署,以提供更好的用户体验。”

这三大技术都是实现千兆网速的关键,以芯片商的维度来看,能同时实现五载波、256QAM以及4x4 MIMO的厂商寥寥可数。虽然,三星、华为、联发科等厂商正在穷追不舍,但高通从3G时代开始就一路领先,这样的技术积累是其它厂商无法比拟的。

高通正在为5G铺路

也许5G将会引领移动通信技术的一场革命,但千兆级LTE网络并不会因为5G的到来而消失,从技术角度来看,二者可以无缝切换、协同工作。高通产品市场高级总监沈磊曾告诉雷锋网,千兆级LTE并不是5G商用前的过渡,未来二者将会共存很长一段时间。

“千兆级LTE是迈向5G移动体验的重要基石,但是5G并不是凭空产生的,是4G及其他技术多年积累的过程。”

雷锋网了解到,去年10月,高通推出的全球首款5G调制解调器X50就可以与集成千兆级LTE调制解调器的骁龙处理器搭配,并通过双连接紧密协调配合。

5G标准尚未敲定,但企业需要未雨绸缪,高通正是希望通过千兆级LTE和5G调制解调器为运营商开展早期5G试验和部署,至少从实际行动来看,高通已经走在了前列!

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