5G标准未定，芯片从何而来？

文/丁傲西（本文为百家号独家）

北京时间2017年10月17日，美国高通公司在香港举行发布会，宣布推出一款支持5G的移动终端芯片组。虽然5G标准还没有正式敲定，但是根据高通的说法，这款芯片组可以实现每秒千兆以上的传输速率，同时已经在5G可能部署的28GHz频段上测试成功。正因为如此，不少分析认为，高通又一次领跑5G时代，将竞争对手甩在了身后。

然而根据公开的消息，目前5G标准还没有最终敲定，众多国家和企业仍在一次又一次的会议中进行着博弈。即便是最乐观的情况，也需要到2019年左右才能完全敲定5G相关标准。我们不禁要问了，在5G标准尚未明晰的今天，高通为何要如此急切的宣布推出5G相关芯片组呢？

4G过后，如何提升网络速率？

我们知道，通信技术从2G、3G发展到今天的4G，最直观的特点是上网速率的大幅提升。从2G时代GRPS/EDGE100-200kbps的网络速率，到4G时代动辄40-60Mbps的上网速率，网络的更新换代带来了更加丰富的移动上网体验。根据人们对5G的定义，5G网络的理论峰值速率将会达到10Gbps以上。换句话说，5G的上网速率将会至少是4G的10倍以上。

现在问题来了，如何才能提高5G网络的速率呢？答案很简单，一是尽力提升频谱利用率，二是增加使用的频谱资源。所谓的频谱利用率，是指每Hz频谱所能传输的最大网络速率。只要尽力提升频谱利用率，就能通过有限的频谱资源获得更高的传输速率。从2G、3G发展到今天的4G，通信专家们已经绞尽脑汁使用了包括4X4MIMO、64QAM、波束赋形在内的各种方法来提升无线信号的频谱利用率。时至今日，无线信号的频谱利用率已经达到了一个“极限”。仅仅通过提升频谱利用率就想实现10倍甚至100倍于4G网络的传输速率，显然有点不切实际。

既然频谱利用率的提升已经到了一个“瓶颈”，那么唯一可以提升网络速率的方法就是增加使用的频谱资源。为了更好理解这个问题，不妨举一个简单的例子。我们知道，马路上的车道数越多，这条马路所能同时行驶的车辆也就越多。而所谓的频谱资源就好比是马路上的车道数量，频谱资源越多，网络所能传输的速率也就越高。从2G发展到今天的4G，网络所使用的频谱资源是不断提升。以4G常见的FDD-LTE网络为例，为了实现150Mbps的下行峰值速率，运营商需要使用20MHz的对称频谱。而如果要达到300Mbps的下行峰值速率，运营商则需要使用两倍于前者频谱资源。目前国内三大运营商所推出的4G+网络，实际上就是将多个4G频谱捆绑在一起，同时为消费者提供数据服务。正因为如此，4G+的网络速率才会几倍于原有的4G网络（前提是没被限速）。

高通是如何实现5G速率的呢？

明白了网络速率是如何提升的，我们再来看一下高通此次推出的5G芯片组是如何实现千兆以上的传输速率的。根据高通公司发布的信息，此次5G数据连接是利用数个100MHz的5G载波实现千兆级（1Gbps）的下载速率。而根据运营商之前的测试，即便是在使用4G网络的情况下，利用多载波聚合技术（将多个20MHz频谱资源聚合在一起使用），网络同样可以实现1Gbps以上的峰值传输速率。在最好的情况下，运营商仅需聚合五个载波就可以实现1Gbps以上的峰值速率。而高通所说的5G千兆速率，本质上还是通过使用更多的频谱资源来实现的。即便是使用4G网络，在频谱资源足够的情况下，运营商同样可以实现超高的传输速率。仅看传输速率，高通并没有突出5G的优势。

为了实现1Gbps以上的峰值速率，5G至少需要100MHz以上的频谱资源。在2G、3G、4G网络已经占据了大量的频谱资源的情况下，留给5G的低频资源极为有限。为了解决这一问题，高通另辟蹊径选择了目前使用较少的28GHz频段。由于频谱越高信号衰减越大的特性，28GHz频段仅能用于小范围的网络覆盖（想想5GHz WiFi信号隔一堵墙就收不到的情况）。选择在这一频段进行测试，虽然对于网络速率和时延有着一定的帮助，但是却很难用于城市大环境的网络覆盖。为了在5G时代实现无处不在的网络覆盖，高通还有很长的路要走。

根据目前的规划，5G将于2020年走入人们的生活。和4G特别是4G+相比，5G的网络速率可能并不会有人们想象中的快。通过聚合多个4G载波的方式，运营商的4G网络已经可以实现1Gbps以上的网络速率，和5G相比也毫不逊色。而5G低频资源的不足，也在一定程度上制约了5G的发展。

目前全球多个国家都在不同的频段上测试5G网络，其中中国和许多国家所主推的3.5GHz和4.9GHz频谱资源被认为是最有可能用于城市覆盖的5G频段。随着科研人员的不断努力，更多的5G芯片厂商也将投入这场战役，我们不妨拭目以待。