5G网络正以较其他蜂巢式技术更快的发展步伐前进。然而，在毫米波频段上部署服务的策略仍在制订中，核心网络的规格和计划尚未敲定，而销售网络服务的商业模式也才刚开始探索…
根据实际参与5G网络布建的几位业界工程经理指出，全球电信业者正竞相启动其首次5G服务，但现正开发中的底层升级功能还需要几年的时间。
他们强调，这就像是跑一场马拉松，而不是百米冲刺赛。目前，在毫米波(mmWave)频段上部署服务的策略仍在制订中，5G核心网络的规格和计划尚未敲定，而销售网络服务的商业模式也才刚刚开始探索。相较于以往的其他蜂巢式技术过渡，这项5G任务正以更快的步伐前进中。
例如，AT&T承诺根据今年6月底定的3GPP规范，年底前在美国12个城市的部份地区推出5G服务。事实上，该公司也如期地在本月18日开通了服务。从以往的技术过渡来看，电信业者从规格底定到打造现场网络大约需要18个月的时间。
协助制订并监督营运商5G计划的AT&T副总裁Gordon Mansfield说：“我告诉‘管理团队’今年底以前的每一天都可以开通服务。5G设备已经完成生产且即将进入市场——我们却还没有正常出货的管道。”
Mansfield团队的三名成员简单介绍了他们在11月底所完成的工作进度，以及尚未成的任务。
AT&T无线系统测试总监David Orloff回忆起9月中一个炎热的雨天，他带领团队在德州韦科(Waco, Tx)的房子屋顶上硬撑着完成第一个5G链路。
这位在AT&T工作长达22年的资深前辈说，“在滂沱大雨中，我们穿着雨衣带着庞大的冷却器，连续好几天在屋顶上调整位置，最后终于成功进行第一次用户封包协议(UDP)数据传送。”
Chris Hristov记得一年多前的那一天，在移动中的小面包车上，他第一次看到使用mmWave频段的原型设备实现5G连接，一举将测试速度提高到4Gbits/s。
Orloff说：“对于那些经历过TDMA时代速度仅100Kbits/s的人来说，这确实是个了不起的成就。”
与AT&T的供货商共同制定蜂巢式发展蓝图的技术总监Todd Zeiler说：“我在1G末期时加入AT&T，还记得在1996年的亚特兰大奥运会(Atlanta Olympics)推出了2G。”
“每个人都记得自己第一次在手机上看到LTE网络的时候——那真的很令人兴奋。我们需要解释的是目前在这条发展道路上的叉路。毫米波也会有类似的进展，而sub-6GHz则是改善延迟的更有效接口——但它并不是让速度倍增。”他并补充说：“5G并非一蹴可几，而是一个长期的演变过程。”
今年11月，AT&T技术人员在德州达拉斯的一个屋顶上安装5G设备（来源：AT&T）
爱立信(Ericsson)的一名工程师Bill Goodman说，打造新一代蜂巢式网络“是一场团队运动。”他目前正与竞争的Verizon进行5G合作。
在电信业者实际投入现场之前，爱立信和其他公司连手主导支持多个供货商链路和测试系统的几座实验室。12月初，爱立信位于德州普莱诺(Plano, Tx)的实验室才刚展开5G载波聚合(CA)的现场测试。
测试实验室至关重要，因为3GPP规格正快速演变中。Orloff说：“这是[供货商]协商和测试的连续过程，而我们正位于其中心点。”
例如，AT&T用于其首次服务的6月版规格，到了9月进行更新，3GPP并表示，大多数的业者将以此规格用于其首次商业服务。因此，AT&T计划在2019年初将其于12月底上线的5G网络与装置升级到3GPP的9月新版规格。
Mansfield说：“我们最近发现了一些从6月到9月规格的后向兼容性问题。这是专为装置和网络进行的软件升级——装置和网络同时进行。”
他补充说：“我们透过(OTA)成功地进行了无线更新。在不久之前，这项技术还让我备感担心，但现在[他们成功]的机会高达90%。”
Zeiler说：“你得在混沌不明中做出艰难的决定。是否要等待9月的标准更新，甚至推迟商业发布？”
“较早学习有利有弊。”他补充说：“[使用]6月的规格…将会在拥挤的空间中面对更大的同行压力，但我们将会学到更宝贵的东西。”
在这一标准持续更新的过程中，12月时又带来了更多规格更新，预计规格的更新还将持续一段时间。
最初的5G规格都基于所谓的Option 3x，它使用LTE控制讯号。Option 2规格则是一项独立式5G网络，将在稍后出现。Zeiler说，基于这些选项的系统可能会从2019年底或2020年初开始部署。
主要的5G和LTE规范示例（来源：3GPP）
5G让电信业者得以采用28GHz及以上的mmWave频段，这对他们来说是一个全新阶段，也带来了一些巨大挑战。这些频段将提供宽带的行动和固定无线接取服务，最终达到数千兆位(multi-gigabit)的速率。
然而，天线和无线系统组合提供了快速数据速率，但覆盖范围有限。因此，电信业者必须大规模部署，引发了如何控制精确波束的技术问题，以及获准将其置于路灯和建筑物的商业问题。
Zeiler表示，该公司计划在2019年进行软件升级，提高波束成形能力，但这一技术预计要到2020年后才会发展成熟。他说：“我们目前正在部署高功率的mmWave系统，预计将在2019年底先推出一个较小的版本。”
Orloff说：“我们在小型蜂巢式论坛(Small Cell Forum)上推动市政当局制订法规，让小型蜂巢式基地台更易于部署。”
截至目前为止，美国约有三分之一的州都加入了这个组织。“我们预计今年会有另外三分之一的州加入，但我不确定我们到底走了多远——我们只需要继续努力。”
像Hristov这样的RF工程师已经取得了初次布署mmWave网络的经验。这项工作并不容易，但至今在覆盖率和数据速率上的表现一般都优于预期。
典型的蜂巢式波长约17英吋。相形之下，5G的mmWaves仅为三分之一英吋。Hristov说：“我们有20年关于sub-6GHz如何穿透并反射建筑物的经验。现在，mmWave是一个全新的领域，我们的知识也在不断发展中。”
他补充说：“我们开始搭建天线并使其覆盖3英哩半径。现在，有时候你会发现讯号并不像预期地在那里，所以你必须加以调整。”
相较于以前的蜂巢式技术世代，5G网络的频谱更广泛（来源：Qualcomm）
电信业者不断从现场中学习波束成形技术。Hristov说：“当您穿过覆盖区域时，将由不同的光束提供服务，您必须了解光束之间的转换。RF工程师必须非常精确地布署……如果未能落在正确的光束上，将无法取得最佳性能。”
他并补充说：“这需要几年的时间，才能达到以正确工具准确预测覆盖和服务的程度。”好消息是，透过mmWaves，电信业者正取得比预期更快的数据速率与覆盖范围。
今年10月，Verizon在美国四个城市推出了5G mmWaves住宅服务，并计划明年推出行动服务。Verizon首席网络工程专家兼无线网络负责人Nicki Palmer指出，固定无线接取服务“承诺达到300Mbits/s，但所体验的速度通常更快得多——接近1-Gbits/s。”
她展示了一段视讯，显示工程师在距离高达3,000英呎的现场测试中，达到了780Mbits/s到1.04Gbits/s的速率。
她说：“假设要将无线电安装在一定的高度，目前大约可以达到六楼的28GHz，但事实上我们已接近19层了！这将改变了我们对于成本和部署方式的假设。”
一位分析师表示，他根据最新的现场测试结果更新了对mmWave服务的估计，但他仍然抱持怀疑态度。
Dell'Oro Group电信分析师Stefan Pongratz表示，“在固定无线接取服务占据大部份由有线电视供货商主导的家庭/企业市场之前，仍有多项技术和业务障碍尚待克服。除了由于路径障碍导致的传播挑战外，技术人员还需要安装家庭网关——它将带来巨大的成本和时间负担。”
目前大部份的5G重点集中在无线接取网络。但明年年底，电信业者将开始升级其5G核心网络和传输网络。他们也开始将核心网络的元素分发到网络边缘，以支持新的低延迟服务。
随着mmWave网络被推向多multi-gigabit领域，Hristov说：“你必须重新思考传输网络如何运作与调整规模，以处理大量的数据和延迟。你不可能只用一个核心网络服务整个国家，而是必须将核心移近边缘。”
在网络中央，电信业者将升级接口至新的以太网络(Ethernet)和eCPRI标准。他说：“我们至今一直在使用10Gbit/s链路，以确保传输层不至于影响部署。”。
营运商已经在LTE中试验了两种将核心服务带到网络边缘的技术。
CUPS是控制/用户面分离(Control/User Plane Separation；CUPS)的3GPP虚拟化标准，去年成为第14版(Release 14)的一部份。多接取边缘运算(Multi-access Edge Computing；MEC)是让用户可在本地服务器中托管其蜂巢式数据的ETSI标准，以实现更快响应或更佳安全性。
这些技术的目标在于开辟蜂巢式网络的新用途，例如托管视讯、定位服务、内容和数据快取的本地分析，以及扩增/虚拟现实(AR/VR)和物联网等新兴应用。
Zeiler说：“人们正在研究何时使用CUPS和MEC的问题。你使用哪一种(这有点像是Beta和VHS的录像带规格之争)？你如何扩展和操作这些技术？”
多接取边缘运算(MEC)的标准架构（来源：ETSI）
电信业者并不知道multi-gigabit 5G网络的较低延迟能够实现哪些新用途。
“这就是今年的重要问题。”Zeiler说：“每一家营运商都在试图弄清楚首先会遇到什么。我们认为新的收入和利润主要将出现在企业领域。”
分析师表示，5G网络还需要一段时间才能提供新的低延迟，甚至在更长时间之后才会出现新应用。整体而言，Hristov说：“用户将如何因应5G作出反应，还存在很大的变量。”
AT&T 和Verizon都展开各种合作以加速学习。Verizon邀请第三方公司加入在美国东岸开设的三座5G实验室。预计明年也会在洛杉矶和旧金山成立实验室，Palmer说：“每座实验室都有不同的侧重点。”
她说：“你不可能从3GPP标准中淘金。而是必须从一种想法开始，这就是5G实验室如此重要之故。”
AT&T正与多家公司合作进行试验，例如与三星(Samsung)的奥斯汀厂(Austin fab)合作使用5G进行制造，以及与新创公司Magic Leap合作将5G用于AR。AT&T并以5G相机协助福斯(Fox)电视台降低播放美国公开赛的成本。其他合作案例则将针对医疗保健和零售业。
在物联网中的5G初步工作将会“为了成本折衷部份功能”，Mansfield指出，首批5G物联网装置将会“非常高阶”。
业界分析师称5G为慢速列车。ABI Research分析师Emanuel Kolta预测，2018年全球蜂巢式无线设备销售额将达到346亿美元，并将在2020年成长至356亿美元。
他指出，“几家行动服务供货商表达了他们的担忧：5G收入的成长速度将远低于4G。至少在开始商用化的前几年，5G网络将分阶段部署，而不是采取全国范围的部署方式。”
对于倾向于紧缩资本支出的营运商来说，缓步成长也很平常。Pongratz表示，在未来五年，蜂巢式无线基础设施设备的整体市场预计将以2%的复合年成长率(CAGR)成长。
他说：“最初，这一预测可能不会显得过于令人兴奋，但如果我们考虑到连续六年发布负成长趋势预测后，这算是我们看到市场开展的重大转变。”
“虽然LTE正推动当今行动资本支出的最大份额，但营运商藉由投资光纤和升级基地台，同时也为5G网络做准备。整体而言，5G行动宽带应用的发展速度显然比许多人原先想象的更快。”
IHS Markit预计，到2022年，全球5G硬件支出将从早期采用者的低基数开始成长至190亿美元。IHS Markit行动基础设施和营运商分析师Stephane Teral表示，“由于去年减税导致美国出现小幅飙升，但在全球其他地区的投资成长持平，因为没有人准备为5G服务花太多钱，毕竟5G预计还不会太快带来大量收入。”
在世界各地，5G的发展速度取决于各种不同因素，从频谱的可用性到大型活动的民族自豪感。
韩国三家主要的电信公司在本月初正式推出服务，并将12月1日称为‘5G Day’。据IHS Markit称，他们已经部署了几千个5G无线单元——其中一家业者已在首尔部署了4,000个。
市场观察人士表示，中国准备在2019年进行大规模的5G试验。中国联通(China Unicom)表示将在6个城市中推出300多个5G无线网络。
日本则将在2019年世界杯橄榄球赛(Rugby World Cup)测试5G，期望能在2020年东京奥运会(Tokyo Olympics)上大放异彩，并计划于2021年商业发布，但预计要到2035年后才推出5G的全国性服务。而在英国，BT集团旗下EE公司将在2019年于16个城市启动5G网络。
(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes；参考链接：5G Networks Under Construction；编译：Susan Hong，EETTaiwan)
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