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5G正在改變固定無線接入性能
 

【作者: Mark Patrick】   2021年01月08日 星期五

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儘管當下正在進行5G行動通訊試驗,但由於所需投資規模巨大,多數行業分析師預計,全面網路部署尚需幾年時間,全球行動運營商必須在未來投資需求和短期現金流之間找到一種平衡。固定無線接入(FWA)雖然是一項既定服務,但目前正在透過5G技術進行改造,以提供與寬頻光纖連線相當水準性能。5G FWA具有更高性能、相對較低部署成本和高自我配置潛力,因而成為對消費者非常有吸引力的技術,許多運營商正在抓住機會在各自市場中部署5G FWA服務。本文中,我們將詳細探討5G FWA技術。


何謂FWA?

FWA定義為透過行動網路用戶終端設備(CPE)提供寬頻連接,此CPE可以具有多種格式,包括室內(桌面和視窗)和室外(屋頂和牆壁安裝)格式。請注意,此定義不包括行動寬頻解決方案,例如透過可攜式、電池供電Wi-Fi路由器和伺服器匙(dongle)提供連接。



圖一 : FWA配置。
圖一 : FWA配置。

FWA已是相當成熟技術。例如,EE在2018年2月推出一項服務,以解決580,000戶英國家庭沒有足夠固定接入問題。 FWA安裝成本估計不到40% ,但卻能夠提供價格合適且易於安裝寬頻接入,並具有用戶可自行安裝CPE之優勢。


儘管此服務非常方便,但基於4G/LTE技術FWA下載速度和延遲卻無法與光纖寬頻連接相抗衡。相較之下,由於網路性能顯著提高,基於5G FWA有望成為與光纖連接媲美並具有真正競爭力的技術,同時保留其便利性和成本優勢。


5G的推出正在重塑FWA性能

透過使用高頻頻譜毫米波(mmWave),5G可以實現數GHz之FWA速度,並且延遲低至1ms,5G FWA回應時間與固定連接相匹配。確實,最初5G試驗結果顯示下載速度高達10至25Gbps,而目前英國家庭寬頻平均速度約為30Mbps。


5G技術承諾,將透過支援大量現有和尚待定義應用來改變我們生活,並在多個領域創造巨大經濟價值。然而,負責推出全新網路基礎設施的全球行動運營商卻面臨很多挑戰。儘管5G長期前景看好,但仍需要進行大量投資,尤其是需要支援mmWave頻率,以釋放5G技術全部潛力。同時,伴隨當今服務大眾化,許多運營商仍致力於4G/LTE服務,但營收卻趨於平緩甚至下降。因此,對於大多數人來說,若5G商業優勢並不明顯,他們將優先考量那些能夠產生早期收入投資。


在這種背景下,5G FWA是運營商理想選擇。一項針對全球部署計畫總結表明,許多初始5G部署都是基於3GPP的「非獨立(non-stand-alone)」選項,即透過利用現有4G/LTE網路基礎設施在6GHz以下頻譜中提供5G服務。在進行這些投資後,運營商透過這些基礎設施來提供FWA服務則相對簡單,例如,可以為農村地區提供高速、高覆蓋率通訊。



圖二 : 非獨立5G NR。(source:Qualcomm)
圖二 : 非獨立5G NR。(source:Qualcomm)

在其他示例中,Verizon和AT&T等運營商選擇將其最初5G投資重點放在為利潤豐厚市場構建mmWave基礎設施層面,以便為人口稠密城市地區消費者提供FWA服務。


無論選擇何種路線,分析人士都認為,在全球運營商推出5G服務中FWA將會扮演重要角色,Ericsson預測2019年至2025年間接入數量將增大三倍。同時,SNS Telecom預測,全球FWA收入預計從2019年底10億美金,成長到2025年超過400億美金,複合年成長率為84%。


5G FWA部署場景

FWA可以部署在1GHz和6GHz層之間5G容量和覆蓋頻譜層(Capacity and Coverage spectrum layer),也可以部署在28GHz甚至更高mmWave頻率超級資料層(Super Data Layer)。在低於6GHz頻率下,儘管資料輸送量低於mmWave頻率,但覆蓋範圍卻足夠大,並且可以透過非獨立基礎設施提供FWA。低於6GHz部署可以提供比當前寬頻快100倍下載速度,對無法使用光纖消費者和企業具有很大吸引力。從運營商角度看,低於6GHz FWA服務部署使他們能夠將目標鎖定在偏遠地區訂戶,而無需構建較小網路單元。此外,此頻率無線電波更能穿透建築物,從而有利於室內用戶可以自行裝配CPE使用,這是運營商考量提供服務經濟性之重要因素。


在超級資料層mmWave頻率下,5G FWA提供性能水準可與光纖媲美。透過將高階天線系統(AAS)與大數量MIMO和波束成形技術組合使用,能夠實現窄波束服務,可于更高密度使用者而不會受到干擾。即便在此級別上部署5G FWA需要投資以提高網路密度,但由於可為更多客戶提供服務而可抵消這些投入。另一層面,mmWave穿透普通建築材料效果很差,這意味著CPE需要一個外部天線來減輕訊號衰減。儘管這使安裝過程複雜化,但在許多狀況下仍然可以自行安裝。即便客戶不能自行安裝,在城市地區,由運營商管理安裝既不複雜,成本也不高,而且,在任何狀況下都比固定線路安裝便宜且快捷。


5G服務需要強大供應商生態系統

從連接器到能夠以mmWave頻率運作的複雜RF收發器,全球市場5G啟動觸發了對各種元件和設備需求。依據現已完全定義的核心5G網路標準(3GPP release 15),5G供應商生態系統可以放心開發支援5G服務所需元件、系統和子系統。


Qorvo專門從事5G基礎設施所需RF IC、電晶體、RF前端模組、接收和發射模組以及低雜訊放大器等專業RF元件設計和製造。Qorvo的QPF4001 GaN MMIC等產品能夠解決在5G mmWave頻率下進行設計之諸多挑戰。


結論

5G服務已經啟動,全球各地運營商正在執行一系列市場進入策略。 5G服務距離真正帶來經濟利益尚需幾年時間,並且也取決於5G網路全面部署,其中需要大量投資。在樂觀看到這一長期前景同時,運營商也必須平衡未來投資與短期現金流之間關係。5G FWA被公認為是5G「助推泵(pump primer)」服務,能夠透過低成本、易於安裝設備提供光纖級性能。


伴隨5G部署加速,5G設備開發人員需要仰仗一個全面生態系統來實現快速市場進入,而能夠提供高階技術的經銷商(例如Mouser Electronics)在該生態系統中扮演至關重要角色。


(本文作者Mark Patrick任職於貿澤電子)


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