Gatos en manada:批准LTE通过preparándose para el 5G

嗨。我叫哈拉尔德·雷默特。我是Digi International的工程总监，负责蜂窝和网络产品的研发。Digi International是全球领先的关键任务、机器对机器和物联网连接产品和服务提供商。在今天的网络研讨会中，我们将探讨如何将LTE用于当前的应用，并为未来的5G做好准备。

我需要连接。还记得2G时代吗?只有一个蜂窝连接选项，四个频段覆盖全球。生活很简单。山姆·艾略特负责。快进到今天，世界正在从2G和3G蜂窝技术向4G和5G过渡。手机频段的数量正在爆炸式增长。从覆盖全球的4个波段到70多个波段，而且还在增加。从优化到每天传输几个字节到千兆字节的技术，到LTE速度超过宽带连接。感觉就像放养猫。 And Sam Elliott is nowhere to be found. So it really changed from I need connectivity to what connectivity do I need.

如今，蜂窝网络支持2G、3G和4G设备。2G是一个有30年历史的技术。3G已经有20年历史了。4G将继续存在，并将在未来几年发展到5G。5G提供了新的用例，并进一步使蜂窝格局多样化。从设备数量的显著增加，到电池寿命长达10年的电池供电设备，再到高功率多无线电设备，从优化技术到每天传输几个字节，再到超过宽带连接的千兆LTE速度，再到延迟低至1毫秒的实时工业控制基础设施延迟，再到多秒的额外覆盖延迟，等等。所以5G确实令人兴奋，但让我们先谈谈2G和3G技术的衰落。

在许多情况下，从2G和3G迁移是由重新利用频谱以获得更高效的LTE数据流量的愿望驱动的。对于运营商来说，运营LTE网络比运营2G或3G网络更划算。在关闭网络之前，运营商可以对频谱进行区域性重新利用或对无线接入网进行调优。在这些情况下，您的2G或3G设备可能会失去连接。

时间表因国家或地区而异。这里有一个美国2G和3G夕阳的例子，夕阳已经发生或即将发生。现在从2G和3G过渡到4G LTE。在欧洲，预计到2025年，2G网络的寿命将超过3G。然而，运营商可能会提供激励措施，促使用户尽早迁移。在亚洲，2G和3G的衰落已经或即将发生。例如，在中国、新加坡、澳大利亚，这些已经发生了。澳大利亚电信在2016年关闭了2G网络，预计2020年将关闭3G网络。

现在，考虑到这些，让我们来探讨一下我们如何向前发展，以及如何选择正确的技术。所以，为了选择正确的技术，你必须问自己以下四个问题。第一个关键问题是，我的应用是什么?知道你现在所处的位置，以及你在未来五年内想要达到的目标，并了解技术如何帮助你在未来五年内解决业务问题。问问自己，我的带宽数据计划、延迟和可用性需求是什么?我的数据传输是突然的还是稳定的?我需要每天传输几个字节还是几个gb ?我需要实时的日期，还是几秒，几分钟，甚至几小时的日期?我需要校园、城市、全国还是世界范围内的网络连接吗?

你要问自己的下一个问题是，你的环境、能源和连接需求是什么?您的应用程序是在交流控制的环境中还是在阿拉斯加或亚利桑那州的室外?你有交流电源还是需要依靠太阳能电池?你需要随时保持联系吗?停机是否意味着收入损失或处罚?

你应该问自己的最后一个问题是，我应该等待5G吗?你是想投资像5G这样的前沿技术，还是更愿意使用像4G这样的成熟前沿技术?前沿技术能让你的产品或服务变得更好吗?记住，4G正在向5G演进，所以要避免技术陷阱。

带着这些问题，让我们看看应该向什么过渡。今天，我们真的到了一个岔路口。如果我们向左转，我们可以利用千兆LTE来实现高速应用。如果我们向右转，我们可以利用为物联网应用优化的4G LTE。

让我们右转到下一张幻灯片。让我们更深入地了解物联网设备的4G LTE技术选项。第一种选择是CAT3和CAT4。CAT3或CAT4的理论速度高达每秒100到150兆字节，非常适合连接多个设备的物联网路由器。对于大多数单设备物联网应用来说，这是多余的。

下一个选项是第一类，速度可达下行10mb，上行5mb。它非常适合许多需要主电源的物联网应用。例如，数字标牌、零售亭、自动取款机、工业控制器或安全摄像头。CAT1定义于2008年。与CAT3和CAT4一样，它可以在LTE可用的全球范围内使用。所以总的来说，CAT3, CAT4和CAT1是普遍存在的。

下一个类别是CAT-M，也称为LTE-M，非常适合传统的2G物联网应用以及电池供电的物联网传感器。CAT-M于2016年被定义，目前尚未在全球范围内使用。主要是在LTE采用较早的市场。例如，北美、拉丁美洲和亚洲部分地区。NB-IoT，也称为窄带物联网，非常适合传感器等电池供电设备。与LTE-M一样，它是在2016年定义的，也没有在全球范围内使用。它在LTE采用较晚的市场占据主导地位。例如，欧洲。与其他三种选项相比，NB-IoT的一个区别是NB-IoT不支持真正的移动性。所以这并不意味着你的设备不能移动，但你不能用NB-IoT从一个塔漫游到另一个塔，但你可以从一个塔断开连接到下一个塔。

综上所述，物联网的4G LTE有多种选择。每种技术都有其优点和缺点。为了使事情变得更复杂，Carousel还考虑推出LTE-M或NB-IoT作为辅助网络。

现在，让我们来看看千兆LTE和4G向5G的演变。第三代合作伙伴计划或3GPP是电信标准协会之间的合作。3GPP定义了建立LTE等蜂窝网络基础的标准。LTE代表长期演进。自2008年首次发布以来，LTE一直在发展，并且每年都在继续向5G发展。通常，3GPP每三年发布一次主要的标准更新，然后再发布一个小版本。为了区分主要的LTE版本，3GPP引入了LTE Advanced和LTE Advanced Pro等营销名称。第13版是千兆LTE的一个重要里程碑。将于今年晚些时候发布的第15版将是第一个定义5G的标准。

现在，让我们更详细地了解千兆LTE的组成部分。为了实现千兆LTE速度，我们需要四个关键要素:更多的射频信道、更高阶调制、更多的天线和更多的频谱。让我们来详细看看每种成分。第一个要素是更多的射频信道，也称为载波聚合。可以把它想象成传输更多数据的多条高速公路。载波聚合将来自同一移动网络运营商的多个蜂窝频段的带宽进行组合。这提供了更高的峰值数据速率、更好的频谱效率和更多的突发使用容量。这一点值得注意，因为许多移动网络运营商没有每个频段20兆赫的许可频谱可用。

下一个要素是高阶调制。你有时也会听到它被称为256 QAM。QAM是正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation)的缩写，广泛应用于数字数据无线电通信中。高阶调制使用每个符号更多的比特来提高频谱效率。这样可以缩短传输时间，提高传输速度，提高网络容量。这意味着你可以在给定的时间点传输更多的数据。

第三个要素是MIMO，即多输入多输出。MIMO使用多个天线并行传输和接收数据。把它想象成一条多车道的高速公路，你可以让更多的车平行行驶。现在大多数蜂窝设备每个蜂窝调制解调器都有两个天线。千兆LTE设备将需要四个天线来实现更高的速度。对于许多设备来说，这意味着从直接连接到电缆天线。

第四个也是最后一个因素是更多的频谱。这是许可频谱，历史上一直专门用于LTE通信，以及共享和非许可频谱。为了获得更高速度所需的额外带宽，生态系统正在考虑共享频谱。例如，在2.3和3.5 ghz频段以及未经许可的频谱中，这是一种共享使用的频谱。例如，在2.4千兆赫兹和5千兆赫兹频段，这两个频段目前主要用于WiFi和其他短距离通信技术。

那么，为什么是未经许可的频谱呢?这里有一个鲜为人知的秘密。只有很少的运营商有足够的授权频谱来提供千兆LTE。例如，AT&T已经推出了3个4x4 MIMO载波聚合，提供大约30兆赫的许可带宽，这是千兆LTE所需带宽的一半。即使是五载波聚合，你也只能得到50兆赫，这是不够的。你可以在这张幻灯片上看到，如果你使用20兆赫的许可带宽加上许可辅助接入，所以一些未经许可的频谱，64%的运营商可以提供千兆LTE，然后如果你只使用10兆赫的许可频谱加上许可辅助接入或未经许可，那么超过90%的运营商的移动网络运营商今天将能够提供千兆LTE。

总而言之，4G LTE Advance Pro，也被称为千兆LTE，今天就在这里，正在为5G铺平道路。要实现这一目标，我们需要四个关键要素。我们需要更多的射频信道，或者载波聚合，我们需要更高阶的调制，我们需要更多的天线，也被称为MIMO，我们需要更多的频谱，无论是在未授权的频段还是已授权的频段。值得注意的一点是，你不会马上看到千兆LTE速度。在良好的条件下，仅授权LTE网络的速度就有望超过每秒100兆。在没有授权的频谱可用和运营商基础设施可用的地方，你可以期待更高的速度。

现在，让我们进一步展望未来，更多地讨论5G。当我们谈论5G演进时，我们必须看到两条不同的轨道。正如我们今天所知，4G LTE最终将演变成5G LTE。5G新无线电或5GNR将定义新的无线电接口和新的频谱，并补充4G LTE，并将实现新的用例。5GNR意味着移动网络运营商的大规模投资。T-Mobile的首席执行官约翰•莱格尔(John Legere)预计，在美国建立全国性的5GNR网络，每家运营商将花费1.5万亿美元。因此，这是一项巨大的投资和大规模部署，不会在一夜之间发生。

现在，记住这一点，让我们看看用例方面的演变。还记得我们从2G和3G过渡到4G的那个岔路口吗?5G继续朝着更高的速度和更多的设备发展，但也为实时应用增加了另一个维度，即超可靠、低延迟的通信。右图中按带宽和延迟排序的用例。今天，我们主要处于象限3，拥有2G、3G和4G LTE技术。象限1，提供高达两位数千兆比特的更高速度，并支持固定无线宽带接入和更高质量的视频流。把它想象成你家里接收高速互联网的卫星天线。在象限2中，较低的基础设施延迟与高带宽相结合，将使增强现实和虚拟现实、可以与周围环境实时交互的自动驾驶汽车以及云应用等新应用成为可能。象限4用于系统控制应用，这是一个非常令人兴奋的领域，因为5G的超可靠、低延迟通信将实现对5G网络的行业控制。很刺激，不是吗? Well, the future is bright but not without challenges.

让我们来看看5GNR将使用的频谱背景下的挑战。低于6千兆赫(Sub-6)，墙壁/建筑物的渗透率类似于今天的4G LTE和WiFi。无线电和网络的接入也很相似。然而，在5GNR上，或者也被称为毫米波，这是非常不同的。所以我们说的是24千兆赫以上的频谱，在这些频率上，几乎没有墙壁或建筑物的穿透，我们需要新的天线和设备的基础设施。所以，看看今天的天线，基础设施天线通常安装在水平辐射的塔上。使用5GNR，这些基础设施天线将安装在高处或低处，垂直辐射。所以把这些想象成安装在高楼上的淋浴天线或向下辐射的照明轮，或者像洒水装置，安装在井盖上的天线向上辐射。此外，在设备方面，今天的天线与射频电缆相连，连接到集成无线电。使用5GNR，你将把无线电和天线集成在一起，你将在设备和天线之间使用电线或光纤。 One thing to note is that different carriers focus on different applications and different spectrums. So for example, AT&T has publicly announced that they are focusing on mobile applications, whereas Verizon is, at the moment, focusing on fixed 5GNR applications.

你什么时候需要开始考虑5GNR?2018年，3GPP将完成第15版，并开始网络试验。第一代芯片组将上市，第一批非独立测试将开始。非独立意味着有一个4G LTE连接，然后还有一个5GNR连接并行。2019年，3GPP将完成第16版，并开始网络部署。我们预计，今年年初将出现基于第一代芯片组(如移动热点或固定无线设备)的设备，然后在年底出现第二代芯片组。到2020年，网络部署将继续进行，我们预计城市环境和基于第二代芯片组(如手机)的设备将达到临界点。我们还希望在2020年的时间框架内看到第一代5GNR调制解调器或模块。然后在2020年之后，也就是2021年之后，移动网络运营商将继续他们的建设，我们现在的预测是，到2025年，我们将在全国范围内看到5G。同样在2021年，我们预计将看到首批5GNR商用路由器面世。

总之，5GNR带来了许多挑战和机遇。我们在信号传播和基础设施成本方面看到了很多挑战，但我们也看到了新应用的机会，特别是在超可靠、低延迟和固定无线方面。小心运营商在2018年推出5G，阅读细则。我们预计将在2019年、2020年看到首批商用网络，到2025年在全国范围内进行更广泛的部署和建设。记住，4G会向5G演进。在接下来的几年中，预计速度和延迟将得到显著改善。但是，在这种情况下，您还需要考虑无线接入网络上的低延迟和端到端应用程序延迟。这意味着你的应用程序需要更接近边缘，也就是边缘计算。

我希望你们记住这些要点。首先，通过询问关键问题来确定应用程序的需求。不要落后于2G和3G技术，关闭即将到来。不要过早使用5GNR，要等到尘埃落定。利用今天的4G LTE技术，从低速、低功耗的物联网LTE到高速千兆LTE。Digi为您的关键任务应用提供合适的产品，我们随时为您提供帮助。

以上就是我关于如何在应用中利用LTE并为5G做好准备的演讲。我希望这个网络研讨会对你有用。如果你有任何问题，请联系我。欲了解更多信息，请访问我们的网站并在社交媒体上与我们联系。非常感谢大家，祝大家愉快。