放牧猫:利用LTE，为5G做准备

你好。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应用于当前的应用，并为未来的5G做好准备。

我需要连接。还记得2G时代吗?只有单一的蜂窝连接选项，覆盖全球的四个波段。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蜂窝技术迁移到4G，然后再迁移到5G。蜂窝带的数量正在爆炸式增长。从覆盖全球的四个乐队到超过70个乐队，而且还在增加。从每天传输几个字节到千兆字节的优化技术，到超越宽带连接的LTE速度。感觉就像放牧猫。 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技术已经有30年历史了。3G已经有20年历史了。4G已经存在，并将在未来几年向5G发展。5G提供了新的用例，并进一步使蜂窝领域多样化。从设备数量的显著增加，到电池供电的10年电池寿命的设备，到大功率多无线电设备，从优化到每天传输几个字节的技术，到超过宽带连接的千兆LTE速度，到延迟低至一毫秒的实时工业控制基础设施延迟，到用于额外覆盖和安装的多秒延迟。所以5G确实令人兴奋，但让我们先谈谈2G和3G技术的日落。

在许多情况下，从2G和3G迁移是由于希望重新利用频谱以实现更高效的LTE数据流量。运营商运营LTE网络比运营2G或3G网络更具成本效益。在关闭网络之前，运营商可以区域性地重新使用频谱或调整无线电接入网络。在这种情况下，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。这是美国2G和3G日落的例子。日落已经发生或即将到来。现在从2G和3G过渡到4G LTE。在欧洲，预计2G网络的寿命将超过3G网络，直到2025年。然而，运营商可能会提供激励措施，让他们更快地迁移。在亚洲，2G和3G时代的夕阳已经或即将来临。例如，在中国、新加坡、澳大利亚，这些都已经发生了。澳大利亚电信在2016年关闭了他们的2G网络，然后3G预计将在2020年关闭。

现在，考虑到这些，让我们探索如何向前发展，以及如何选择正确的技术。因此，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，我的申请是什么?了解你现在的位置和未来五年的目标，并了解未来五年技术如何帮助你解决业务问题。问问自己，我的带宽数据计划、延迟和可用性需求是什么?我的数据传输是突发的还是稳定的?我需要每天传输几个字节还是几个gb ?我需要的日期是实时的，还是几秒，几分钟，甚至几小时?我需要在校园、城市、全国还是全球范围内连接?

你要问自己的下一个问题是，你的环境、电力和连接需求是什么?您的应用程序是在ac控制的环境中还是在阿拉斯加或亚利桑那州的室外?你用的是交流电还是太阳能电池?你需要一直保持联系吗?停机是否意味着收入损失或罚款?

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

带着这些问题，让我们看看要过渡到什么。今天，我们真的处在一个岔路口。如果我们转向左边，我们可以利用千兆LTE高速应用。如果我们向右转，就可以利用为物联网应用优化的4G LTE。

让我们转到下一张幻灯片。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的理论速度可达每秒100至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，这太过分了。

下一个选项是一级网速，网速可达10mb，网速可达5mb。它非常适合许多需要电源的物联网应用。例如，数字标牌、零售亭、自动柜员机、工业控制器或安全摄像头。CAT1定义于2008年。与CAT3和CAT4一样，它在LTE可用的地方全球可用。所以一般来说，CAT3, CAT4和CAT1是无处不在的。

下一个类别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定义于2016年，目前尚未在全球范围内使用。主要是在LTE应用较早的市场上。例如，北美、拉丁美洲和亚洲部分地区。NB-IoT，也被称为窄带物联网，非常适合电池供电设备，如传感器。和LTE-M一样，它是在2016年定义的，而且还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。与其他三种选择相比，NB-IoT的一个不同之处在于，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，但你将无法使用NB-IoT从一个塔漫游到另一个塔，但你可以断开一个塔，连接到下一个塔。

综上所述，物联网4G LTE有多种选择。每种技术都有其优点和缺点。更复杂的是，Carousel还考虑推出LTE-M或NB-IoT作为二级网络。

现在，让我们转向左边，看看千兆LTE和4G向5G的演进。第三代合作伙伴计划(3GPP)是电信标准协会团体之间的合作。3GPP定义了构建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。通常情况下，3GPP每三年发布一次标准的主要更新，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，让我们更详细地看看千兆LTE的组成部分。为了实现千兆级LTE速度，我们需要四个关键因素:更多的射频通道、更高阶调制、更多天线和更多频谱。让我们详细看看每种成分。第一个要素是更多的射频信道，也称为载波聚合。可以将其视为多条高速公路，用于传输更多数据。载波聚合结合了来自同一移动网络运营商的多个蜂窝频段的带宽。这为突发使用提供了更高的峰值数据速率、更好的频谱效率和更大的容量。值得注意的是，许多移动网络运营商并没有每个频段20兆赫的可用许可频谱。

下一个成分是高阶调制。您有时也会听到它被称为256 QAM。QAM即正交振幅调制，广泛应用于数字数据无线电通信。高阶调制每个符号使用更多的比特来提高频谱效率。这将导致更短的传输、更高的速度和更高的网络容量。这意味着您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采用多根天线并行传输和接收数据。把它想象成一条多车道高速公路，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根天线。千兆LTE设备需要四根天线才能达到更高的速度。对于许多设备来说，这意味着从直接连接到有线天线。

第四个也是最后一个因素是频谱。这是许可证频谱，历史上，专门用于LTE通信，以及共享和未许可的频谱。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3.5千兆赫频带以及未授权的频谱中，这是一个共享使用的频谱。例如，在2.4千兆赫和5千兆赫频段，今天主要用于WiFi和其他短程通信技术。

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。只有极少数运营商拥有足够的许可频谱，可以仅提供许可频谱的千兆LTE。例如，AT&T今天推出了三种4x4 MIMO运营商聚合，提供约30兆赫的许可带宽，这是千兆LTE所需带宽的一半。即使有五个载波聚合，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，也就是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。

总之，4G LTE Advance Pro，也被称为千兆LTE，今天就在这里，为5G铺平了道路。要实现这一点，我们需要四个关键因素。我们需要更多的射频信道或载波聚合，我们需要更高阶的调制，我们需要更多的天线，也被称为MIMO，我们需要更多的非授权和授权频段的频谱。值得注意的一点是，你不会马上看到千兆级LTE速度。在良好的条件下，仅在许可的LTE网络上，速度就有望超过每秒100兆。在没有许可的频谱可用的地方，以及运营商基础设施可用的地方，您可以期待更高的速度。

现在，让我们展望未来，更多地谈谈5G。当我们谈论5G的演变时，我们必须看到两条不同的轨道。正如我们今天所知道的，4G LTE最终将演变为5G LTE。5G新无线电或5GNR将定义新的无线电接口和新频谱，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巨额投资。T-Mobile首席执行官John Legere估计，在美国建立一个全国性的5GNR网络将花费每家运营商1.5万亿美元。因此，这是一项巨大的投资和大规模部署，不可能一蹴而就。

现在，考虑到这一点，让我们看看用例方面的演变。还记得我们从2G和3G到4G的岔路口吗?5G继续朝着更高的速度和更多的设备发展，但也为实时应用程序增加了另一个维度，即超可靠、低延迟的通信。右边的图片按带宽和延迟顺序用例。今天，我们主要在第三象限，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。把它想象成你家里的一个卫星天线来接收高速互联网。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中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、低延迟通信将使行业能够控制5G网络。令人兴奋，不是吗? Well, the future is bright but not without challenges.

让我们看看5GNR将使用的频谱背景下的挑战。低于6千兆赫或Sub-6，墙壁/建筑物的渗透率类似于今天的4G LTE和WiFi。无线电和网络接入也很相似。然而，在5GNR，也被称为毫米波，这是非常不同的。所以我们谈论的是24ghz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或高或低安装，垂直辐射。所以把这些想象成安装在高层建筑上的淋浴天线或向下辐射的照明轮或像洒水车一样，安装在井盖上的天线向上辐射。此外，在设备端，今天的天线连接着射频电缆，连接到集成无线电。有了5GNR，你就可以把无线电和天线集成在一起，在设备和天线之间有电线或光纤。 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，并开始网络测试。第一代芯片组将上市，第一次非独立试验将开始。非独立意味着有4G LTE连接，然后还有并行的5GNR连接。2019年，3GPP将完成第16版，并开始网络推广。我们预计在今年年初会看到基于第一代芯片组的设备，如移动热点或固定无线设备，然后在年底出现第二代芯片组。2020年，网络将继续铺开，我们预计城市环境和基于第二代芯片组的设备(如手机)将达到临界量。我们还预计在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年及以后，移动网络运营商将继续扩建，我们现在的预测是，到2025年我们将看到全国范围内的5G。同样在2021年，我们预计将看到第一批5GNR商用路由器上市。

总之，5GNR提供了许多挑战和机遇。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领域的机会，特别是在超可靠、低延迟和固定无线方面。当心运营商在2018年推出5G，阅读细则。我们预计将在2019年、2020年看到第一个商业网络，并在2025年之前在全国范围内进行更广泛的部署和建设。记住，4G演进到5G。在接下来的几年里，预计将会有显著的速度和延迟改进。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。因此，这意味着您的应用程序需要更接近边缘，也称为边缘计算。

我希望你们记住这些关键的要点。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，关机即将到来。不要太早考虑5GNR，等到尘埃落定。利用今天的4G LTE技术，从低速、低功耗、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。

我关于如何在今天的应用中利用LTE并为5G做好准备的演讲到此结束。我希望这次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，祝你们今天愉快。