頻譜共享成5G時代蜂窩與Wi-Fi網路發展的關鍵

隨著5G網路在全球範圍內的逐步推出，消費者們也開始接觸到以往聞所未聞的一個辭彙——頻譜。這一概念對於下一代無線設備而言至關重要。無線頻譜雖然肉眼不可見，但大家可以將其視為一條包含多條狹窄車道的高速公路，能夠確保車輛在各個目的地之間安全地並行行駛。從19世紀末到20世紀初，最早的無線電信號能夠由用戶隨意操作和設定；但對於隨後出現的無線設備，包括電視、雷達、衛星以及手機等，政府要求將無線頻率（即頻譜）根據目的進行劃分，從而建立起這條包含多條數據「車道」的隱形數據高速公路。

換一個比喻。我們還可以將無線頻譜想像成一片湖泊，其中的船隻則代表著不同的數據類型。如果湖上只有幾艘小小的帆船漂浮，那麼即使不制定任何航行規則，這些船隻之間也不太可能發生碰撞。然而，一旦摩托艇、汽船以及遊艇不斷湧現，我們就必須得制定規則以防止碰撞事故的發生。最終，湖泊當中可能擠滿船隻，因此需要建立明確的通道以保證各條船隻的順利行進。

無線通信世界當中的情況也正是如此。大家可以想像一下，摩托艇需要強制運行在三條筆直但又狹窄的「僅限汽船」通道上；在它旁邊，則是以物理方式劃分的「僅限摩托艇」與「僅限遊艇」通道，各條通道之間無法彼此穿越。換言之，即使您的汽船擁有極為強大的引擎，它也需要及時減速以避免與其它船隻或者通道邊緣發生碰撞，同時也得考慮不可產生影響相鄰船隻的尾流（干擾）。

隨著我們快速迎來5G時代，工程師們也開始為5G設備尋找新的可用通道，並通過共享方式改善已經建立的無線通道。如果部分或者全部船隻都能夠相互流通，那麼原本「僅限汽船」的通道能夠變得更寬，從而在同一共享空間之內容納兩到三種不同類型的船隻。通過這種方式，每一種船隻都不再受限於自己的通道、不受所謂碰撞邊緣的影響，且整體運行速度也遠超明確劃分的原有形式。大家甚至能夠憑藉著更為寬闊的通道讓我們的湖泊運行起體積更龐大的新型船舶。

這實際上正是頻譜共享機制背後的核心概念。如果把4G看成是一艘汽船，那麼5G則像一種氣墊船，它能夠從更寬的通道當中受益。然而，氣墊船不能單純只是在湖面上擠來擠去，它還需要找到共享水面空間的方法。

對此，移動通信運營商與監管機構投入了大約兩年時間劃撥出5G專用頻譜——相當於許可權氣墊船通行的通道。為了實現這一目標，他們著手利用以往蜂窩設備從未用過的「毫米波」頻譜，使得運營商能夠獲取僅適用於5G的超寬通道。遺憾的是，這類通道構建成本高昂——甚至可以說是過於高昂，並帶來了其它一系列難以快速克服的挑戰。工程師們預測到了這些問題，並逐步開發出讓5G信號共享舊有非5G頻譜的方法。

其中一種解決方案被稱為動態頻譜共享（簡稱DSS），其允許5G信號共享4G通道。DSS使得運營商能夠有效根據未來的氣墊船規劃現有通道而無需淘汰汽船，或者說將現有的4G通道轉變為兩條更狹窄的獨立4G與5G專用通道。這種通道能夠同時接納4G與5G流量，並且隨著4G用量的逐漸降低，其能夠以很高甚至完全動態化的方式轉化為5G通道。

一部分運營商及設備將支持這種5G技術，也就是所謂雙連接，簡稱EN-DC。今年3月，SK電訊利用三星公司的Galaxy S10 5G建立起一條巨大的4G與5G共用數據通道，這意味著速率為1.5 Gbps的5G通道帶寬將與1.15 Gbps的4G通道合併，提供2.65 Gbps的總傳輸速率。大家可以將其想像成一條讓氣墊船與汽船同時航行的雙通道設計，它也成功讓S10 5G的最高性能實現了倍增。

此外，5G還擁有另一種重要的共享可能性：Wi-Fi路由器使用的無線通道。以往，政府已經專門為Wi-Fi通信預留了頻譜資源，而5G設備則能夠在上線之後共享這部分資源。在這套方案當中，最關鍵的挑戰在於如何安排Wi-Fi與5G設備對頻譜資源的利用方式，從而確保不僅船隻之間不致於發生碰撞，同時使其各自以最理想的速度水平保持運行。

蜂窩設備製造商與運營商顯然希望5G產品能夠更好地利用現有Wi-Fi頻譜，以及政府正在為其它「未許可」（面向多用戶開放）目的所發布的未來相鄰頻譜。這一過程相當緩慢且需要持續推進，但確實在技術與監管方面都取得了一定進展。考慮到5G可能很快就將分擔一部分原本需要由Wi-Fi及有線網路承載的互聯網流量，這也使得蜂窩連接的重要意義達到史無前例的新高度。

在最近的博客文章當中，高能公司指出其5G NR-U（一種能夠讓5G信號在未許可頻譜上工作的技術）目前可以通過手動方式搜尋其它「船隻」，並僅在通道空閑時傳輸以共享Wi-Fi頻譜資源。這套系統相當於「在說話之前，先探聽一番」。雖然這比完全不共享頻譜資源要好一些，但整個過程會減慢5G的速度並迫使其讓步於Wi-Fi傳輸請求。我們的目標在於發展出下一代5G與Wi-Fi標準，以確保其信號能夠彼此同步並更好地協同工作。即使我們在Wi-Fi 6路由器與設備中無法實現這一點，其仍有可能被納入Wi-Fi標準的議程當中。

無線通信部門將在未來的十年當中發生巨大的變化，因為接下來以無線形式傳輸的數據量必將持續增加——正如之前幾代通信標準陸續實現的無線電、電視、衛星、蜂窩以及Wi-Fi信號一樣。即使我們無法直接觀察到無線信號，但仍可以確定隨著時間的推移，5G設備將與4G以及Wi-Fi設備共享頻譜，並以直觀的方式徹底改變我們工作、娛樂以及出行的方式。隨著共享的能力的改善，這種種活動的速度都將得到顯著提升，並為每一個人帶來實實在在的體驗改善。

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