六. 4G LTE與5G網路架構差異

 1. 4G LTE網路架構

   

圖1. 4G LTE Network Architecture

(Source: “Energy Efficiency in Heterogeneous Wireless Access Networks” Shobanraj Navaratnarajah, Arsalan Saeed, Mehrdad Dianati and Muhammad Ali Imran Centre for Communication Systems Research (CCSR) University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, UK. )

 

        4G LTE採用700MHz、900MHz、1.8GHz、1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等較低頻頻段，若不考慮建築物遮蔽或是頻段重複使用的問題，使用頻段越低，涵蓋範圍越大，最遠可達幾十公里的範圍。且4G LTE採用全向性天線，信號由基地台往四面八方無方向性傳送與接收。因此4G LTE網路的架設，基地台在中心，涵蓋整個幾十公里的大型蜂巢(Macro-Cell)範圍。在蜂巢與蜂巢之間的蜂巢邊緣(Cell Edge)或如地下室等收訊較差的死角，再由小型蜂巢(Small Cell)的小基站來涵蓋。為了有較高的頻段重複使用性以提升頻譜使用效率與傳輸容量，在實現上會將覆蓋範圍區塊化(Sectorization)，一般分成3個區塊，每個區塊覆蓋120度的扇形範圍。

        對於網通廠商來說，4G LTE小型蜂巢(Small Cell)相關小基站的產品並不算成功，普及度不夠，出貨量並不大。主要原因是因為全球網路運營商才剛在2018年完成4G LTE網路涵蓋基地台的布建，許多網路運營商甚至還沒有回收4G LTE基地台建置的投資，5G時代卻已緊接著來臨，更談不上小型蜂巢基站的建置了。也因此網路運營商對於5G時代的來臨是又愛又怕，欲拒還迎的。

        傳統4G LTE網路定義了很多各自執行不同功能的硬體與介面，網路架構複雜、彈性較低，且經過不同功能硬體與介面，都需要做不同功能資料的處理與格式的轉換，造成傳輸延遲較長。此外，許多資料的存取，都需要透過這些硬體與介面跟局端-演進封包核心(Evolved Packet Core, EPC)來來回回傳輸，因此傳輸延遲會多達40ms。而且在這樣的架構下，受限於既有功能硬體與介面，想要進一步縮短傳輸延遲，並沒有太多空間。

(a)

(b)

圖2. 4G LTE Network Architecture- Hardware and Interface

(Source: www.ciena.com)

   2. 5G網路架構

         5G為達到超低時延的性能，透過網路功能虛擬化(NFV)將網路功能軟體化，使得所有網路功能可以在一般性泛用型伺服平台(GPP)上實現與執行。這樣的架構與實現方法，不僅大幅降低了網路架構的複雜度，也因為所有網路功能都是在當地(local)就近的雲中計算，減少了許多原本由硬體實現的功能硬體，也減少了許多不同功能硬體的處理與介面的轉換、傳輸的延遲，因此網路架構上簡單很多，對於建置成本來說也大幅降低很多，純軟體的架構，彈性也大很多，要改變或增減功能只須改軟體或改變設定即可，如圖3(a)所示。

(a)(Source: www.ciena.com)

(b)

圖3. 5G網路架構

   

          未來5G的網路架構，會同時包含由較低頻段的4G LTE或6GHz以下的5G所構成的大型蜂巢(Macro-cell)，與5G毫米波小蜂巢(Small Cell)所構成，如圖3(b)所示，大型蜂巢(Macro-cell)負責提供大面積覆蓋的解決方案，5G毫米波小蜂巢(Small Cell)則主要布在許多熱點或死角的地方，提供大頻寬與大容量的解決方案，同時兼顧覆蓋與提供大頻寬的需求。。