5G將至

文/王雲輝，作者微信公眾號：科技雜談（keji_zatan）

5G的到來，或許將比所有人的預想，都來得更早一些。

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5G到底是什麼？

在很多人看來，就像1G、2G、3G、4G一樣，5G這個"下一代移動通信技術"，無非是讓大家的手機速度快一些。

但事實遠非如此。

自1980年代以來，從模擬語音，到數字語音，從移動寬頻到移動互聯網，移動通信一直以大約每10年一輪的速度，不斷改變整個世界。

而預計將自2020年開始商用的5G，它的顛覆將比過去任何一代的通信系統，都還要大得多。

這是因為，5G是一個統一連接架構、統一設計的，面向未來創新的連接平台，它將通過全新技術，融合了不同的頻譜類型和頻段、多樣化服務及部署。

簡單來理解，就是連接一切。

如果說，在過去30年里，移動通信對世界的改變，是通過電話和手機，連接人與人，那在未來的30年，移動通信就將連接萬物。

而這，也同樣正是5G的發展方向。

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在不同的場景下，網路的連接有不同的性能需求。

因此，除了手機之外，業界為5G劃分出了三個主要的服務領域：增強型移動寬頻、關鍵業務型服務和海量物聯網。

（1）增強移動寬頻，比如下面這些：

過去，這些業務大多只能通過固定寬頻網路才能實現，未來5G將讓它們移動起來。它們的特點是，需要儘可能大的帶寬，實現極致的流量吞吐，並儘可能降低時延。

目前，即使是最先進的LTE數據機，最快速率也只能達到千兆比特/秒，但往往一個小區的用戶，就已經有千兆級的帶寬消耗，而且，更多大流量的業務，未來還將不斷發展，所以，提升帶寬容量，是未來移動網路發展的必然趨勢。

以超高清視頻為例，即使經過壓縮之後，每一路8K視頻的帶寬速率，都將超過100M/秒，如果一個小區有5到10個，甚至是100個用戶，現有的4G網路只能崩潰堵塞。

（2）關鍵業務型服務，比如下面這些：

這些業務對差錯的容忍度非常小，需要通信網路非常穩定；同時，它們對網路時延也有更高的要求。

根據第三方網路測試機構Open Signal的數據，目前，不同網路的端到端時延，基本上都在100毫秒的量級。

過去，這個時延並不太影響我們的體驗。因為當網路更多是服務於人，而人對時延的反應並不強。但未來，當5G網路連接萬物，就需要更低的時延。

一個典型的例子是自動駕駛汽車，過去的自動駕駛，更多是通過汽車自身的感測器，感知周圍信息並做出判斷，但這些感測器卻都有自身的極限和限制。不久前，美國一輛特斯拉汽車與拖車相撞的事故，正是這樣的一個慘痛案例。

目前，高通等廠商在推動的未來無人駕駛技術，既有汽車自身的信息採集，也有汽車與汽車，乃至汽車與雲端網路的實時通信交流，從而對汽車的無人駕駛進行計算、判斷和實時調整，從而更加安全。

但在交通事故中，1秒鐘就可能決定生死。以現有的網路，無法確保信息的及時傳輸。只有當時延進一步降低，甚至降到1毫秒以下，這種無人駕駛技術才能真正成熟，而5G網路則有望帶來這樣的低時延。

（3）海量物聯網，比如下面這些：

與以手機為節點的移動互聯網不同，物聯網對網路的需求有巨大差異。

過去，移動網路對同時連網的終端數量，都有較大的限制。而在物聯網環境下，同時會有更多的感測器和智能設備連網，但這些設備的功能大多非常單一，連網的頻率和流量需求，也遠遠小於手機上網。

一個典型的例子是，工業物聯網和智慧城市領域中，有大量的公共設施計量需求，比如水表、電錶和公共環境信息監測等，都通過各種感測器採集環境信息數據。

因為測量的特殊性，這些感測器往往成本很低，可能一周甚至一個月才連1次網，部署以後多年都不需要替換，甚至需要部署在地下或相對封閉的室內環境中，無線信號很容易衰落，這要求物聯網的連接非常節能，而且有非常深度的覆蓋。

所以，在海量物聯網方面，5G也支持更多的物聯網設備，以更低的功耗接入網路，甚至可以實現100萬個終端同時連網，而聯網終端的電池續航，也可以長達5至10年。

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綜上所述，在性能方面，5G將實現更大的帶寬，更低的時延，以及更多的網路連接。

要同時實現這些突破，5G將成為一個超級複雜的通信系統，對連接技術有著極高的要求。

在此之前，LTE已經在兼容Wi-Fi、2/3G技術同時，同時支持了超過50個頻段、約200個載波聚合組合，乃至超過2000種數據機特性等。

而未來的5G網路，將需要支持更多樣的場景，更廣泛的應用，更多的頻段和更先進的技術。比如，5G將同時使用更多的頻段，以全面滿足增強型移動寬頻、關鍵業務型服務和海量物聯網的需求。

其中，1GHz以下的頻率，擁有更遠覆蓋距離，面向海量物聯網；1GHz至6GHz的頻率，支持更大的帶寬，面向增強型移動寬頻和關鍵業務型服務；6GHz以上的頻率如毫米波，可以實現極致帶寬，面向更短程的極致移動寬頻。

這帶來的頻率資源提升有多少？看下面這張圖這知道了：

這麼多不同的技術、不同的部署方式，不同的技術模式，最終都要在同一張網路中、在統一的設計架構中全部實現。

這就是5G。

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值得注意的是，5G與現有通信技術並非簡單的替代關係。

嚴格意義上來講，它是LTE演進技術與5G新空口（NR）標準的融合體。

從技術演進上，業界公認的是LTE會跟5G齊頭並進，即它會按照自有的模式繼續向前發展。在這點上，Qualcomm高級研發總監及中國研發中心負責人侯紀磊博士就曾表示，在5G初期組網及將來整個網路向5G平滑過渡的階段，即5G初期產品形態上，5G和4G應該是一種雙連接的模式。該模式的好處在於，在5G初期由於很多4G系統的覆蓋已經很完備，因此4G可以做為基礎層，而5G則作為系統的增強層，可以保證用戶的體驗有更好的提升。但當將來5G覆蓋做得足夠好的時候，5G就會作為獨立組網得到更好的發展。

事實上，中興通訊此前提出的Pre 5G概念，正是將大規模MIMO等5G階段的關鍵性技術，在LTE中提前商用，這樣，運營商就能提前實現更好的用戶體驗，並在2018年5G新空口敲定後，更快地實現網路平滑升級。

另有一個例子就是高通今年年初發布的基帶產品X16 LTE數據機，不但支持最多四個下行載波聚合、兩個上行載波聚合，以及從2G到4G的3GPP協議下所有授權頻譜，更已達到1Gbps的驚人下載速度，成為全世界首款千兆級別LTE晶元組。

業界普遍認為，驍龍X16"像光纖一樣"的速度，不僅模糊了有線和無線寬頻的界限，更代表了邁向5G的重要一步。

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當前，5G無論空口，關鍵技術，還是商業進程，都已經不斷提速。

比如毫米波技術。

毫米波不但能帶來足以支持數千兆比特每秒（Gbps）數據傳輸速率的帶寬，還可提供利用極密的空間復用度以增加容量的機會，但因為傳輸損耗較高，只要受到建築、人、植物，甚至是雨滴阻擋，就可能影響數據傳輸，所以應用一直受到限制。

而現在，高通不但已經實現支持32天線陣的60GHz毫米波晶元組商用，而且已經率先在今年的MWC上展示了28GHz毫米波技術的移動化演示。這意味著，即使設備移動，在某一個方向被租擋，甚至射頻信道條件發生變化，毫米波通信依然能夠確保暢通。

而5G空口也有進展。

比如，就在今年7月的上海通信展上，高通和中移動在業內首次共同公開演示了在6GHz以下頻段運行的5G NR原型機，不僅可以實現數千兆比特的速度，而且重新定義了幀架構，將上下行信號放在了同一個幀中，實現非常低的毫秒級延時。

而在實驗網與商用部署上，運營商的路線圖也已經逐漸明晰。

以中國運營商為例，中國移動的大規模天線3D-MIMO計劃也已經展開小規模試驗，有望於今年年底具備商用能力。在2016年底到2017年底，中國移動將與廠商共同展開各種5G系統概念驗證，主要目的是對5G產品架構進行驗證，對產業瓶頸進行突破。

而中國聯通則已明確面向5G的4G演進方向的關鍵技術，並制定5G發展行程表。在今年年底，中國聯通計劃完成5G端到端網路架構關鍵技術布局，並建設5G Open Lab來滿足5G業務演示和單點技術性能驗證。到明年，要基於5G Open Lab完成5G實驗室環境建設，完成5G無線、網路、傳輸及安全各關鍵技術研究。2018年，中國聯通計劃在實驗室完成5G關鍵技術驗證，並完成聯通5G建設方案。2019年，計劃能夠完成5G外場組網驗證。2020年，完成聯通5G網路商用目標。

中國電信也根據自身的轉型戰略，制定了高低頻段協同的5G發展策略，以中低頻為基礎，高頻為補充，同步開展研究驗證，合力促進5G落地應用，並依據低頻和高頻兩個頻段，分別提出從2016-2018，2018-2020，能讓2020-2025的三個階段發展計劃。

多家市場機構預測，根據工信部部署，以及目前三大運營商積極布局5G的狀況看，三大運營商有可能在2018年就展開5G網路建設。

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