代表下一代移动通信技术的5G,颠覆性比你想象的要多

摘要: 在很多人看来,就像1G、2G、3G、4G一样,5G这个"下一代移动通信技术",无非是让大家的手机速度快一些,但事实远非如此。

5G的到来,或许将比所有人的预想,都来得更早一些。

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5G到底是什么?

在很多人看来,就像1G、2G、3G、4G一样,5G这个"下一代移动通信技术",无非是让大家的手机速度快一些。

但事实远非如此。

自1980年代以来,从模拟语音,到数字语音,从移动宽带到移动互联网,移动通信一直以大约每10年一轮的速度,不断改变整个世界。

而预计将自2020年开始商用的5G,它的颠覆将比过去任何一代的通信系统,都还要大得多。

这是因为,5G是一个统一连接架构、统一设计的,面向未来创新的连接平台,它将通过全新技术,融合了不同的频谱类型和频段、多样化服务及部署。

简单来理解,就是连接一切。

如果说,在过去30年里,移动通信对世界的改变,是通过电话和手机,连接人与人,那在未来的30年,移动通信就将连接万物。

而这,也同样正是5G的发展方向。

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在不同的场景下,网络的连接有不同的性能需求。

因此,除了手机之外,业界为5G划分出了三个主要的服务领域:增强型移动宽带、关键业务型服务和海量物联网。

(1)增强移动宽带,比如下面这些:

过去,这些业务大多只能通过固定宽带网络才能实现,未来5G将让它们移动起来。它们的特点是,需要尽可能大的带宽,实现极致的流量吞吐,并尽可能降低时延。

目前,即使是最先进的LTE调制解调器,最快速率也只能达到千兆比特/秒,但往往一个小区的用户,就已经有千兆级的带宽消耗,而且,更多大流量的业务,未来还将不断发展,所以,提升带宽容量,是未来移动网络发展的必然趋势。

以超高清视频为例,即使经过压缩之后,每一路8K视频的带宽速率,都将超过100M/秒,如果一个小区有5到10个,甚至是100个用户,现有的4G网络只能崩溃堵塞。

(2)关键业务型服务,比如下面这些:

这些业务对差错的容忍度非常小,需要通信网络非常稳定;同时,它们对网络时延也有更高的要求。

根据第三方网络测试机构Open Signal的数据,目前,不同网络的端到端时延,基本上都在100毫秒的量级。

过去,这个时延并不太影响我们的体验。因为当网络更多是服务于人,而人对时延的反应并不强。但未来,当5G网络连接万物,就需要更低的时延。

一个典型的例子是自动驾驶汽车,过去的自动驾驶,更多是通过汽车自身的传感器,感知周围信息并做出判断,但这些传感器却都有自身的极限和限制。不久前,美国一辆特斯拉汽车与拖车相撞的事故,正是这样的一个惨痛案例。

目前,高通等厂商在推动的未来无人驾驶技术,既有汽车自身的信息采集,也有汽车与汽车,乃至汽车与云端网络的实时通信交流,从而对汽车的无人驾驶进行计算、判断和实时调整,从而更加安全。

但在交通事故中,1秒钟就可能决定生死。以现有的网络,无法确保信息的及时传输。只有当时延进一步降低,甚至降到1毫秒以下,这种无人驾驶技术才能真正成熟,而5G网络则有望带来这样的低时延。

(3)海量物联网,比如下面这些:

与以手机为节点的移动互联网不同,物联网对网络的需求有巨大差异。

过去,移动网络对同时连网的终端数量,都有较大的限制。而在物联网环境下,同时会有更多的传感器和智能设备连网,但这些设备的功能大多非常单一,连网的频率和流量需求,也远远小于手机上网。

一个典型的例子是,工业物联网和智慧城市领域中,有大量的公共设施计量需求,比如水表、电表和公共环境信息监测等,都通过各种传感器采集环境信息数据。

因为测量的特殊性,这些传感器往往成本很低,可能一周甚至一个月才连1次网,部署以后多年都不需要替换,甚至需要部署在地下或相对封闭的室内环境中,无线信号很容易衰落,这要求物联网的连接非常节能,而且有非常深度的覆盖。

所以,在海量物联网方面,5G也支持更多的物联网设备,以更低的功耗接入网络,甚至可以实现100万个终端同时连网,而联网终端的电池续航,也可以长达5至10年。

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综上所述,在性能方面,5G将实现更大的带宽,更低的时延,以及更多的网络连接。

要同时实现这些突破,5G将成为一个超级复杂的通信系统,对连接技术有着极高的要求。

在此之前,LTE已经在兼容Wi-Fi、2/3G技术同时,同时支持了超过50个频段、约200个载波聚合组合,乃至超过2000种调制解调器特性等。

而未来的5G网络,将需要支持更多样的场景,更广泛的应用,更多的频段和更先进的技术。比如,5G将同时使用更多的频段,以全面满足增强型移动宽带、关键业务型服务和海量物联网的需求。

其中,1GHz以下的频率,拥有更远覆盖距离,面向海量物联网;1GHz至6GHz的频率,支持更大的带宽,面向增强型移动宽带和关键业务型服务;6GHz以上的频率如毫米波,可以实现极致带宽,面向更短程的极致移动宽带。

这带来的频率资源提升有多少?看下面这张图这知道了:

这么多不同的技术、不同的部署方式,不同的技术模式,最终都要在同一张网络中、在统一的设计架构中全部实现。

这就是5G。

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值得注意的是,5G与现有通信技术并非简单的替代关系。

严格意义上来讲,它是LTE演进技术与5G新空口(NR)标准的融合体。

从技术演进上,业界公认的是LTE会跟5G齐头并进,即它会按照自有的模式继续向前发展。在这点上,Qualcomm高级研发总监及中国研发中心负责人侯纪磊博士就曾表示,在5G初期组网及将来整个网络向5G平滑过渡的阶段,即5G初期产品形态上,5G和4G应该是一种双连接的模式。

该模式的好处在于,在5G初期由于很多4G系统的覆盖已经很完备,因此4G可以做为基础层,而5G则作为系统的增强层,可以保证用户的体验有更好的提升。但当将来5G覆盖做得足够好的时候,5G就会作为独立组网得到更好的发展。

事实上,中兴通讯此前提出的Pre 5G概念,正是将大规模MIMO等5G阶段的关键性技术,在LTE中提前商用,这样,运营商就能提前实现更好的用户体验,并在2018年5G新空口敲定后,更快地实现网络平滑升级。

另有一个例子就是高通今年年初发布的基带产品X16 LTE调制解调器,不但支持最多四个下行载波聚合、两个上行载波聚合,以及从2G到4G的3GPP协议下所有授权频谱,更已达到1Gbps的惊人下载速度,成为全世界首款千兆级别LTE芯片组。

业界普遍认为,骁龙X16"像光纤一样"的速度,不仅模糊了有线和无线宽带的界限,更代表了迈向5G的重要一步。

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当前,5G无论空口,关键技术,还是商业进程,都已经不断提速。

比如毫米波技术。

毫米波不但能带来足以支持数千兆比特每秒(Gbps)数据传输速率的带宽,还可提供利用极密的空间复用度以增加容量的机会,但因为传输损耗较高,只要受到建筑、人、植物,甚至是雨滴阻挡,就可能影响数据传输,所以应用一直受到限制。

而现在,高通不但已经实现支持32天线阵的60GHz毫米波芯片组商用,而且已经率先在今年的MWC上展示了28GHz毫米波技术的移动化演示。这意味着,即使设备移动,在某一个方向被租挡,甚至射频信道条件发生变化,毫米波通信依然能够确保畅通。

而5G空口也有进展。

比如,就在今年7月的上海通信展上,高通和中移动在业内首次共同公开演示了在6GHz以下频段运行的5G NR原型机,不仅可以实现数千兆比特的速度,而且重新定义了帧架构,将上下行信号放在了同一个帧中,实现非常低的毫秒级延时。

而在实验网与商用部署上,运营商的路线图也已经逐渐明晰。

以中国运营商为例,中国移动的大规模天线3D-MIMO计划也已经展开小规模试验,有望于今年年底具备商用能力。在2016年底到2017年底,中国移动将与厂商共同展开各种5G系统概念验证,主要目的是对5G产品架构进行验证,对产业瓶颈进行突破。

而中国联通则已明确面向5G的4G演进方向的关键技术,并制定5G发展行程表。在今年年底,中国联通计划完成5G端到端网络架构关键技术布局,并建设5G Open Lab来满足5G业务演示和单点技术性能验证。到明年,要基于5G Open Lab完成5G实验室环境建设,完成5G无线、网络、传输及安全各关键技术研究。

2018年,中国联通计划在实验室完成5G关键技术验证,并完成联通5G建设方案。2019年,计划能够完成5G外场组网验证。2020年,完成联通5G网络商用目标。

中国电信也根据自身的转型战略,制定了高低频段协同的5G发展策略,以中低频为基础,高频为补充,同步开展研究验证,合力促进5G落地应用,并依据低频和高频两个频段,分别提出从2016-2018,2018-2020,能让2020-2025的三个阶段发展计划。

多家市场机构预测,根据工信部部署,以及目前三大运营商积极布局5G的状况看,三大运营商有可能在2018年就展开5G网络建设。

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本文系作者 王云辉 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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王云辉
王云辉

科技杂谈创始人

评论(4

  • 西梅吹雪 西梅吹雪 2016-10-03 13:54 via android

    傻逼,3g、4g吹得那么神,到最后还不是一坨屎,吹得,有点神了吧

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  •  LBZ600  LBZ600 2016-10-01 09:09 via android

    来了再说!

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  • Darren13 Darren13 2016-10-01 04:44 via iphone

    资费便宜就用4g了

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  • 钛pWiZij 钛pWiZij 2016-09-30 18:27 via pc

    扯扯淡就算了,别当真。5G对运营商好处多,因为能容纳的用户多么嘛,但对用户真的没啥大关系,现在50M入户包月的光纤都觉得太宽裕了,再说运营商是按流量收费的,带宽对用户来说意义不大。

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