最近高通將發(fā)布5G技術(shù)的芯片，5G配套設(shè)備、技術(shù)也逐漸進(jìn)入商用階段。不知道有多少小伙伴在期待5G技術(shù)的到來(lái)，當(dāng)然其中也包括我，甚至很多人愿意為了5G網(wǎng)絡(luò)延遲更換自己手機(jī)。在這5G全面商業(yè)化的前夜，5G承載了太多人期望。如果你也是這里面的一員，那可能這一篇文章要讓你失望了，其實(shí)5G技術(shù)的出現(xiàn)主要的服務(wù)對(duì)象并不是手機(jī)，而是為了更好的服務(wù)智能物聯(lián)和VR等設(shè)備，對(duì)于工業(yè)、農(nóng)業(yè)方面的提升也很巨大，就是大家看好的手機(jī)提升并不明顯。
首先我們要知道，雖然前面我們從1G-4G我們的應(yīng)用場(chǎng)景都是手機(jī)，而且針對(duì)的也是手機(jī)應(yīng)用，但是5G卻是不一樣的存在。5G技術(shù)解釋為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，作為4G技術(shù)的向后延伸，這個(gè)新一代通信技術(shù)將會(huì)逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域和場(chǎng)景。5G技術(shù)將會(huì)構(gòu)建起一個(gè)新的以用戶為中心的信息生態(tài)系統(tǒng)，比起目前4G技術(shù)，這個(gè)信息生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)更全面，而且也會(huì)更深入滲透到個(gè)人生活的方方面面。
首先來(lái)了解一下5G和其他G：5G提升巨大
我們來(lái)回顧一下移動(dòng)通信發(fā)展歷程，每一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)都有一個(gè)非常具有標(biāo)識(shí)性的指標(biāo)對(duì)各代進(jìn)行區(qū)分，而核心關(guān)鍵技術(shù)對(duì)其進(jìn)行定義。再前面的BB機(jī)的時(shí)代我們就不詳細(xì)去了解了，我們就從我們能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線語(yǔ)音通話開始。
在1G通信時(shí)代（主要技術(shù)特征：頻分多址FDMA），只能提供模擬語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也就是只能打電話。2G/2.5G通信時(shí)代（主要技術(shù)特征：時(shí)分多址TDMA），能夠提供較好的數(shù)字語(yǔ)音和低速率數(shù)據(jù)服務(wù)，也就是我們可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)打電話/發(fā)短信（2.5G才實(shí)現(xiàn)低速率上網(wǎng)，也是就是差不多我們當(dāng)年的每個(gè)月30M/5元的時(shí)代）。而到了3G通信時(shí)代（主要技術(shù)特征：碼分多址CDMA）也是我們真正進(jìn)入互聯(lián)智能機(jī)的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)一般帶寬（理論帶寬：2Mbps~10Mbps）上網(wǎng)服務(wù)，08年12月31日我國(guó)宣布啟動(dòng)3G牌照發(fā)放，3G智能手機(jī)開始出現(xiàn)在大家的手中。4G通信時(shí)代（主要技術(shù)特征：正交頻分多址OFDMA）也正是我們現(xiàn)在正所處在的時(shí)代，從3G到4G，可能大家感受沒有前幾代通信技術(shù)的跨越的差別那么大，也許是因?yàn)?G的出現(xiàn)僅僅是將無(wú)線通信的帶寬提升的原因（理論峰值：100Mbps~1Gbps）。
那5G呢？在很多人的印象中，可能5G就是網(wǎng)速更快、延遲更低。的確5G比其4G有更高的性能，有更大的帶寬和更低的延遲，但這僅僅是5G特性中很小的一部分。5G網(wǎng)絡(luò)支持0.1～10Gbps的用戶體驗(yàn)速率和比4G低得多的時(shí)延，5G理論端到端時(shí)延為1ms，是4G的幾十分之一。除此之外，5G還擁有100萬(wàn)/Km²的連接密度、10Tbps/Km²的流量密度、500Km/小時(shí)以上的移動(dòng)性和數(shù)10Gbps的峰值速率的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)因?yàn)?G的頻譜的效率大幅度提升，相比4G提升5~15倍，整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率和能效比得到大幅度提升。
5G應(yīng)用場(chǎng)景大改變：智聯(lián)、VR等才是主角
了解了5G與4G的區(qū)別，可能只是覺得5G僅僅只是無(wú)線通信的又一次提升，就像3G到4G的變化一樣，但正所謂量變引起質(zhì)變。用戶體驗(yàn)速率提升、連接數(shù)密度提升和更低的時(shí)延為5G與4G區(qū)別最基本的三個(gè)性能指標(biāo)，而這一次的提升讓無(wú)線通信不再局限于手機(jī)通訊和網(wǎng)絡(luò)連接，手機(jī)成為5G應(yīng)用場(chǎng)景中很小的一部分。
根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟 ITU-RWP5D 第 22 次會(huì)議給出的定義，未來(lái)5G主要服務(wù)于三大場(chǎng)景：1）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB，下載速率理論值將達(dá)到每秒10GB，是當(dāng)前4G理論傳輸速度的10倍；2）超高可靠與低時(shí)延的通信uRLLC，5G的理論延時(shí)是1毫秒，是4G延時(shí)的幾十分之一，基本達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)水平；3）大規(guī)模機(jī)器類通信mMTC，5G單通信小區(qū)可以連接的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量理論值將達(dá)到百萬(wàn)級(jí)別，是4G的十倍以上。具體包括：Gbps級(jí)別移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語(yǔ)音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動(dòng)化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛汽車等。
1）增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB
主要面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度需求。1~10Gbps用戶體驗(yàn)速率、數(shù)10Gbps峰值速率和數(shù)10Tbps/Km²的流量密度需求是該場(chǎng)景面臨的主要挑戰(zhàn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是辦公、日常使用，相當(dāng)于一個(gè)高速無(wú)線寬帶使用。包括賽事轉(zhuǎn)播、VR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、三維立體視頻等等，一些以往我們無(wú)法通過(guò)移動(dòng)通信解決的事可以通過(guò)5G的方式進(jìn)行解決。
2）超高可靠與低時(shí)延的通信uRLLC
主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，這類應(yīng)用對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。未來(lái)輔助駕駛甚至自動(dòng)駕駛會(huì)需求這樣的連接，包括現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)駕駛技術(shù)，都需要有一個(gè)可靠低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)支撐。同時(shí)以醫(yī)療為例，5G出現(xiàn)讓VR遠(yuǎn)程醫(yī)療成為可能，這也是5G的一個(gè)重要應(yīng)用，可以成為醫(yī)療資源分布不均的一個(gè)重要解決途經(jīng)。
3）大規(guī)模機(jī)器類通信mMTC
主要面向工農(nóng)業(yè)環(huán)境5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間將更高效地相互連接和作用。例如未來(lái)的農(nóng)場(chǎng)會(huì)采用精準(zhǔn)灌溉的理念，對(duì)作物的每一階段的生長(zhǎng)過(guò)程及所處環(huán)境現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，并實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)給農(nóng)場(chǎng)主。通過(guò)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，成千上萬(wàn)棵植物實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的灌溉方式，獲得最優(yōu)的生長(zhǎng)環(huán)境。
而隨后的IMT-2020（5G）會(huì)議從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的角度對(duì)大規(guī)模機(jī)器類通信mMTC進(jìn)行了細(xì)分，融合5G增強(qiáng)型寬帶的穩(wěn)定和低延時(shí)的特征之后，分為了：連需廣域覆蓋場(chǎng)景和低功耗大連接場(chǎng)景。
（1）連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景
是移動(dòng)通信最基本的覆蓋方式，以保證用戶的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性為目標(biāo)，為用戶提供無(wú)縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。該場(chǎng)景的主要挑戰(zhàn)在于隨時(shí)隨地（包括小區(qū)邊緣、高速移動(dòng)等惡劣環(huán)境）為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗(yàn)速率。這是和我們目前使用環(huán)境最相關(guān)的使用場(chǎng)景，在這個(gè)場(chǎng)景下我們使用的是手機(jī)、PC等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
（2）低功耗大連接場(chǎng)景
主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超千億連接的支持能力，滿足100萬(wàn)/Km²連接數(shù)密度指標(biāo)要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。
所以從國(guó)際電聯(lián)的對(duì)于5G定下的基本方向來(lái)看，手機(jī)等移動(dòng)端設(shè)備在5G時(shí)代中僅僅占據(jù)的是很小的一部分。5G主要面向的使用場(chǎng)景是未來(lái)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)VR、萬(wàn)物智能物聯(lián)方面，實(shí)現(xiàn)智慧家庭/城市、工業(yè)/農(nóng)業(yè)智慧化和自動(dòng)化、VR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛等等。
5G商用目前存在的問(wèn)題
高頻信號(hào)難走進(jìn)室內(nèi)
曾有人說(shuō)“5G未來(lái)將取代WiFi”，其實(shí)這事實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是挺麻煩的。因?yàn)?G一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB，這是大家傳5G未來(lái)取代WiFi的根據(jù)來(lái)源。的確5G信號(hào)是全頻譜的信號(hào)，但為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB，那么需要的就是高頻段的信號(hào)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。
無(wú)線電技術(shù)的原理在于，導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的改變會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電波。利用這一現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線電波之上。當(dāng)電波通過(guò)空間傳播到達(dá)收信端，電波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。 通過(guò)解調(diào)將信息從電流變化中提取出來(lái)，就達(dá)到了信息傳遞的目的。頻率越高波長(zhǎng)越短，饒射（衍射效果）能力越弱，但穿透能力（不變方向）越強(qiáng)，信號(hào)穿透會(huì)損失很大能量，所以傳輸距離就可能越近，頻率越高在傳播過(guò)程的損耗越大。翻譯成大白話就是，高頻信號(hào)可以獲得大帶寬，但是因?yàn)橹赶蛐蕴珡?qiáng)，所以區(qū)域覆蓋能力很差，這也是低頻段信號(hào)一直是各大運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)取的優(yōu)質(zhì)頻段的原因。
高頻信號(hào)覆蓋差、多基站帶來(lái)的成本上升和信號(hào)干擾
高頻覆蓋差那怎么能達(dá)到好的信號(hào)覆蓋呢？解決辦法就是多建基站。關(guān)于5G資費(fèi)問(wèn)題，升是不能升的，但是5G建設(shè)投資確實(shí)大，怎么解決這個(gè)矛盾呢？在5G覆蓋初期，網(wǎng)絡(luò)部署會(huì)主要利用現(xiàn)有4G基站資源，為的是實(shí)現(xiàn)從4G到5G非常平滑演進(jìn)過(guò)程。但這僅僅只是在初期，基站總是要更新的，而且高頻信號(hào)覆蓋問(wèn)題總是需要解決的。
這時(shí)候Massive MIMO（大規(guī)模分布式天線）被提出來(lái)了。Massive MIMO（大規(guī)模分布式天線）可大幅提升頻譜效率、容量以及覆蓋范圍。然而，這并不意味著Massive MIMO就是完美的，主要是體現(xiàn)在天線會(huì)更大更重，鐵塔可能無(wú)法承受負(fù)荷，不僅如此，還需進(jìn)行功率升級(jí)和回傳升級(jí)，可適用于一些站點(diǎn)，但卻無(wú)法為所有的站點(diǎn)部署Massive MIMO，因?yàn)檫@非常不經(jīng)濟(jì)。運(yùn)營(yíng)商多雞賊啊，所以在一般低頻段覆蓋層會(huì)采用4T4R，中頻段容量層采用8T8R或64T64R，毫米波高頻段采用128*128或更高階的Massive MIMO。
所以真的需要高速網(wǎng)絡(luò)還需要小基站的高頻信號(hào)進(jìn)行全面覆蓋，也就是建更多的基站，真正實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋。運(yùn)營(yíng)商在考慮5G全覆蓋時(shí)，通常會(huì)用低頻段做覆蓋層，中頻段做容量層，毫米波高頻段做高容量層（熱點(diǎn)）。好嘛基站建多了，問(wèn)題又來(lái)了，那就是基站之間的信號(hào)干擾問(wèn)題。好在國(guó)內(nèi)也就三大運(yùn)營(yíng)商，頻譜資源分一分大家都很富裕的頻譜資源。以中國(guó)移動(dòng)為例，中國(guó)移動(dòng)采用的就是大小基站異頻運(yùn)作的方式來(lái)降低干擾問(wèn)題，因?yàn)轭l率不同的關(guān)系，這種方式能很大程度上避免大小基站相互干擾，不過(guò)不代表干擾就一點(diǎn)都不存在了。
PConline 總結(jié)
通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)我們可以實(shí)現(xiàn)低成本的萬(wàn)物智聯(lián)、自動(dòng)駕駛的高速穩(wěn)定智能通信、VR娛樂和遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)智能化等等。而手機(jī)5G僅僅只是5G技術(shù)使用中太小太小的一部分了，甚至手機(jī)從4G到5G提升并沒有3G到4G的那么大。無(wú)論從5G技術(shù)最初定下的目標(biāo)還是未來(lái)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，即使有了更快的網(wǎng)速也不是為了手機(jī)而服務(wù)，想著等著5G再換手機(jī)的小伙伴可以考慮可以不用等了。
如果說(shuō)3G時(shí)代開啟了移動(dòng)端流量的大門，那4G就是開啟了移動(dòng)視聽時(shí)代，各大視頻網(wǎng)站基本都是在2016-2017年首次實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端流量超過(guò)PC端。而與以往3G、4G技術(shù)升級(jí)主要為手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備服務(wù)的目的不同，5G技術(shù)的升級(jí)讓消費(fèi)級(jí)的無(wú)線通信產(chǎn)生了質(zhì)的變化。5G的技術(shù)本質(zhì)并不是讓我們可以獲得更快的網(wǎng)絡(luò)，而是通過(guò)低時(shí)延、高穩(wěn)定性等一系列的性能提升讓我們得到以往3G、4G所不具備的能力，這種能力可以實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用，這也是一種典型的量變引起質(zhì)變。5G更多的是為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、云計(jì)算、自動(dòng)駕駛等實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物智慧互聯(lián)而出現(xiàn)，與其期待提升不大的5G手機(jī)，還不如多期待一下未來(lái)在信息“零”時(shí)延體驗(yàn)、千億設(shè)備智能互聯(lián)之下能獲得低成本高質(zhì)量的服務(wù)和產(chǎn)品。
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