什么是5G

​

Taken by iCola

 

二货：“给我推荐个手机吧？”

我：“iPhone XS Max.”

二货：“太贵了，还不支持5G，等等5G手机？”

我：”No.“

为什么我不推荐等待5G手机，且听我慢慢道来。

 

 

5G是什么

---

5G(5th Generation)，指的是第 5 代移动网络，官方名称IMT-2020，即2020年完成5G的前期部署。3GPP更为广泛的定义则是，任何使用新空口(5G NR)软件的系统都可以称为5G。

 

说到5G，那就不得不提一下前几代通信，通信技术的迭代周期大约是10年，也就是说每10年就会来一次大变革。但是通信技术受到理论约束，不可能像摩尔定律那样增长。

• 1G 传输模拟语音。

• 2G 引入了数字语音（例如 CDMA）。

• 3G 带来了移动数据（例如 CDMA2000）。

• 4G LTE 开创了移动互联网时代

 

5G最直观的变化可能就是，更快的速度、更低的延时以及万物互联(IoT, Internet of Things)。

 

5G现状

---

早在2015年，国际电联无线电通信部门(ITU-R)就已经批准了三项有利于5G发展的重要决议，2019年则是5G迸发的一年。

 

目前，全球仅有5家公司能够提供5G无线电硬件和完整系统，分别是华为、中兴、诺基亚、三星以及爱立信。而其中，能够从终端、运营商基站到网络搭建提供完整解决方案的公司可能只有华为一家，很骄傲有莫有。

 

2019年4月，韩国运营商在3.5 GHz (sub-6GHz)频段实现193~430Mb的下载速度。美国运营商Verizon则在28GHz的毫米波频段、400MHz载波带宽下，实现80~634Mb的下载速度，12~57Mb的上传速度。有意思的是，T-Mobile在在美国曼哈顿基于LTE/LAA技术的4G网络，可以提供大于500Mb的下载速度。

 

5G前期依赖于原有4G网络，即非独立组网(NSA, Non-Standalone)，需要很长时间过度到独立组网(SA, Standalone)。华为则提供了NSA平滑软件升级支持SA的解决方案。5G发展的同时，也会促进4G技术的提升，4G网络也会继续存在。

 

5G实际上是关于下一个10年的投资，就像在4G时代，第一部4G手机2010年问世，但是优秀的4G应用到2012年才开始出现。所以5G应用应该也得到2022年才能大量出现。在此之前，可能会有Pre-5G、5G E、5G Evolution、5G Ready等概念出现，这些本质上都不是5G，更多的只是构想和愿景。

 

2019年会陆续有5G手机问世，这些更确切地说应该都是准5G手机。这些手机更可能是运营商定制款，近几年5G覆盖范围很有限，而且会优先实现sub-6GHz下的5G，速度提升大约在20%到50%左右，与现有4G LTE相比，并不会有太大优势。

 

5G应用场景

---

国际电联无线电通信部门(ITU-R，ITU Radiocommunication Sector)定义了5G的三大应用场景。

 

 

增强型移动宽带(eMBB，Enhanced Mobile Broadband)，号称可以媲美光纤的速度，将取代现有的4G LTE，为下代移动应用（AR/VR等）提供沉浸式体验。值得高兴的是，初始5G NR部署将重点聚焦于增强型移动宽带 (eMBB) 使用案例，优先实现移动宽带速度提升和延时降低。

 

关键任务服务，提供超可靠、超低延时的网络服务(uRLLC，Ultra Reliable Low Latency Communications)。理论延时低于1ms，用于无人驾驶、无人机以及自动化生产等。

 

实现万物互联(IoT)，即大规模机器通信( mMTC， Massive Machine Type Communications )。5G NR设计指标是支持每平方千米100万台设备稳定接入。

 

5G关键技术

---

5G新空口(NR, New Radio)，作为全球5G标准，推动了空中接口设计和核心网络的技术创新，其中比较重要的有以下几个：

• 2倍子载波间隔扩展实现可扩展的 OFDM 参数配置

• 灵活、动态、独立的 TDD 子帧设计

• LDPC 信道编码

• 大规模 MIMO 天线技术

• 频谱共享技术

• 网络切片

 

以上6个技术的细节，后台回复『5G』获取详细的研究资料。

 

5G新空口(NR, New Radio)使用两个频带，FR1(<6 GHz)和FR2(>24 GHz)。早期5G更多是基于FR1设计，常用频率在3.5 GHz附近，拥有100MHz的载波带宽。FR2则提供了高达400MHz的超高载波带宽，这也许才是真正意义上的5G。

 

不难看出，移动通信的发展，伴随着光波频率的不断提升，为什么？有的文章总会说，5G使用毫米波 (mmWave)这个杀手锏，其实这是本末倒置了。使用毫米波其实是不得已而为之。

 

低频段早就被各种应用划分完了，所以只能向高频段发展。我们都知道，对于电磁波而言，有以下这个恒等式：

c = fλ

使用30GHz的光谱时，

λ = c/f = 3 x 10^8 / 30 x 10^9 = 10mm

这就是毫米波了。

 

高频的优点，载波带宽增大，比如28GHz到30GHz拥有2GHz的载波带宽可以挖掘(并不是都能用)，而4G LTE大多使用2000MHz附近的频谱，可用载波带宽只有20~60MHz。可以理解成4G时代的道路只有50米宽，而5G则是修了一条400米宽的道路，车流量变成了8倍。这有点像提高单核CPU频率，从而获得更快的处理速度。

 

而频率提高，波长相应减小，由于信号接收天线的长度和电磁波的波长成正比，这就使得天线得以减小。早期大哥大要在机身上插上很长一根天线，到了4G时代，天线已经可以收缩到手机内部。而到了5G时代，天线进一步减小，一个手机可以安装多根天线。事实上远不止如此，5G手机内部甚至可以安装天线阵列，就是很多很多根天线。这就催生了大规模多进多出天线技术(Massive MIMO)。啥意思呢？就是说以前一个手机只有一根天线，相当于只有一个信道和基站通信，而5G手机可以有很多根天线，也就有很多个信道同时和基站通信。这有点像CPU单核频率达到极限时，开始发展多核技术，如今i9-7980XE处理器拥有18个核。多天线还可以结合波束赋形(Beamforming)技术，可以通过在下行链路的特定方向聚焦射频能量来扩展基站的覆盖范围。什么叫波束赋形呢？简单的讲就是波束原来是仙女散花，射向四面八方，而波束赋形技术则是把波束跟踪接入设备定向发送，既能降低功耗，又能扩大覆盖范围。

 

高频的缺点，源自电磁波的属性，频率越高，传播路径越直，越容易衰减。抗衰减的技术手段有很多，比如可以增加基站的发射功率，或者建设大量微基站。前者增加发射功率并不是意味着现有基站就能满足要求，还是需要建立大量宏基站，提高基站覆盖率。后者则是在各个人流密集区域部署大量微型基站，可以想象成漫天盖地的安装WI-FI路由器。不难看出，无论是哪个方案，像华为这样的设备生产商，都要赚得盆满钵满。建立大量的基站，地理上就把一个区域划分成蜂窝状，在每个蜂窝内，可以使用所有许可的频段、共享频段甚至是未许可的频段。

 

5G经济

---

虽然5G还没有大规模商用，但是5G对于经济发展的促进作用已经很令人兴奋了。有关研究表明，未来10多年内，5G对经济的影响将覆盖到全球，催生商品和服务的价值可能高达10 万亿美元，5G产业链可能创造出3万亿规模的营业额，由此产生2000万以上的工作岗位。

 

大到运营商、设备生产厂商，小到内容创造者、应用程序开发者都可以从中获取不可估量的收益。

 

5G为更多想象力提供了可能性，高通和华为都发布了未来5G的应用场景，很值得玩味。版权原因，请后台回复『5G』获取资料。你是不是从中看到了无限商机呢？

 

微信后台回复『5G』获取详细的研究资料。