今年是5G元年，5G非?；馃?。那大家都了解5G到底是什么嗎?今天我們就來(lái)詳細(xì)了解一下。

5G到底是什么?

5G的全稱(chēng)是第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th generation mobile networks)，

1G(語(yǔ)音通話)：第一代(1G)于20世紀(jì)70年代末推出，80年代初投入使用。1G網(wǎng)絡(luò)是利用模擬信號(hào)使用類(lèi)似AMPS和TACS等標(biāo)準(zhǔn)在分布式基站(托管在基站塔上)網(wǎng)絡(luò)之間“傳遞”蜂窩用戶(hù)。

2G(消息傳遞)：在20世紀(jì)90年代，2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)催生出第一批數(shù)字加密電信，提高了語(yǔ)音質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)容量，同時(shí)通過(guò)使用GSM標(biāo)準(zhǔn)的電路交換來(lái)提供有限的數(shù)據(jù)能力。

3G(有限數(shù)據(jù)：多媒體、文本、互聯(lián)網(wǎng))：20世紀(jì)90年代末和21世紀(jì)初，3G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)完全過(guò)渡到數(shù)據(jù)分組交換，引入了具有更快數(shù)據(jù)傳輸速度的3G網(wǎng)絡(luò)，其中一些語(yǔ)音電路交換已經(jīng)是2G的標(biāo)準(zhǔn)，這使得數(shù)據(jù)流成為可能，并在2003年推出了第一個(gè)商業(yè)3G服務(wù)，包括移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入、固定無(wú)線接入和視頻通話。

4G和LTE(真實(shí)數(shù)據(jù)：動(dòng)態(tài)信息接入，可變?cè)O(shè)備)：4G充分利用全I(xiàn)P組網(wǎng)，并完全依賴(lài)分組交換，數(shù)據(jù)傳輸速度是3G的10倍。由于4G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬優(yōu)勢(shì)和極快的網(wǎng)絡(luò)速度提高了視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量。LTE網(wǎng)絡(luò)的普及為移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定了通信標(biāo)準(zhǔn)。

而5G相比于4G則增加了高速率、泛在網(wǎng)、低功耗、低時(shí)延的特點(diǎn)，從而具備超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)通信。目前，5G時(shí)代定義了以下三大應(yīng)用場(chǎng)景：

eMBB：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，顧名思義是針對(duì)的是大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù);

URLLC：超高可靠超低時(shí)延通信，例如無(wú)人駕駛等業(yè)務(wù)(3G響應(yīng)為500ms，4G為50ms，5G要求0.5ms);

mMTC：大連接物聯(lián)網(wǎng)，針對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù);

而5G標(biāo)準(zhǔn)則被分成了分成了R15、R16兩大階段，其中R15又分為三部分，R15 NR NSA(新空口非獨(dú)立組網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)2017年12月完成，R15 NR SA(新空口獨(dú)立組網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)2018年6月完成，后邊的5G Late Drop于今年6月份凍結(jié)，而R16標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)間則要到2020年6月，到那個(gè)時(shí)候，5G所有標(biāo)準(zhǔn)才算完成。R15標(biāo)準(zhǔn)主要是5G組網(wǎng)方式，而R16主要是面向智慧工廠、無(wú)人駕駛等垂直領(lǐng)域應(yīng)用。

如今完成的R15階段的NSA和SA一直被人所廣泛熱議。

為什么會(huì)有NSA也就是非獨(dú)立組網(wǎng)出現(xiàn)呢?不同于以往2G/3G/4G整體演進(jìn)，5G時(shí)代核心網(wǎng)、基站被分開(kāi)了，所以就多出了多種組合方式。R15 Late Drop標(biāo)準(zhǔn)也是為 NSA 增加了更多的組合方式，可以令移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以更便捷部署5G網(wǎng)絡(luò)，主要是增加NSA非獨(dú)立組網(wǎng)模式，轉(zhuǎn)換為5G作為核心網(wǎng)，增加了5G基站為主，4G基站為輔;或者4G基站為主，5G基站為輔兩種狀況。此外還支持NR-NR雙連接，意思就是手機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)不同頻段上，低頻作為覆蓋層，高頻充當(dāng)擴(kuò)容層，既保證了信號(hào)覆蓋又能提高傳輸速率。

目前商用的5G手機(jī)中只有華為手機(jī)支持SA組網(wǎng)，SA組網(wǎng)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，但并不代表NSA是假5G，目前中國(guó)運(yùn)營(yíng)商很多都是用的NSA，5G的發(fā)展是由NSA向SA過(guò)渡的。明年所有手機(jī)都會(huì)支持NSA/SA，建議大家明年再買(mǎi)!

5G兩大方案：Sub-6G和毫米波

5G的建設(shè)方式有獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)兩種，那你想要建設(shè)什么樣的5G，其實(shí)也有兩種，也就是我們說(shuō)的5G兩大方案：Sub-6G和毫米波。

這兩種方案是根據(jù)5G所使用的不同頻譜來(lái)劃分的，頻譜是頻率譜密度的簡(jiǎn)稱(chēng)，手機(jī)通訊信號(hào)傳輸都是通過(guò)一定頻率傳輸?shù)摹?/p>

根據(jù)2017年12月發(fā)布的 V15.0.0版TS 38.104規(guī)范，5G NR的頻率范圍分別定義為不同的FR：FR1與FR2。第一種(FR1)的重心放在6GHz以下的電磁(EM)頻譜上(“低到中頻段頻譜”，也稱(chēng)為“Sub-6”)，主要在3GHz 和4 GHz頻段。第二種FR2側(cè)重于24~300GHz之間的頻段(“高頻頻譜”或“毫米波”)。

5G NR的頻段號(hào)以“n”開(kāi)頭，與LTE的頻段號(hào)以“B”開(kāi)頭不同。目前3GPP指定的5G NR頻段如下：

① FR1(Sub-6GHz)范圍內(nèi)：

② FR2(毫米波)范圍內(nèi)：

波長(zhǎng)較短的毫米波會(huì)產(chǎn)生較窄的波束，從而為數(shù)據(jù)傳輸提供更好的分辨率和安全性，且速度快、數(shù)據(jù)量大，時(shí)延小。其次，有更多的毫米波帶寬可用，不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，還避免了低頻段存在的擁堵(在研究毫米波頻率應(yīng)用在5G之前，該頻段的主要運(yùn)用在雷達(dá)和衛(wèi)星業(yè)務(wù))。5G毫米波生態(tài)系統(tǒng)需要大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，但可以獲得比4G LTE網(wǎng)絡(luò)高20倍的數(shù)據(jù)傳輸速度。

高通在MWC的展示中，通過(guò)運(yùn)用毫米波技術(shù)，達(dá)到了4.63Gbps的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，這是一個(gè)在4G時(shí)代無(wú)法想象的快速。

但受制于無(wú)線電波的物理特性，毫米波的短波長(zhǎng)和窄光束特性讓信號(hào)分辨率、傳輸安全性以及傳輸速度得以增強(qiáng)，但傳輸距離大大縮減。

根據(jù)谷歌對(duì)于相同范圍內(nèi)、相同基站數(shù)量的5G覆蓋測(cè)試顯示，采用毫米波部署的5G網(wǎng)絡(luò)，100Mbps速率的可以覆蓋11.6%的人口，在1Gbps的速率下可以覆蓋3.9%的人口;而采用Sub-6頻段的5G網(wǎng)絡(luò)，100Mbps速率的網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋57.4%的人口，在1Gbps的速率下可以覆蓋21.2%的人口。

谷歌測(cè)試結(jié)果對(duì)比，上為毫米波覆蓋，下為Sub-6覆蓋

可以看到，在Sub-6下運(yùn)營(yíng)的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率是毫米波5倍以上。而且建設(shè)毫米波基站，需要大約在電線桿上安裝1300萬(wàn)個(gè)，將花費(fèi)4000億美元，如此才能保證28GHz頻段下以每秒100 Mbps速度達(dá)到72%的覆蓋率、每秒1Gbps的速度達(dá)到大約55%的覆蓋率。而Sub-6只需要在原有4G基站上加裝5G基站即可，大大節(jié)省了部署成本。

目前因?yàn)槊绹?guó)政府尤其是軍方將大量3-4GHz范圍內(nèi)的頻段用于軍用通信和國(guó)防通訊，迫使美國(guó)只能選擇押注毫米波。

中國(guó)選擇押注Sub-6G，按3GPP關(guān)于5G的頻譜范圍規(guī)范，聯(lián)通、電信舍棄了之前的頻譜資源，換來(lái)了目前產(chǎn)業(yè)成熟度最高的3.5GHz資源(3400MHz-3500Mhz分配給中國(guó)電信，3500MHz-3600MHz分配給中國(guó)聯(lián)通);移動(dòng)則在2.6GHz頻段和4.9GHz頻段上持續(xù)深耕。

另外，中國(guó)雖然押注Sub-6G，但是并沒(méi)有放棄對(duì)毫米波的探索，充分貫徹了雞蛋不放在一個(gè)籃子里的理念。

中美5G建設(shè)狀況

剛才我們說(shuō)道，美國(guó)5G毫米波存在缺陷，所以目前Sub-6G中的3Ghz和4Ghz之間的頻譜波段主導(dǎo)了全球的5G活動(dòng)，因?yàn)橄啾扔诤撩撞l譜，3Ghz和4Ghz的傳播范圍得到了改善，能用更少的基站數(shù)量提供相同的覆蓋范圍和性能。

而中國(guó)也成為了全球5G的領(lǐng)先者，并且有望成為5G全球經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者，構(gòu)建5G全球標(biāo)準(zhǔn)：

中國(guó)計(jì)劃部署第一個(gè)廣泛使用的5G網(wǎng)絡(luò)，其首批Sub-6網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將于2020年投入使用。先發(fā)優(yōu)勢(shì)可能會(huì)推動(dòng)智能手機(jī)和電信設(shè)備供應(yīng)商以及國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體和系統(tǒng)供應(yīng)商的市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)。因此，中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)公司將為其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)基于5G速度和低延遲性能的服務(wù)和應(yīng)用程序。隨著5G在全球以類(lèi)似的頻段部署，中國(guó)的智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及服務(wù)很可能占據(jù)主導(dǎo)地位，即便它們被美國(guó)市場(chǎng)排除在外。中國(guó)在5G領(lǐng)域的發(fā)展，將重現(xiàn)美國(guó)在4G領(lǐng)域的輝煌。

在海外，中國(guó)一直在與國(guó)家和外國(guó)公司保持合作，以擴(kuò)大其5G的影響力。在歐洲，盡管美國(guó)官員要求盟友阻止中國(guó)公司，華為和中興仍然正在為個(gè)別國(guó)家的5G網(wǎng)絡(luò)提供建設(shè)的服務(wù)，并簽署了多項(xiàng)5G合同。此外，中國(guó)在“一帶一路”計(jì)劃中投入了大量時(shí)間和資源，包括推動(dòng)中國(guó)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以提供跨越整個(gè)路線的連通性。這一策略已經(jīng)取得了一些成功：在2018年第三季度，華為在全球通信設(shè)備市場(chǎng)占有28%的份額，比2015年上升了4個(gè)百分點(diǎn)。隨著更多地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)中國(guó)通信設(shè)備推出，預(yù)計(jì)華為的市場(chǎng)份額將繼續(xù)增長(zhǎng)。這些努力將使中國(guó)能夠推廣其首選的5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并將在未來(lái)主導(dǎo)全球的5G產(chǎn)品市場(chǎng)。

而美國(guó)還在思考如何完全解決毫米波的缺陷，目前美國(guó)試圖通過(guò)大規(guī)模MIMO和波束賦型改善毫米波的傳播效率。

大規(guī)模MIMO是一種天線陣列，它將極大地?cái)U(kuò)展設(shè)備連接數(shù)和數(shù)據(jù)吞吐量，并將使基站能夠容納更多用戶(hù)的信號(hào)，并顯著提高網(wǎng)絡(luò)的容量(假設(shè)存在多個(gè)用戶(hù)射頻路徑)。波束賦型是一種識(shí)別特定用戶(hù)的技術(shù)，該技術(shù)可以最有效的把數(shù)據(jù)傳遞給特定用戶(hù)并減少附近用戶(hù)的干擾。雖然這些技術(shù)可以改善毫米波的傳播效率，但是在更大范圍內(nèi)保持連接穩(wěn)定仍然存在挑戰(zhàn)。在將毫米波作為一種更通用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案部署之前，還需要投入大量的時(shí)間和研發(fā)成本來(lái)解決毫米波的傳播特性問(wèn)題。

除此之外，美國(guó)還在思考是否要轉(zhuǎn)投Sub-6G方案，跟著中國(guó)走。

加速在美國(guó)進(jìn)行5G 6 Sub-6 GHz的部署。向復(fù)雜的多頻段收發(fā)器添加新頻段大約需要兩年時(shí)間，美國(guó)將能夠通過(guò)利用市場(chǎng)上已有的子組件和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)更成熟的頻譜使用，例如使用現(xiàn)有的高通產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)中國(guó)5G系統(tǒng)使用的頻段，從而避免花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)追趕這兩年在5G研究上的落后。

然而即使通過(guò)共享頻譜的方式，也需要花費(fèi)5年：

想要允許Sub-6頻段的商用，可以重新規(guī)劃政府的頻段或者共享這些頻段，但這兩個(gè)方式的時(shí)間都相對(duì)過(guò)長(zhǎng)。清除頻譜占用(將現(xiàn)有的用戶(hù)和系統(tǒng)遷移到頻譜的其他部分)，然后通過(guò)拍賣(mài)、直接分配或其他方法將其釋放到民用部門(mén)所花費(fèi)的平均時(shí)間通常在10年以上。共享頻譜是一個(gè)稍微快一點(diǎn)的過(guò)程，因?yàn)樗恍枰獙?duì)現(xiàn)有的用戶(hù)進(jìn)行徹底的改革，但即使是這樣，也要花費(fèi)5年以上的時(shí)間。

可以說(shuō)目前美國(guó)已經(jīng)陷入了5G的困局之中，而中國(guó)在5G的發(fā)展上正走得十分穩(wěn)健。工信部近日表示，目前各地所推進(jìn)的基本上為非獨(dú)立組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)明年我國(guó)正式大規(guī)模投入建設(shè)獨(dú)立組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)。

中國(guó)信息通信研究院的《5G產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)》認(rèn)為，預(yù)計(jì)2020至2025年，我國(guó)5G商用直接帶動(dòng)的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出達(dá)10.6萬(wàn)億元，間接拉動(dòng)的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出約24.8萬(wàn)億元，5G將直接創(chuàng)造超過(guò)300萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。

最為重要的是，中國(guó)將可能成為全球5G的領(lǐng)導(dǎo)者，重現(xiàn)美國(guó)在4G時(shí)代的全球經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)權(quán)。

數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)國(guó)防部國(guó)防創(chuàng)新委員會(huì)發(fā)布了《5G生態(tài)系統(tǒng)：對(duì)美國(guó)國(guó)防部的風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇》(《THE 5G ECOSYSTEM: RISKS & OPPORTUNITIES FOR DoD》)報(bào)告