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等着5G再換手機?別傻等了 來看看5G的正確用法

最近高通將發佈5G技術的芯片,5G配套設備、技術也逐漸進入商用階段。不知道有多少小夥伴在期待5G技術的到來,當然其中也包括我,甚至很多人願意為了5G網絡延遲更換自己手機。在這5G全面商業化的前夜,5G承載了太多人期望。如果你也是這裡面的一員,那可能這一篇文章要讓你失望了,其實5G技術的出現主要的服務對象並不是手機,而是為了更好的服務智能物聯和VR等設備,對於工業、農業方面的提升也很巨大,就是大家看好的手機提升並不明顯。

首先我們要知道,雖然前面我們從1G-4G我們的應用場景都是手機,而且針對的也是手機應用,但是5G卻是不一樣的存在。5G技術解釋為第五代移動通信技術,作為4G技術的向後延伸,這個新一代通信技術將會逐漸應用到各個領域和場景。5G技術將會構建起一個新的以用戶為中心的信息生態系統,比起目前4G技術,這個信息生態系統將會更全面,而且也會更深入滲透到個人生活的方方面面。

首先來了解一下5G和其他G:5G提升巨大

我們來回顧一下移動通信發展歷程,每一代的移動通信系統都有一個非常具有標識性的指標對各代進行區分,而核心關鍵技術對其進行定義。再前面的BB機的時代我們就不詳細去了解了,我們就從我們能夠實現無線語音通話開始。

在1G通信時代(主要技術特徵:頻分多址FDMA),只能提供模擬語音業務,也就是只能打電話。2G/2.5G通信時代(主要技術特徵:時分多址TDMA),能夠提供較好的數字語音和低速率數據服務,也就是我們可以實現手機打電話/發短訊(2.5G才實現低速率上網,也是就是差不多我們當年的每個月30M/5元的時代)。而到了3G通信時代(主要技術特徵:碼分多址CDMA)也是我們真正進入互聯智能機的時代,網絡可以實現一般帶寬(理論帶寬:2Mbps~10Mbps)上網服務,08年12月31日我國宣布啟動3G牌照發放,3G智能手機開始出現在大家的手中。4G通信時代(主要技術特徵:正交頻分多址OFDMA)也正是我們現在正所處在的時代,從3G到4G,可能大家感受沒有前幾代通信技術的跨越的差別那麼大,也許是因為4G的出現僅僅是將無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網絡支持0.1~10Gbps的用戶體驗速率和比4G低得多的時延,5G理論端到端時延為1ms,是4G的幾十分之一。除此之外,5G還擁有100萬/Km²的連接密度、10Tbps/Km²的流量密度、500Km/小時以上的移動性和數10Gbps的峰值速率的優勢。同時因為5G的頻譜的效率大幅度提升,相比4G提升5~15倍,整個無線通信網絡的運營效率和能效比得到大幅度提升。

5G應用場景大改變:智聯、VR等才是主角

了解了5G與4G的區別,可能只是覺得5G僅僅只是無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變。用戶體驗速率提升、連接數密度提升和更低的時延為5G與4G區別最基本的三個性能指標,而這一次的提升讓無線通信不再局限於手機通訊和網絡連接,手機成為5G應用場景中很小的一部分。

根據國際電信聯盟 ITU-RWP5D第22次會議給出的定義,未來5G主要服務於三大場景:1)增強型移動寬帶eMBB,下載速率理論值將達到每秒10GB,是當前4G理論傳輸速度的10倍;2)超高可靠與低時延的通信uRLLC,5G的理論延時是1毫秒,是4G延時的幾十分之一,基本達到准實時水平;3)大規模機器類通信mMTC,5G單通信小區可以連接的物聯網終端數量理論值將達到百萬級別,是4G的十倍以上。具體包括:Gbps級別移動寬帶數據接入、智慧家庭、智能建築、語音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、雲工作、雲娛樂、增強現實、行業自動化、緊急任務應用、自動駕駛汽車等。

1)增強型移動寬帶eMBB

主要面向局部熱點區域,為用戶提供極高的數據傳輸速率,滿足網絡極高的流量密度需求。1~10Gbps用戶體驗速率、數10Gbps峰值速率和數10Tbps/Km²的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰。簡單來說就是辦公、日常使用,相當於一個高速無線寬帶使用。包括賽事轉播、VR增強現實、三維立體視頻等等,一些以往我們無法通過移動通信解決的事可以通過5G的方式進行解決。

2)超高可靠與低時延的通信uRLLC

主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求,這類應用對時延和可靠性具有極高的指標要求,需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。未來輔助駕駛甚至自動駕駛會需求這樣的連接,包括現在國內外正在實現的自動駕駛技術,都需要有一個可靠低時延的網絡支撐。同時以醫療為例,5G出現讓VR遠程醫療成為可能,這也是5G的一個重要應用,可以成為醫療資源分佈不均的一個重要解決途經。

3)大規模機器類通信mMTC

主要面向工農業環境5G網絡將實現大規模物聯網,人與設備、設備與設備之間將更高效地相互連接和作用。例如未來的農場會採用精準灌溉的理念,對作物的每一階段的生長過程及所處環境現狀實現數據化、網絡化、智能化監控,並實時反饋數據給農場主。通過數據的計算與分析,成千上萬棵植物實現個性化的灌溉方式,獲得最優的生長環境。

而隨後的IMT-2020(5G)會議從移動互聯網和物聯網的角度對大規模機器類通信mMTC進行了細分,融合5G增強型寬帶的穩定和低延時的特徵之後,分為了:連需廣域覆蓋場景和低功耗大連接場景。

(1)連續廣域覆蓋場景

是移動通信最基本的覆蓋方式,以保證用戶的移動性和業務連續性為目標,為用戶提供無縫的高速業務體驗。該場景的主要挑戰在於隨時隨地(包括小區邊緣、高速移動等惡劣環境)為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率。這是和我們目前使用環境最相關的使用場景,在這個場景下我們使用的是手機、PC等移動互聯網設備。

(2)低功耗大連接場景

主要面向智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據採集為目標的應用場景,具有小數據包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分佈範圍廣、數量眾多,不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力,滿足100萬/Km²連接數密度指標要求,而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。

所以從國際電聯的對於5G定下的基本方向來看,手機等移動端設備在5G時代中僅僅佔據的是很小的一部分。5G主要面向的使用場景是未來的增強現實VR、萬物智能物聯方面,實現智慧家庭/城市、工業/農業智慧化和自動化、VR增強現實應用、自動駕駛等等。

5G商用目前存在的問題

高頻信號難走進室內

曾有人說“5G未來將取代WiFi”,其實這事實現起來還是挺麻煩的。因為5G一個重要的實現場景是增強型移動寬帶eMBB,這是大家傳5G未來取代WiFi的根據來源。的確5G信號是全頻譜的信號,但為了實現增強型移動寬帶eMBB,那麼需要的就是高頻段的信號進行傳輸數據。

無線電技術的原理在於,導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象,通過調製可將信息加載於無線電波之上。當電波通過空間傳播到達收信端,電波引起的電磁場變化又會在導體中產生電流。通過解調將信息從電流變化中提取出來,就達到了信息傳遞的目的。頻率越高波長越短,饒射(衍射效果)能力越弱,但穿透能力(不變方向)越強,信號穿透會損失很大能量,所以傳輸距離就可能越近,頻率越高在傳播過程的損耗越大。翻譯成大白話就是,高頻信號可以獲得大帶寬,但是因為指向性太強,所以區域覆蓋能力很差,這也是低頻段信號一直是各大運營商爭取的優質頻段的原因。

高頻信號覆蓋差、多基站帶來的成本上升和信號干擾

高頻覆蓋差那怎麼能達到好的信號覆蓋呢?解決辦法就是多建基站。關於5G資費問題,升是不能升的,但是5G建設投資確實大,怎麼解決這個矛盾呢?在5G覆蓋初期,網絡部署會主要利用現有4G基站資源,為的是實現從4G到5G非常平滑演進過程。但這僅僅只是在初期,基站總是要更新的,而且高頻信號覆蓋問題總是需要解決的。

這時候Massive MIMO(大規模分佈式天線)被提出來了。Massive MIMO(大規模分佈式天線)可大幅提升頻譜效率、容量以及覆蓋範圍。然而,這並不意味着Massive MIMO就是完美的,主要是體現在天線會更大更重,鐵塔可能無法承受負荷,不僅如此,還需進行功率升級和回傳升級,可適用於一些站點,但卻無法為所有的站點部署Massive MIMO,因為這非常不經濟。運營商多雞賊啊,所以在一般低頻段覆蓋層會採用4T4R,中頻段容量層採用8T8R或64T64R,毫米波高頻段採用128*128或更高階的Massive MIMO。

所以真的需要高速網絡還需要小基站的高頻信號進行全面覆蓋,也就是建更多的基站,真正實現高速無線網絡全面覆蓋。運營商在考慮5G全覆蓋時,通常會用低頻段做覆蓋層,中頻段做容量層,毫米波高頻段做高容量層(熱點)。好嘛基站建多了,問題又來了,那就是基站之間的信號干擾問題。好在國內也就三大運營商,頻譜資源分一分大家都很富裕的頻譜資源。以中國移動為例,中國移動採用的就是大小基站異頻運作的方式來降低干擾問題,因為頻率不同的關係,這種方式能很大程度上避免大小基站相互干擾,不過不代表干擾就一點都不存在了。

PConline總結

通過5G網絡我們可以實現低成本的萬物智聯、自動駕駛的高速穩定智能通信、VR娛樂和遠程醫療、工業自動智能化等等。而手機5G僅僅只是5G技術使用中太小太小的一部分了,甚至手機從4G到5G提升並沒有3G到4G的那麼大。無論從5G技術最初定下的目標還是未來實現的應用場景來看,即使有了更快的網速也不是為了手機而服務,想着等着5G再換手機的小夥伴可以考慮可以不用等了。

如果說3G時代開啟了移動端流量的大門,那4G就是開啟了移動視聽時代,各大視頻網站基本都是在2016-2017年首次實現移動端流量超過PC端。而與以往3G、4G技術升級主要為手機等移動設備服務的目的不同,5G技術的升級讓消費級的無線通信產生了質的變化。5G的技術本質並不是讓我們可以獲得更快的網絡,而是通過低時延、高穩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,這種能力可以實現很多應用,這也是一種典型的量變引起質變。5G更多的是為工業、農業、醫療、雲計算、自動駕駛等實現萬物智慧互聯而出現,與其期待提升不大的5G手機,還不如多期待一下未來在信息“零”時延體驗、千億設備智能互聯之下能獲得低成本高質量的服務和產品。

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:太平洋電腦網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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