近兩(liang)年我(wo)(wo)們(men)手機所用的(de)技術名詞突(tu)飛猛進,迅(xun)速從2G、2.5G、3G,突(tu)飛猛進到(dao)現在的(de)4G、LTE-A、4.5G,直(zhi)到(dao)現在新聞中的(de)5G。伴(ban)隨著一代一代的(de)通信技術提高,最直(zhi)觀的(de)感(gan)受就是(shi)——我(wo)(wo)們(men)的(de)手機網絡速度越來越快。5G網絡什么(me)時候出來?5G網絡是(shi)什么(me)意思(si)?一篇能看(kan)得(de)懂(dong)的(de)5G科普,你不可錯過喲。
5G全(quan)(quan)稱(cheng)是(shi)(shi)5-Generation,從字面上(shang)的翻譯是(shi)(shi)“第(di)五代”,現(xian)在這一詞匯已經被手機電(dian)信領(ling)域全(quan)(quan)面占(zhan)用了,日常見到(dao)的5G意思就是(shi)(shi)——“第(di)五代移動通信技術”。
在2016年的MWC大(da)會上,主辦方給(gei)出了(le)“Mobile is everything(移動(dong)即是一(yi)切)”,宣示5G及移動(dong)通信時代全面到(dao)來。
通過(guo)多年發(fa)展,最新的(de)5G技(ji)術可以(yi)替代(dai)現在的(de)家(jia)用(yong)(yong)寬帶(dai)、wifi藍(lan)牙(ya)連接技(ji)術、衛星(xing)電話(hua)私密通訊(xun)甚至是以(yi)往(wang)軍事級別(bie)的(de)工業(ye)網絡技(ji)術。(當(dang)然軍用(yong)(yong)的(de)網絡技(ji)術不會(hui)被替代(dai),但可以(yi)將(jiang)軍用(yong)(yong)級別(bie)的(de)安全加密高可靠性的(de)技(ji)術應用(yong)(yong)于(yu)工業(ye)聯(lian)網、車(che)聯(lian)網領域(yu))
以及以往只有(you)服務器(qi)才(cai)擁有(you)的(de)多個產品(pin)互(hu)聯、數據資料互(hu)通的(de)技術,讓普通智能手(shou)機間也具(ju)備服務器(qi)NAS存儲的(de)隨(sui)意連接交換數據資料功能。
屆(jie)時,不(bu)用像現在的手機需要先連接(jie)wifi、藍(lan)牙(ya)才能與其他(ta)手機互(hu)相(xiang)傳(chuan)(chuan)輸數(shu)據,打開手機查找附近的設備(bei)就(jiu)可以通過5G網(wang)絡不(bu)耗費流量互(hu)相(xiang)傳(chuan)(chuan)輸數(shu)據。而且(qie)還可以實(shi)現多設備(bei)互(hu)傳(chuan)(chuan)數(shu)據。
并(bing)且還能輕松實(shi)現AR、VR功能。
5G為何(he)能這么(me)吊?這要從移(yi)動(dong)通信技術的特征來說。
移動通信技(ji)術是(shi)專門為(wei)了人們的(de)手(shou)機所設計的(de)。1973年摩托羅(luo)拉發明(ming)手(shou)機,就是(shi)為(wei)了滿足人們能隨時(shi)隨地打(da)電(dian)話的(de)需求。
手機通信(xin)的(de)(de)(de)技術(shu)其實就是利用無(wu)線頻譜(pu)的(de)(de)(de)波形來進行數(shu)(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)(shu)交(jiao)換的(de)(de)(de)技術(shu),在功能上(shang)類似于服務器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)交(jiao)換機。服務器(qi)(qi)(qi)就是互聯網(wang)上(shang)各種(zhong)網(wang)站、APP給(gei)大家分(fen)發資訊數(shu)(shu)據(ju)所用中心存儲器(qi)(qi)(qi),這些數(shu)(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)(shu)到用戶手里所用的(de)(de)(de)連接器(qi)(qi)(qi)、網(wang)線、光(guang)纖就是交(jiao)換機的(de)(de)(de)職責。
而(er)移動通信(xin)5G就是(shi)用(yong)多個無(wu)線(xian)波(bo)頻(pin)頻(pin)段(duan)來(lai)替代(dai)網(wang)線(xian)光纖所(suo)使用(yong)的電磁波(bo)、光波(bo)來(lai)傳輸數據,每個頻(pin)段(duan)相當于(yu)一條(tiao)網(wang)線(xian)。
與光纖的(de)167THz---375THz、一(yi)根光纖只能傳(chuan)播單頻(pin)相比,普(pu)通(tong)4G智能手機就能達到的(de)FDDFrequency Division Duplexing頻(pin)分(fen)雙工等多(duo)頻(pin)同(tong)時(shi)傳(chuan)輸(shu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。未來5G的(de)Massive MIMO -- 天(tian)線技(ji)(ji)術(shu)(shu)、載波(bo)聚合技(ji)(ji)術(shu)(shu),將(jiang)使智能手機能同(tong)時(shi)利用(yong)更多(duo)頻(pin)譜,提(ti)高頻(pin)譜利用(yong)率(lv)。
雖(sui)然光纖的(de)單頻段數據傳(chuan)輸性(xing)能遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)高于移動通信,但加(jia)上多個頻段同時使用的(de)5G技術,移動通信的(de)網速(su)就(jiu)遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)超過光纖。
5G的(de)網速能在(zai)4G的(de)基礎上獲得量(liang)級(ji)的(de)提高,原因就(jiu)是(shi)現(xian)(xian)在(zai)的(de)智能手(shou)機實現(xian)(xian)了多頻(pin)段(duan)同(tong)時使用的(de)技術,而在(zai)4G時代(dai)只(zhi)能達(da)到FDD頻(pin)分雙(shuang)工——只(zhi)能同(tong)時利用兩個頻(pin)段(duan)。
每個頻(pin)段相(xiang)當于(yu)一條網線。并且(qie)不(bu)同(tong)頻(pin)段還(huan)有(you)不(bu)同(tong)特性,分別(bie)適用于(yu)電話、影音、近距離傳呼(hu)、高速寬帶網絡、工業設備自動化(hua)控制等等。
等5G推行之后,以(yi)(yi)往(wang)移動、聯通(tong)、電信(xin)以(yi)(yi)及(ji)國際上的(de)(de)(de)電信(xin)運營商分別使用的(de)(de)(de)無線頻段及(ji)技(ji)(ji)(ji)術(shu)類型(xing),都會整合在一起。所(suo)有的(de)(de)(de)電信(xin)頻譜(pu)通(tong)過5G技(ji)(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)吞并統(tong)一,可以(yi)(yi)讓所(suo)有基(ji)(ji)站共(gong)同使用。一個基(ji)(ji)站就能(neng)良(liang)好處(chu)理過往(wang)采用不同技(ji)(ji)(ji)術(shu)規格基(ji)(ji)站才能(neng)處(chu)理的(de)(de)(de)各種(zhong)類型(xing)頻譜(pu)信(xin)息。
相當(dang)于給不同小區之(zhi)間都互相連上網線,一個人就可以享(xiang)受不同小區的網絡(luo)。
這使得一個(ge)基站頂(ding)過去N個(ge)。等于(yu)全世界范圍內在極短的(de)時(shi)間內,迅速增加無數條高速寬帶。
因為如此,無線(xian)頻譜早已(yi)是國家(jia)的戰略資源。隨著5G技術的成熟,電視廣(guang)播逐漸(jian)被(bei)互聯網電視廣(guang)播技術替代,原來電視廣(guang)播所使(shi)用的頻段(duan)逐漸(jian)釋(shi)放(fang)出來,預計將會分配給(gei)5G。
移(yi)動(dong)電信(xin)(xin)運(yun)營(ying)商(移(yi)動(dong)、電信(xin)(xin)、聯(lian)通運(yun)營(ying)商)是(shi)世界范圍內(nei)擁(yong)有(you)分(fen)布(bu)最為(wei)密集(ji)、服務最為(wei)優秀的電信(xin)(xin)通信(xin)(xin)設備。甚至大部分(fen)服務器(qi)集(ji)群就是(shi)電信(xin)(xin)運(yun)營(ying)商建造并擁(yong)有(you)的,光纖(xian)寬(kuan)帶這(zhe)些設備都是(shi)電信(xin)(xin)運(yun)營(ying)商的資(zi)產。
因為這些(xie)(xie)電信設備的(de)升級(ji)最為頻繁,離(li)用戶也(ye)更加近,所(suo)以在(zai)電信設備上增(zeng)加功能,這些(xie)(xie)功能的(de)普及速(su)度最快,變現速(su)度也(ye)更快。
5G是將過往(wang)不同的(de)(de)2G、3G、4G技術,進行(xing)升級(ji)(ji)、合并(bing)、淘汰,好比原(yuan)本針對一個(ge)頻段有一套專(zhuan)門的(de)(de)設(she)(she)備,在將一套設(she)(she)備升級(ji)(ji)后就(jiu)(jiu)能(neng)處理幾十個(ge)頻段。這樣就(jiu)(jiu)將原(yuan)本需要多個(ge)設(she)(she)備才能(neng)實(shi)現的(de)(de)功能(neng)整合到(dao)一個(ge)設(she)(she)備上,獲(huo)得性能(neng)功能(neng)上的(de)(de)大幅(fu)提高。
就像智能手機(ji)一(yi)(yi)個設(she)備整合了藍牙、WiFi、MP3、影音等等功(gong)能一(yi)(yi)樣。相(xiang)比(bi)其他技(ji)術,這樣的升級一(yi)(yi)直(zhi)在(zai)逐步(bu)進行,各種配套服務齊(qi)全,也(ye)最(zui)容易實(shi)現。
而圍(wei)繞著家庭寬帶WiFi網絡升級出(chu)來的WiMAX 4G技(ji)(ji)術,早已經被(bei)FDD、TDD技(ji)(ji)術淘(tao)汰。所以現在的技(ji)(ji)術方向就是(shi)讓移(yi)動(dong)網絡吞并(bing)家庭網絡。
靠著世界范圍內分(fen)布(bu)最為(wei)(wei)密(mi)集(ji)、升級最為(wei)(wei)頻繁的電信基站設備,5G吞并(bing)各種頻段(duan)之后(hou),將能(neng)即刻把這些(xie)頻段(duan)變成“網線(xian)”送到(dao)用戶手(shou)中。
而服務器集群加上家庭寬帶等其他技(ji)術,因為(wei)技(ji)術升(sheng)級慢(man)、信號覆蓋范圍小(xiao)的瑕疵,則不能達到這(zhe)一效率。
不(bu)同的頻段有(you)不(bu)同的性能(neng)特色。
1GHz以下的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv),擁有(you)更(geng)遠覆蓋(gai)距離,可(ke)(ke)靠性高、反(fan)饋速度快,不過帶(dai)寬(kuan)小即(ji)網(wang)速低,非(fei)常適合面向(xiang)海量物聯網(wang);1GHz至6GHz的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv),支持(chi)更(geng)大(da)的(de)(de)帶(dai)寬(kuan),面向(xiang)增強(qiang)型移(yi)動寬(kuan)帶(dai)和關鍵業務型服務;6GHz以上(shang)的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)如毫(hao)米波,以往(wang)只用于(yu)雷(lei)達(da)領域,可(ke)(ke)以實現極(ji)致(zhi)帶(dai)寬(kuan),但(dan)極(ji)容(rong)易被屏蔽,只能(neng)面向(xiang)小區家庭內更(geng)短(duan)程的(de)(de)極(ji)致(zhi)移(yi)動寬(kuan)帶(dai)。
而5G正在吞并這些不同頻(pin)段(duan),讓普通智能(neng)(neng)手機也具(ju)備這些功(gong)能(neng)(neng)。
像以(yi)往(wang)6GHz以(yi)上的(de)(de)毫米波一般應用(yong)在雷達上,1GHz以(yi)下的(de)(de)頻(pin)率的(de)(de)部分頻(pin)段(duan)屬(shu)于(yu)軍用(yong)頻(pin)段(duan),350MHz頻(pin)段(duan)是公安用(yong)于(yu)常規(gui)對講的(de)(de),是專用(yong)頻(pin)段(duan),不是尋呼頻(pin)段(duan),尋呼一般是130多MHz和150多MHz。
230MHz一般用(yong)于(yu)數據傳輸,420~430MHz曾用(yong)于(yu)準集群頻段。
現在(zai)(zai)軍隊等權(quan)力部(bu)門逐漸(jian)在(zai)(zai)使用1.2GHz、1.4GHz用于移動視頻(pin)傳輸。
這些頻(pin)段(duan)的(de)(de)安全(quan)(quan)性、可靠性是過往一(yi)般(ban)民用(yong)頻(pin)段(duan)所不(bu)能(neng)比的(de)(de)。適合用(yong)于安全(quan)(quan)要求、反饋(kui)更靈敏的(de)(de)領域,例如車(che)(che)用(yong)互(hu)聯(lian)網、工業(ye)用(yong)互(hu)聯(lian)網。車(che)(che)聯(lian)網、物聯(lian)網不(bu)夠安全(quan)(quan)反饋(kui)不(bu)及時的(de)(de)話,將直(zhi)接導(dao)致交通(tong)事故會死人,工業(ye)生產無法進(jin)行。
從(cong)理(li)論(lun)(lun)上來說,5G的(de)網(wang)(wang)速能達到4G的(de)40倍(bei),從(cong)而(er)實(shi)時傳輸8K分辨率的(de)3D視頻,或(huo)是在(zai)6秒內下載一(yi)部3D電(dian)影。作(zuo)為對比,通過4G網(wang)(wang)絡(luo)的(de)下載需(xu)要6分鐘。然而(er),在(zai)以(yi)往通信技術的(de)發展中(zhong),實(shi)驗(yan)室情況與真(zhen)實(shi)環境總會(hui)有很大差距。理(li)論(lun)(lun)峰值(zhi)速率在(zai)用(yong)(yong)戶實(shi)際使用(yong)(yong)中(zhong)只是夢(meng)想,用(yong)(yong)戶可用(yong)(yong)速率要遠低于理(li)論(lun)(lun)值(zhi)。
作為5G技(ji)(ji)術(shu)研(yan)發投入最大的(de)廠(chang)商,諾基亞認為,在(zai)現(xian)網存在(zai)擁塞的(de)情況下,5G技(ji)(ji)術(shu)能實現(xian)約100Mbps的(de)速率(lv)。這約為當前4G網絡(luo)的(de)4倍。
5G網(wang)絡的(de)(de)另(ling)一(yi)大特點(dian)是低時延,這意(yi)味(wei)著網(wang)絡對(dui)用戶命令的(de)(de)響(xiang)應速度將(jiang)非常快。在這樣的(de)(de)情(qing)況(kuang)下,網(wang)站、應用和各種服務的(de)(de)加(jia)載都會(hui)更快。
網絡 | 數據傳輸速率 | 功能 |
1G | 無 | 僅限語音通話 |
2G | 約20Kb/s-200Kb/s | 增加了短信,低速數據傳輸功能 |
3G | 約5Mb/s-20Mb/s | 數據傳輸功能極大提高,可處理圖像、音樂、視頻等多媒體因為 |
4G | 約100Mb/s | 速度更快,可實現高清在線視頻流暢播放 |
5G | 約10Gb/s | 應用范圍更加廣泛,涉及制造業、流通等領域,滿足物聯網海量連接和車聯網極地延時要求,使萬物互聯成為可能 |
量子通信 | 尚無數據 | 利用量子糾纏效應進行信息傳遞,通信具備極高安全性,幾乎沒有破解可能,在軍事、金融等領域應用前景廣泛 |
可見光通信 | 約150Mb/s | 利用可見光傳輸數據,減少電磁輻射,適合應用于飛機、手術室等對無線信號敏感區域 |
這(zhe)一問(wen)題目(mu)前還沒(mei)有答(da)案。預計到2018年(nian)冬奧會期間,韓國(guo)將推出5G試驗網,而大規(gui)模部署甚(shen)至要等(deng)到2020年(nian)。
中日韓三(san)國運(yun)營商2016年(nian)11月進行過(guo)一(yi)次會(hui)談,主要內容為合(he)作推(tui)廣5G網(wang)絡。三(san)家公司將利(li)用三(san)國未(wei)來幾年(nian)舉(ju)辦三(san)屆奧運(yun)會(hui)的寶貴機會(hui),建設和并(bing)推(tui)廣5G網(wang)絡。
其中(zhong)2018年,韓國(guo)平(ping)昌(chang)市將(jiang)舉辦(ban)冬奧(ao)會(hui)(hui)(hui),2020年,日本東(dong)京將(jiang)舉辦(ban)夏季奧(ao)運(yun)會(hui)(hui)(hui),而在(zai)2022年,北(bei)(bei)京市和河北(bei)(bei)省(sheng)將(jiang)聯合舉辦(ban)冬奧(ao)會(hui)(hui)(hui)。重大的體育(yu)賽事將(jiang)三國(guo)推(tui)出5G網絡的寶貴機會(hui)(hui)(hui)。
參與(yu)會(hui)談的(de)韓國電(dian)信(xin)高層表示,韓國電(dian)信(xin)將會(hui)和(he)中國移動、日(ri)本DoCoMo合作,在(zai)2018年(nian)推出5G網絡試驗性服務。
在中國4G市場競爭(zheng)中,中移動占據領(ling)先地位,目(mu)前已(yi)經(jing)擁有(you)2.7億4G用(yong)(yong)戶,占到公司用(yong)(yong)戶的三分之(zhi)一,中國聯通和(he)中國電信由于政府批(pi)準商用(yong)(yong)的時間較晚(wan),目(mu)前用(yong)(yong)戶規模(mo)處(chu)于落后。
不(bu)過美國最大運(yun)營商Verizon已宣布,希望更快地(di)推出5G技(ji)術(shu),時間(jian)最早(zao)將為(wei)2017年。
由于5G技術還(huan)面(mian)臨一系列(lie)挑戰,因(yin)此到2017年就開(kai)始大規(gui)模部(bu)署(shu)的可能性不大。例如,在(zai)規(gui)模商用(yong)之前(qian),相關廠商還(huan)需要開(kai)發出成本適(shi)中(zhong)的5G芯片。
2014年5月13日,三星電(dian)子宣布,其已率先(xian)開(kai)發出了首個基于5G核(he)心技術的移動傳輸(shu)網絡,并表示將在2020年之(zhi)前進行5G網絡的商業推廣。
2014年(nian)7月,愛立信宣布,在5G無(wu)線(xian)(xian)技(ji)術一(yi)項無(wu)線(xian)(xian)測(ce)試(shi)中(zhong),傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)(du)最高(gao)達到了(le)(le)5Gbps。無(wu)線(xian)(xian)傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)(du)達到5Gbps,意味著比今天(tian)的(de)(de)LTE連接(jie)標準快了(le)(le)250倍(bei),標志(zhi)著無(wu)線(xian)(xian)傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)(du)再創新紀(ji)錄。這(zhe)一(yi)傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)(du),無(wu)論對于智(zhi)能手機,還是汽車、醫(yi)療和其他設備而言(yan),均將受益(yi)于此(ci)。網絡達到5Gbps速(su)(su)度(du)(du)(du),下載(zai)一(yi)部50GB的(de)(de)電影僅需80秒鐘,而這(zhe)一(yi)速(su)(su)度(du)(du)(du)為谷歌光纖1Gbps傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)5倍(bei)。
但(dan)目前5Gbps傳輸速度僅(jin)為實驗室理想狀(zhuang)態下的數據,而實際商業部署則要(yao)等到2020年。
據悉,愛立信曾與(yu)日(ri)本的NTT Docomo、韓國(guo)的SK Telecom展開過5G網(wang)絡(luo)測試。愛立信表示,鑒于(yu)當前北(bei)美(mei)市場(chang)LTE網(wang)絡(luo)的高(gao)普及率,5G網(wang)絡(luo)可能會率先達到這一市場(chang),但(dan)截至目前,北(bei)美(mei)市場(chang)尚無運營(ying)商(shang)對5G網(wang)絡(luo)進行(xing)任(ren)何承諾(nuo)。
2016年8月(yue)4日,諾基(ji)(ji)亞與電信傳媒公(gong)司(si)貝爾(er)再次在加拿(na)大完(wan)成了(le)5G信號的測(ce)試。在測(ce)試中諾基(ji)(ji)亞使(shi)用了(le)73GHz范圍內的頻譜,數(shu)據傳輸(shu)速度也達到(dao)了(le)現有4G網絡的6倍。
2020年三星電(dian)子計劃(hua)實現該技(ji)術的商(shang)用化為目標(biao),全面研發5G移動通(tong)(tong)信核心技(ji)術。隨著三星電(dian)子研發出這一技(ji)術,世界各國的第(di)五代移動通(tong)(tong)信技(ji)術的研究將(jiang)更加活躍,其國際標(biao)準的出臺和(he)商(shang)用化也將(jiang)提(ti)速。
2016年11月17日,華為在舉行的一(yi)場3GPP RAN1 87次會議的5G短碼討論方案中,憑借59家代(dai)表的支持,以極化碼(Polar Code)戰勝了(le)高通(tong)主推(tui)的LDPC及(ji)法國(guo)的Turbo2.0方案,拿下(xia)5G時代(dai)的話語權。這(zhe)也意味華為成功顛覆了(le)高通(tong)長期以來的霸主地位(wei)。
2016年11月(yue)18日,在美國內(nei)華達州(zhou)里諾國際移(yi)動通信標(biao)準化組織3GPP的(de)RAN1(無線物理層)#87次會議(yi)上,經(jing)過與會公(gong)司(si)代(dai)表(biao)多輪技術討論,3GPP最(zui)終確定了5G eMBB(增(zeng)強移(yi)動寬帶)場景的(de)信道(dao)編(bian)(bian)(bian)碼(ma)技術方案(an)(an),其中:華為(wei)公(gong)司(si)主推的(de)Polar Code(極(ji)化碼(ma))作為(wei)控(kong)制信道(dao)的(de)編(bian)(bian)(bian)碼(ma)方案(an)(an);LDPC碼(ma)作為(wei)數據信道(dao)的(de)編(bian)(bian)(bian)碼(ma)方案(an)(an)。