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关于5G,你必须知道的事儿……

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发表于 2019-6-3 10:41:23 | 显示全部楼层 |阅读模式


作者:小枣君

来源:鲜枣课堂(ID:xzclasscom

什么是5G

5G,就是5th Generation Mobile Networks(第五代移动通信网络),也可以称为5th Generation Wireless Systems(第五代无线通信系统)。

通过名字可以看出,5G是4G的下一代演进。而4G,是目前我们正在使用的主流移动通信技术标准。

5G是一个全球性的通信技术标准。它的颁布者是国际电信联盟(ITU)。ITU是联合国下属机构,专门负责信息通信技术相关事务,包括制定全球电信标准,促进全球电信发展。



ITU,International Telecommunication Union

5G只是新一代技术标准的“小名”。它也有自己的“大名(法定名称)”,叫作IMT-2020。这个名字是2015年10月在瑞士日内瓦举办的2015年无线电通信全会上,由ITU正式确定的。

5G也有自己的官方LOGO,就是下面这个:



事实上,早在2013年左右,欧盟、日韩、美国和中国就已经启动了对5G标准的研究。

中国的5G技术研发试验是由IMT-2020(5G)推进组负责的。

IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由工信部、发改委和科技部联合推动成立,涵盖国内移动通信领域产学研用主要力量,是推动国内5G技术研究及国际交流合作的主要平台。



IMT-2020(5G)推进组的机构设置

ITU启动5G标准研究之初,曾面向全球征集5G的指标要求,以及大家对5G的需求。也就是说,希望收集大家对5G的意见和期望:我们的5G需要做成什么样,具体能实现什么样的指标要求,等等。

中国提出的,就是后来我们经常看到的“5G之花”:



这朵5G之花详细描述了我们对5G关键指标和特性的期望。例如,峰值速率能达到几十Gbps,端到端时延能够达到 1ms(毫秒级),频谱利用率要高,能耗要低,等等。

其他国家也纷纷提出了自己对5G的看法和期望。例如韩国,提出的是“火车头模型”:



最终,ITU综合各国意见,确认了5G的指标目标,我们可以称之为“蜘蛛网模型”:



这个模型采纳了中国“5G之花”的大部分指标。归纳来说,如下图所示:



仔细观察上面的技术指标,你会发现,这些指标和通常我们认为的网络指标存在很大的不同。

作为手机用户,我们对移动通信网络的要求主要集中在网速上。手机的上网速度足够快,我们就会很满意。

而上面表格中的连接密度、时延等指标,远远超过了普通手机用户的要求。

是的,5G指标的设计之初,就不只是为了手机上网服务的。它更主要的服务对象,是物联网。

5G的三大应用场景

2015年9月,ITU正式确认了5G的三大应用场景,分别是eMMB,uRLLC和mMTC。

eMBB,就是Enhance Mobile Broadband,增强型移动宽带。

顾名思义,这种场景就是现在人们使用的移动宽带(移动上网)的升级版,主要是服务于消费互联网的需求。在这种场景下,强调的是网络的带宽(速率)。前面所说的5G指标中,速率达到10 Gbps以上,就是服务于eMBB场景的。

uRLLC,是Ultra Reliable & Low Latency Communication,低时延、高可靠通信。

这主要是服务于物联网场景的。例如车联网、无人机、工业互联网等。

在这类场景下,对网络的时延有很高的需求。例如车联网,如果时延较长,网络无法在极短时间内对数据进行响应,就有可能发生严重的交通事故,甚至危害人身安全。这类场景对网络可靠性的要求也很高,不像手机上网,如果网络不稳定,最多引起用户的不满。

mMTC,是Massive Machine Type Communication,海量物联网通信。

这个也是典型的物联网场景。例如智能井盖、智能路灯、智能水表电表等,在单位面积内有大量的终端,需要网络能够支持这些终端同时接入,指的就是mMTC场景。



这三大应用场景,只有一个是主要为人联网服务的,另外两个都是主要为物联网服务的。这就给5G做了一个定性:它的物联网属性要强于人联网属性。

需要注意的是,三大应用场景并不是指三种不同的网络。网络只有一张,技术标准只有一种,就是5G。

三大应用场景,是指5G将采用网络切片等方式,使一张网络同时为不同的用户提供服务。也就是说,5G不是多种技术标准的合集(如3G,包括了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA),而是整合了多种关键技术于一身的、真正意义上的融合网络。



很多人把mMTC和uRLLC理解为像NB-IoT、eMTC那样的独立技术,这是不对的。场景并不等于技术,三大场景使用的是同样的硬件和软件。

5G和物联网

5G向物联网方向发展,是由时代所决定的。

人类通信技术的发展过程,实际上是供给侧不断追赶需求侧的过程。

从古代的飞鸽传书、烽火狼烟,到近代的电报、电话,再到现代的以1G、2G、3G、4G为代表的移动通信,我们都是在努力满足人们的基本通信需求。

如何更快速、更准确地传递信息,如何传递更丰富的信息,是通信技术演进的主要思路。

值得骄傲的是,在一代又一代通信人的努力下,我们取得了卓越的进步和成就。

尤其是现代移动通信技术的高速发展,从1G到4G,人类的基本通信需求早已得到满足。方便快捷的移动上网给人们的工作和生活带来了翻天覆地的变化,也彻底改变了我们的消费方式。



虽然我们已经满足了人类的通信需求,建设了美好的数字生活,但是衣食住行并不是人类发展的全部,消费互联网也不是互联网的全部。我们还有城市、农业、工业、能源、科研、教育、物流等很多产业和行业。

这些产业和行业也有数字化、网络化和智能化的需求,就是产业互联网和政企互联网。

消费互联网,加上产业互联网和政企互联网,才是真正的互联网。



随着互联网普及率的不断提升,人口红利趋近结束,消费互联网的发展已经接近饱和状态。

而产业互联网和政企互联网是一片更为广阔的市场。消费互联网的发展阶段,我们可以称为互联网1.0时代。

从消费互联网到产业互联网,就是互联网2.0时代。我们从数字生活升级到了数字经济的更高维度,要建设数字城市、数字工业、数字农业。。。

以手机移动通信为代表的消费互联网,实际上我们可以称之为“人联网”。到了产业互联网领域,我们需要的,是“物联网”。人联网的连接对象是人,而物联网的连接对象,当然就是物。



物联网其实并不是一个新的概念。在很多年前,就出现过物联网的原始应用。

越战期间,美军为了打击胡志明小道的越方补给线,曾经在小道投放了大量的传感器,一旦有人经过,传感器就会发出信号,美军随即对可疑地点进行轰炸。这种无线传感器网络就是一种物联网的早期模型。

后来,到了1995年,比尔盖茨在《未来之路》这本书中,正式提出了物联网的概念。



虽然一直以来都有人在宣传物联网,在推动物联网落地,但事实上,物联网的发展速度非常缓慢。既没有很突出的产品出现,也没有获得用户的认可。

其中的原因是多方面的,但最主要的原因,还是物联网技术本身不够成熟,加上行业里未能形成统一的标准。

近二十年来,我们使用的物联网技术,主要是WLAN物联网技术。从名字就可以看出来了,WLAN就是Wireless LAN,无线局域网。这是一种覆盖范围较小的物联网网络。



WLAN物联网,以Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Z-wave等技术为代表。

除了覆盖范围较小之外,这类技术在功耗控制、待机时间等关键特性上也存在瓶颈。

正是这些不足,导致WLAN物联网无法真正满足行业应用的要求,也不能被市场和用户所接受。

随着移动通信技术的飞速发展,人们开始考虑将蜂窝技术引入物联网领域。(或者可以说,通信行业开始盯上了物联网这块“大蛋糕”。)

最开始的时候,通信行业是将2G GSM技术用于物联网,做了一个EC-GSM技术。因为GSM技术本身的限制,所以EC-GSM并不成熟。

后来,负责制定3G WCDMA标准的国际标准组织3GPP(第三代合作伙伴计划),在继续制定4G LTE标准的时候,把物联网给考虑进去了。

在2008年,LTE的第一个版本R8(Release 8)中,除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外,也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1,可用于物联网等“低速率”应用。

注:这里的Cat并不是猫的意思,是Category的缩写,“种类,分类”的意思。Cat.X说的就是UE-Category,UE是用户设备(User Equipment )。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的,说白了就是用来划分终端速率(等级)的。



不同的Category的速率

后来,3GPP在Cat.1的基础上,不断发展和演进,推出了Cat.M1和Cat.NB-1。这两个物联网技术标准,就是现在我们经常看到的eMTC和NB-IoT。

简而言之,eMTC和NB-IoT都是4G LTE衍生出的蜂窝物联网技术。这类蜂窝物联网技术也被称为LPWAN技术(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网)。它们的特点就是覆盖距离更远,功耗更低,安全性和可靠性更高。

这类新型物联网技术的出现,极大地丰富了物联网的应用场景,也满足了越来越多行业用户的需求,给物联网的爆发式发展提供了机遇。

正如前文所说,人类在消费互联网和满足人与人之间通信需求方面,已经取得了巨大的进展,目前,我们把发展的目光放在了产业互联网和政企互联网上。

我们希望通过先进的物联网技术、通信技术、IT技术,帮助传统产业进行数字化、网络化、智能化的改造,从而实现整个产业链的转型升级。这也就是我们经常所说的“互联网+”“互联网赋能”。

一方面,4G LTE要继续往前演进,另一方面,传统产业需要“互联网+”升级。于是,4G的接班人,5G,就顺理成章地承担了这个历史使命。物联网,成了5G的主要应用方向和发展领域。

5G的进展现状

前面我们说,ITU确认了5G的官方名称、技术指标和应用场景。

不过,ITU主要负责标准的立项和成果鉴定,并不负责具体的技术研究。真正的标准研究和制定工作,被ITU交给了3GPP组织负责。

3GPP在1998年成立,研究并制定了WCDMA这个最成功的3G标准,后来又推出了4G LTE标准。现在负责5G标准的研究,当然是顺理成章的了。

3GPP接到任务之后,就开始着手具体各项技术的标准研究工作。

5G标准的制定,一共分为两个阶段。

第一阶段(Phase 1)的标准,发布的是3GPP Release15(简称R15)版本,重点是确定eMBB。也就是说,先满足人联网的要求。



2018年6月,这个阶段已经如期完成。相关标准已经正式发布。

第二阶段(Phase 2),将发布3GPP Release16(简称R16)版本,即最终的完整版5G,包括uRLLC和mMTC的技术标准。目前来看,这个阶段的完成时间是2020年。

也就是说,目前5G标准只是完成了一半,真正重要的部分,还要等到2020年才能完成。(所以说,5G叫作IMT-2020,不叫IMT-2018或者IMT-2019呢。)

包括韩国在内的很多国家,推出的5G网络,并不是真正意义上的完整版本5G网络,将来有待第二阶段标准确认之后,还需要进行进一步的升级和改造。

我们国家目前还没有发布5G正式牌照,只是发布了试运行牌照。所以,运营商是没有权力全面建设和商用5G网络的。就算你有钱买5G手机(目前价格在万元以上),你也不可能买到5G的SIM卡,或者办理5G套餐。

运营商只开放了少量的内部友好用户测试,如果你能搞到名额,可以抢先体验。

运营商目前在5G网络建设上,主要是建设试点网络为主,一方面没有牌照,另一方面建设5G需要大量的资金,在目前用户需求还不是很明确的情况下,他们不敢也不会大规模启动建设。

总而言之,对大部分用户来说,唯一能做的,就是耐心等待。


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