5G时代将至

老肖随记2021-06-08 16:35:59

5G,即第五代移动通信技术。与4G相比,5G网络具有更高的速率、更大的容量和更低的时延等特点,能够更好的满足未来移动通信应用需求。以网速为例,5G有望比4G10倍以上。

 

目前,全球一些主要国家和地区纷纷提出5G试验计划和商用时间表,加速开展技术研发及应用试验,力争引领全球5G产业发展。

 

各国5G进展及时间表

美国:2016年,美国政府对5G网络的无线电频率进行了分配;2018年下半年,将在美国部分地区部署5G商用无线网,主要为美国家庭提供固定式高速互联网接入服务。

 

欧盟:20169月,欧盟推出5G行动计划,提出5G时间进程;201712月,制定出5G路线图;2018年,开始预商用测试;2020年,每个成员国将确定至少一个提供5G服务的城市;2025年,各成员国将在主要陆地交通道路实现5G覆盖。

 

韩国:2018年平昌冬季奥运会,韩国实现了5G首秀,由韩国电信运营商KT联手爱立信(基站设备等)、三星(终端设备等)、思科(数据设备等)、英特尔(芯片等)、高通(芯片等)等产业链各环节公司全程提供的5G网络服务,成为全球首个大范围的5G准商用服务。

 

日本:2020年东京奥运会以及残奥会将成为日本发展5G的重要助力,日本各运营商将在东京都中心等部分地区启动5G的商业利用,随后逐渐扩大区域。预计在2023年左右将5G的商业利用范围扩大至日本全国。

 

我国5G进展及时间表

201711月,工信部正式发布了5G系统频率使用规划,将3.5GHz4.8GHz频段作为我国5G系统部署的主要频段。20183月,工信部又提出进一步加快5G系统频谱的规划进度。

 

目前,我国5G商用进程有序推进,技术研发测试今年正式进入第三阶段,三大运营商5G外场测试相继开启,试点建设加紧推进中。

 

中国移动:20176月,在广州开通了全国首个5G预商用测试基站;2018年,将建设大规模的5G试验网,在全国十余个城市开展外场试验及应用示范;2019 年,将发布首批5G预商用终端,包括数据类终端、智能手机等产品。

 

中国联通:2018年,将在全国7个城市进行5G组网试验;2019年,进行预商用;2020年,开始正式商用。

 

中国电信:20178月,宣布在雄安新区启动5G创新示范网建设;2019年,实现5G试商用;2020年,实现重点城市的规模商用。

 

总体来看,我国大致是在2018年进行5G试验,2019完成规模试商用,2020年开始大规模商用。

 

5G几大关键技术

5G的技术优势主要是通过毫米波、小基站、大规模天线阵列、全双工以及波束成形等五大关键技术实现。

 

1.毫米波

无线传输增加传输速率一般有两种方法:一是增加频谱利用率,二是增加频谱带宽。5G使用毫米波(26.5300GHz)就是通过第二种方法来提升速率。不过,毫米波有穿透力差、衰减大的缺点,因此要让毫米波频段下的5G通信在高楼林立的环境下传输并不容易,而大规模小基站将解决这一问题。

 

2.小基站

毫米波的频率很高,波长很短,所以其天线尺寸可以大幅缩小,运营商可以每数百米部署一个小基站,排列下来,可以在每个城市中部署数以千计的小基站以形成密集网络。未来5G移动通信将不再依赖大型基站,大量的小型基站将成为新的趋势,它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。

 

3.大规模天线阵列

5G基站可以达到上百根天线(128256甚至更多),这些天线可以通过Massive MIMO技术形成大规模天线阵列,这就意味着基站可以同时为更多用户发送和接收信号,从而将移动网络的容量提升数十倍甚至更大。但是多天线也势必会带来更多的干扰,而波束成形就是解决这一问题的关键。

 

4.波束成形

波束成形可以使无线信号定向传播,众多天线发出的电磁波互相抵消或者增强,就可以形成一个很窄的波束,而不是全向发射,这就避免了信号的干扰。而且有限的能量都集中在特定方向上进行传输,可以传输更远距离,从而解决毫米波信号被障碍物阻挡以及远距离衰减的问题。

 

5.全双工

全双工技术是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作,使得通信两端在上、下行可以在相同时间使用相同的频率,突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式,这是通信节点实现双向通信的关键之一,也是5G所需的高吞吐量和低延时的关键技术。

 

5G主要应用场景

5G将主要满足三大类场景应用需求:eMBB(增强移动宽带)mMTC(海量机器通信)URLLC(低时延、高可靠通信)。其中,eMBB是进一步提升通信速率,以满足3D/超高清视频等大流量移动业务;mMTC是进一步提升网络容量,以支撑大规模物联网等大容量应用;URLLC是进一步降低时延和提高可靠性,以满足无人驾驶、工业自动化等应用。主要应用可以包括:

 

1.高速率应用

高速上传下载

高清/3D视频实时播放

AR/VR与生活娱乐相结合

云技术与生活工作相结合

 

2.大容量应用

物联网

智慧城市

智慧家居

智慧农业

智慧物流

 

3.低时延高可靠应用

车联网

自动驾驶

工业控制

远程医疗(手术)

 

小结

1.随着5G的发展,众多相关产业将获得新的发展机遇。上游配套方面,芯片、光学器件、射频器件等将形成大规模市场需求;中游建设方面,新型移动基站将迎来大规模建设,移动终端也将迎来新的增长空间;下游应用方面,5G将催生和支撑一批以工业互联网、车联网、智慧医疗等为代表的应用,同时运营商也有望从中获得更多的运营收入。

 

2.未来数年内,5G并不会完全取代4G,二者将形成有机互补。一方面,目前以智能手机为代表的4G终端并不能直接兼容5G网络,而5G终端的全面升级换代还需要一定时间;另一方面,在5G尚未实现大规模应用的情况下,5G资费会高于目前的4G资费标准,这也将一定程度上限制其应用进程。

 

3.未来5G网络可能需要与天基互联网形成融合互补。5G的技术特点决定了其在广泛的覆盖性方面存在痛点,特别是在人口非密集区域运营商建设高密度的5G基站从效益上是否划算。针对此问题,未来利用基于空间平台(如:小卫星、飞艇)的天基互联网来实现广泛覆盖将成为一种手段,从而实现卫星网络和地面网络的深入融合,构建天地一体、无缝对接、全面覆盖的无线网络。

 

另外,在5G时代即将来临之际,6G研究已提上日程。

 

近期相关事件:

2018324日,中国移动在雄安新区完成首次5G-V2X自动远程驾驶启动及行驶测试,实现了通过5G网络远程控制20公里以外的车辆完成启动加速、减速、转向等操作,网络时延在6毫秒以内,仅为4G的十分之一。下一步,还将逐步实现封闭测试场、规则化测试道路、开放性测试道路等三个阶段验证,为远程自动驾驶商业化提供技术支撑。

中国移动5G-V2X远程自动驾驶测试车