近兩年我(wo)們(men)(men)手機所用(yong)的(de)技術(shu)名詞(ci)突飛(fei)猛(meng)進(jin)(jin),迅速從2G、2.5G、3G,突飛(fei)猛(meng)進(jin)(jin)到(dao)(dao)現在的(de)4G、LTE-A、4.5G,直(zhi)到(dao)(dao)現在新聞中的(de)5G。伴隨著一代(dai)(dai)一代(dai)(dai)的(de)通信技術(shu)提高(gao),最(zui)直(zhi)觀的(de)感受就是——我(wo)們(men)(men)的(de)手機網絡速度越(yue)來(lai)越(yue)快。5G網絡什么(me)(me)時候(hou)出來(lai)?5G網絡是什么(me)(me)意思?一篇(pian)能看(kan)得懂(dong)的(de)5G科普,你不可錯過喲。
5G全(quan)稱是5-Generation,從字面上的(de)翻譯是“第五代(dai)”,現在(zai)這一詞(ci)匯已(yi)經被(bei)手機電信(xin)領域全(quan)面占用(yong)了(le),日常見到的(de)5G意(yi)思(si)就是——“第五代(dai)移動(dong)通信(xin)技(ji)術”。
在2016年的MWC大(da)會上,主辦(ban)方給出了“Mobile is everything(移(yi)動即是一切)”,宣示5G及移(yi)動通信時代全面到(dao)來。
通(tong)過(guo)多(duo)年發展,最新的(de)(de)5G技(ji)(ji)術可以替代現在的(de)(de)家用(yong)(yong)寬(kuan)帶(dai)、wifi藍(lan)牙連接技(ji)(ji)術、衛(wei)星電話私(si)密通(tong)訊甚至是以往軍事(shi)級別的(de)(de)工業網絡技(ji)(ji)術。(當(dang)然軍用(yong)(yong)的(de)(de)網絡技(ji)(ji)術不會被(bei)替代,但可以將軍用(yong)(yong)級別的(de)(de)安全加密高可靠(kao)性的(de)(de)技(ji)(ji)術應用(yong)(yong)于工業聯網、車聯網領(ling)域(yu))
以及以往只有服(fu)(fu)務器(qi)才擁有的(de)(de)多(duo)個產品(pin)互聯、數(shu)(shu)據資(zi)(zi)料(liao)互通的(de)(de)技術,讓普通智(zhi)能手機間(jian)也具備服(fu)(fu)務器(qi)NAS存儲的(de)(de)隨意連接交(jiao)換(huan)數(shu)(shu)據資(zi)(zi)料(liao)功能。
屆時,不(bu)用(yong)像(xiang)現在的手機需(xu)要先(xian)連接wifi、藍(lan)牙才(cai)能與其他手機互(hu)(hu)相傳輸數據,打開手機查找附近的設(she)備就(jiu)可以通過5G網絡不(bu)耗(hao)費(fei)流(liu)量互(hu)(hu)相傳輸數據。而且(qie)還可以實現多設(she)備互(hu)(hu)傳數據。
并且(qie)還能輕松實現(xian)AR、VR功能。
5G為何能這(zhe)么吊?這(zhe)要從移動(dong)通信技術(shu)的特征來說。
移(yi)動通信技術(shu)是(shi)專(zhuan)門為了人(ren)們的(de)手(shou)機(ji)所(suo)設計的(de)。1973年摩托(tuo)羅拉(la)發明手(shou)機(ji),就是(shi)為了滿足人(ren)們能隨時隨地打電話的(de)需求。
手機通(tong)信的技術其實就(jiu)是(shi)利用無(wu)線頻譜(pu)的波形來進行數據(ju)傳輸交(jiao)(jiao)換的技術,在功能上(shang)類似(si)于服務器(qi)的交(jiao)(jiao)換機。服務器(qi)就(jiu)是(shi)互(hu)聯網(wang)上(shang)各種網(wang)站、APP給大(da)家分發資訊數據(ju)所(suo)用中心(xin)存儲器(qi),這些數據(ju)傳輸到(dao)用戶手里所(suo)用的連接器(qi)、網(wang)線、光纖就(jiu)是(shi)交(jiao)(jiao)換機的職責。
而(er)移(yi)動通(tong)信5G就是用(yong)多個(ge)無線波(bo)頻頻段來替代網(wang)線光纖所使用(yong)的(de)電磁(ci)波(bo)、光波(bo)來傳(chuan)輸數據,每個(ge)頻段相(xiang)當于一條網(wang)線。
與光纖(xian)的(de)167THz---375THz、一根(gen)光纖(xian)只(zhi)能(neng)傳播單頻(pin)相(xiang)比,普通4G智能(neng)手(shou)機(ji)就能(neng)達到(dao)的(de)FDDFrequency Division Duplexing頻(pin)分雙工等多(duo)頻(pin)同(tong)時(shi)傳輸(shu)技術。未來(lai)5G的(de)Massive MIMO -- 天線(xian)技術、載波聚合技術,將使(shi)智能(neng)手(shou)機(ji)能(neng)同(tong)時(shi)利(li)用更多(duo)頻(pin)譜,提高頻(pin)譜利(li)用率。
雖然光纖的單頻段數(shu)據傳輸(shu)性能遠遠高于移(yi)動(dong)通信,但加(jia)上多個(ge)頻段同(tong)時使用的5G技術,移(yi)動(dong)通信的網速就遠遠超過光纖。
5G的(de)網速(su)能(neng)在4G的(de)基礎上獲(huo)得量級(ji)的(de)提(ti)高,原(yuan)因就(jiu)是現在的(de)智(zhi)能(neng)手機實現了多頻(pin)段(duan)同時使用的(de)技(ji)術,而在4G時代只能(neng)達到FDD頻(pin)分雙工——只能(neng)同時利用兩(liang)個頻(pin)段(duan)。
每(mei)個頻段相當(dang)于(yu)一條網線。并且不(bu)同頻段還有(you)不(bu)同特性,分別適(shi)用于(yu)電話、影音(yin)、近(jin)距離傳(chuan)呼、高(gao)速寬帶網絡(luo)、工(gong)業(ye)設備自動化控制等等。
等5G推行之后(hou),以(yi)往移動、聯通(tong)、電信(xin)(xin)以(yi)及國際上的(de)電信(xin)(xin)運營商分別使用的(de)無線頻段及技術類型(xing),都(dou)會(hui)整(zheng)合在一(yi)起。所有(you)的(de)電信(xin)(xin)頻譜通(tong)過5G技術的(de)吞并(bing)統一(yi),可以(yi)讓所有(you)基站共同使用。一(yi)個(ge)基站就能良好(hao)處理過往采用不(bu)同技術規格基站才(cai)能處理的(de)各種(zhong)類型(xing)頻譜信(xin)(xin)息。
相當(dang)于給不同(tong)小區之間都互(hu)相連上網(wang)線,一個人就可以享受不同(tong)小區的網(wang)絡。
這(zhe)使得一個(ge)基站頂過去N個(ge)。等于(yu)全世界(jie)范圍(wei)內在極短的時間內,迅速增加無(wu)數(shu)條高速寬帶(dai)。
因為如此,無線(xian)頻(pin)譜早已是(shi)國家的(de)戰略資(zi)源(yuan)。隨著5G技術的(de)成熟,電(dian)視廣播(bo)逐(zhu)漸被互聯網電(dian)視廣播(bo)技術替代,原來電(dian)視廣播(bo)所使用的(de)頻(pin)段逐(zhu)漸釋放出來,預計將會分配給5G。
移動電(dian)信運營(ying)商(移動、電(dian)信、聯通運營(ying)商)是(shi)世界范(fan)圍內擁有分(fen)(fen)布最(zui)為密(mi)集(ji)、服(fu)務(wu)最(zui)為優秀(xiu)的(de)電(dian)信通信設備(bei)(bei)。甚至大(da)部分(fen)(fen)服(fu)務(wu)器(qi)集(ji)群就是(shi)電(dian)信運營(ying)商建(jian)造并擁有的(de),光(guang)纖寬帶這些設備(bei)(bei)都是(shi)電(dian)信運營(ying)商的(de)資產。
因(yin)為這些電(dian)信設備的升級(ji)最(zui)為頻繁,離用戶也(ye)更(geng)加(jia)近,所以在電(dian)信設備上增加(jia)功能,這些功能的普及速度(du)最(zui)快,變(bian)現速度(du)也(ye)更(geng)快。
5G是將過往不同的(de)(de)2G、3G、4G技術(shu),進行(xing)升(sheng)級、合(he)并、淘汰,好比原(yuan)本(ben)針(zhen)對一個頻段(duan)有一套專門的(de)(de)設備,在(zai)將一套設備升(sheng)級后就能(neng)處理幾十個頻段(duan)。這樣就將原(yuan)本(ben)需(xu)要多(duo)個設備才能(neng)實現的(de)(de)功(gong)能(neng)整(zheng)合(he)到(dao)一個設備上(shang),獲得(de)性能(neng)功(gong)能(neng)上(shang)的(de)(de)大(da)幅(fu)提高。
就像智能手機一個設備整合了藍牙、WiFi、MP3、影音等等功能一樣(yang)。相比(bi)其他技(ji)術,這樣(yang)的升級(ji)一直在逐步進行(xing),各種配套服務齊(qi)全(quan),也最容易實現。
而圍繞著家(jia)庭寬帶WiFi網(wang)絡(luo)升(sheng)級(ji)出來(lai)的WiMAX 4G技術,早已經被FDD、TDD技術淘汰。所(suo)以現(xian)在的技術方向就是讓移動網(wang)絡(luo)吞并(bing)家(jia)庭網(wang)絡(luo)。
靠(kao)著世界范圍內分布最(zui)為密集、升(sheng)級(ji)最(zui)為頻(pin)繁的電信基站設備,5G吞并各(ge)種頻(pin)段之后,將能即刻把這些頻(pin)段變成“網(wang)線”送到用戶手中。
而服務器集群加上(shang)家庭寬帶等其他技術,因(yin)為技術升級慢、信(xin)號(hao)覆蓋范圍(wei)小的瑕疵,則不能達(da)到這(zhe)一(yi)效率。
不同的頻(pin)段有不同的性能特色。
1GHz以下的(de)頻(pin)率(lv),擁(yong)有(you)更遠覆(fu)蓋距離,可(ke)靠性(xing)高、反饋速(su)度快(kuai),不過(guo)帶寬(kuan)小(xiao)即網(wang)速(su)低,非常適合(he)面向(xiang)海量物聯網(wang);1GHz至6GHz的(de)頻(pin)率(lv),支(zhi)持更大的(de)帶寬(kuan),面向(xiang)增強型移動寬(kuan)帶和關鍵業(ye)務(wu)型服務(wu);6GHz以上(shang)的(de)頻(pin)率(lv)如(ru)毫米波(bo),以往(wang)只用于(yu)雷達(da)領域,可(ke)以實現極(ji)(ji)致帶寬(kuan),但極(ji)(ji)容(rong)易被屏蔽(bi),只能面向(xiang)小(xiao)區(qu)家(jia)庭(ting)內更短程的(de)極(ji)(ji)致移動寬(kuan)帶。
而5G正在吞并(bing)這些不同頻(pin)段,讓普(pu)通智能(neng)手機也具備這些功能(neng)。
像(xiang)以往6GHz以上的(de)毫米波一(yi)般應用(yong)在雷達上,1GHz以下的(de)頻(pin)(pin)率的(de)部分頻(pin)(pin)段(duan)(duan)屬于軍用(yong)頻(pin)(pin)段(duan)(duan),350MHz頻(pin)(pin)段(duan)(duan)是(shi)公安用(yong)于常規對講的(de),是(shi)專用(yong)頻(pin)(pin)段(duan)(duan),不是(shi)尋(xun)呼頻(pin)(pin)段(duan)(duan),尋(xun)呼一(yi)般是(shi)130多MHz和(he)150多MHz。
230MHz一(yi)般(ban)用于(yu)(yu)數據傳輸,420~430MHz曾用于(yu)(yu)準集群頻段。
現在軍隊(dui)等權力部門逐漸在使用1.2GHz、1.4GHz用于移動視頻(pin)傳輸(shu)。
這些頻段的(de)安(an)全(quan)性(xing)、可靠性(xing)是過(guo)往一般民用頻段所不(bu)能(neng)比的(de)。適合用于安(an)全(quan)要求、反(fan)饋(kui)更靈敏(min)的(de)領域(yu),例如車用互(hu)聯網(wang)、工業用互(hu)聯網(wang)。車聯網(wang)、物聯網(wang)不(bu)夠安(an)全(quan)反(fan)饋(kui)不(bu)及時的(de)話,將直接導(dao)致交通事故(gu)會死人,工業生產無法(fa)進行(xing)。
從理論上(shang)來說,5G的(de)網速(su)能達到4G的(de)40倍(bei),從而實時(shi)傳輸(shu)8K分辨率的(de)3D視頻,或(huo)是在(zai)6秒內下載一部3D電影。作(zuo)為對比,通過4G網絡的(de)下載需要(yao)6分鐘。然而,在(zai)以往(wang)通信技(ji)術的(de)發展中,實驗室(shi)情況(kuang)與真(zhen)實環(huan)境總會(hui)有很(hen)大差距。理論峰值速(su)率在(zai)用戶實際使用中只是夢想,用戶可用速(su)率要(yao)遠(yuan)低于理論值。
作(zuo)為(wei)5G技(ji)術研發投(tou)入最大的(de)廠(chang)商,諾基亞認為(wei),在現(xian)網存在擁塞(sai)的(de)情況(kuang)下(xia),5G技(ji)術能實現(xian)約100Mbps的(de)速率。這(zhe)約為(wei)當前4G網絡(luo)的(de)4倍。
5G網絡(luo)的(de)(de)另一大特點(dian)是低時延,這意味著網絡(luo)對用(yong)戶命(ming)令的(de)(de)響(xiang)應速(su)度將非常快。在這樣的(de)(de)情況下(xia),網站(zhan)、應用(yong)和各種服(fu)務的(de)(de)加載(zai)都(dou)會更快。
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 |
這一問題(ti)目前還沒有答案。預計到(dao)2018年(nian)冬奧會期間,韓國將推出5G試驗(yan)網,而大規模部署(shu)甚(shen)至要等到(dao)2020年(nian)。
中日韓三(san)(san)國運營商2016年11月進行過一次會談,主要內容為合作推(tui)廣(guang)5G網(wang)(wang)絡。三(san)(san)家公司將(jiang)利用三(san)(san)國未來幾(ji)年舉(ju)辦(ban)三(san)(san)屆奧運會的寶貴機會,建設和并推(tui)廣(guang)5G網(wang)(wang)絡。
其中2018年(nian),韓國(guo)平昌市將舉(ju)(ju)辦(ban)冬奧(ao)會(hui),2020年(nian),日本(ben)東京(jing)將舉(ju)(ju)辦(ban)夏季奧(ao)運(yun)會(hui),而在(zai)2022年(nian),北(bei)京(jing)市和河北(bei)省將聯合舉(ju)(ju)辦(ban)冬奧(ao)會(hui)。重(zhong)大(da)的體育賽事將三(san)國(guo)推出(chu)5G網(wang)絡的寶貴機(ji)會(hui)。
參與會(hui)談(tan)的韓國(guo)電信(xin)高層表示,韓國(guo)電信(xin)將會(hui)和中國(guo)移動、日本DoCoMo合(he)作(zuo),在(zai)2018年推出5G網絡試驗性服(fu)務(wu)。
在(zai)中(zhong)國(guo)4G市場(chang)競爭中(zhong),中(zhong)移(yi)動占(zhan)據領先地位,目(mu)前已(yi)經擁有2.7億(yi)4G用(yong)戶(hu),占(zhan)到(dao)公司(si)用(yong)戶(hu)的三分之一,中(zhong)國(guo)聯通和中(zhong)國(guo)電信由于(yu)政府批準(zhun)商用(yong)的時間較晚,目(mu)前用(yong)戶(hu)規模(mo)處于(yu)落后。
不過美國最(zui)大運營商Verizon已宣(xuan)布,希望更快地(di)推出(chu)5G技術,時間(jian)最(zui)早將為(wei)2017年(nian)。
由于(yu)5G技(ji)術(shu)還面臨一系列挑戰(zhan),因此(ci)到2017年(nian)就開始大規(gui)模(mo)部署的可能性不大。例如,在規(gui)模(mo)商(shang)用之(zhi)前,相關(guan)廠商(shang)還需(xu)要(yao)開發出成本適(shi)中的5G芯片。
2014年(nian)5月13日,三星電子宣布,其已率先(xian)開發出了首個基于5G核心技術的移(yi)動傳(chuan)輸網絡,并表示(shi)將在2020年(nian)之前進行5G網絡的商業推廣。
2014年7月,愛立信宣布,在(zai)5G無線(xian)技術一項無線(xian)測試中,傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)最高達到(dao)了5Gbps。無線(xian)傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)達到(dao)5Gbps,意味(wei)著比今天(tian)的(de)LTE連接標(biao)準快了250倍(bei),標(biao)志著無線(xian)傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)再創新紀(ji)錄。這(zhe)一傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du),無論對(dui)于(yu)智能手機,還是(shi)汽車、醫療和其他設備而(er)言(yan),均將受益(yi)于(yu)此(ci)。網絡達到(dao)5Gbps速(su)(su)度(du)(du),下(xia)載一部50GB的(de)電影僅需(xu)80秒(miao)鐘,而(er)這(zhe)一速(su)(su)度(du)(du)為谷歌光纖1Gbps傳(chuan)輸(shu)速(su)(su)度(du)(du)的(de)5倍(bei)。
但目前5Gbps傳(chuan)輸速度僅(jin)為實驗(yan)室理想狀態(tai)下的數據,而實際商業部署則要等到2020年(nian)。
據悉,愛立信曾(ceng)與日本的(de)(de)NTT Docomo、韓國的(de)(de)SK Telecom展開過5G網絡測試(shi)。愛立信表示,鑒(jian)于當前北(bei)美市(shi)(shi)場(chang)(chang)LTE網絡的(de)(de)高(gao)普及率,5G網絡可(ke)能會(hui)率先(xian)達(da)到這一市(shi)(shi)場(chang)(chang),但截至目(mu)前,北(bei)美市(shi)(shi)場(chang)(chang)尚無運營商對5G網絡進行任何承(cheng)諾。
2016年8月4日,諾基亞與電信(xin)傳媒(mei)公司貝(bei)爾再次在(zai)(zai)加(jia)拿大(da)完成(cheng)了5G信(xin)號的(de)測(ce)試(shi)。在(zai)(zai)測(ce)試(shi)中諾基亞使用了73GHz范(fan)圍內的(de)頻(pin)譜,數據傳輸速(su)度也達到了現(xian)有4G網絡的(de)6倍(bei)。
2020年三星電(dian)子計劃實現該技(ji)術(shu)的(de)商用化為(wei)目標(biao),全(quan)面研發(fa)5G移動(dong)通信(xin)核心技(ji)術(shu)。隨著三星電(dian)子研發(fa)出(chu)這一技(ji)術(shu),世界(jie)各國(guo)的(de)第五代移動(dong)通信(xin)技(ji)術(shu)的(de)研究將更加活躍,其國(guo)際(ji)標(biao)準的(de)出(chu)臺和商用化也(ye)將提速(su)。
2016年(nian)11月17日,華為在舉(ju)行的(de)(de)(de)一場3GPP RAN1 87次會議的(de)(de)(de)5G短(duan)碼(ma)討論方案(an)中,憑借59家(jia)代表的(de)(de)(de)支(zhi)持(chi),以(yi)極化碼(ma)(Polar Code)戰勝了高(gao)通主(zhu)推的(de)(de)(de)LDPC及法國的(de)(de)(de)Turbo2.0方案(an),拿下5G時代的(de)(de)(de)話(hua)語(yu)權。這也意味華為成功顛覆了高(gao)通長期以(yi)來的(de)(de)(de)霸主(zhu)地位(wei)。
2016年11月(yue)18日,在美國內華達州里(li)諾國際移動通(tong)信(xin)標準(zhun)化組織3GPP的(de)(de)RAN1(無線(xian)物(wu)理層)#87次會議上,經過(guo)與(yu)會公司代表多(duo)輪(lun)技術討論,3GPP最終(zhong)確定了5G eMBB(增強移動寬帶)場景的(de)(de)信(xin)道編(bian)碼(ma)技術方(fang)案,其中(zhong):華為(wei)公司主推的(de)(de)Polar Code(極化碼(ma))作為(wei)控制信(xin)道的(de)(de)編(bian)碼(ma)方(fang)案;LDPC碼(ma)作為(wei)數據信(xin)道的(de)(de)編(bian)碼(ma)方(fang)案。