摘要:我国5g推进组6月1日在第一届全球5g大会上正式发布了《5g网络架构设计》白皮书,这体现了我国5g网络技术研究的最新成果,这意味着我国从5g概念的研究已经进入实质推进阶段——5g真的要来了。然而关于5g的几个问题却未必能搞清楚,本文将会来谈谈。
5g是什么?
在3g、4g和5g等名词中,g是英文单词“generation”(第x代)的缩写。因此,5g就是第五代移动通信技术。
在移动通信领域:
第一代是模拟技术;
第二代实现了数字化语音通信;
第三代是人们熟知的3g技术,以多媒体通信为特征;
第四代是正在铺开的4g技术,其通信速率大大提高,标志着进入无线宽带时代。
简单来看,5g的速度将会更快,而功耗将低于4g,从而带来一系列新的无线产品。中移动副总裁李正茂曾经发言要求5g时代的电信设备大幅度降价:“4g到5g时代,单位比特的传输成本降低了1000倍,那么我们也希望电信设备价格也降低1000倍,成本是决定运营商在数据时代能否盈利的关键。”
5g其实并不是全新科技
关于5g的两种不同观点
有一种观点认为,5g将会是全新技术。这个观点的代表者为华为无线网络产品线cmo杨超斌,在他看来,4g再怎么演变也不会变成5g,5g将会是一个全新技术。
5g不只是一次技术的更新,更是非常大的跳跃性发展、是一个变革,这也意味着网络架构必须提升,5g对网路的需求将与4g截然不同;虽然现在使用的4g lte技术仍会不断演进,但4g再怎么演变也不会成为5g,5g将会是全新技术。
但大多数技术专家更倾向于以下观点:5g就是4g技术的必然演进——既要演进也要革命。
虽然任何一代技术发展,都不可能是上一代技术的重复,如果新一代的技术和上一代技术是一样,那还什么新一代,所以3g技术不同于2g,4g不同于3g,它的技术原理、解决问题的方式、部署的办法,实现的能力都不同,但是没有上一代技术的根基,或者说下一代没有对上一代的技术传承,实现革命性的升级也是空中楼阁。
5g不是横空出世个令人惊异的新技术,5g技术是现有技术的新组合,是4g技术的再演进。
为什么要强调“再”?因为4g lte的后三个字母就是长期演进的意思,5g应是在4g基础上的再演进。关于技术演进的观点,科学松鼠会会员通信专业教师奥卡姆剃刀有个通俗的双驼峰理论,能很清晰解释5g仅仅是一种技术演进的观点。
奥卡姆剃刀的双驼峰理论
奥卡姆剃刀认为,一项新技术概念出现后,在业界会出现一个研究讨论的高潮,这是第一个驼峰。
相关的学术论文会产为热点,成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文,虽然很热闹,但这仅仅局限在学术研讨层面上,而在具体的技术实现方面还存在着很多问题,或者因成本原因而根本无法量产。
研究讨论高潮逐渐降温,这是第一个驼峰的下落期,接下来是低调务实的技术攻关,这个平台期可能几年也可能一二十年,当技术问题都解决后,就会迎来商家量产和投入市场的热潮,这就是第二个驼峰。
按照国际电信联盟关于2020年的规划,5年后就要全面进入5g了,而到现在核心技术体系还没有确立。回顾3g技术发展史,国际电信联盟于1998年6月30日接收了3g技术提案,并迎来了第一个驼峰期,直到2009年1月7日,工业和信息化部正式发放了三张3g牌照,这才进入到第二个驼峰,平台期持续了11年,特别是三张牌照之一的td-scdma,直到2013年才真正成熟,平台期长达15年,可刚成熟4g时代就来临了。按照“双驼峰规律”,5年后将在全球推广使用的技术,应在2010年左右就迎来第一个驼峰,而不会在2020前的两三年横空出世,然后迅速被国际电信联盟确定为全球的5g标准,这违反了一般的技术发展规律,不太可能成真。
没有3g、4g技术的发展就没有5g
实质上,在5g研究上大部分研发机构选择的道路也是如此,两条腿走路。
5g研发中提出两条腿走路:一方面继续推动基于4g技术的演进,一方面研发5g新技术,两者兼顾。
在5g时代的千倍提速要求面前,通过4g技术的演进,只有通过大幅度的加大带宽才有可能。加大带宽是起点,由此而产生的毫米波、微基站、高阶mimo、波束赋型等都是顺理成章的技术趋势。5g时代对大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的关键技术核心也大都是基于4g网络技术延伸而来,大都能成倍提升性能。以软空口技术为例,这个技术结合pre5g的硬件处理能力,让运营商具有了从4g到5g的平滑升级能力,4g到pre5g这个阶段,终端不用更换,而从pre5g到5g,基站设备也可以继续使用。
图:毫米波技术下的微基站。
明白了5g就是第五代移动通信技术的基本定义就明白是从3g、4g升级而来,自然也是一种技术的积累和演进,也可以说没有3g、4g技术的发展就没有5g的产生。5g技术的演进一方面是技术积累的必然结果,当然也要求有革命性创新才能实现演进的目标,另一方面也是人类通信需求快速提高的必然要求。
反过来说,之前5g迟迟没普及,一是技术达不到,二是还没有应用的需求出现。现在有了需求,才有了5g。什么需求?未来的网络将会面对:1000倍的数据容量增长,10到100倍的无线设备连接,10到100倍的用户速率需求,10倍长的电池续航时间需求等等。坦白地讲,可能未来五六年4g网络或许将无法满足这些需求,所以5g就必须提前登场。
基于技术演进的判断,回顾我国通过3g和4g时代的艰苦奋斗,我们有理由相信我国的产业和技术的提升也为5g布局打下坚实的基础,我国从以往被动接受技术变为开始输出技术,会有机会发展成为全球5g技术、标准、产业和应用服务的领先国家之一,从跟随到引领,中国通信业有机会在5g时代学习中国高铁实现弯道超车。三大运营商、华为、大唐、中兴等中国企业对5g研发的投入由来已久,并走在世界前列。
5g会改变什么?
我先来讲个故事:
清晨醒来,卧室的灯和空调自动开启。小明来到卫生间,洗脸水已自动调至适中的温度,数码牙刷记录并上传小明牙齿以及口腔的实时数据;戴上眼镜,妻子带着孩子正在上学的路上,通过眼镜片上的虚拟现实显示,孩子向小明挥手说早安。小明吃过早餐,眨了几下眼睛,汽车带着小明自动行驶在马路上,小明在车上开启了视频会议……
这个场景描绘熟悉吗?1998~2002年的时候,通信圈这样描绘3g;2005~2012年的时候,通信圈这样描绘4g;今天,这个描绘传承给了5g。未来,还会有6g,7g,8g,估计到9g的时候,我有可能听不到了。因为无法确保能不能活到那时候。
这也是典型代表着通信技术逐步演进的过程,革命性的体验都是逐步实现和完善的。实质上,5g对移动互联网的颠覆也是逐步演进的过程,它还将催生出无数新应用、新模式,产业。时速100公里的汽车,在5g网络条件下从发现障碍到启动制动系统需要移动的距离将缩短到2.8厘米。
五特征:“无与伦比的快”、“人多也不怕”、“什么都能通信”、“最佳体验如影随形”、“超实时、超可靠”。具体提下在用户体验方面的5个典型5g场景:
1、速度
5g将比4g快10到100倍,更快的速度也将提升网络的容量,可以容纳更多的用户在同一时间登录网络。
2、全景视频:移动端也能实现
不少人一定会对体育馆内的巨屏所吸引。但如果你能在游戏或者智能手机中获得同样的实时画面呢?你甚至可以切换镜头,即时重播,高分辨的4k视频会让你耳目一新。
3、自动驾驶汽车:1平方公里内可同时有100万个网络连接
我们目前使用的4g网络,端到端时延的极限是50毫秒左右,还很难实现远程实时控制,但如果在5g时代,端到端的时延只需要1毫秒,足以满足智能交通乃至无人驾驶的要求;现在的4g网络,并不支持这样海量的设备同时连接网络,它只支持数量不多的手机接入,而在5g时代,1平方公里内甚至可以同时有100万个网络连接,它们大多都是各种设备,获知道路环境,提供行车信息,分析实时数据、智能预测路况……通过它们,驾驶员可以不受天气影响地,真正360度无死角地了解自己与周边的车辆状况,遇到危险也可以提前预警,甚至实现无人驾驶。
4、互联网机器人:实时反馈医生指令
对医生而言,机器人在手术方面将大有可为。但是它们需要对医生发出的指令作出实时反馈。在执行复杂的命令时,正在工作的机器人更需要与医生实现无缝“沟通”。
5、虚拟现实:各种体感需要极速网络传输
当你戴上vr头盔后,你便进入了一个虚拟的世界,在这个世界,你可以与他人进行互动,游戏甚至击掌。有了5g,用户之间的相互协作将迎来新的时代。相同物理位置的两人将可以实现相互合作。各种体感功能需要极速网络传输,才能加强虚拟现实,网络天生就是管道。
还记得这个段子吗?去营业厅办卡,问营业员小姑娘“这4g有啥好的?”小姑娘答“大叔,2g可以看仓井空小说,3g可以看仓井空图片,4g可以看仓井空视频。”姑娘你尽说些大叔听不懂的,苍井空是谁啊?你还是快点给我办张4g卡吧!
这个段子实际上在3g时代就开始讲了,电信和联通的3g就可以看苍井空了,希望不要在5g时代还听到这样的段子,因为5g的快可不是看普通视频这么简单。
还可以这么简单理解5g的体验变化——
3g、4g干的都是人事(连接人)不是质变,5g干的不是人事(连接物)才是质变:在4g网络下,云端系统无法传输紧急指示让无人驾驶汽车穿过交通流;4g也达不到在远程会议中提供即时语言翻译的速度,更不必提在救死扶伤的手术之中遥控指挥手术刀——要知道,许多即时无线应用的最大延迟期不得超过1毫秒。
5g到底什么时候来?
5g推进加快
第一代移动通信,我国1987年部署,比世界主流晚了8年。
2g,1995年我国开始建设2g网络,较欧洲晚了4年。
2009年,中国第一个3g网络开通,比世界上第一个3g网络开通晚了8年。
2013年中国4g牌照发放,比全球第一个4g网络晚了约3年。
相信5g,中国的网络部署将会和全球同步,甚至是最先部署的国家。要知道当前,5g已经成为各国都在加紧抢占的一块科技高地。在中国的十三五年规划纲要中,已明确要加快信息网络新技术开发应用,积极推进第五代移动通信(5g)和超宽带关键技术研究,启动5g商用。
关于5g的推进在国家发牌节奏上也明显加速:2g火了15年;3g火了6年,也凑合了:2009年中国发放3g牌照,中国移动2013年12月4日获得td-lte牌照率先进入4g时代,2015年2月27日,时隔一年多后,工信部公告向中国联通和中国电信颁发fdd lte模式4g商用牌照,也就是说国家留给4g的时间最长5年而已。
回顾这个过程,其实中国在2015这个时点上发放fdd拍照实际上也是提前为未来5年做的布局,那时国家意识到,如果一味地给中国移动4g保护期,中国将丧失2020年5g的布局,因此通过发放fdd牌照提前将tdd和fdd向5g的演进的限制通道打开,摆脱受制于人的尴尬。只有这样,基于tdd和fdd技术完全演进基础上的5g才会利于中国运营商在未来5g的布局的选择将更加游刃有余,立于不败之地。
5g在中国,已经不再是一个未来时的概念,它已经成为一个进行时的现实。
我国的5g规划步骤如下: 2016年准备启动5g的标准研究,预计在2018年第一个版本的标准将完成,然后根据产品的成熟度,在2020年左右确定商业应用的起步时间。
5g来了,资费会越来越贵吗?
用户最关心的还是资费,5g的到来,是否会加大运营商、设备商的投入成本,进一步增高网络资费呢? 真正5g到来的时候,它不仅仅是价格下降的问题。实际上,你可能花同样的钱能够得到以前十倍以上的服务。比如说你(花同样的钱,以前)只能打100分钟的电话,那么到5g系统,你可能就能打1000分钟的电话了。
真会是这样吗?是! 实质上,通信业每次技术升级无论从2g到3g还是到4g都没有摆脱降价的命运,而且每次都能下降20%,放心吧。
通信的下一个风口就是5g,不仅连接速度更快,而且有望成为万物互联的基础。
中科院计划今年斥资3000万元,用18个月的时间,部署面向新一代移动通信的5g芯片产业化项目,以建成具有自主知识产权的5g芯片和网络关键技术创新链。
具体到可细化的目标上,是完成5~6款射频前端和基带芯片和网络核心技术产品化开发与应用验证。
该院科技促进发展局局长严庆表示,作为整个5g网络的核心技术,5g芯片必须是自己的,否则5g时代来了,仍有可能受制于人。
严局长指出,adc、dac、基带芯片等5g核心芯片有着广阔的产业需求,但面临禁运风险,由此凸显自主产品的意义。
值得一提的是,去年11月,3gpp确定华为中兴牵头的polar码(极化码)为5g控制信道的编码方案,成为5g标准的关键一环。 目前在移动基带领域,高通、intel、华为、威盛等掌握着核心技术,其中高通优势明显,“中国队”的实力仍需加强。
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