近兩年我們手機所用的技術名詞突飛猛進,迅速從2G、2.5G、3G,突飛猛進到現(xiàn)在的4G、LTE-A、4.5G,直到現(xiàn)在新聞中的5G。伴隨著一代一代的通信技術提高,最直觀的感受就是——我們的手機網絡速度越來越快。5G網絡什么時候出來?5G網絡是什么意思?一篇能看得懂的5G科普,你不可錯過喲。
5G全稱是5-Generation,從字面上的翻譯是“第五代”,現(xiàn)在這一詞匯已經被手機電信領域全面占用了,日常見到的5G意思就是——“第五代移動通信技術”。
在2016年的MWC大會上,主辦方給出了“Mobile is everything(移動即是一切)”,宣示5G及移動通信時代全面到來。
通過多年發(fā)展,最新的5G技術可以替代現(xiàn)在的家用寬帶、wifi藍牙連接技術、衛(wèi)星電話私密通訊甚至是以往軍事級別的工業(yè)網絡技術。(當然軍用的網絡技術不會被替代,但可以將軍用級別的安全加密高可靠性的技術應用于工業(yè)聯(lián)網、車聯(lián)網領域)
以及以往只有服務器才擁有的多個產品互聯(lián)、數(shù)據資料互通的技術,讓普通智能手機間也具備服務器NAS存儲的隨意連接交換數(shù)據資料功能。
屆時,不用像現(xiàn)在的手機需要先連接wifi、藍牙才能與其他手機互相傳輸數(shù)據,打開手機查找附近的設備就可以通過5G網絡不耗費流量互相傳輸數(shù)據。而且還可以實現(xiàn)多設備互傳數(shù)據。
并且還能輕松實現(xiàn)AR、VR功能。
5G為何能這么吊?這要從移動通信技術的特征來說。
移動通信技術是專門為了人們的手機所設計的。1973年摩托羅拉發(fā)明手機,就是為了滿足人們能隨時隨地打電話的需求。
手機通信的技術其實就是利用無線頻譜的波形來進行數(shù)據傳輸交換的技術,在功能上類似于服務器的交換機。服務器就是互聯(lián)網上各種網站、APP給大家分發(fā)資訊數(shù)據所用中心存儲器,這些數(shù)據傳輸?shù)接脩羰掷锼玫倪B接器、網線、光纖就是交換機的職責。
而移動通信5G就是用多個無線波頻頻段來替代網線光纖所使用的電磁波、光波來傳輸數(shù)據,每個頻段相當于一條網線。
與光纖的167THz---375THz、一根光纖只能傳播單頻相比,普通4G智能手機就能達到的FDDFrequency Division Duplexing頻分雙工等多頻同時傳輸技術。未來5G的Massive MIMO -- 天線技術、載波聚合技術,將使智能手機能同時利用更多頻譜,提高頻譜利用率。
雖然光纖的單頻段數(shù)據傳輸性能遠遠高于移動通信,但加上多個頻段同時使用的5G技術,移動通信的網速就遠遠超過光纖。
5G的網速能在4G的基礎上獲得量級的提高,原因就是現(xiàn)在的智能手機實現(xiàn)了多頻段同時使用的技術,而在4G時代只能達到FDD頻分雙工——只能同時利用兩個頻段。
每個頻段相當于一條網線。并且不同頻段還有不同特性,分別適用于電話、影音、近距離傳呼、高速寬帶網絡、工業(yè)設備自動化控制等等。
等5G推行之后,以往移動、聯(lián)通、電信以及國際上的電信運營商分別使用的無線頻段及技術類型,都會整合在一起。所有的電信頻譜通過5G技術的吞并統(tǒng)一,可以讓所有基站共同使用。一個基站就能良好處理過往采用不同技術規(guī)格基站才能處理的各種類型頻譜信息。
相當于給不同小區(qū)之間都互相連上網線,一個人就可以享受不同小區(qū)的網絡。
這使得一個基站頂過去N個。等于全世界范圍內在極短的時間內,迅速增加無數(shù)條高速寬帶。
因為如此,無線頻譜早已是國家的戰(zhàn)略資源。隨著5G技術的成熟,電視廣播逐漸被互聯(lián)網電視廣播技術替代,原來電視廣播所使用的頻段逐漸釋放出來,預計將會分配給5G。
移動電信運營商(移動、電信、聯(lián)通運營商)是世界范圍內擁有分布最為密集、服務最為優(yōu)秀的電信通信設備。甚至大部分服務器集群就是電信運營商建造并擁有的,光纖寬帶這些設備都是電信運營商的資產。
因為這些電信設備的升級最為頻繁,離用戶也更加近,所以在電信設備上增加功能,這些功能的普及速度最快,變現(xiàn)速度也更快。
5G是將過往不同的2G、3G、4G技術,進行升級、合并、淘汰,好比原本針對一個頻段有一套專門的設備,在將一套設備升級后就能處理幾十個頻段。這樣就將原本需要多個設備才能實現(xiàn)的功能整合到一個設備上,獲得性能功能上的大幅提高。
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。相比其他技術,這樣的升級一直在逐步進行,各種配套服務齊全,也最容易實現(xiàn)。
而圍繞著家庭寬帶WiFi網絡升級出來的WiMAX 4G技術,早已經被FDD、TDD技術淘汰。所以現(xiàn)在的技術方向就是讓移動網絡吞并家庭網絡。
靠著世界范圍內分布最為密集、升級最為頻繁的電信基站設備,5G吞并各種頻段之后,將能即刻把這些頻段變成“網線”送到用戶手中。
而服務器集群加上家庭寬帶等其他技術,因為技術升級慢、信號覆蓋范圍小的瑕疵,則不能達到這一效率。
不同的頻段有不同的性能特色。
1GHz以下的頻率,擁有更遠覆蓋距離,可靠性高、反饋速度快,不過帶寬小即網速低,非常適合面向海量物聯(lián)網;1GHz至6GHz的頻率,支持更大的帶寬,面向增強型移動寬帶和關鍵業(yè)務型服務;6GHz以上的頻率如毫米波,以往只用于雷達領域,可以實現(xiàn)極致帶寬,但極容易被屏蔽,只能面向小區(qū)家庭內更短程的極致移動寬帶。
而5G正在吞并這些不同頻段,讓普通智能手機也具備這些功能。
像以往6GHz以上的毫米波一般應用在雷達上,1GHz以下的頻率的部分頻段屬于軍用頻段,350MHz頻段是公安用于常規(guī)對講的,是專用頻段,不是尋呼頻段,尋呼一般是130多MHz和150多MHz。
230MHz一般用于數(shù)據傳輸,420~430MHz曾用于準集群頻段。
現(xiàn)在軍隊等權力部門逐漸在使用1.2GHz、1.4GHz用于移動視頻傳輸。
這些頻段的安全性、可靠性是過往一般民用頻段所不能比的。適合用于安全要求、反饋更靈敏的領域,例如車用互聯(lián)網、工業(yè)用互聯(lián)網。車聯(lián)網、物聯(lián)網不夠安全反饋不及時的話,將直接導致交通事故會死人,工業(yè)生產無法進行。
從理論上來說,5G的網速能達到4G的40倍,從而實時傳輸8K分辨率的3D視頻,或是在6秒內下載一部3D電影。作為對比,通過4G網絡的下載需要6分鐘。然而,在以往通信技術的發(fā)展中,實驗室情況與真實環(huán)境總會有很大差距。理論峰值速率在用戶實際使用中只是夢想,用戶可用速率要遠低于理論值。
作為5G技術研發(fā)投入最大的廠商,諾基亞認為,在現(xiàn)網存在擁塞的情況下,5G技術能實現(xiàn)約100Mbps的速率。這約為當前4G網絡的4倍。
5G網絡的另一大特點是低時延,這意味著網絡對用戶命令的響應速度將非???。在這樣的情況下,網站、應用和各種服務的加載都會更快。
| 網絡 | 數(shù)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(shù)據傳輸功能 |
| 3G | 約5Mb/s-20Mb/s | 數(shù)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(xiàn)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(yè)、流通等領域,滿足物聯(lián)網海量連接和車聯(lián)網極地延時要求,使萬物互聯(lián)成為可能 |
| 量子通信 | 尚無數(shù)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(shù)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(qū)域 |
這一問題目前還沒有答案。預計到2018年冬奧會期間,韓國將推出5G試驗網,而大規(guī)模部署甚至要等到2020年。
中日韓三國運營商2016年11月進行過一次會談,主要內容為合作推廣5G網絡。三家公司將利用三國未來幾年舉辦三屆奧運會的寶貴機會,建設和并推廣5G網絡。
其中2018年,韓國平昌市將舉辦冬奧會,2020年,日本東京將舉辦夏季奧運會,而在2022年,北京市和河北省將聯(lián)合舉辦冬奧會。重大的體育賽事將三國推出5G網絡的寶貴機會。
參與會談的韓國電信高層表示,韓國電信將會和中國移動、日本DoCoMo合作,在2018年推出5G網絡試驗性服務。
在中國4G市場競爭中,中移動占據領先地位,目前已經擁有2.7億4G用戶,占到公司用戶的三分之一,中國聯(lián)通和中國電信由于政府批準商用的時間較晚,目前用戶規(guī)模處于落后。
不過美國最大運營商Verizon已宣布,希望更快地推出5G技術,時間最早將為2017年。
由于5G技術還面臨一系列挑戰(zhàn),因此到2017年就開始大規(guī)模部署的可能性不大。例如,在規(guī)模商用之前,相關廠商還需要開發(fā)出成本適中的5G芯片。
2014年5月13日,三星電子宣布,其已率先開發(fā)出了首個基于5G核心技術的移動傳輸網絡,并表示將在2020年之前進行5G網絡的商業(yè)推廣。
2014年7月,愛立信宣布,在5G無線技術一項無線測試中,傳輸速度最高達到了5Gbps。無線傳輸速度達到5Gbps,意味著比今天的LTE連接標準快了250倍,標志著無線傳輸速度再創(chuàng)新紀錄。這一傳輸速度,無論對于智能手機,還是汽車、醫(yī)療和其他設備而言,均將受益于此。網絡達到5Gbps速度,下載一部50GB的電影僅需80秒鐘,而這一速度為谷歌光纖1Gbps傳輸速度的5倍。
但目前5Gbps傳輸速度僅為實驗室理想狀態(tài)下的數(shù)據,而實際商業(yè)部署則要等到2020年。
據悉,愛立信曾與日本的NTT Docomo、韓國的SK Telecom展開過5G網絡測試。愛立信表示,鑒于當前北美市場LTE網絡的高普及率,5G網絡可能會率先達到這一市場,但截至目前,北美市場尚無運營商對5G網絡進行任何承諾。
2016年8月4日,諾基亞與電信傳媒公司貝爾再次在加拿大完成了5G信號的測試。在測試中諾基亞使用了73GHz范圍內的頻譜,數(shù)據傳輸速度也達到了現(xiàn)有4G網絡的6倍。
2020年三星電子計劃實現(xiàn)該技術的商用化為目標,全面研發(fā)5G移動通信核心技術。隨著三星電子研發(fā)出這一技術,世界各國的第五代移動通信技術的研究將更加活躍,其國際標準的出臺和商用化也將提速。
2016年11月17日,華為在舉行的一場3GPP RAN1 87次會議的5G短碼討論方案中,憑借59家代表的支持,以極化碼(Polar Code)戰(zhàn)勝了高通主推的LDPC及法國的Turbo2.0方案,拿下5G時代的話語權。這也意味華為成功顛覆了高通長期以來的霸主地位。
2016年11月18日,在美國內華達州里諾國際移動通信標準化組織3GPP的RAN1(無線物理層)#87次會議上,經過與會公司代表多輪技術討論,3GPP最終確定了5G eMBB(增強移動寬帶)場景的信道編碼技術方案,其中:華為公司主推的Polar Code(極化碼)作為控制信道的編碼方案;LDPC碼作為數(shù)據信道的編碼方案。