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【科普貼】5G是什么?5G到底什么時候來?

2016-12-05  公司總裁

 我國5G推進組6月1日在第一屆全球5G大會上正式發布了《5G網絡架構設計》白皮書,這體現了我國5G網絡技術研究的最新成果,這意味著我國從5G概念的研究已經進入實質推進階段——5G真的要來了。然而關于5G的幾個問題卻未必能搞清楚,本文將會來談談。

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  5G是什么?

  在3G、4G和5G等名詞中,G是英文單詞‘generation’(第x代)的縮寫。因此,5G就是第五代移動通信技術。

  在移動通信領域:

  第一代是模擬技術;

  第二代實現了數字化語音通信;

  第三代是人們熟知的3g技術,以多媒體通信為特征;

  第四代是正在鋪開的4g技術,其通信速率大大提高,標志著進入無線寬帶時代。

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  簡單來看,5G的速度將會更快,而功耗將低于4G,從而帶來一系列新的無線產品。中移動副總裁李正茂曾經發言要求5G時代的電信設備大幅度降價:‘4G到5G時代,單位比特的傳輸成本降低了1000倍,那么我們也希望電信設備價格也降低1000倍,成本是決定運營商在數據時代能否盈利的關鍵 。’

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  5G其實并不是全新科技

  關于5G的兩種不同觀點

  有一種觀點認為,5G將會是全新技術。 這個觀點的代表者為華為無線網絡產品線CMO楊超斌,在他看來,4G再怎么演變也不會變成5G,5G將會是一個全新技術。

  5G不只是一次技術的更新,更是非常大的跳躍性發展、是一個變革,這也意味著網絡架構必須提升,5G對網路的需求將與4G截然不同;雖然現在使用的4G LTE技術仍會不斷演進,但4G再怎么演變也不會成為5G,5G將會是全新技術。

  但大多數技術專家更傾向于以下觀點:5G就是4G技術的必然演進 ——既要演進也要革命。

  雖然任何一代技術發展,都不可能是上一代技術的重復,如果新一代的技術和上一代技術是一樣,那還什么新一代,所以3G技術不同于2G,4G不同于3G,它的技術原理、解決問題的方式、部署的辦法,實現的能力都不同,但是沒有上一代技術的根基,或者說下一代沒有對上一代的技術傳承,實現革命性的升級也是空中樓閣。

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  5G不是橫空出世個令人驚異的新技術,5G技術是現有技術的新組合,是4G技術的再演進 。

  為什么要強調‘再’?因為4G LTE的后三個字母就是長期演進的意思,5G應是在4G基礎上的再演進。關于技術演進的觀點,科學松鼠會會員通信專業教師奧卡姆剃刀有個通俗的雙駝峰理論,能很清晰解釋5G僅僅是一種技術演進的觀點。


  奧卡姆剃刀的雙駝峰理論

  奧卡姆剃刀認為,一項新技術概念出現后,在業界會出現一個研究討論的高潮,這是第一個駝峰 。

  相關的學術論文會產為熱點,成堆的博士碩士依托這項新技術完成了畢業論文,雖然很熱鬧,但這僅僅局限在學術研討層面上,而在具體的技術實現方面還存在著很多問題,或者因成本原因而根本無法量產。

  研究討論高潮逐漸降溫,這是第一個駝峰的下落期 ,接下來是低調務實的技術攻關,這個平臺期可能幾年也可能一二十年,當技術問題都解決后,就會迎來商家量產和投入市場的熱潮,這就是第二個駝峰 。

  按照國際電信聯盟關于2020年的規劃,5年后就要全面進入5G了,而到現在核心技術體系還沒有確立。回顧3G技術發展史,國際電信聯盟于1998年6月30日接收了3G技術提案,并迎來了第一個駝峰期,直到2009年1月7日,工業和信息化部正式發放了三張3G牌照,這才進入到第二個駝峰 ,平臺期持續了11年,特別是三張牌照之一的TD-SCDMA,直到2013年才真正成熟,平臺期長達15年,可剛成熟4G時代就來臨了。按照‘雙駝峰規律’,5年后將在全球推廣使用的技術,應在2010年左右就迎來第一個駝峰,而不會在2020前的兩三年橫空出世,然后迅速被國際電信聯盟確定為全球的5G標準,這違反了一般的技術發展規律,不太可能成真。

  沒有3G、4G技術的發展就沒有5G

  實質上,在5G研究上大部分研發機構選擇的道路也是如此,兩條腿走路。

  5G研發中提出兩條腿走路:一方面繼續推動基于4G技術的演進,一方面研發5G新技術,兩者兼顧。

  在5G時代的千倍提速要求面前,通過4G技術的演進,只有通過大幅度的加大帶寬才有可能。加大帶寬是起點,由此而產生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束賦型等都是順理成章的技術趨勢。5G時代對大規模天線陣列、毫米波技術、新型網絡架構、新型空口設計的關鍵技術核心也大都是基于4G網絡技術延伸而來,大都能成倍提升性能。以軟空口技術為例,這個技術結合Pre5G的硬件處理能力,讓運營商具有了從4G到5G的平滑升級能力,4G到Pre5G這個階段,終端不用更換,而從Pre5G到5G,基站設備也可以繼續使用。

  

  圖:毫米波技術下的微基站。

  明白了5G就是第五代移動通信技術的基本定義就明白是從3G、4G升級而來,自然也是一種技術的積累和演進,也可以說沒有3G、4G技術的發展就沒有5G的產生 。5G技術的演進一方面是技術積累的必然結果,當然也要求有革命性創新才能實現演進的目標,另一方面也是人類通信需求快速提高的必然要求。

  反過來說,之前5G遲遲沒普及,一是技術達不到,二是還沒有應用的需求出現。 現在有了需求,才有了5G。什么需求?未來的網絡將會面對:1000倍的數據容量增長,10到100倍的無線設備連接,10到100倍的用戶速率需求,10倍長的電池續航時間需求等等。坦白地講,可能未來五六年4G網絡或許將無法滿足這些需求,所以5G就必須提前登場。

  

  基于技術演進的判斷,回顧我國通過3G和4G時代的艱苦奮斗,我們有理由相信我國的產業和技術的提升也為5G布局打下堅實的基礎,我國從以往被動接受技術變為開始輸出技術,會有機會發展成為全球5G技術、標準、產業和應用服務的領先國家之一,從跟隨到引領,中國通信業有機會在5G時代學習中國高鐵實現彎道超車。三大運營商、華為、大唐、中興等中國企業對5G研發的投入由來已久,并走在世界前列。


  5G會改變什么?

  我先來講個故事:

  清晨醒來,臥室的燈和空調自動開啟。小明來到衛生間,洗臉水已自動調至適中的溫度,數碼牙刷記錄并上傳小明牙齒以及口腔的實時數據;戴上眼鏡,妻子帶著孩子正在上學的路上,通過眼鏡片上的虛擬現實顯示,孩子向小明揮手說早安。小明吃過早餐,眨了幾下眼睛,汽車帶著小明自動行駛在馬路上,小明在車上開啟了視頻會議……

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  這個場景描繪熟悉嗎?1998~2002年的時候,通信圈這樣描繪3G;2005~2012年的時候,通信圈這樣描繪4G;今天,這個描繪傳承給了5G。未來,還會有6G,7G,8G,估計到9G的時候,我有可能聽不到了。因為無法確保能不能活到那時候。

  這也是典型代表著通信技術逐步演進的過程,革命性的體驗都是逐步實現和完善的。實質上,5G對移動互聯網的顛覆也是逐步演進的過程,它還將催生出無數新應用、新模式,產業。時 速100公里的汽車,在5G網絡條件下從發現障礙到啟動制動系統需要移動的距離將縮短到2.8厘米。

  五特征:‘無與倫比的快’、‘人多也不怕’、‘什么都能通信’、‘最佳體驗如影隨形’、‘超實時、超可靠’。具體提下在用戶體驗方面的5個典型5G場景:

  1、速度

  5G將比4G快10到100倍,更快的速度也將提升網絡的容量,可以容納更多的用戶在同一時間登錄網絡。

  2、全景視頻:移動端也能實現

  不少人一定會對體育館內的巨屏所吸引。但如果你能在游戲或者智能手機中獲得同樣的實時畫面呢?你甚至可以切換鏡頭,即時重播,高分辨的4K視頻會讓你耳目一新。

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  3、自動駕駛汽車:1平方公里內可同時有100萬個網絡連接

  我們目前使用的4G網絡,端到端時延的極限是50毫秒左右,還很難實現遠程實時控制,但如果在5G時代,端到端的時延只需要1毫秒,足以滿足智能交通乃至無人駕駛的要求;現在的4G網絡,并不支持這樣海量的設備同時連接網絡,它只支持數量不多的手機接入,而在5G時代,1平方公里內甚至可以同時有100萬個網絡連接,它們大多都是各種設備,獲知道路環境,提供行車信息,分析實時數據、智能預測路況……通過它們,駕駛員可以不受天氣影響地,真正360度無死角地了解自己與周邊的車輛狀況,遇到危險也可以提前預警,甚至實現無人駕駛。

  

5G是什么?5G到底什么時候來?

  4、互聯網機器人:實時反饋醫生指令

  對醫生而言,機器人在手術方面將大有可為。但是它們需要對醫生發出的指令作出實時反饋。在執行復雜的命令時,正在工作的機器人更需要與醫生實現無縫‘溝通’。

  5、虛擬現實:各種體感需要極速網絡傳輸

  當你戴上VR頭盔后,你便進入了一個虛擬的世界,在這個世界,你可以與他人進行互動,游戲甚至擊掌。有了5G,用戶之間的相互協作將迎來新的時代。相同物理位置的兩人將可以實現相互合作。各種體感功能需要極速網絡傳輸,才能加強虛擬現實,網絡天生就是管道。

  還記得這個段子嗎?去營業廳辦卡,問營業員小姑娘‘這4g有啥好的?’小姑娘答‘大叔,2G可以看倉井空小說,3G可以看倉井空圖片,4G可以看倉井空視頻。’姑娘你盡說些大叔聽不懂的,蒼井空是誰啊?你還是快點給我辦張4G卡吧!

  這個段子實際上在3G時代就開始講了,電信和聯通的3G就可以看蒼井空了,希望不要在5G時代還聽到這樣的段子,因為5G的快可不是看普通視頻這么簡單。

  還可以這么簡單理解5G的體驗變化——

  3 G、4G干的都是人事(連接人)不是質變,5G干的不是人事(連接物)才是質變 :在4G網絡下,云端系統無法傳輸緊急指示讓無人駕駛汽車穿過交通流;4G也達不到在遠程會議中提供即時語言翻譯的速度,更不必提在救死扶傷的手術之中遙控指揮手術刀——要知道,許多即時無線應用的最大延遲期不得超過1毫秒。

  | 5G到底什么時候來?

  5G推進加快

  第一代移動通信,我國1987年部署,比世界主流晚了8年。

  2G,1995年我國開始建設2G網絡,較歐洲晚了4年。

  2009年,中國第一個3G網絡開通,比世界上第一個3G網絡開通晚了8年。

  2013年中國4G牌照發放,比全球第一個4G網絡晚了約3年。

  相信5G,中國的網絡部署將會和全球同步,甚至是最先部署的國家。要知道當前,5G已經成為各國都在加緊搶占的一塊科技高地。在中國的十三五年規劃綱要中,已明確要加快信息網絡新技術開發應用,積極推進第五代移動通信(5G)和超寬帶關鍵技術研究,啟動5G商用。

  關于5G的推進在國家發牌節奏上也明顯加速: 2G火了15年;3G火了6年,也湊合了:2009年中國發放3G牌照,中國移動2013年12月4日獲得TD-LTE牌照率先進入4G時代,2015年2月27日,時隔一年多后,工信部公告向中國聯通和中國電信頒發FDD LTE模式4G商用牌照,也就是說國家留給4G的時間最長5年而已。

  回顧這個過程,其實中國在2015這個時點上發放FDD拍照實際上也是提前為未來5年做的布局,那時國家意識到,如果一味地給中國移動4G保護期,中國將喪失2020年5G的布局,因此通過發放FDD牌照提前將TDD和FDD向5G的演進的限制通道打開,擺脫受制于人的尷尬。 只有這樣,基于TDD和FDD技術完全演進基礎上的5G才會利于中國運營商在未來5G的布局的選擇將更加游刃有余,立于不敗之地。

  5G在中國,已經不再是一個未來時的概念,它已經成為一個進行時的現實。

  我國的5G規劃步驟如下: 2016年準備啟動5G的標準研究,預計在2018年第一個版本的標準將完成,然后根據產品的成熟度,在2020年左右確定商業應用的起步時間。

  5G來了,資費會越來越貴嗎?

  用戶最關心的還是資費,5G的到來,是否會加大運營商、設備商的投入成本,進一步增高網絡資費呢? 真正5G到來的時候,它不僅僅是價格下降的問題。實際上,你可能花同樣的錢能夠得到以前十倍以上的服務。比如說你(花同樣的錢,以前)只能打100分鐘的電話,那么到5G系統,你可能就能打1000分鐘的電話了。

  真會是這樣嗎?是! 實質上,通信業每次技術升級無論從2G到3G還是到4G都沒有擺脫降價的命運,而且每次都能下降20%,放心吧。

  不妨回顧下——

  2G靠2個制式(GSM、CDMA)結束了上萬塊的大哥大豪價,養活移動、寬帶、尋呼機、固話四類公司六家運營商;

  3G靠三個制式結束了上百塊的語音和短信高價,只能養活綜合同質化的三家運營商;

  5G只能靠一個制式才能進入流量放心用的超低價,只能養活的了綜合類兩或一個通信運營商。

  一句話,通信將越來越‘賤’!

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