5G——第五代移动通信技术

5G,第五代移动通信技术,也称第五代移动电话行动通信,英语为“5th-Generation”,缩写为5G,是第四代移动通信技术4G的发展和延伸。

实际上,5G早已进入了我们的视线和脑海。从2018年底华为在海外推广自己的5G技术遭到抵制,5G又一次被人们了解和关注;今年的春晚采用5G网络进行现场直播,央视春晚主会场与深圳分会场都应用了5G传输,通过5G的大带宽和低延迟优势,可以满足4K分辨率的传输需求。在5G的具体技术方面,央视春晚采用双核心网、双路由、双节点、双基站、双终端的“双路端到端”等技术方案,让我们感受5G网络和宽带的快速和清晰。据有关报导,一些省级两会也已用5G技术进行两会报导,如山东省。

5G、人工智能、物联网等新兴产业,是通过增加新型供给的方式来拉动消费需求,在未来可预见的时期内将对GDP产生显著的拉动作用。按照2020年5G正式商用算起,预计2020至2025年间,中国5G发展将直接带动经济总产出约10万亿元,直接创造经济增加值约3万亿元,新增就业岗位将超过300万个。预计,2019年三大运营商5G基站建设量在10万至15万站之间,不久5G就可以走进我们的生活。面对如此热点的5G,谁能不特给以别关注呢?

下面,对热点5G及其有关的问题进行一些简单介绍。

1、什么是5G

什么是5G?简单来说,5G就是第五代移动通信,也叫第五代移动通信技术,英语为5th-Generation,缩写为5G。5G是4G之后的延伸,但5G绝非只是“更快的4G”,它将使网速更快、网络和设备之间的延时更短、数据传输的容量更大。预计这些功能将支撑自动驾驶汽车、人工智能、机器与机器之间的通信,从而改变包括家居、医院、工厂在内的许多事物的运行方式。

5G具有三大特征,即大带宽,低时延,万物互联。

5G可以在实际(而不是实验室里)和现有4G LTE网络搭建的5G网络、第一代5G调制解调器条件下,实现比4G快10到20倍的浏览和下载速度,也可以更形象地说,1分钟左右就可以下载一部高清电影,而未来的5G芯片和独立的5G网络条件下,可能会更快。

5G会带来光纤般的“零”时延接入速率,同时将给网络能效超百倍的提升,为比特成本超百倍的降低,拉近了人与万物的智能互联的距离,最终实现“万物触手可及”,还会带来更多的是那些我们无法预知的新业务。比如5G将对无人驾驶汽车、增强现实AR(Augmented Reality)、虚拟现实VR(Virtual Reality)、无人机工作群等,带来更高清的视频和更高效能,因而让城市更加智能。

5G的关键无线技术含大规模天线、超密集组网、灵活双工、全双工、频谱共享、先进调制编码、终端直通技术、全频谱接入、新型多址、新型多载波等。

自20世纪70年代以来,移动通信从模拟语音通信发展成为今天能提供高质量移动宽带服务的技术,终端用户数据速率达到每秒数兆比特,用户体验也在不断提高。此外,随着新型移动设备的增加,通信业务不断增长、网络流量持续上升,现有的无线技术已无法满足未来通信的需求。与前几代移动通信相比,5G的业务提供能力将更加丰富,而且,面对多样化场景的差异化性能需求,5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。5G不再单纯地强调峰值速率,而是综合考虑8个技术指标:峰值速率、用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、连接数密度、网络能量效率和流量密度。

5G是新一代移动通信技术发展的主要方向,是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比,不仅将进一步提升用户的网络体验,同时还将满足未来万物互联的应用需求。

4G vs 5G

从用户体验上看,5G具有更高的速率、更宽的带宽,预计5G网速将比4G网速提高10倍以上,只需要几秒即可下载一部高清电影,能够满足消费者对虚拟现实、超高清晰视频等更高的网络体验需求。

从行业应用上看,5G具有更高的可靠性,更低的时延,能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求,拓宽融合产业的发展空间,支撑经济社会的创新发展。

从发展态势上看,5G还处于技术标准的研发阶段,还会有更好的6G等出现。最近几年4G还会保持一定的主导地位、实现持续高速发展,而5G有望2020 年达到正式商用。

2、5G的特点及主要功能

5G网络是指下一代无线网络,主要目标是让终端用户始终处于联网状态。5G网络将来支持的设备远远不止是智能手机——它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备等。5G网络将是4G网络的真正升级版,它的基本要求并不同于无线网络。

5G网络已成功在28千兆赫(GHz)波段下达到了1Gbps,相比之下,当前的第四代长期演进(4G LTE)服务的传输速率仅为75Mbps,这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题。未来5G网络的传输速率可达10Gbps,这意味着手机用户在不到一秒时间内即可完成一部高清电影的下载。

5G网络意味着超快的数据传输速度。相对较快的LTE网络每秒可传输大约60M的数据,这大约相当于0.05G。这样的无线网络速度将比你用任何智能手机体验到的速度都要快很多。

在一个给定的区域内支持无数台设备,是科学家的设计目标。在未来,每个人将需要拥有10-100台设备为其服务。不过科学家很难弄清楚支持所有这些设备到底需要多大的数据容量。

5G的技术特点可以用“快”“稳”“密”三个字来形容,而这3个特点分别“催化”出3类应用场景。

第一,5G“快”——在5G网络覆盖下,下载一部分辨率达到4K的电影理论上不超过18秒,但速度带来的不仅是量变;

第二,5G“稳”——如果只是速度的提升,还谈不上质变,5G最显著的特点是低时延和高可靠,即在任何环境下都表现稳定;

第三,5G“密”——5G网络每平方公里可支持100万台设备,非常有助于物联网发展。

现在,智慧城市已成为一个新的产品类别,底层技术就是物联网。用业界常说的一句话——过去30年将人连接起来,接下来30年会将物连接起来。

国际标准组织“第三代合作伙伴计划”(3GPP)定义了5G的三大场景,即增强移动宽带、低时延高可靠和大规模物联网业务,正好对应着“快”“稳”“密”三个特点。

目前5G的多数应用场景还只是一种展望,有些可能比预想中进展得慢,甚至遭到淘汰,有些未曾料想的场景又可能会冒出来形成颠覆式创新。但可以肯定的是,5G会引发一场大幅改变生活方式的革命,这也是各国推动部署5G的重要动力。

3、5GAI——从5G+AI到5G*AI

近几年,科技界和工商界有两大领域越来越热,一个是5G,一个是AI,两者都是能够改变时代的颠覆性技术,5G与AI深度融合,人类世界将会产生巨变。目前,5G网络标准已经完成,5G产业处在商用冲刺阶段;AI方面,业界普遍认为,第四次科技革命是继蒸汽技术革命、电力技术革命、计算机及信息技术革命之后的又一次科技革命,而AI是第四次工业革命的重要推动技术。

5G和AI,已经是不可逆的未来,也代表着两种革命。从某种意义上说,5G是万物互联的基础,AI则是实现万物智能的工具,5G和AI已经处于进化中,5G网络作为基础设施,已经从为人服务到转变成为物服务,AI也并不是一个单纯的解决方案,而是一种工具。

5G之所以要与AI结合,不仅仅是因为要实现自能的目标,而是运营商网络复杂度越来越高,运行维护、网络建设成本都大大增加,数据、用户流量爆炸性增长,现有的网络设备没办法满足用户的数据爆炸,而AI可以部署到5G网络里面不同的端,实现满足本地局部用户需求和网络运维资源管理的不同功能。用AI来做数据分析,就给5G应用带来了无限可能。

随着5G时代的到来,会出现很多依靠5G技术的多领域智能终端,与此同时,AI将会连接到更多设备上,可以为我们日常生活带来更多便利。5G跟AI的结合将催生网络边缘终端的智能化。简单来说,终端侧的AI人工智能发展需要5G这个桥梁与云端大数据相连通。从无线终端的角度来说,智能手机、物联网、汽车都是可以应用AI人工智能技术的。

5G网络作为基础设施,从为人服务到转变成同时为物服务,存在重大技术突破。AI技术既然是基本知能技术,几乎在每一个领域都可以找到AI的应用,在5G领域同样如此。

不同于过去2G到4G时代重点关注移动性和传输速率,5G不仅要考虑增强带宽,还要考虑万物互联、未来需求多样化、关键技术多样化、演进路径多样化等多个维度,5G需求也变得十分多样化,技术和演进路径自然也复杂了很多倍。

当前运营商网络复杂度越来越高,数据的流量呈爆炸性的增长,用户流量爆炸性增长,现有的网络设备没办法满足用户的数据爆炸。因为网络复杂度增加,网络建设成本、运行维护成本都大大增加。尤其5G不仅是连接人与人,而且是连接物与物,现有的网络维护和管理方式还是人工干预的方式,已经没有办法适应5G时代网络的需求。因此5G需要“自能”化的管理。自主的进行连接路径选择、自动的进行网络连接健康状态分析,甚至是对已知故障自动进行修复等等。利用AI的自主学习、数据分析等技术特长,赋予5G“自主”、“自能”的能力。AI赋予5G自能,而5G则赋予AI更加广阔的连接。

5G从边缘到云端的连接是迄今可以遇到的最理想的连接。通过5G的连接,将决策、规划部分放到云端处理,从边缘端到云端加倍赋能,让AI的算法有能力提取出相应的关联并提升自己;个体得到提升之后,通过5G网络和云端大脑,能力将快速分发到其他个体。也就是说,AI与5G结合之后,机器将产生类似于群体智慧的能力,对整个社会带来价值,也将催生网络本身自适应能力的要求,这是一个互促式、螺旋式发展的新机会。

5G是万物互联的基石,AI是万物互联网的助推器,二者作为新时代的生产力,将带来整个社会生产方式的改变和生产力的提升。两者相加,互相作用,AI将使能于5G,优化5G网络,推动5G落地。具备AI属性的5G网络,是自能的网络。5G同样是使能技术,改变生产方式、改变社会生活,让AI无处不在。5G作为新的基础网络设施,不单为人服务,还为物服务,为社会服务。5G的连接能力,将推动万物智能互联。但AI和5G不会只是二者相加,即AI+5G而未来的发展更多的是相乘,即AI*5G,更加速的发展。

45G最新进展

根据目前各国的研究结果,5G技术相比目前4G技术,其峰值速率将增长数十倍,从4G的100Mbps提高到几十Gbps。也就是说,1秒钟可以下载10余部高清电影,可支持的用户连接数增长到100万用户/平方公里,可以更好地满足物联网这样的海量接入场景,与此同时,端到端延时将从4G的十几毫秒减少到5G的几毫秒。

正因为有了强大的通讯和带宽能力,5G网络一旦应用,目前仍停留在构想阶段的车联网、物联网、智慧城市、无人机网络等概念将变为现实。此外,5G还将进一步应用到工业、医疗、安全等领域,能够极大地促进这些领域的生产效率,以及创新出新的生产方式。

随着5G网络的应用,各类物联网将迅速普及。目前汽车与汽车之间还没有通讯,有了5G网络,就能让汽车和汽车、汽车和数据中心、汽车和其他智能设备进行通讯。这样一来,不但可以实现更高级别的汽车自动驾驶,还能利用各类交通数据,为汽车规划最合理的行进路线。一旦有大量汽车进入这一网络,就能顺利实现智能交通。

远程医疗也是5G重要的应用领域之一。目前,实施跨越国界的远程手术需要租用价格昂贵的大容量线路,但有时对手术设备发出的指令仍会出现延迟,这对手术而言意味着巨大的风险。但5G技术将可以使手术所需的“指令-响应”时间接近为0,这将大大提高医生操作的精确性。在不久的将来,病人如果需要紧急手术或特定手术,就可以通过远程医疗进行快速手术。

5G网络同样能让普通用户受益匪浅。除了多样化、各类多媒体娱乐外,智能家庭设备也会接入5G网络,为用户提供更为便捷的服务。

除上述应用外,众多物联网应用也将成为5G大显身手的领域。尽管目前物联网尚未大规模应用,但业界普遍认为,物联网中接入的设备预计会超过千亿个,对设备数量、数据规模、传输速率等提出很高的要求。由于当前的3G、4G技术不能提供有效支撑,所以物联网的真正发展离不开5G技术的成熟,同时也将成为推动5G技术发展的动力之一。

根据国际惯例,总部位于瑞士日内瓦、主管信息通信技术事务的联合国专门机构——国际电信联盟将是5G标准的最终决定机构。该机构负责分配和管理全球无线电频谱、制定全球电信标准,在全球信息通信领域发挥重要作用。国际电信联盟已经启动5G标准研究工作,并明确了“IMT(国际移动通信系统)-2020及展望”项目的工作计划,2020年底完成标准制定。欧盟已旗帜鲜明地强调,希望能确立全球统一的5G技术标准,而不再是多种标准并存,以实现全球互通性和规模经济。事实上,由于5G技术与未来的物联网产业息息相关,蕴含着巨大的经济和战略利益,欧美日韩等国都希望能在技术标准上占据主导权,因此也都早早进行了相应的技术研发和布局。

除了各国系统性的展开技术研发外,行业主流公司也已在5G领域发力。近期,手机芯片制造商高通就表示,正在加快5G芯片的研发,高通已经完成了各类技术测试,到2018年根据最终的5G国际标准,正式推出量产的5G手机芯片。此外,华为、中兴、诺基亚、爱立信等电信设备制造商也透露,正在加快5G关键技术的研发,并已和电信运营商展开相关合作。

55G与6G

5G刚到,6G已在路上,速度又将比5G快10倍以上。

5G时代虽然好消息不断,但实际还需要些时间,但有港媒称,中国内地的一些工程师和利益攸关方已经在为下一代电信网络做准备。

中国内地的工程师和IT企业正在加大研发和融资力度,准备5G之后的新时代,也就是6G时代,那时无线数据传输速度将达到前所未有的高度。

在5G商业化即将到来的同时,中国内地的大学和技术机构已经建立伙伴关系,将人才和资源集中起来,以便研发突破界限的6G技术。在2030年之前,第六代无线系统技术将会开始改变中国互联网和智能手机用户的日常生活,即便到时候世界某些地区5G服务还没完全成熟。中国预计最早将于2020年加快6G概念研究和试验,以便制定自己的一套定义和标准。

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