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5G的神话和现实:标准还未确定 但千兆应是标配
2016-07-06 01:01:08   来源:   评论:0 点击:

5G始终蒙着一层神秘的面纱,人们对未来美好生活的描述,总是不免夹杂着美轮美奂的溢美之词,对于普通老百姓来说,5G仍是一个神话。6月29日...
5G始终蒙着一层神秘的面纱,人们对未来美好生活的描述,总是不免夹杂着美轮美奂的溢美之词,对于普通老百姓来说,5G仍是一个神话。6月29日,2016世界移动大会·上海开幕,全球通信业最权威的业者济济一堂围绕5G和下一代网络的话题展开讨论,他们希望向世界传递出一个真实的5G世界。神话和现实之间的距离,是人们认知5G必须越过的坎儿,我们每个人都有权利搞清楚:未来的5G究竟是怎样一番光景?不是天花乱坠的,而是实实在在的。

* 技术篇

神话 5G可以快到飞起来

现实 标准还未确定,千兆应该是标配

“快到飞起来”,就像国内某手机品牌的广告语,5G网络的极致网速将超过千兆(1Gbps)。

尽管5G的标准还未最终确立,但一些关键能力在全球范围内基本达成共识,其中大家最关心的是网速,5G将可以支持1Gbps以上的用户体验速率,是4G的5到10倍。

千兆有多快?举个例子,未来当人们再去影碟店购买4K电影时不用再取回一张光碟,只要掏出手机或Pad,几十秒钟之内,影碟店就可以“立等可取”地将大容量电影无线传输到你的移动终端上。

同样,VR直播、3D全息影像等超高带宽应用都可以借此成为现实,届时视频聊天的双方可以做到真正身临其境,革命性提升当前的视频直播画质。

那千兆是不是5G的终点呢?当然不是。即便标准还未统一,但已经有厂商将实验室数据提升到了10Gbps。在MWC2016的诺基亚上海贝尔展台,一套标有“Air Scale 5G就绪基站联合演示”的设备显示,下载速率已经达到9.828Gbps,时延为0.95ms。工程师告诉记者,这套设备已经基本成熟,一旦标准确立,运营商开始部署,只需要通过软件升级,便可以直接升级至5G。

当然,5G时代,并不意味着原先的3G、4G和Wi-Fi网络都没用了,事实上,未来的移动网络,是一个高度融合和兼容的网络。在诺基亚上海贝尔对于5G的演示中可以看到,在钢筋水泥的城市森林中,一个移动用户所能上网的速率随着建筑物的不同遮挡而上下调整,但4G、5G和Wi-Fi网络同时可以使用,且网速是叠加的,最低时网速差不多有100Mbps,最高时网速近5Gbps。

神话 一觉醒来,就进入5G时代了

现实 其实我们每天都离5G更近了一点

5G商用肯定不是一蹴而就的。5G不是新开通的高速列车,哪天开通,哪天列车的行驶速度就一下子提升上去了。

把5G的逐步演进比作高速公路似乎更为合适,5G核心技术之一的载波聚合技术就是让多条信息高速公路(频段)同时运行,以实现高速的数据传输。高通研发高级副总裁范明熙解释,第一步,LTE和Wi-Fi融合技术会将LTE作为主载波(主车道),Wi-Fi作为副载波(副车道);更进一步,LTE授权频段作为主载波的同时,还可以将非授权频段(原来被认为不适合行车的道路也被“改建”成高速公路)作为副载波;再后来,可以将LTE作为主载波,5G作为副载波,如此一步步演进,最终实现向未来5G网络的不断推进。

5G联合创新中心成员的中兴则认为对于现阶段而言,Pre5G更重要。所谓Pre5G是提前将部分具备商用能力的5G关键技术(比如Massive MIMO大规模天线阵)应用于4G网络,从而实现基于现网4G商用终端的5G体验;也包含了3GPP架构下的LTE-A Pro相关技术增强以及多个5G拓展技术,结合中兴通讯自有创新技术和3GPP LTE-A Pro技术标准,可以帮助运营商实现4G网络的后向平滑演进,并最终与5G网络无缝衔接。“你可以把Pre5G理解成4G+,它的特点是把5G的技术在4G上商用,现有的标准不会变,也不会更改4G的终端。”中兴5G方面的讲解员乔磊告诉《IT时报》记者。

所以5G时代不是一夜到来的,而是不断递进的,可以说,我们每天都在离5G更近一点。

神话 5G和慢网速彻底说再见

现实 慢到“渣”的也是5G

慢到渣的也是5G网络?没错,物联网是5G最重要的组成部门之一,基于蜂窝的窄带物联网(NB-IoT)是一种非常常见的企业级应用形式,市场前景非常广阔,但它的速率可能只有100Kbps。例如,在一个工矿厂区,方圆一公里内就密集地布设了几十万个物联网传感器,虽然这些终端对网络带宽和网速几乎没有要求,但它们的数量却异常庞大——无法想象,一个基站可以为数十万个人同时服务,但在5G时代的物联网世界里,这将成为现实。

根据贝尔实验室2016年的最新预测, 物联网连接设备将从2014年的16亿增长到2020年的200亿到460亿,这其中还不包括可穿戴设备。此外,在可见的未来,通过蜂窝网通信的物联网设备将达到16亿到46亿。

“除了无人驾驶,中国移动新能源汽车监控系统、公务车智能化管理平台和物联卡都是物联网的具体体现。其中,物联卡就是基于公众物联网,面向物联网用户提供的移动通信接入服务,目前,车联网和金融是使用物联卡最多的行业。”中移物联网有限公司的市场研究员曾永乐向《IT时报》记者介绍。目前,中国移动物联网开放平台支持多种网络接入协议,可以轻松接入各种物体、智能家居、汽车、穿戴设备、行业终端。

和5G相比,NB-IoT最大的优势在于专利标准已经冻结,这其实意味标准已基本确定,厂商们可以放开手大干一场了。

据高通产品市场总监沈磊介绍,高通MDM9X07物联网调制解调器芯片目前已获得超过60家制造商的100余款设计,可以实现Cat 1标准(1.4MHz窄带宽);而预计将在2017年初发布的MDM9206芯片则可以通过软件升级支持NB-IoT,下探至200kHz的窄带宽。这将让上述工矿厂区的场景的实现成为可能。

联发科的工作人员也透露,集成NB-IoT的芯片今年下半年到明年上半年应该可以成熟并上市。华为开发设计的IoT“1+2+1”整体商业解决方案,也正聚焦车联网、智慧家庭和基于NB-IoT的行业应用场景,而中兴的行业应用场景也是基于3GPP标准NB-IoT的端到端解决方案,并通过自主研发NB-IoT芯片、模组和物联网应用平台等展示中兴在物联网领域端到端的提供能力。

在接入侧,诺基亚上海贝尔已经可以支持所有的3GPP IoT无线技术 ,并于今年4月初在中国移动实验室完成了中国第一个NB-IoT方案验证。诺基亚通信中国与上海贝尔联合管理团队总裁王建亚解释,早期一个基站最多能连接1000多个用户,但未来一个基站将可支持超过100万用户。

利用NB-IoT,5G将能够在无需增加基站覆盖的前提下,实现对于地下、矿井、墙体等场景的超强穿透和深度覆盖,“未来,也许物联网终端可以嵌入到建筑物中,而超低的功耗表现可以让两节AA 5号电池就能支持10年以上的超长使用。”

神话 5G是可以托付生死的网络

现实 极端可靠性是技术上的最大挑战

断线了,微信刷不出来……在抱怨两句的同时,我们大可以一笑而过,但在一些关键应用领域可马虎不得,5G目前已经准备在汽车、机器人、医疗健康等领域大展身手,这就需要5G网络保证绝对的可靠性。

在自动驾驶领域,网络时延要求通常是毫秒级别,同样,如果一台远程手术正在进行,保障两地医生实时互动的5G网络也不能有丝毫的差池。从诺基亚上海贝尔所做的测试来看,通过LTE网络在传感器之间进行连接,速度是151毫秒,但通过5G,时延只有9毫秒。

现在,人们对智能网络的理解常常是,例如手机可以智能分辨出当前的Wi-Fi和4G网速,择优选择网络,通俗说,就是哪个快上哪个;而在5G时代,4G、5G网络常常是实时双连接的,也就是说,保持多路同时连接,从而保证了连接的可靠性。5G为无线网络上了“双保险”,甚至“三保险”,不允许有任何“宕机”情况出现。

据物联网芯片提供商Movidius公司市场营销副总裁Gary Brown介绍,无人机也是典型的对网络要求可靠性极高的应用,Movidius公司的芯片目前已被中国无人机厂商采用,新型的无人机可以实现对指定物体的持续追踪,并智能化地避开山体、树木。

对于5G网络潜在的最大技术挑战,华为无线技术实验室高级总监朱佩英认为,在一些场景下,5G数据传输距离长,并且需要跨越不同的复杂网络系统,长期来看,毫秒级的网络时延是面临的长期挑战。也就是说,5G网络需要可靠、稳定地保证10毫秒以下的响应速度,仍然不是一件很容易的事情。

* 产业篇

神话 第一个商用5G真的很牛?

现实 只有风口上的猪才能飞得起来

毫无疑问,全球业界正在展开一场有关5G的军备竞赛。

“2个低频站点、1个高频站点、8个高频UE、16个低频UE,这是华为联合中国移动对5G进行的外场测试,5G高低频混合组网,外场测试显示,使用高频段1GHz带宽和低频段200MHz带宽,小区峰值速率能达到50Gbps。”华为展台的“5G超级连接之路”吸引了不少参展人员的驻足。

中国移动展台同样人声鼎沸,一口气展出了5G新型网络架构、容器化ICT融合、用户为中心的网络、软件定义空口、5G信道测量仪表、新型多址样机、SDAI样机等5G关键技术及核心产品。相较于中国电信与中国联通,中国移动对5G建设的态势如火如荼,并在今年2月份联合首批11家合作伙伴,启动了中国移动5G联合创新中心,共同促进5G发展。

“此次展出的5G产品,有一部分是中国移动与合作伙伴在5G联合创新系列的成果,比如,3.5GHz低频段5G样机、6GHz以上高频段5G样机、5G网络切片解决方案是与华为联合展出的,3D—MIMO样机则是与中兴联合展出。”据中国移动展区的工作人员介绍,此次中国移动与华为联合展出的5G C波段样机,是业内第一个面向预商用产品形态的小型化低频样机。接下来,会与华为进一步开展3.5GHz低频段5G系统功能与性能验证,为5G在系统设备层面的产业化与预商用做好技术准备。

无论通信设备厂商,还是电信运营商,都希望能在5G的商业化、技术、运营等方面占据优势地位。对此,中国通信消费者难免回忆起当年3G起步至少晚了5年的“悲惨经历”,希望在中国通信市场和产业链异常强大的今天,中国电信运营商能抢先商用5G。

对于这个话题,日本最大电信运营商NTT DOCOMO首席技术官尾上诚藏最有发言权,他回忆,当年NTT抢在2001至2002年就全球首个商用了3G网络,而事实上,此后的2-3年间,3G生态的发展几乎是停滞的,“当时同行业都像看待怪物那样看待NTT,觉得不可思议”,直至全球化3G浪潮来袭,NTT的3G业务才步入了正轨。后来,NTT在上马LTE 4G网络时,就没有选择再次“冒进”。

中国电信董事长杨杰发表演讲时表示,智能化服务时代即将到来,中国电信将实施智能牵引,转型升级,做领先的综合智能信息服务运营商。中国电信将在网络、业务、运营、管理全面重构的基础上实现“网络智能化、业务生态化、运营智慧化”的转型3.0目标。如果说5G是一个目标,那么智能化的运营商将是最佳的平台和基础。

中国移动总裁李跃则在自己的主旨演讲中强调了4G的重要性,“4G在整个网络上的流量占比已经达到86%,今年年底将超过90%,4G将成为整个流量核心承载网络。”李跃说,4G的速度越来越快,未来一些5G技术会提前向4G上延伸,预计5G将在2020年在中国内地商用。

韩国电信执行副总裁Dongmyun Lee确认,2018年平昌冬季奥运会期间,韩国电信将试商用5G网络。目前韩国电信已经完成了一些测试,例如在2000人密集环境下支持大流量无线数据传输,而VR直播等5G应用也已在韩国试商用。相比中国和日本运营商,韩国运营商看来将第一个在全球范围内商用5G网络的可能性很大。

“2018年,5G第一版标准会出台,然后我们会看到芯片出现,各个国家都会有各自的部署。”高通研发副总裁Durga Malladi从技术角度给出了类似的时间表,高通公司和通信业主流判断一致认为预计2019年到2020年间,电信运营商将真正尝试商用5G网络。

神话 5G需要海量资本投入

现实 5G花的钱甚至可以比4G少

尾上诚藏展示的NTT投资图表显示,从1998年至2015年,NTT在网络上的投资甚至是呈现下滑趋势的,也就是说,3G花的钱比4G多。尾上诚藏表示,如果有人告诉你准备花大笔的资金建一个多么美妙的5G网络,那他一定搞错了!

多位运营商技术专家均表示,5G不是抛开4G重新建一个网络。5G刚开始商用时,是以4G LTE网络为重要基础的,而且刚开始的5G网络也将共享4G通信基础设施,通过网络技术的迭代和优化,实现网速的提升。

AT&T Mobility总裁兼首席执行官Glenn Lurie表示,5G对现在来说为时尚早,虽然5G将带来惊人的变化,但整个行业不应对LTE仍将持续带来的巨大益处和影响失去关注。他还表示,美国不应该担心在5G方面落后,也不用对日韩和中国运营商快速推进5G表示出过度的担忧。

包括中国电信运营商发布的4G+品牌和网络在内,今年预计将有超过60张4.5G网络投入商用。华为无线网络业务部FDD产品线总裁王军认为,4.5G持续演进,投资4.5G就等于投资5G,“4.5G做的很多事情都能够在未来5G运营中做好准备,投资4.5G就意味着未来的5G有了基础。”

可见,投资5G完全是一个循序渐进的过程,绝不可与专车市场的疯狂投资同日而语,对电信运营商来说更不会造成显著的资金压力。

神话 未来5G终端强大到没朋友

现实 也许今年就能买到准5G手机

在各家通信运营商和设备厂商的宣传影片中,未来的5G终端上天入地,几乎无所不能,而在现实生活中,5G终端其实没那么“高端”,甚至可以说是触手可及。

目前,被消费者所熟知的三星Galaxy S7 Edge、小米 5、LG G5等众多旗舰机机型,都采用了骁龙820芯片,该款芯片搭载了X12 LTE基带,可以实现600Mbps的下载和150Mbps的上传。

而基于X16 LTE基带的手机终端预计将在今年下半年商用上市,采用14nm(纳米)制程,这意味这些手机将成为名副其实的5G水准手机。这些手机将能支持高达1Gbps的下载速度,并支持全新的3.5GHz频段,该频段将在未来中国5G进程中起到重要作用。高通近日展示的业界首个5G联网技术全新空口原型系统就是基于3.5GHz频段的,中国移动也表示将着重在3.5GHz频段附近研发和实验5G商用网络。

高通CTO Matt Grob于近日表示,高通5G芯片已有原型产品,一旦标准确定下来就可以实现量产。

可见,消费者手中的手机终端将走在最前面,其CPU和网络性能将先一步达到5G水准,而中国通信用户还需耐心等待运营商对于5G的推进。不用着急的是,实际上,随着中国三大运营商4G+等概念的推出,以及在LTE上的深度演进,中国通信用户已经可以逐步体会到“准5G”的使用体验。

粗略估计,目前中国电信运营商推出的4G+网络的下载速度已经超过300Mbps,那么在5G时代刚刚起步的时候,你的手机在大多数主流应用场景和环境的下载速度能达到500~600Mbps就是一个合理的速率了。

* 未来篇

神话 虚拟现实、触觉互联网都将成为现实

现实 VR头盔、可穿戴设备得快步跟上

有了超高速宽带做什么?在固网时代,这就是个问题。从目前已经普及百兆宽带,甚至推出千兆宽带的电信运营商业务来看,高清视频依然是最主流的应用,VR直播、智能家庭大多还是空中楼阁。那么,超高速的移动网络能干什么呢?

根据诺基亚和上海贝尔发布《网络2020白皮书》,贝尔实验室的研究结果显示,网络流量爆炸性增长的两大驱动力来自于视频、云和数据中心。从2013年到2017年,视频流量、云和数据中心的流量将分别增长720%和440%。同时,到2017年,骨干网流量将增长320%,而城域网流量增长则达到560%,是骨干网的2倍多。由此,白皮书得出结论,“从接入、汇聚到核心,每个节点无阻塞的高通路是未来新兴业务完美体验的基本保障”。

在中兴展台,展出了基于移动边缘计算MEC及室内高速数据传输的VR业务演示,正在演示中的VR并不需要连接线,模拟的无线场景一样可给用户带来沉浸式业务体验,满足了VR对低时延高带宽的性能要求。

对未来更理想化的应用还有更多。贝尔实验室正在研究是否可以通过超高速网络实现“触觉互联网”,也就是说,当你和对方正在用手机视频通话时,你轻轻地用手触碰一下他的肩膀,这个信息直接传递给对方所佩戴的可穿戴设备,同时做出触摸的动作,让对方感觉到你的轻抚,所有一切都在一瞬间完成。

被誉为“吃宽带”的VR直播也将实现。诺基亚上海贝尔今年刚刚推出一款黑科技产品——OZO,通过8枚光学传感器捕捉360度全方位的音频和视频,观看OZO拍摄的视频,用户听见有狗叫,转过身去,就能真的看见“汪星人”。而且OZO拍摄的视频采用了标准格式,用户可以通过如Oculus或HTC Vive这样的虚拟现实头盔从YouTube上观看该机拍摄的视频。以后,那些拿着手机做直播的女直播们不提升自己的硬件设备,都不好意思出门说自己是“网红”。

不过,根据规划,5G将在2020年普及商用。在仅剩的3年多时间里,这些硬件设备的技术提升和内容制作能否跟得上网速的提升,还真是个未知数。至少6万美元的OZO一般人是买不起的,但3年后是否能有600美元的同类低端产品出现呢?

神话 高频段毫米波将打破频谱限制

现实 技术太前沿,还只在实验室实现

高通展台上,工作人员手中的移动终端始终与实验发射站保持着千兆级的超高速连接,即便工作人员已经达到脱离观众视线的较远距离,终端与发射器之间依然保持着高速且紧密的联系。要知道,超高速数据传输就像动漫《七龙珠》里的冲击波通常只能直线传播,而且距离短,难以拐弯、折射和绕射,但现在这个技术难关正在逐渐被攻克,为5G商用打开更广阔的前景。

这是如何做到的?高通市场高级总监Peter Carson举了个非常生动的例子,当你闭上眼睛时,有人边说话边走动,但你并不难判断出对方的移动方向和彼此之间距离,因为两个耳朵听到的声音有时间差、角度也略有不同,大脑通过运算从而得知声音从哪个方向传来。而高通推动的5G毫米波技术,就是一项不折不扣的黑科技,通过在7.1平方毫米(一个5角硬币的面积是20.5mm)的面积上集成32根天线阵,这就好比一个人拥有32对耳朵,这将对信息捕捉和分析大有裨益,让极致带宽成为可能。

毫米波的最大优势便是极宽的带宽,通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz,这对于频谱资源稀缺的移动网络领域来说,简直是一座挖掘不完的宝藏。最新的消息是,国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)第五研究组TG5/1任务组第一次会议在瑞士日内瓦召开,研究在24.25GHz-86GHz频段范围为IMT确定新频谱,这意味着,5G系统高频段频谱规划的研究工作就此正式启动。

目前贝尔实验室正在进行的毫米波测试中,实验室数据速率达到50Gbps,频谱效率为100bps/Hz,所使用的频段是28GHz到近300GHz,时延更是达到亚毫秒级别,采用64条天线组成的基站,大小只需要12cm×12cm。

未来5G系统将面向6GHz以下和6GHz以上全频段布局,以综合满足网络对容量、覆盖、性能等方面的要求。2015年,世界无线电通信大会已经为5G系统划分了6GHz以下频率,因此6GHz以下的研发走得相对较快,目前主流的5G测试也大多集中在这个频段。

诺基亚上海贝尔的工程师告诉记者,今年8月份,工信部会组织厂商和运营商进行5G测试,目前规划中,低频段的5G网络是必选项,高频段的毫米波是可选项。从目前实验室测试来看,毫米波网络的数据收发已经实现,但对于高达50Gbps的速率,还没有可行的应用匹配。

* 相关链接

时延有多重要?

低时延在未来的5G时代究竟有多重要?看完华为和诺基亚上海贝尔的展台,你就明白了。

华为特别展出了一个会打冰球的机械臂,游戏台的上方是摄像头,摄像头捕捉到的冰球移动轨迹传输给机械臂,机械臂做出反应来挡球,这个过程,网络只有时延达到毫秒级,才能让机械臂实时反应。

诺基亚上海贝尔的展台上也有一个类似的展示,三个机械臂共同托起一个托盘,托盘中心有一只小球,一旦有人将小球进行移动,托盘发生倾斜,头顶上的摄像头必须将此信号反映给三个机械臂,并调整托盘高低,从而将小球始终保持在托盘中心平衡位置。同样,从小球移动-摄像头-机械臂之间的反应速度均为毫秒级。当然,这些都只是模拟场景,三者之间的网络仍然是通过有线连接,现有的无线技术还没有将时延降下来。

不过,5G到来后,类似技术应用于工业上,机器人取代人工在危险区域完成工作将成为可能。

IoT怎样万物互联?

车联网、物联卡、OneNET开放平台共同组成了中国移动的物联网展台,与诺基亚联合展出的模拟无人驾驶小汽车车队则是物联网与5G的具体体现,当四辆小汽车同时行驶时,如果伸手挡住一辆,这辆车会自动刹车,其他三辆也会井然有序地停下。

这个展示的原理在于,通过5G网络,每部车都配有传感器,彼此之间会“说话”,当出现紧急情况时,当人做出刹车反应之前,车辆已经“感受”到危险,自动停止,并通知附近的其他车辆。

5G有哪些关键能力?

5G需要具备比4G更高的性能,支持0.1~1Gbps的用户体验速率,每平方公里一百万的连接数密度,毫秒级的端到端时延,每平方公里数十Tbps的流量密度,每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。其中,用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比4G,频谱效率提升5~15倍,能效和成本效率提升百倍以上。

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