5G技術(shù)的演變、商業(yè)化進(jìn)程

隨著IoT、自動(dòng)駕駛和人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，5G作為承載這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要組成部分也在如火如荼地加速研發(fā)和布局中。中國(guó)在5G的標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)和商業(yè)化的過(guò)程中逐步成為了領(lǐng)先者，并且有望在2020年實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)化運(yùn)作。本文將圍繞著5G技術(shù)的演變、商業(yè)化進(jìn)程、技術(shù)應(yīng)用以及技術(shù)展望等方面進(jìn)行整體的介紹。

一、5G技術(shù)的演變

5G技術(shù)是從4G技術(shù)向前的自然演進(jìn)，相比于目前使用的4G技術(shù)，5G甚至可以處理多于3個(gè)數(shù)量級(jí)的信息量和數(shù)據(jù)。這不僅代表了無(wú)線連接的發(fā)展方向，更代表了一種全新更高的無(wú)線連接水平。3G為用戶提供了互聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)接入，4G允許用戶進(jìn)行社交連接。然而5G技術(shù)將使我們生活方式、工作和娛樂(lè)方式發(fā)生改變，它是加速物聯(lián)網(wǎng)普及的源動(dòng)力。

這場(chǎng)技術(shù)革命將圍繞無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施展開，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施將推動(dòng)新的應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)生，例如自主駕駛系統(tǒng)——能夠無(wú)障礙地駕駛和導(dǎo)航。工業(yè)制造系統(tǒng)將隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而變得更智能，其中機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化等主要應(yīng)用方向?qū)⑦~上新的高度。其次，工作和娛樂(lè)方式將得到改變。例如：AR、VR和XR技術(shù)將得到快速發(fā)展。

目前，5G的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是已經(jīng)建立的一組標(biāo)準(zhǔn)，以確保新的基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供強(qiáng)大和高效的服務(wù)。第三代合作伙伴項(xiàng)目組織（3GPP，是一個(gè)1998年12月成立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）也將致力于保證這些標(biāo)準(zhǔn)的有效性。3GPP內(nèi)的技術(shù)規(guī)范小組（TSG）致力于與無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和系統(tǒng)方面以及與核心網(wǎng)絡(luò)和終端相關(guān)的問(wèn)題。5G新的無(wú)線規(guī)范于2017年底正式推出。5G現(xiàn)階段使用的是3GPP Release-15標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)的晚些時(shí)候?qū)?huì)發(fā)布Release-16標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)應(yīng)用于5G的第二階段。

二、5G技術(shù)的商用進(jìn)程及應(yīng)用

5G是一種高帶寬、低延時(shí)、多終端接入的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議和技術(shù)最終標(biāo)準(zhǔn)于2016年底出臺(tái)，并于2018年獲得批準(zhǔn)。由于許多前期工作已經(jīng)完成，運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)到2020年將基于這些標(biāo)準(zhǔn)推出商業(yè)系統(tǒng)，到2022年實(shí)現(xiàn)全套系統(tǒng)；因此，有一個(gè)積極的開發(fā)和實(shí)施期，將影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)人員。5G是從目前的4G設(shè)計(jì)演變而來(lái)。該調(diào)制解調(diào)器將集成到模塊中，以便于添加到物聯(lián)網(wǎng)和M2M設(shè)計(jì)中。5G系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)主要區(qū)別是網(wǎng)絡(luò)的要求在確立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之前就已經(jīng)確定。

5G網(wǎng)絡(luò)的最高速率可達(dá)10Gbit/s峰值速率，外加極低的端到端延遲（1ms），這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是一個(gè)關(guān)鍵性的優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)在使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)可以提供1000倍帶寬和10到100倍的設(shè)備接入數(shù)量。與3G和4G網(wǎng)絡(luò)一樣，數(shù)據(jù)連接狀態(tài)為“保持打開”模式。這對(duì)支持高達(dá)100倍以上設(shè)備的能力至關(guān)重要，因?yàn)閷⒂懈嗟脑O(shè)備同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)對(duì)5G物聯(lián)網(wǎng)的推出至關(guān)重要的因素是低功耗的規(guī)范，因?yàn)闊o(wú)線調(diào)制解調(diào)器的電池壽命要求為10年或更長(zhǎng)。這將為更多電池供電的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供機(jī)會(huì)，再次提供更容易的安裝方式。從5G在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用角度來(lái)看，5G系統(tǒng)的能夠支持大規(guī)模的通訊組件的網(wǎng)絡(luò)接入，其中包括各種不同的傳感器、執(zhí)行器和控制單元，它們都可以通過(guò)無(wú)線來(lái)組網(wǎng)。

2019年是中國(guó)5G的元年。中國(guó)的三大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)（2018年5G規(guī)模實(shí)驗(yàn)計(jì)劃）、中國(guó)電信（2019年實(shí)現(xiàn)5G試商用，2020年實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)城市的規(guī)模商用）和中國(guó)聯(lián)通（2019年預(yù)商用，2020年正式商用）紛紛發(fā)布了5G商用的時(shí)間表。2020年將是5G商用的普遍起點(diǎn)。5G技術(shù)將加速邊緣計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)融合、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展。在未來(lái)的幾年中，持續(xù)的試點(diǎn)以及商業(yè)驗(yàn)證將會(huì)持續(xù)加速推進(jìn)。全面的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)不久就能實(shí)現(xiàn)。

從應(yīng)用層面來(lái)看，未來(lái)5G將在自動(dòng)駕駛和醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷方面得到廣泛的應(yīng)用。5G對(duì)于汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（AV）來(lái)說(shuō)是必要的，今后無(wú)人駕駛汽車將成功地與基礎(chǔ)設(shè)施和云通信，在云上汽車可以獲得交通信息、事故警告和可靠的空中傳送（OTA）固件更新。自主駕駛的車輛（AV）需要實(shí)時(shí)處理前所未有的信息量。例如，避免碰撞，檢測(cè)障礙物和行人，并檢測(cè)到一個(gè)免費(fèi)停車點(diǎn)，這需要在車輛、城市基礎(chǔ)設(shè)施（如交通燈、公共安全系統(tǒng)）、云服務(wù)提供商，甚至汽車制造商之間交換大量元數(shù)據(jù)。汽車部件：如超聲波雷達(dá)、GPS、攝像頭和信息娛樂(lè)系統(tǒng)都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的激增。車輛可以對(duì)外界環(huán)境做輸出，能探測(cè)狀態(tài)并做反饋。因此，發(fā)展自動(dòng)駕駛技術(shù)，5G將是一個(gè)必不可少的先決條件。

同樣，在遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷中，5G也發(fā)揮了不可替代的優(yōu)勢(shì)。2020年抗擊新冠肺炎的過(guò)程中，5G+醫(yī)療+遠(yuǎn)程辦公+遠(yuǎn)程教育等實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景在抗疫一線也發(fā)揮了重要的作用。5G和醫(yī)療診斷技術(shù)相結(jié)合正變得越來(lái)越成熟，不斷加快醫(yī)生診斷和治療過(guò)程。由熱成像測(cè)試儀、體感檢測(cè)、移動(dòng)云網(wǎng)絡(luò)等各種高科技組成的5G熱成像人體測(cè)溫系統(tǒng)已開始使用。消費(fèi)者走過(guò)測(cè)溫通道，其體溫檢測(cè)結(jié)果就能實(shí)時(shí)顯示在電腦屏幕上。據(jù)了解，這種非接觸、無(wú)延遲的測(cè)溫方式，得益于熱成像測(cè)試儀的快速檢測(cè)及5G網(wǎng)絡(luò)的快速響應(yīng)。

三、5G技術(shù)的展望5G通信已經(jīng)來(lái)臨，初始部署已經(jīng)開始。但是很明顯，在5G真正商業(yè)化之前，仍有許多工作要做。未來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)主要在3個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域可以提供新的服務(wù)。

一、增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶使新的消費(fèi)服務(wù)成為可能。5G將提供增強(qiáng)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)（eMBB），以豐富用戶服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高性能通信應(yīng)用，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能家居和高速互聯(lián)網(wǎng)接入。

二、擴(kuò)大覆蓋范圍。26至28GHz范圍內(nèi)的高頻段使天線小型化成為可能，進(jìn)而便利于更先進(jìn)的自適應(yīng)多輸入多輸出（MIMO）陣列，該陣列控制無(wú)線電傳輸?shù)男问胶头较?，從而使這些高頻段具有更長(zhǎng)的范圍和更好的覆蓋范圍，干擾更小。

三、5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使新的工業(yè)服務(wù)成為可能。5G內(nèi)核支持虛擬化和網(wǎng)絡(luò)切片（Network slicing），這將是新的行業(yè)服務(wù)的基礎(chǔ)。這些新的服務(wù)可以是垂直行業(yè)特有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)或特定應(yīng)用。

四、結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正在加速，在未來(lái)為物聯(lián)網(wǎng)和M2M網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)。超高速通信是5G技術(shù)促成的實(shí)質(zhì)性的飛躍。5G技術(shù)正在確保我們未來(lái)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將我們所有人連接起來(lái)。也許有人會(huì)說(shuō)我們的未來(lái)是超連通性的。在這種超連通性中，包括機(jī)器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人和人們終將全部聯(lián)結(jié)在一起。