5G在無線通信中發(fā)揮的重要作用

引言：2017年，Qorvo出版了第1版《5G射頻技術ForDummies》。該書以通俗易懂的語言，幫助業(yè)界許多人士掌握了一些圍繞5G技術的復雜概念。

我們在該書中簡要講解了一些重點概念，這些概念到今天已經(jīng)發(fā)展成熟，包括：

1、基站有源天線系統(tǒng)的開發(fā)

2、載波聚合技術使用量的增加

3、新增頻譜的重構和開放

2017年，當時小蜂窩密致化技術才剛推出，5G毫米級固定無線接入技術還在測試。今天，由于技術的進步，這些技術已經(jīng)大規(guī)模鋪開。在本書中，我們將探討以上技術及其他5G技術的進步，以及這些技術如何重塑移動網(wǎng)絡、移動設備、行業(yè)、用例及企業(yè)。

在今天的分享中，我們給大家重新介紹一下5G。

我們社會，網(wǎng)絡聯(lián)接已變得十分普遍，人們甚至把聯(lián)網(wǎng)看作像電力一樣無處不在、無時不在。

無論是消費者還是企業(yè)，都在期盼著第5代無線連接（5G）：

1、提高下行鏈路和上行鏈路的速度

2、隨時隨地視頻和游戲

3、提高服務質量，同時保證服務的安全可靠

4、提高制造業(yè)/行業(yè)效率

5、按需提供任何及一切東西

與此同時，無線運營提供商期望：

1、能夠滿足激增的移動數(shù)據(jù)需求

2、降低單數(shù)據(jù)比特成本

3、獲得其他業(yè)務模式和營收流

所有這一切都能夠借助5GNR（即“新空口”）架構實現(xiàn)，只是在這一過程中，我們還需要一些高度技術性的東西。在本章，您將認識5G蜂窩網(wǎng)絡的過去、現(xiàn)在和未來，從而更好地理解5G在今天（和明天）無線通信中發(fā)揮的重要作用。

認識當前情況

像許多人預期的那樣，5G將具有顛覆性，它將改變我們的生活。我們看到物聯(lián)網(wǎng)、汽車、制造業(yè)及零售行業(yè)正在發(fā)生的無線通信創(chuàng)新，這讓我們一窺5G連接的未來。

科研組織IDTechEx報告稱，預計到2030年，5G的推出將為全球經(jīng)濟貢獻7000億美元。全球移動通信協(xié)會（GSMA）聲稱，預計到2025年，5G全球移動連接將達到14億個。

沒錯，5G革命已經(jīng)開始。技術建設的速度正在超出先前的預期，并且遠超3G向4G的過渡速度。

以下是過去幾年間發(fā)生的事情：

1、2018年韓國平昌冬奧會展示了首個運營性5G網(wǎng)絡。

2、移動網(wǎng)絡運營商的報告顯示，截止2019年10月，韓國的5G用戶已超過200萬。

3、AT&T公司的5G網(wǎng)絡是美國首個無線速度超過2吉比特的5G網(wǎng)絡。

4、威瑞森公司已在美國職業(yè)橄欖球聯(lián)盟（NFL）的全國體育場啟動5G網(wǎng)絡。

未來將會怎樣？

以下是一些預測：

1、估計到2021年，手機用戶（55億）將超過自來水用戶（53億）。

2、估計到2023年，5G將為全球國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）貢獻4.8萬億美元。

3、預計到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)設備將達到250億個?其中消費類設備將達到114億個，工業(yè)用設備將達到137億個。

4、一家領先的5G芯片制造商實施的一項研究項目估計，僅5G價值鏈將可帶來3.5萬億美元的營收，在全球將支持2200萬個就業(yè)崗位。

在全球向著智能化全時聯(lián)網(wǎng)前進的過程中，5G將扮演著重要角色。世界各國及各地的承運商都在爭先恐后地使用5G，而無論其能力如何。不過，像任何技術演進一樣，5G的主要推動力量將是那些能夠帶來經(jīng)濟價值、商業(yè)價值和消費價值的東西。

認識5G愿景

自從5G誕生以來，話題一直主要集中以下三個用例類別：

1、增強型移動寬帶（eMBB）

2、超可靠低延時

3、大規(guī)模連接性

作為5G部署者，他們首先最為關心的是為消費者的智能手機及其他移動設備提供增強型移動寬帶服務?換句話講，他們要能隨處提供增強型移動寬帶。這是實現(xiàn)移動網(wǎng)絡運營商5G投資回報的最簡捷路徑。物聯(lián)網(wǎng)用例集中出現(xiàn)在第二個和第三個類別：超低延時和大規(guī)模連

接。隨著物聯(lián)網(wǎng)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、蜂窩型車聯(lián)萬物標準（C-V2X）及工業(yè)4.0的普及（參見圖1-1），固定無線接入（FWA）、智能家庭和智慧城市等服務越來越引發(fā)人們的關注。

在開拓新道路時，能獲得支持總是有好處的，而5G就獲得了一定支持。不同于3G或4G期間的無線標準過渡，5G擁有廣泛的全球支持，并被接納為未來廣域網(wǎng)（WAN）連接適用的唯一全球標準。

圖1-1：推動5G發(fā)展的五大趨勢

5G通過非獨立組網(wǎng)（NSA）和獨立組網(wǎng)（SA）兩套實施方案，讓全球承運商能夠在其網(wǎng)絡內(nèi)部平滑地實施5G。第3代合作伙伴計劃組織（3GPP）是一個由移動系統(tǒng)制造商組成的集體項目合作組織，該組織在5G標準的平滑演進和發(fā)展過程中扮演了極為重要角色。

5GNR技術利用調(diào)制方案、波形及接入技術，讓網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠滿足高數(shù)據(jù)率服務的需要，同時帶來低延時、小數(shù)據(jù)率和很長的電池壽命。2017年12月，《3GPPRelease 15 NSA 5G NR規(guī)范》獲得通過，成為商用5G產(chǎn)品的基礎。該規(guī)范包含從600MHz直至50GHz的低頻、中頻和高頻頻譜支持。2019年初，R15Late Drop版本獲得通過，至此Release15標準全部完成（參見圖1-2）。

圖1-2：3GPP標準發(fā)布時間表

2020年發(fā)布的Release16標準將擴展5G，主要集中在垂直系統(tǒng)的功能和整體系統(tǒng)的完善。R16標準的目標是長期演進標準（LTE）、車聯(lián)萬物標準（V2X）之外的高級用例，還將為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和超可靠低延時通信（URLLC）提供強化功能，以替代工業(yè)以太網(wǎng)。另外，R16標準還將完善信號定位技術、多入多出（MIMO）技術及低系統(tǒng)功耗技術。

所謂“網(wǎng)絡延時”，指一個數(shù)據(jù)包在兩個點之間往返一次所需的時間。5G射頻接入網(wǎng)絡（RAN）的設計完全兼容現(xiàn)有的4GLTE網(wǎng)絡。3GPPRelease 15標準允許采用多個NR部署方案，例如：3xNSA和2SA。這些方案術語來自當初為分析和建立非獨立組網(wǎng)和獨立組網(wǎng)的最終演進成果所實施的5G架構研究。非獨立組網(wǎng)利用LTE錨帶進行控制，利用5GNR頻帶提供更高的數(shù)據(jù)率。非獨立組網(wǎng)允許承運商在不新建5G核心的情況下，提供5G的數(shù)據(jù)速度。圖1-3所示為LTE向5G非獨立組網(wǎng)和獨立組網(wǎng)的過渡過程。根據(jù)承運商和地區(qū)的不同，承運商的使用和發(fā)布時間表也不同。

圖1-3：5G部署的漸進式過渡

近期全球5G部署都采用非獨立組網(wǎng)方案，這極大加快了5G的部署速度。5G連接演進的下一階段將是完全成熟的獨立組網(wǎng)5G，擁有專用核心網(wǎng)和射頻接入網(wǎng)絡。

無論是非獨立組網(wǎng)方案還是獨立組網(wǎng)方案，5G運營頻譜都在高速演進。在本書中，我們借用較為熟知的、對應FR1波段的“Sub-6GHz”一詞指代“Sub-7GHz”?后者支持的是7GHz以下的潛在頻率分配。在5GNR Release 15標準中，工作頻帶被分為兩個頻率范圍：頻率范圍1（FR1）和頻率范圍2（FR2）。FR1通常被稱為“Sub-7GHz”，即：低于7GHz的頻率范圍；FR2是5G毫米波（mmWave）的頻率范圍（參低于7GHz的頻率范圍；FR是5G毫米波（mmWave）的頻率范圍（參見圖1-4）。

雖然物理層和更高層的設計不考慮頻率，但每個層面都有指定單獨的射頻性能需求。另外，F(xiàn)R1與FR2的測試方法也不同。FR1既可使用傳導測試，也可使用空口測試（OTA）；FR2只需使用空口測試。

圖1-4：頻率范圍FR1與FR2

如圖1-4所示，5G的命名方案已經(jīng)變更；正如4GLTE在命名中使用字母“B”指代頻帶，5G在命名中重新加入字母“n”，用以指代“NewRadio（即（新空口）”。5GNR使用LTE頻帶的，將使用相同的頻帶編號，只是加上“n”標識符。除了測試方法之外，F(xiàn)R1與FR2還有其他區(qū)別。這些區(qū)別體現(xiàn)在載波聚合、MIMO及子載波間隔上。