5G距完整布建的時(shí)間不遠(yuǎn)了

5G的第一階段標(biāo)準(zhǔn)Release 15于2018年6月份含SA(Stand Alone)的方案己完整公布，第二階段的標(biāo)凖Release 16則將于2020年底公布，5G距完整布建的時(shí)間不遠(yuǎn)了。

5G規(guī)格包含3個(gè)主要部份eMBB(Mobile Broadband；增強(qiáng)行動(dòng)寬頻)、URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communications；超可靠低時(shí)延通訊)、MMTC(Massive Machine Type Communications；大量機(jī)器型態(tài)通訊)，每一個(gè)范疇的規(guī)格摹劃了各自和集成的新應(yīng)用場(chǎng)景。

5G使用的頻率有兩個(gè)區(qū)間：600MHz~6GHz之間的微波頻段，以及24~86GHz的毫米波頻段。前者波長(zhǎng)為幾公分，是前幾個(gè)世代使用的頻率區(qū)間，5G使用這頻段易于從4G到5G的銜接，但資料流量改善幅度有限。后者波長(zhǎng)是幾毫米，只有極少數(shù)的頻段已供軍事使用，因此有足夠的新頻段空間供資料傳輸規(guī)劃，因此5G的頻寬也由原4G的20MHz躍升為400MHz。再佐以MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)、NOMA（Non-Orthogonal Multiple Access）等多工、平行處理等技術(shù)，使得資料傳輸速率大為提升。

5G的資料傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)訂為20Gbps、使用者感受為1Gbps，這不僅遠(yuǎn)勝于4G的速率，也較目前光纖的Internet為快。因此5G可以成為私人網(wǎng)絡(luò)、公司網(wǎng)絡(luò)、軍事網(wǎng)絡(luò)等的基礎(chǔ)傳輸架構(gòu)。

毫米波卻有一個(gè)偌大的缺點(diǎn)：毫米波的頻率落于空氣的吸收頻譜（absorption spectrum）之中，在空氣中傳輸容易被吸收；又因其波長(zhǎng)短，遇到障礙物時(shí)較難繞射，因此在基站的布建數(shù)目比4G至少要髙3~4倍才能完整的覆蓋。盡管布建基站的基礎(chǔ)建設(shè)成本大幅增加。但是數(shù)量級(jí)的資料傳輸速率提升也將改變整個(gè)計(jì)算分配架構(gòu)：云端計(jì)算和終端計(jì)算同時(shí)成為常見(jiàn)做法，行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與過(guò)去PC網(wǎng)絡(luò)將有更髙程度的融合，這是eMBB高速資料傳輸速率所帶來(lái)的巨大變革。

eMBB初期最可能的應(yīng)用之一是影音傳輸，由于影音傳輸大多是下行，頻帶的使用上行、下行極不對(duì)稱，這使得TDD（Time Division Duplex；時(shí)分復(fù)工，資料上行、下行使用同一頻段，但用不同時(shí)段）技術(shù)較以前更常用的FDD(Frequency Division Duplex；頻分復(fù)工，上行和下行各使用不同的頻段)在這樣的使用情節(jié)下更有效率，因此TDD成為5G世代的主要選擇。

中國(guó)從3G、4G起就開始使用與時(shí)分技術(shù)相關(guān)的TDS-CDMA、TD-LTE標(biāo)凖，累積了長(zhǎng)期、大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此在5G的標(biāo)準(zhǔn)制訂上享有較髙的話語(yǔ)權(quán)。在5G的50項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，由中國(guó)提出的標(biāo)準(zhǔn)有21項(xiàng)，而美國(guó)只有9項(xiàng)。

URLLC除了超高的資料可靠度外，另外大幅降低入網(wǎng)的時(shí)延(latency)。在4G世代時(shí)延約為30~70ms，在5G世代時(shí)延降低為1ms，這個(gè)時(shí)間尺度要與人的反應(yīng)速度放在一起看才顯得出意義。一般人收到視覺(jué)訊息做反應(yīng)所需時(shí)延約為250ms，優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)選手也許可以降到200ms以下，5G的1ms時(shí)延在人的各種互動(dòng)中基本上是察覺(jué)不出來(lái)的。5G的低時(shí)延讓經(jīng)云端的可靠、快速的傳遞指令，使得工業(yè)控制、自駕車的應(yīng)用變得可能。

MMTC是啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)布置的基礎(chǔ)架構(gòu)。5G的規(guī)格要求網(wǎng)絡(luò)每平方公里能承載百萬(wàn)個(gè)各式設(shè)備之間的通訊。這個(gè)數(shù)字聽起來(lái)多的有點(diǎn)不可思議，但事實(shí)上可能還略嫌不足。物聯(lián)網(wǎng)的估計(jì)每人擁有的聯(lián)網(wǎng)物件在1500~2000之間，單只這些個(gè)人物件數(shù)目就難以同時(shí)支撐，遑論加入智慧城市、智能家居、智能交通及自駕車后所需的基礎(chǔ)設(shè)施及移動(dòng)設(shè)備傳感器數(shù)目。

5G的部署有兩種方式：NSA(Non Stand Alone；非獨(dú)立式)與SA(Stand Alone；獨(dú)立式)。前者是漸近式的切入—以現(xiàn)在的4G為骨干當(dāng)成訊息控制，另外在髙密度區(qū)配以5G基站，實(shí)現(xiàn)部份5G功能。優(yōu)點(diǎn)是初期投入較少，缺點(diǎn)是其功能較受限制，且傳輸速率改善有限。后者直接全面建設(shè)新5G基站，達(dá)成全面全功能部署。中國(guó)的部署方式采取后者。

5G的部署不會(huì)如規(guī)格書所描述預(yù)想的一步到位，部署的程序以及先期的應(yīng)用會(huì)因地域不同而有所差異。這個(gè)特點(diǎn)曾帶來(lái)一些商業(yè)運(yùn)行模式的成功運(yùn)行，譬如便利商店以及24小時(shí)購(gòu)物，髙的人口密度也比較能支持髙密度基站的設(shè)置、運(yùn)行費(fèi)用。

長(zhǎng)期呢？如果所有設(shè)備、訊息及移動(dòng)工具均如規(guī)格書所言進(jìn)入5G聯(lián)網(wǎng)，這讓我想起一部電影《Terminator》中的Skynet。不遠(yuǎn)了，不是嗎？