原創(chuàng)深度：5G的非凡潛力以及實(shí)現(xiàn)5G面臨的艱巨挑戰(zhàn)（一）

即使您并不熟悉無(wú)線(xiàn)技術(shù)，想必也一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)5G。在今年早些時(shí)候舉辦的世界移動(dòng)通信大會(huì)上，5G順理成章地成為了最重要議題之一，各大電視廣播公司以及不計(jì)其數(shù)的主流網(wǎng)絡(luò)和紙質(zhì)媒體也紛紛報(bào)道了有關(guān)5G的話(huà)題，盛況宛若當(dāng)年4G（LTE）行將到來(lái)之際。然而，5G至少還需要五年才能普及，為何它現(xiàn)在就能如此博人眼球？

在5G的耀眼光芒下，增強(qiáng)型長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE-Advanced，簡(jiǎn)稱(chēng)LTE-A或4G+）雖然依舊在部署，卻已經(jīng)遠(yuǎn)不如業(yè)內(nèi)典型技術(shù)那樣叫好叫座。在3G向4G轉(zhuǎn)變期間，3.5G實(shí)現(xiàn)了可接受的數(shù)據(jù)速率，彌合了兩代技術(shù)之間的差距。與之類(lèi)似，LTE-A也可以視為介于LTE和5G之間的4.5G技術(shù)，它可以提高理論數(shù)據(jù)速率和頻譜效率、處理更多并發(fā)用戶(hù)流量、在蜂窩站點(diǎn)覆蓋區(qū)域的邊緣實(shí)現(xiàn)更高的性能，并在其他各種方面鋪平通往5G的道路。它還引入了載波聚合、多輸入多輸出（MIMO）和中繼節(jié)點(diǎn)技術(shù)，其中載波聚合（圖1）是指將多個(gè)載波（信道）組合到一起實(shí)現(xiàn)更大的帶寬，這些載波可位于相鄰乃至完全不同的頻率上。

至于MIMO，如果您有一臺(tái)帶多根天線(xiàn)的IEEE 802.n或IEEE 802.11ac無(wú)線(xiàn)路由器，很可能就已經(jīng)對(duì)它略知一二。這類(lèi)產(chǎn)品通過(guò)多根天線(xiàn)來(lái)發(fā)送和接收兩個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)速率，這就是稱(chēng)為“空間復(fù)用”的技術(shù)。載波聚合和MIMO在LTE階段就已經(jīng)起步，但在LTE-A中得到了增強(qiáng)，因而后者能夠更充分地利用所謂的“小蜂窩”，這是一種遍布網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)各個(gè)角落的小型基站。2015年8月，SK Telecom在韓國(guó)啟用了第一個(gè)LTE-A網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)該技術(shù)也在美國(guó)得到了部署。蘋(píng)果最新一代的iPhone手機(jī)、大多數(shù)三星智能手機(jī)，以及多款來(lái)自于LG、微軟/諾基亞、摩托羅拉（已被聯(lián)想收購(gòu)）、華為和黑莓的智能手機(jī)產(chǎn)品都搭載了LTE-A。日后，我們要逐漸習(xí)慣5G被稱(chēng)為“IMT-2020”，因?yàn)檫@是國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）確定的正式名稱(chēng)，該國(guó)際組織是聯(lián)合國(guó)負(fù)責(zé)監(jiān)督和協(xié)調(diào)全球通信的機(jī)構(gòu)。不過(guò)，大多數(shù)人依然稱(chēng)之為5G。

圖1：5x20 MHz載波聚合（來(lái)源：3GPP Release 10）

如今，全球5G營(yíng)銷(xiāo)開(kāi)展得如火如荼，在技術(shù)進(jìn)步的加持下，“萬(wàn)物互聯(lián)”似乎指日可待。但話(huà)說(shuō)回來(lái)，我們真的能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的承諾嗎？當(dāng)今媒體炒作之下的整個(gè)5G夢(mèng)，其實(shí)是值得懷疑的，畢竟最終成果不可能逃脫物理定律的限制，況且5G試圖達(dá)成的大多數(shù)目標(biāo)都必須建立在更大范圍科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，這本身就關(guān)系到某些目標(biāo)的成敗。

當(dāng)然，5G絕不僅僅是上傳和下載速度的“又一次”提升——按照英特爾的說(shuō)法，5G是“一個(gè)端到端的生態(tài)系統(tǒng)，能夠讓完全移動(dòng)和互聯(lián)的社會(huì)成為現(xiàn)實(shí)”。它依賴(lài)于許可頻譜和免許可頻譜、模塊化設(shè)計(jì)、基于云的軟件定義網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)分配的資源，這將促使人們?cè)诤艽蟪潭壬细淖儫o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建編排方式和運(yùn)行頻率，顯著降低延遲（用戶(hù)與其通信對(duì)象之間的往返時(shí)間），并且讓更多類(lèi)型的設(shè)備可以連接到這些網(wǎng)絡(luò)。

除此以外，最低理論數(shù)據(jù)速率提高到10 Gb/秒（圖2）、每單位面積帶寬提高1000倍、同時(shí)連接設(shè)備數(shù)量增加10到100倍、網(wǎng)絡(luò)年耗電量降低90%以及讓微型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以連續(xù)10年正常運(yùn)作而無(wú)需充電或更換電池，這些也都是5G需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。雖然理論數(shù)據(jù)速率可達(dá)10 Gb/秒，但實(shí)際應(yīng)用中會(huì)顯著低于這一水平，可就算“只能”實(shí)現(xiàn)500 Mb/秒的數(shù)據(jù)速率，也已經(jīng)達(dá)到了至少十倍于當(dāng)今絕大多數(shù)用戶(hù)體驗(yàn)需求的水平，也比常規(guī)的家庭寬帶更快。

圖2：從3.5G到5G的理論數(shù)據(jù)速率（來(lái)源：GSMA Intelligence）

5G如此誘人的前景，預(yù)示著它能夠在娛樂(lè)內(nèi)容、寬帶交付以及諸如完全基于云的企業(yè)計(jì)算環(huán)境等各類(lèi)應(yīng)用上與電纜和光纖網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)。在5G生態(tài)內(nèi)部，這樣的前景意味著需要為數(shù)十億的機(jī)器對(duì)機(jī)器（即物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備提供電力和通信，分析師認(rèn)為這些設(shè)備將在2020年投入運(yùn)行，這恰巧與5G可能開(kāi)始部署的時(shí)間吻合。

實(shí)際上，5G的大部分所謂獨(dú)特之處都可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，排除掉它們之后，余下的兩種才是真正的5G獨(dú)有特性，分別是超低延遲和超過(guò)1 Gb/秒的數(shù)據(jù)速率，而低延遲無(wú)疑是其中最困難的技術(shù)挑戰(zhàn)：如果無(wú)法將延遲降低到1毫秒之內(nèi)，便意味著某些功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這些功能最終將會(huì)從標(biāo)準(zhǔn)中排除。

精彩內(nèi)容未完待續(xù)......