5G已來(lái)，下一步該怎么走？

2017年12月標(biāo)志著下一代無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要里程碑 - 第一階段5G新空口（5G NR）標(biāo)準(zhǔn)的上半部分獲得3GPP批準(zhǔn)，而另一個(gè)里程碑也即將到來(lái)，第一階段5G NR的后半部分也將于今年6月獲得批準(zhǔn)。 隨著標(biāo)準(zhǔn)的最終確定，圍繞此發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的商業(yè)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和預(yù)發(fā)布測(cè)試。所有這些意味著5G的商業(yè)推廣越來(lái)越近了。在2月份舉行的移動(dòng)世界大會(huì)上，許多公司都展示了5G所承諾的高速以及VR等炫酷的應(yīng)用。2018的世界移動(dòng)通信大會(huì)年與2017年相比較來(lái)說(shuō)，技術(shù)的進(jìn)步令人印象深刻。5G最令人印象深刻的一個(gè)方面是它不僅僅是一個(gè)新的移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，而是可以圍繞該標(biāo)準(zhǔn)建立涵蓋廣泛行業(yè)和應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)。而是可以圍繞該標(biāo)準(zhǔn)建立涵蓋廣泛行業(yè)和應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)。

與以前的標(biāo)準(zhǔn)不同，5G標(biāo)準(zhǔn)有意納入性能指標(biāo)，以支持傳統(tǒng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景以外的應(yīng)用。當(dāng)然，有用于改進(jìn)5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶的性能指標(biāo)，但還有一些額外的性能指標(biāo)用于規(guī)范可同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量，另外也對(duì)延遲的目標(biāo)值進(jìn)行了定義。 增加的設(shè)備連接將有助于大幅擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的規(guī)模，達(dá)到當(dāng)今LTE功能完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)的程度。延遲規(guī)范針對(duì)的是需要確定性通信的應(yīng)用（比如涉及人類生命的任何應(yīng)用）或技術(shù)將與人類實(shí)時(shí)交互的應(yīng)用。雖然這三個(gè)領(lǐng)域的規(guī)范每一個(gè)都能夠?qū)崿F(xiàn)新的和擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)景，但將這三個(gè)領(lǐng)域相結(jié)合，則可圍繞著5G構(gòu)建豐富的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。下表顯示了不同的應(yīng)用如何利用5G的不同性能指標(biāo)。

圖1：5G應(yīng)用和技術(shù)需求

如上所述，3GPP在12月份發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)只是第一版，未來(lái)將會(huì)有更多版本。5G將遵循與LTE類似的設(shè)計(jì)周期。過(guò)去9年中，關(guān)于LET的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有多個(gè)版本，并進(jìn)行了多次更新。LTE首次在3GPP Rel-8中提出。目前，3GPP正在努力完成Rel-15。Rel-15將納入5G NR規(guī)范。2017年12月，3GPP 5G NSA(Non-Standalone,非獨(dú)立組網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)第一個(gè)版本正式凍結(jié)。Rel-15完整版將于2018年6月凍結(jié)，不僅包括5G NR NSA，而且還將納入SA（Stand Alone，獨(dú)立組網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)。5G NR的NSA用例非常重要，因?yàn)樗鼘⑹褂肔TE的核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作。這意味著5G NR NSA的運(yùn)行不需要推出和安裝新的基礎(chǔ)設(shè)施。SA版本將使用5G核心網(wǎng)絡(luò)，并且很可能需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在接下來(lái)的幾個(gè)月中，研究人員將努力工作以最終確定5G NR SA用例的標(biāo)準(zhǔn)，一旦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，設(shè)備供應(yīng)商將需要設(shè)計(jì)能夠支持獨(dú)立組網(wǎng)用例的硬件。

圖2：3GPP發(fā)布時(shí)間表

對(duì)于5G來(lái)說(shuō)，2018年將是令人興奮的一年。除了3GPP Rel-15之外，消費(fèi)者市場(chǎng)還將有更多的5G早期部署。在美孚世界大會(huì)上，華為展示了一個(gè)5G基站，三星展示了其基于28 GHz 5G NR基站的互操作性設(shè)備測(cè)試（IODT），高通公司為其基于愛(ài)立信和諾基亞基站的28 GHz UE進(jìn)行了IODT演示。這些演示表明了設(shè)備供應(yīng)商的硬件幾乎可以隨時(shí)準(zhǔn)備部署，高通公司在其網(wǎng)站上以粗體字強(qiáng)調(diào)他們正在努力在2019年使5G成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)。

隨著5G逐步得到廣泛應(yīng)用，圍繞5G構(gòu)建的大量新技術(shù)和應(yīng)用也將開(kāi)始出現(xiàn)。5G官方規(guī)范中對(duì)延遲和容量的獨(dú)特規(guī)定，使得幾年前聽(tīng)起來(lái)還很遙遠(yuǎn)的應(yīng)用已經(jīng)變得近在咫尺。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）就是一個(gè)很好的例子。如果要獲得完整的VR體驗(yàn)，有一些重要的因素需要考慮。首先，用戶需要完整的360度高清視圖來(lái)探索虛擬世界。這意味著攝像機(jī)必須不斷360度捕獲高清視頻，然后將這些視頻從攝像機(jī)位置傳輸回蜂窩基站，最后傳送給最終用戶。最后傳送給最終用戶。最后傳送給最終用戶。5G所承諾的高數(shù)據(jù)速率可以輕松地完成此任務(wù)，并提供足夠的吞吐量同時(shí)傳輸給多個(gè)用戶。VR的另一個(gè)非常重要的方面是延遲。比如有人打開(kāi)VR頭盔并轉(zhuǎn)過(guò)頭，周圍的虛擬環(huán)境也需要在1毫秒內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。如果延遲大于1毫秒，則人腦會(huì)察覺(jué)到這種延遲，大多數(shù)人會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的惡心。由于5G綜合改進(jìn)的移動(dòng)寬帶速度和低于1毫秒的延遲規(guī)范，因此VR可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)以某種形式存在多年，但是通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VR的能力將使VR可能應(yīng)用到新領(lǐng)域。VR的一個(gè)熱門(mén)應(yīng)用是體育賽事。想象一下，從場(chǎng)上某個(gè)球員的角度體驗(yàn)足球比賽，或者虛擬地站在球場(chǎng)的50分線上觀看賽事將會(huì)是何種情景。今年年初的平昌奧運(yùn)會(huì)上就對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了小規(guī)模演示。100臺(tái)攝像機(jī)放置在溜冰場(chǎng)上，直播數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回到一個(gè)5G技術(shù)展館。展館里的人們可以佩戴VR頭戴式耳機(jī)，像冰上的運(yùn)動(dòng)員那樣體驗(yàn)滑冰活動(dòng)。

圖3：2018年冬季奧運(yùn)會(huì)上英特爾公司展示的TrueVR系統(tǒng)

5G能夠?qū)⒍噙_(dá)100倍以上的設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，這一能力將使物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）得以成為實(shí)現(xiàn)。從某種程度上說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)存在于當(dāng)下，并且市場(chǎng)上不斷有越來(lái)越多的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于消費(fèi)者而言，這些設(shè)備各式各樣，有些具有實(shí)用性，有些純屬好玩，甚至有些非常奇怪。但對(duì)于工業(yè)而言，IIoT為智能工廠提供了許多令人興奮的新特性和功能。制造工廠中的每臺(tái)機(jī)器和設(shè)備都能夠不斷報(bào)告其健康統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和效率，因此老化的設(shè)備可以在故障發(fā)生之前進(jìn)行維修，完全避免出現(xiàn)問(wèn)題。 當(dāng)IIoT與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能（AI）相結(jié)合，技術(shù)人員將能夠通過(guò)AR眼鏡或現(xiàn)場(chǎng)平板電腦查看機(jī)器狀態(tài)和信息，AI可以幫助快速診斷問(wèn)題。5G將有可能實(shí)現(xiàn)未來(lái)更快速、更經(jīng)濟(jì)、更安全的制造。

圖4：IIoT與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相結(jié)合將有助于構(gòu)建智能工廠

自動(dòng)駕駛汽車可能是5G將推出的最熱門(mén)且最受期待的應(yīng)用之一。目前，車輛的自主駕駛是通過(guò)融合了眾多傳感器、照片和視頻處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車仍然需要配備眾多傳感器，并能夠處理來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，但是車輛通信對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車的大規(guī)模部署來(lái)說(shuō)是不可或缺的。 簡(jiǎn)而言之，車輛需要一種相互溝通的方式。 車輛與車輛的通信將用于共享有關(guān)道路和環(huán)境條件的數(shù)據(jù)以及路線信息，例如預(yù)期的停車或左轉(zhuǎn)。 另外，車輛還將需要能夠與蜂窩基站等多種不同類型的設(shè)備以及智能燈柱或路標(biāo)等其他智能設(shè)備進(jìn)行通信，智能燈柱或路標(biāo)可以將道路狀況或環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸給過(guò)往車輛。這個(gè)研究主題稱為車聯(lián)一切，或V2X通信。? 5G延遲規(guī)范對(duì)于獲取車輛信息至關(guān)重要。 例如，由于通信鏈路中等待處理的信息過(guò)多而導(dǎo)致延遲太長(zhǎng)，使得道路出現(xiàn)障礙物時(shí)汽車來(lái)不及剎車，可能導(dǎo)致乘客受傷或死亡。? 因此，V2X的超可靠通信是必不可少的。? 5G提供的海量數(shù)據(jù)吞吐量也將在V2X中發(fā)揮重要作用。紅綠燈處的汽車可以從附近的基站下載并上傳有關(guān)其當(dāng)前位置的信息。 這使得汽車成為傳感器數(shù)據(jù)的采集器，但是數(shù)據(jù)處理可能在基站甚至是云端處理。 隨著處理技術(shù)的改進(jìn)，更新的信息會(huì)推送到蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，舊的汽車仍然可以利用這些更新而無(wú)需更改其硬件。

雖然3GPP規(guī)范的當(dāng)前版本不包括V2X的任何規(guī)范，但5G是一個(gè)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，而且2016年12月發(fā)布的版本只是眾多版本中的第一個(gè)。圖1中的時(shí)間表顯示了2019年底將發(fā)布Rel-16，此版本代表了5G NR的第2階段。 目前第2階段探索的研究項(xiàng)目包括用于集中回程處理的集成接入回程（IAB），旨在解決移動(dòng)通信中的未許可頻譜共享挑戰(zhàn)，以及V2X。3GPP期望在第2階段解決這些主題和其他許多主題。雖然5G將在2018年末和2019年推出商業(yè)化產(chǎn)品，但5G的研究仍在進(jìn)行中。

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的鞏固和具有5G功能的設(shè)備開(kāi)始上市，我們將越來(lái)越多地感受到5G對(duì)全球的影響， 它將成為從娛樂(lè)到智能城市等日常生活中許多方面不可或缺的一部分?？梢钥隙ǎ覀儸F(xiàn)在僅僅只是揭開(kāi)了激動(dòng)人心的新無(wú)線技術(shù)時(shí)代的序幕。