5G是刚需还是另一场圈钱游戏？

2017-05-31 15:06

目前，我国4G用户数已达7.7亿，却随着提速降费政策的推进，这一数字还在持续增长，速度也从3G的3.9M提升至4G的11.9M，既然市场一片大好，为何都在铺天盖地的宣传5G？从手机屏幕分辨率来看，除了索尼的4K以外，其它品牌也都在徘徊在2K或1080P之间，以4G现有速度完全可以支撑，真的需要速度更快的5G吗？究竟是刚需还是另一场圈钱游戏？

你所知道的是5G速度更快，却不知作为一个端到端的生态系统，5G志在打造一个全移动和全连接的社会，比起2/3/4G更多聚焦于技术，5G则志在“端到端”的系统构架。不仅如此，5G还将实现电信的软/硬件分离，并引入IT数据中心所采用的云化和虚拟化的概念。简而言之，5G将运用各种技术满足和支持持续变化的生态和商业模式。

5G是啥？老生常谈

先来说说容量。5G的容量是4G的1000倍，峰值速率在10Gbps-20Gbps，根据“容量=带宽x频谱效率x小区数量”的计算公式，要提升容量可以加带宽，提高频谱效率，或是增加小区数量。但是吧，增加小区数量就要加建更多基站，费用可观；加频谱带宽，国外很多运营商的频谱资源都要拍卖获得，也不省钱；因此，相比之下，运营商更喜欢通过提升频谱效率从而提升容量。

1ms时延。我们说5G的目标是将端到端的时延控制在毫秒级。感觉太抽象？来一组数字：LTE网络内部时延小于20ms（不考虑重传，且要是ping外部服务器，时延通常在40-50ms以上），光纤的传播速度是200公里/ms，而5G在应对时延超敏感用例时要求接入网时延不超过0.5ms，即5G数据中心与5G基站间的物理距离不能超过50公里。

为此，不得不考虑在接入网引入移动边缘计算、边缘数据中心，就是将以前核心网和应用网的一些功能下沉到接入网，这与电信网络一直秉承的中心化概念无疑是背道而驰。但获得低时延的同时，还可将更多的互联网内容揽入电信网络中。时延是一种什么体验？这么说吧，2s时延足以让你上网的心情瞬间石化，100ms时延你能感觉到上网偶尔有断续。

4G够用5G又强在哪？

对于5G，业界普遍认为它将在无人驾驶汽车、VR 以及物联网等领域发挥重要作用。与4G相比，5G是全方位的提升，具备高性能、低延迟以及高容量特性。当然，这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全双工以及波束成形这五大技术上。

如同道路上行驶的车辆多了会导致拥堵一样，当连网设备数量越来越后，频谱也会出现资源稀缺问题。目前而言，我们还只能在较狭窄的频谱上共享有限的带宽，很大程度的影响了用户的使用体验。若要增加无线传输速率，要么增加频谱利用率，要么增加频谱带宽，而5G所使用的毫米波（26.5～300GHz）就是通过第二种方法（增加频谱带宽）提升速率。以28GHz频段为例，其可用频谱带宽为1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz。

实际上，一直以来毫米波都只在卫星和雷达系统上做应用，此番也是首次开启新的频带资源，现在已有运营商开始使用毫米波在基站之间进行测试。尽管毫米波穿透力较弱且衰减大，在高楼林立的环境下传输并不容易，但小基站却能解决这一问题。

刚才说到的小基站，每个基站可从附近其它的基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。至于功耗问题，小基站不仅在规模上要远远小于大基站，功耗上自然也大大缩小。除了通过毫米波传输，5G基站还将拥有比现在蜂窝网络基站更多的天线，即Massive MIMO技术。

看到这里，或许你会说多天线会带来更多干扰，至于这个问题波束成形可以很好的解决，控制天线阵列中的每根天线，让其发出的每个电磁波的空间互相抵消或增强，形成一个波束而不是全向发射，将有限的能量集中在特定方向上进行传输，使得传输距离更远，同时避免了信号干扰。与此同时，波束成形技术还能提升频谱利用率，可同时从多个天线发送更多信息。

最后再来说说全双工技术，指设备的发射机和接收机占用相同频率资源同时进行工作，使得通信两端在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，打破现有的频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式，是通信节点实现双向通信的关键之一，也是5G高吞吐量和低延迟的关键所在。当然，要实现这一愿景，还需克服电路板件设计、物理层/MAC层优化以及对全双工和半双工之间动态切换的控制面优化，和对现有帧结构和控制信令的优化问题。尽管5G还处在规划和测试阶段，但在整个行业的共同努力推进下，实现5G商用指日可待。