5G已經(jīng)到來 – 接下來該怎么辦？

作者：Sarah Yost，NI資深產(chǎn)品經(jīng)理

2017年12月標(biāo)志著下一代無線標(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，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)場試驗(yàn)和預(yù)發(fā)布測試。 所有這些意味著5G的商業(yè)推廣越來越近了。 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年相比較來說，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功能完全無法實(shí)現(xiàn)的程度。 延遲規(guī)范針對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，未來將會(huì)有更多版本。 5G將遵循與LTE類似的設(shè)計(jì)周期。 過去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

對于5G來說，2018年將是令人興奮的一年。除了3GPP Rel-15之外，消費(fèi)者市場還將有更多的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)備測試（IODT），高通公司為其基于愛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)用也將開始出現(xiàn)。 5G官方規(guī)范中對延遲和容量的獨(dú)特規(guī)定，使得幾年前聽起來還很遙遠(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VR頭盔并轉(zhuǎn)過頭，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)熱門應(yīng)用是體育賽事。 想象一下，從場上某個(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)上就對這一技術(shù)進(jìn)行了小規(guī)模演示。 100臺攝像機(jī)放置在溜冰場上，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，物聯(lián)網(wǎng)存在于當(dāng)下，并且市場上不斷有越來越多的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。 對于消費(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AR眼鏡或現(xiàn)場平板電腦查看機(jī)器狀態(tài)和信息，AI可以幫助快速診斷問題。 5G將有可能實(shí)現(xiàn)未來更快速、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將推出的最熱門且最受期待的應(yīng)用之一。 目前，車輛的自主駕駛是通過融合了眾多傳感器、照片和視頻處理來實(shí)現(xiàn)的。 未來的自動(dòng)駕駛汽車仍然需要配備眾多傳感器，并能夠處理來自傳感器的數(shù)據(jù)，但是車輛通信對于自動(dòng)駕駛汽車的大規(guī)模部署來說是不可或缺的。 簡而言之，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多而導(dǎo)致延遲太長，使得道路出現(xiàn)障礙物時(shí)汽車來不及剎車，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)備開始上市，我們將越來越多地感受到5G對全球的影響， 它將成為從娛樂到智能城市等日常生活中許多方面不可或缺的一部分。 可以肯定，我們現(xiàn)在僅僅只是揭開了激動(dòng)人心的新無線技術(shù)時(shí)代的序幕。