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距完整布建的時間不遠(yuǎn)了。
5G規(guī)格包含3個主要部份eMBB(Mobile Broadband;增強(qiáng)行動寬頻)、URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communications;超可靠低時延通訊)、MMTC(Massive Machine Type Communications;大量機(jī)器型態(tài)通訊),每一個范疇的規(guī)格摹劃了各自和集成的新應(yīng)用場景。
5G使用的頻率有兩個區(qū)間:600MHz~6GHz之間的微波頻段,以及24~86GHz的毫米波頻段。前者波長為幾公分,是前幾個世代使用的頻率區(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)。
毫米波卻有一個偌大的缺點: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;又因其波長短,遇到障礙物時較難繞射,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)量級的資料傳輸速率提升也將改變整個計算分配架構(gòu):云端計算和終端計算同時成為常見做法,行動網(wǎng)絡(luò)與過去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、下行極不對稱,這使得TDD(Time Division Duplex;時分復(fù)工,資料上行、下行使用同一頻段,但用不同時段)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。
中國從3G、4G起就開始使用與時分技術(shù)相關(guān)的TDS-CDMA、TD-LTE標(biāo)凖,累積了長期、大量的實踐經(jīng)驗,因此在5G的標(biāo)準(zhǔn)制訂上享有較髙的話語權(quán)。在5G的50項標(biāo)準(zhǔn)中,由中國提出的標(biāo)準(zhǔn)有21項,而美國只有9項。
URLLC除了超高的資料可靠度外,另外大幅降低入網(wǎng)的時延(latency)。在4G世代時延約為30~70ms,在5G世代時延降低為1ms,這個時間尺度要與人的反應(yīng)速度放在一起看才顯得出意義。一般人收到視覺訊息做反應(yīng)所需時延約為250ms,優(yōu)秀的運動選手也許可以降到200ms以下,5G的1ms時延在人的各種互動中基本上是察覺不出來的。5G的低時延讓經(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個各式設(shè)備之間的通訊。這個數(shù)字聽起來多的有點不可思議,但事實上可能還略嫌不足。物聯(lián)網(wǎng)的估計每人擁有的聯(lián)網(wǎng)物件在1500~2000之間,單只這些個人物件數(shù)目就難以同時支撐,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)施及移動設(shè)備傳感器數(shù)目。
5G的部署有兩種方式:NSA(Non Stand Alone;非獨立式)與SA(Stand Alone;獨立式)。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,實現(xiàn)部份5G功能。優(yōu)點是初期投入較少,缺點是其功能較受限制,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。中國的部署方式采取后者。
5G的部署不會如規(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)用會因地域不同而有所差異。這個特點曾帶來一些商業(yè)運行模式的成功運行,譬如便利商店以及24小時購物,髙的人口密度也比較能支持髙密度基站的設(shè)置、運行費用。
長期呢?如果所有設(shè)備、訊息及移動工具均如規(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?
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原文標(biāo)題:【椽經(jīng)閣】5G新紀(jì)元
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