天天5G说个不停 你知道究竟啥是5G吗？

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去年9月，已经有消费者开始看到自己所在地的电信公司开始首批5G服务套餐，并且以某种形式开始对“5G”这个词进行营销。Verizon首席执行官汉斯·韦斯特伯格(Hans Vestberg)就已宣称:“5G时代已经到来。”韦斯特伯格的目标是在萨克拉门托、洛杉矶和印第安纳波利斯等城市率先提供5G服务。

这有点像SpaceX在2016年、2017年和2018年宣布的火星竞赛已经开始。

5G无线是由第三代合作伙伴项目(3GPP)明确指定为“第15版”和“第16版”的一组技术。3GPP是一个组织，基本上由世界上所有同意分享3G无线定义的电信标准机构组成，并从那里延续到下一代。

5G是什么？

今天，3GPP规定了哪些技术构成5G无线，排除哪些技术不构成5G无线。5G是一种围绕全球所有电信运营商的数据无线消费打造可持续产业的努力。5G的一个关键目标是显著提高服务质量，并将这种质量扩展到更广阔的地理区域，以便让无线行业在与Wi-Fi连接的千兆光纤服务的竞争中保持竞争力。

5G过渡计划一旦完成，将对通信基础设施进行历史上从未有过的彻底改革。想象一下，如果在19世纪末，电报行业联合起来，决定分阶段过渡到传真。这就是从4G到5G的转变。这种转变的真正原因，与其说是为了加快速度，不如说是为了让无线产业在长期内保持可持续发展，因为4G传输计划的不可持续性正在以比行业专家预测的更快的速度逼近。

为了让这一转变在家庭和企业中变得可行，电信公司正在寻求让客户进入5G商业轨道，甚至在大多数真正的5G服务出现之前。更重要的是，他们正在为技术轨道奠定“基础”，一旦5G服务可用，这些轨道可以更容易地升级为5G。

新商业模式

这些基础设施改善的初始成本可能是巨大的，而消费者已经表现出对加息的不容忍。因此，为了收回这些成本，电信公司将需要向新的客户群体提供新的服务，5G已经为此做出了规定。这些包括：

固定无线数据连接在密集的大都市地区，以千兆每秒或更好的带宽，通过一个耀眼的，也许令人困惑的，新的微波中继天线阵列；

边缘计算服务使计算能力更接近于从远程无线设备收集传感器数据的位置，从而消除基于云的公共应用程序产生的延迟；

能够为自动驾驶汽车和机器装配机器人等设备带来低延迟连接的机器对机器通信服务；

视频传输服务将直接与康卡斯特和Charter Communications等多频道视频节目分销商(MVPD)竞争，可能为Netflix、亚马逊和Hulu提供新的传输媒体，也可能与它们竞争。

IP移动网络主管Nick Cadwgan在接受ZDNet采访时表示:“消费服务的将不仅仅是我们人类。”“将会有大量的软件消费服务。如果你看看这整个关于大规模机器类型通信的事情，在过去主要是人在与人交谈，或者，当我们有互联网的时候，人从软件中请求服务和体验。接下来，我们将让软件作为请求者，软件将与软件进行对话。因此，我们必须通过我们的网络提供的服务的整个动态将发生变化。

提高产量

5G由通信和数据中心架构中的几个技术项目组成，所有这些技术项目必须共同为电信公司和客户带来好处，才能让它们中的任何一个单独被认为是成功的。这些努力大部分属于三个类别之一:

频谱效率-更有效地利用多个频率，使更大的带宽可扩展至距离基站更远的地方(历史上，任何无线“G”的主要目标)；

能源效率-利用发射机和服务器可能获得的任何技术成果，以大幅度降低冷却成本；

利用率-为了负担5G可能需要的巨大通信基础设施改造，电信运营商可能需要创造额外的创收服务，比如边缘计算和移动应用托管，这将使它们与公共云提供商展开直接竞争。

服务层面

正是在4G的实施过程中，电信运营商意识到他们希望有不同等级的基础设施来支持不同类别的服务。5G支持三个服务级别，可以根据客户商业模式的特殊要求进行调整:

增强型移动宽带(eMBB)的目标是为人口更密集的大城市中心提供服务，其下行速度在室内接近1 Gbps(每秒千兆比特)，在室外接近300 Mbps(每秒千兆比特)。它将通过在整个景观中安装极高频率的毫米波(mmWave)天线来实现这一点——安装在灯柱上、建筑物的侧面、树枝上、现有的电塔上，在AT&T提出的一个新用例中，安装在城市公交车的顶部。由于在metro用例中，这些天线中的每一个都将覆盖的区域可能不会比棒球场大，因此需要数百个，甚至数千个天线才能为任何人口稠密的市中心地区提供全面的服务。由于大多数天线不是全向的——它们的最大波束宽度只有4度左右——毫米波天线会从彼此的镜子上反射信号，直到它们最终到达预定的客户位置。对于更多的郊区和农村地区，eMBB将寻求用一个提供50mbps下行服务的低功率全向天线新网络，取代4G目前的LTE系统。

大规模机器类型通信(mMTC)使机器对机器(M2M)和物联网应用成为新一波无线客户可能期望从他们的网络中获得的应用，而不会给其他类别的服务带来负担。M2M和物流领域的专家有记录地表示，2G服务对于他们的信令设备所需的狭窄服务频带来说是完美的，而后来的几代人通过引入新的延迟源实际上降低了服务质量。MMTC将通过为需要低至100kbps(千比特每秒，下面有电话调制解调器)但延迟保持在10毫秒左右的设备实现一个划分的服务层来恢复该服务级别。

超可靠和低延迟通信(URLLC)将解决带宽不如速度重要的关键需求通信——具体来说，端到端延迟为1毫秒或更少。这将是处理自动车辆类别的一层，在自动车辆类别中，对可能发生的事故作出反应的决策时间几乎不存在。URLLC实际上可以让5G与卫星竞争，从而开启了5G取代GPS进行地理定位的可能性，这一可能性目前仍处于电信公司的讨论阶段。

绘制“拐点”

通信设备供应商爱立信北美5G无线技术和战略主管Sree Koratala在接受ZDNet采访时表示:“大约在1991年推出的第一代移动系统，通常被称为2G/GSM——实际上专注于大规模移动设备通信。”然后，从1998年开始推出的下一代移动网络3G，支持移动宽带、功能手机和浏览功能。2008年4G网络推出时，智能手机普及了视频消费，移动网络上的数据流量也出现了爆炸式增长。

“所有这些网络主要面向消费者，”Koratala继续说。“现在你看看下一代移动网络，5G，它与上一代网络非常不同。这确实是一个从消费者到行业的转折点。

3GPP于2018年6月全面发布了首套完整的5G标准(官方称“第15版”)。到2019年底，该组织预计将宣布一套名为“第16版”的5G补充标准。该版本将包括以下规范:

车辆到一切(V2X)通信，它将包括移动车辆(特别是那些拥有自动驾驶系统的车辆)和云数据中心之间的低延迟链接，使移动车辆的大部分控制和维护软件能够在固定的、人员配备的和维护的数据中心中操作。

卫星接入，其中可能包括卫星传输填补服务不足或地理偏远地区空白的能力。

有线收敛,最后交付结果,AT&T曾警告国会是绝对必要的通信行业生存:独立的有线服务基础设施的逐步淘汰的解构旧电话线路和电路交换网络的骨干贝尔系统,和其他服务提供者20世纪的政府垄断。

5G的发展和其他中间步骤是必要的吗?

5G无线的真正目的，就像你马上就会看到的，是建立一个全球商业模式，在这个模式中，费用更低，服务收入更高，因为存在着比4G能提供的更多更大的服务。因此，从市场营销的角度来看，有一个合理的论点支持逐步解构4G品牌。随着5G时代的到来，消费者们听到的越来越多，列举的次数让他们越来越觉得自己的4G设备陈旧过时。

5G的伞下有这么多技术，家庭宽带,宽带,电视,互联网,车载通信、以及手机,不能保证时,任何消费者会选择相同的提供者为每一个消费者愿意除非事先签订合同。这就是为什么电信公司现在正在加大5G的品牌推广力度，包括推出带有5G名称的4G初步升级，并将5G的整个概念重新介绍给消费者，让他们觉得它是一个模糊、模糊、朦胧的实体，包裹着科幻式的未来理想。

“第四次工业革命的通用技术实际上是5G所能带来的那种含糊不清的连接，”Verizon首席执行官汉斯·韦斯特伯格(Hans Vestberg)承认。

“那么5G是什么?”“5G是一个承诺，”韦斯特伯格继续说道，“比我们在任何无线技术中看到的都要重要。从一开始，我们有1G、2G、3G和4G。当涉及到速度和吞吐量时，这是一种飞跃。当我们考虑5G时，我们考虑的是10GB/s的吞吐量，我们考虑的是10x的电池寿命，我们考虑的是网络中1000倍的数据量。这是完全不同的。我想说，与4G相比，这是一个巨大的飞跃。”第一批5G品牌的服务实际上是4G或4G扩展，这让消费者走上了未来5G升级的正确轨道，从而保证了5G成功所需的收入来源，或者只是为了实现盈亏平衡。

Verizon的“5G首秀”始于2018年10月推出的5G家庭服务。5G家庭是一种宽带Wi-Fi服务，将无线电话与不再有线电视服务捆绑在一起。在首次部署5G家庭的测试城市，5G家庭可能会利用专门用于5G的无线频谱。然而，它涉及的设备级别仅能达到每秒300兆比特(Mbps)的吞吐量，最终需要升级到每秒1兆比特(Gbps)，才能达到5G技术的标准。2019年1月，Verizon首席执行官Hans Vestberg向金融分析师表示，5G家庭版可能在未来一段时间内仍将局限于最初的测试区域，因为该公司正在等待客户前提(CP)设备的新标准，这可能是3GPP第16版的一部分。在此之前，观察人士似乎很清楚，Verizon愿意在那之前继续推出“5G”品牌的中间设备。

AT&T的“5G演进”始于2018年12月，当时4G用户手机的通知区突然出现了一个出人意料的“5G E”图标。如果手机目前使用的是4G LTE发射机，可以升级到5G规格，就会出现这个图标。这些发射机使用的频率可能已经超过了原先为4G LTE预留的频率，除了已经使用的频率之外，它们还可以进行更大的多路复用，带宽可能也会更大，尽管手机不一定具备接收这些额外频率的能力，即使它们显示的是“5G E”图标。

AT&T的“5G+”也始于2018年12月，指的是一项移动热点服务，除了现有的4G LTE技术外，还使用了专为5G设计的超高速mmWave技术的早期版本(有人会说“原型”)。hotspot设备本身(Netgear的Nighthawk 5G移动热点)将被AT&T单独以499美元的价格出售，而其前15 GB的服务每月售价为70美元。理论上峰值吞吐量为300mbps，可以想象，该设备的初始带宽分配可以在不到7分钟的时间内完全耗尽。

T-Mobile表示，计划在与Sprint的合并协议敲定后不久，推出其所谓的“真正的5G服务”，以选择城市。在一份声明中，该公司表示，除了目前T-Mobile持有的低、高频段频谱外，它还需要接入Sprint目前授权的5G中段频谱，以提供第一波服务。在撰写本文时，联邦政府的持续关闭似乎已经干扰了这些计划。

但消费者并不是唯一面临着走上新道路的一方。电信公司有自己的服务提供商，比如诺基亚，它已经吸收了前阿尔卡特朗讯的资产，现在是贝尔实验室庞大知识产权投资组合的持有者。这些供应商还需要他们的客户使用这个程序。在1月22日的一篇博客文章中，诺基亚营销策略师克莱尔·麦卡锡表示，通信服务提供商如果愿意，可以从小规模起步，但要完全兼容5G，它们最终将不得不彻底改革其通信基础设施。麦卡锡写道:

CSP可以先升级无线接入软件，然后在只需要增加容量的情况下，维持现有LTE核心网络的连接。他们把自己的角色视为繁荣的数字经济的核心。它们需要提供新的数字服务，并支持跨行业垂直领域的新运营和商业模式，这不仅仅需要无线电设备的升级。交付一种新型业务需要一个具有更高速度、更高光谱效率、云原生核心和一致的端到端框架的网络。csp需要部署一个完全不同的基础设施，以满足更大容量、延迟和极端可靠性的需求。

一盆冷水

2017年5月，AT&T技术运营总裁Bill Hogg宣布现有的手机发射塔租赁、运营和维护的无线业务模式是“不可持续的”。几个月前，摩根大通的一名分析师将当时东南亚无线运营商的商业模式描述为不可持续的，并警告说，当时的系统已经让运营商无法满足客户的需求。正如研究公司麦肯锡在2018年1月的一份报告中所言，日本现有无线基础设施的增长道路正变得“不可持续”，使得该国的5G成为“一种必要”。

负面影响

全球电信运营商需要一种不同于4G的商业模式，这种模式受到的限制要少得多。他们能做到这一点的唯一方法是建立一个比当前方案产生更低成本的基础设施，特别是在维护和主要冷却他们的基站设备方面。

根据全球分析师和电信公司的研究，制冷以及与便利和管理制冷设备相关的成本，占电信公司运营无线网络总成本的一半以上。全球变暖(从气象的角度来看，这是无可争议的)是无线网络成本每年复合增长的直接原因。具有讽刺意味的是，正如中国国家科学基金会2017年的这项研究所断言的那样，仅仅是为4G LTE设备降温，就可能对全球变暖问题造成高达2%的影响。

中国电信运营商中国移动在2013年发布的一份研究报告中，研究了在其3G无线网络中维护低能效设备的高昂成本。2012年，CM估计其网络每年消耗140亿千瓦时(kWh)电力。据估计，每个基站消耗的电力中，多达46%用于空调。

该研究提出了一种构建、部署和管理网络基站的新方法。它被称为云架构RAN (C-RAN)，是一种构建、分发和维护发射机天线的方法，历史将记录这些天线触发了整个5G移动。

C-RAN cell站点架构的特征之一是完全消除了现场基带单元(BBU)处理器，这些处理器通常与站点的无线电头位于同一位置。相反，该功能被虚拟化并转移到一个集中的云平台上，多个BBUs的控制系统共享基带池中的租约。云数据中心独立供电和制冷，通过不超过40公里的光缆与每个基站相连。

将BBU处理迁移到云计算中消除了从基站到整个基站传输系统(BTS)机房的问题。它还彻底消除了BS内部的主要热源，使得大部分(如果不是全部的话)剩余设备都可以被动冷却。确切地说，就是暴露在户外。然后可以优化设备的配置，比如上图所示的爱立信为日本NTT DOCOMO制造的5G试用发射机。这种优化的目标是将单个站点的能耗降低75%以上。

更重要的是，租用一个小基站比租用一个大基站花费更少。诚然，与其他国家相比，中国可能对房地产市场有着独特的概念。然而，中国移动的数据显示，C-RAN的租金下降了71%以上，使得整个基站的运营支出(OpEx)减少了53%。

不过，请记住，中国移动的数据涉及3G设备的部署和维护，而不是5G。但是，传输和网络接入的新标准5G新无线电(5G NR)在设计时，考虑到了C-RAN的理念，因此设备永远不会产生足够的热量来绊倒电线，这就要求OpEx的有效功率提高四倍。

新的边缘

5G的成功似乎在很大程度上取决于这种新型的云数据中心，今天的基带单元的功能将转移到这种中心。到目前为止，对于这个集中运行的控制器将驻留在何处，仍然存在相当大的不确定性。有不同的定义。

一些人很好地观察了新兴的边缘数据中心，这些数据中心与今天的基站相邻，并建议新的面向服务的核心(SOC)可以分布在这些位置。然而，怀疑论者想知道，如果SOC只会把它放回去，为什么要在一开始就为取消BTS站而烦恼呢?或者，可以建立一个单独的SOC站，同时为数十座塔提供服务。显然，这里的问题是，这样一个站本身就是一个功能齐全的数据中心，它会有自己的房地产和冷却问题。

一些工程师认为，如果在那里运行的服务器能够在内部操作和特殊客户服务之间委托计算基础设施，那么这两种选择都可能更容易接受。这些边缘计算服务可以利用低得多的延迟，与亚马逊和微软Azure等云提供商竞争。这样做的能力完全依赖于一个称为网络切片的概念。这是将物理基础设施细分为虚拟平台，使用电信公司完善的一种技术，称为网络功能虚拟化。

这些网络片将通过基础设施执行哪些路由还完全没有确定。T-Mobile和其他公司建议，分段可以划分内部网络功能的类别，例如，将eMBB与mMTC和URLLC分隔开来。其他人,比如下一代移动网络联盟的成员(NGMN),表明片能有效地划分网络以这样一种方式(NGMN图所显示上图),不同类型的用户设备,利用各自的无线接入技术(鼠),将感知不同基础设施配置,即使他们会从相同的访问资源池。

业内一些主要客户在5G行业会议上提出的另一个建议是，电信公司提供按个人客户划分网络的高级选项。这将使愿意在边缘计算服务上大量投资的客户能够更直接地访问支持基础设施的光纤结构，这可能使愿意提供这种服务的电信公司相对于托管提供商具有竞争优势，即使后者的设施毗邻“运营商酒店”。

但根据用户的要求，按用户划分网络实际上是不可能的。关于切片是否可以将电信功能和客户功能聚集在同一个云上，存在截然不同的观点。一些人认为，这种融合对于5G实现C-RAN所体现的价值主张是至关重要的。云平台的架构师试图在SOC中扮演核心角色，比如OpenStack和CORD，他们认为这种融合已经在发生了，而架构的整个意义就在于此。

AT&T的工程师断言，这两类功能在5G规范中已经被物理分离，而不是虚拟分割。在2019年1月的一份声明中，该公司表示，它已经开始在选定的客户中部署所谓的多接入边缘计算(MEC)服务，在某些情况下使用现有的4G LTE连接。“通过AT&T MEC运行的数据，”声明的部分内容是，“可以路由到它们的云，或者留在企业的私有环境中，以帮助提高安全性。”

但AT&T不再是“贝尔系统”，它没有最终决定权。因此，5G架构中最关键的决策之一可能是反复试验的结果。

然而，这个问题得到了解决，即使只是为了将那些尚未在物理上分离的功能虚拟地分离开来，分割也必须以某种方式进行，这一事实本身就表明，5G不会是“一个由无线连接的所有东西组成的网状世界”。安全，这个总是等到最后一刻才讨论的话题将确保为了我们自己的利益，某些事情将在战略上保持脱节。

5G固定网络服务

众所周知，爱立信自己对无线连接的预测是在愚弄人们。2017年6月，该公司的年度移动报告估计，到2022年，移动数据流量将以平均42%的复合年增长率增长，到2022年年底将增长8倍。爱立信表示:“到预测期结束时，90%以上的移动数据流量将来自智能手机。”

这一预测引发了铺天盖地的头条新闻。据ZDNet的Corinne Reichert报道，到2022年，全球5G移动用户预计将达到5亿。爱立信去年11月发布的最新报告将2023年的预测数字提高了一倍，并补充称，到今年年底，5G接入将覆盖全球五分之一的人口。

上面段落中的关键字是“Mobile”。到目前为止，所有的“Gs”都与无线接入技术有关，我们一直认为无线接入技术是移动的同义词。爱立信的Koratala告诉我们，5G要想取得真正的成功，它需要开放更广泛的设备接入，其中许多设备实际上根本就不是移动设备。

并不一定仅限于移动网络

“这些连接预计将进入工厂、交通和电网的设备，”Koratala说。因此，应用的范围意味着性能和通信需求的巨大多样化。还有一些用例可能需要5倍的延迟改进、100倍或1000倍的数据量，以及[延长]电池寿命。所以当你看到这一组需求时，很明显它不是一个单一的用例。它真的成为各种各样用例的推动者，这些用例将有不同的需求来满足，从而使它们可行。

mMTC的主要任务是为不移动的无线设备提供服务。它的传输方案将针对非常高密度的情况进行调整，比如在工厂车间，数千个独立的机械元件同时将操作数据发送到异地进行即时分析。

从这个角度来看，预测十分之九的移动数据将被最大类别的移动设备使用，似乎和预测雨将继续是潮湿的一样准确。目前完全无法预测的是，在有线宽带也正在经历一场革命的环境中，固定无线用例是否具有竞争力。

原有技术更新

你会从很多来源听到5G不是关于什么是什么，而是它能让你做什么。不,它不是。5G是电信行业，以及数据中心网络行业，必须投资的领域，以生产最新版本的平台，如V2X和mMTC，这样才能开始从这些服务中获利。5G就是它。

如果你看一个新类顺利4K视频流的智能手机,让自己在另一个城市之间运送无人车辆,或参与一个虚拟的, 分散在世界各地实时的足球赛事中,那么你将履行电信工程师的希望希望使5G的可行性。事实上，这些消费技术都不是5G被设计的真正原因。事实上，它们是副作用。

一场豪赌

5G是电信行业和社会之间的集体协议。为了在一个大都市地区实现几乎均匀分布的覆盖，包含发射机和接收器(“单元”)的基站必须比现在更小、功率更低、数量更多。从本质上说，新的发射塔必须与环境共存。在任何方向拍摄的户外照片都有可能包含5G基站(上面AT&T提供的例子包括三个)。

这在历史上并非前所未有。我们用电话和电线杆穿过我们的社区，不久以前，我们还自愿在烟囱上安装风筝大小的电视天线。我们中的一些人仍然用他们的旧安装杆来安装我们的卫星天线。5G技术可能会给我们的生活带来一些小瑕疵，作为交换，许多人会愉快地挥手告别那些死角。

所有这些事情都一定会发生，而且会以很快的速度陆续发生，才能让电信公司负担得起大量的基础设施修复，但现在他们现在别无选择。

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