5G到底是什么？這篇文章給你講清楚

從電報(bào)、電話到手機(jī)，從1G到4G，通信技術(shù)為人類和社會(huì)帶來(lái)了無(wú)盡的便利和福祉。如今我們正迎來(lái)5G時(shí)代，可5G到底是什么？

5G只是更快嗎？當(dāng)然不是。

5G不再只是從2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的網(wǎng)絡(luò)速率的提升，而是將人與人之間的通信擴(kuò)展到萬(wàn)物連接，打造全移動(dòng)和全連接的數(shù)字化社會(huì)。

5G應(yīng)用不再只是手機(jī)，它將面向未來(lái)VR/AR、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、智能家居、智慧醫(yī)療、無(wú)人機(jī)、應(yīng)急安全等等。

這意味著什么呢？有運(yùn)營(yíng)商在白皮書里將5G定義為一次徹底的創(chuàng)新。

如果我們把一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新為四類：漸進(jìn)式創(chuàng)新、模塊創(chuàng)新、構(gòu)架創(chuàng)新和徹底創(chuàng)新，從2G到4G是頻譜效率和安全性等逐步提升的漸進(jìn)式創(chuàng)新，也是在維持集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的模塊式創(chuàng)新，還有從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架向扁平化和分離化演進(jìn)的構(gòu)架創(chuàng)新。

但到了5G，除了提供1G至4G時(shí)代的手機(jī)業(yè)務(wù)，還要面向各種新的服務(wù)，提供不連續(xù)的、嶄新的能力，因而這對(duì)于移動(dòng)通信是一次徹底的創(chuàng)新。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的演進(jìn)與創(chuàng)新

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要包括核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)，從2G到4G，其構(gòu)架演進(jìn)是這樣的...

到了5G時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)按循序漸進(jìn)的方式引入5G網(wǎng)元設(shè)備。

第一步，5G NR（新無(wú)線）先行，5G基站（gNodeB）與4G基站（eNodeB）以雙連接的方式共同接入4G核心網(wǎng)。

第二步，5G基站獨(dú)立接入5G核心網(wǎng)（NGCN，下一代核心網(wǎng)）。

第三步，5G基站和4G基站統(tǒng)統(tǒng)接入5G核心網(wǎng)，4G核心網(wǎng)退出歷史舞臺(tái)。

以上5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架演進(jìn)看似整體一致，實(shí)際上，我們把核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)分開來(lái)看，其內(nèi)部構(gòu)架發(fā)生了顛覆性的改變。

先比較4G基站和5G基站是怎樣接入核心網(wǎng)的？

由上圖可知，核心網(wǎng)網(wǎng)元名字變了，有4G時(shí)代的MME/S-GW變?yōu)?G時(shí)代的AMF/UPF。

說(shuō)起這個(gè)AMF/UPF，就要提到我們引以為豪的，由中國(guó)移動(dòng)牽頭提出的SBA 5G核心網(wǎng)基礎(chǔ)構(gòu)架。

▲5G系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)

這是一個(gè)基于云原生設(shè)計(jì)原則的構(gòu)架，不僅要對(duì)傳統(tǒng)4G核心網(wǎng)網(wǎng)元NFV虛擬化，網(wǎng)絡(luò)功能還將進(jìn)一步軟件模塊化，實(shí)現(xiàn)從駐留于云到充分利用云的跨越，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)以軟件化、模塊化的方式靈活、快速地組裝和部署業(yè)務(wù)應(yīng)用。

AMF：全稱Core Access and Mobility Management FuncTIon ，負(fù)責(zé)控制面的移動(dòng)性和接入管理，代替了不能MME的功能。

UPF：全稱User plane FuncTIon，就是負(fù)責(zé)用戶面，它代替了原來(lái)4G中執(zhí)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能的SGW和PGW。

無(wú)線接入網(wǎng)又發(fā)生了怎樣的改變呢？分離、分離、分離。

如上圖所示，首先是控制面和用戶面的分離；其次是基站被分離為三部分：AAU、DU和CU。

5G無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)：微基站和Massive MIMO

5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，要提升容量和速率無(wú)非就是三板斧：頻譜帶寬、頻譜效率和小區(qū)數(shù)量。

▲提升網(wǎng)絡(luò)容量的三板斧

用公式來(lái)表達(dá)就是這樣的...

首先頻譜帶寬，高頻段的頻率資源豐富，同時(shí)，目前小于3GHz的低頻段基本被2/3/4G占用，所以5G就得向高頻段3.5GHz-30GHz（甚至更高）擴(kuò)展。

問(wèn)題來(lái)了，頻段越高，穿透能力越差，覆蓋范圍越小。

怎么辦？這就引出了5G的兩大關(guān)鍵技術(shù)：Massive MIMO和微基站（Small Cells）。

毋庸置疑，微基站已成為未來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的關(guān)鍵。未來(lái)城市路燈、廣告牌、電桿等各種街道設(shè)施都將成為小基站掛靠的地方。

Massive MIMO就是在基站側(cè)配置遠(yuǎn)多于現(xiàn)有的系統(tǒng)的大規(guī)模天線陣列的MU-MIMO，來(lái)同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶。它可以大幅提升無(wú)線頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，簡(jiǎn)而言之，就是通過(guò)分集技術(shù)提升傳輸可靠性、空間復(fù)用提升數(shù)據(jù)速率、波束賦形提升覆蓋范圍。

MU-MIMO將多個(gè)終端聯(lián)合起來(lái)空間復(fù)用，多個(gè)終端的天線同時(shí)使用，這樣以來(lái)，大量的基站天線和終端天線形成一個(gè)大規(guī)模的虛擬的MIMO信道系統(tǒng)。這是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度更宏觀的去思考提升系統(tǒng)容量。

波束賦形是指大規(guī)模多天線系統(tǒng)可以控制每一個(gè)天線單元的發(fā)射（或接收）信號(hào)的相位和信號(hào)幅度，產(chǎn)生具有指向性的波束，消除來(lái)自四面八方的干擾，增強(qiáng)波束方向的信號(hào)。它可補(bǔ)償無(wú)線傳播損耗。

在去年舉行的中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)（PT展）上，筆者看到了各大廠家的Massive MIMO。

據(jù)說(shuō)在這一年時(shí)間，各大廠家的Massive MIMO產(chǎn)品均在不斷更新和進(jìn)步，相信今年的PT展我們能看到更多更新的設(shè)備。

3 5G是一場(chǎng)融合創(chuàng)新

5G超高速上網(wǎng)和萬(wàn)物互聯(lián)將產(chǎn)生呈指數(shù)級(jí)上升的海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要云存儲(chǔ)和云計(jì)算，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能產(chǎn)出價(jià)值。

與此同時(shí)，為了面向未來(lái)多樣化和差異化的5G服務(wù)，一場(chǎng)基于虛擬化、云化的ICT融合技術(shù)革命正在推動(dòng)著網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與轉(zhuǎn)型。

為了靈活應(yīng)對(duì)智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多樣化服務(wù)，使能網(wǎng)絡(luò)切片，核心網(wǎng)基于云原生構(gòu)架設(shè)計(jì)；面臨毫秒級(jí)時(shí)延、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算等挑戰(zhàn)，應(yīng)運(yùn)而生的是云化的C-RAN構(gòu)架和實(shí)時(shí)的移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）引入。從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)將分布式部署巨量的計(jì)算和存儲(chǔ)于云基礎(chǔ)設(shè)施之中，核心數(shù)據(jù)中心和分布式云數(shù)據(jù)中心構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

這是一場(chǎng)由海量數(shù)據(jù)引發(fā)的從量變到質(zhì)變的數(shù)據(jù)革命，是一場(chǎng)由技術(shù)創(chuàng)新去推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的革命，因此，5G需廣泛與各行業(yè)、垂直領(lǐng)域合作，共同激發(fā)創(chuàng)新，從而持續(xù)為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。

中國(guó)5G走在世界前列

我國(guó)從國(guó)家宏觀層面已明確了未來(lái)5G的發(fā)展目標(biāo)和方向。《中國(guó)制造2025》提出全面突破5G技術(shù)，突破“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)”核心技術(shù)和體系架構(gòu)；在《“十三五”規(guī)劃綱要》、《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》、《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等重要文件中，均提出要積極推進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

面向5G，我國(guó)通信各界緊鑼密鼓的籌備已然開始：從標(biāo)準(zhǔn)的討論制定，到產(chǎn)品研發(fā)和部署，再到設(shè)備性能功能的測(cè)試，一切都為了5G騰飛。

為此，我國(guó)在北京懷柔建設(shè)了全球最大的5G外場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境，華為、中興、愛立信、諾基亞貝爾、大唐、英特爾等全球重要的系統(tǒng)、芯片、儀器儀表等領(lǐng)域企業(yè)共同參與了該項(xiàng)目。

2017年6月，我國(guó)IMT-2020(5G)推進(jìn)組公布5G第二階段測(cè)試，測(cè)試結(jié)果全面滿足ITU指標(biāo)。據(jù)悉，在今年即將開幕的PT展會(huì)期間，將進(jìn)一步發(fā)布我國(guó)5G技術(shù)第二階段測(cè)試成果。

總而言之，5G就是一場(chǎng)革命，它以技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，從人與人的連接延伸到萬(wàn)物互聯(lián)，從個(gè)人和家庭延伸到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)而為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生活帶來(lái)革命性的影響。

有人說(shuō)，4G就夠了。IBM的老沃森曾說(shuō)，世界上只需要5臺(tái)電腦。比爾蓋茨也曾說(shuō)，640K內(nèi)存都足夠了。

而對(duì)于5G這場(chǎng)技術(shù)和生態(tài)革命而言，顯然不是“夠不夠”的問(wèn)題，而是“能不能創(chuàng)新更多”的問(wèn)題。