5G 發(fā)展報(bào)告：以四項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用還需十年

近年來(lái)，在5G領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。但5G的部署與應(yīng)用到底是一個(gè)什么樣的過(guò)程?人們到底需要多久才能普遍用上5G技術(shù)?日前，CB Insights發(fā)表了一篇報(bào)告，在對(duì)無(wú)線技術(shù)的背景進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)5G驅(qū)動(dòng)下的下一代連接將如何發(fā)展進(jìn)行了分析。報(bào)告指出，雖然5G的早期部署在2018年已經(jīng)開(kāi)始了，但廣泛的實(shí)施與應(yīng)用可能需要十年的時(shí)間?？赐瓯疚恼?，希望能夠?yàn)槟銕?lái)啟發(fā)。

在過(guò)去十年中，4G無(wú)線技術(shù)已經(jīng)成為世界上許多移動(dòng)用戶的標(biāo)配。

從Snap和Instagram等社交媒體平臺(tái)到Uber和Lyft等交通應(yīng)用程序，許多公司都從當(dāng)今4G系統(tǒng)提供的可靠連接和速度中受益匪淺。

雖然4G技術(shù)為移動(dòng)消費(fèi)的新媒介鋪平了道路，但它確實(shí)有局限性。未來(lái)十年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的興起將要求網(wǎng)絡(luò)近乎實(shí)時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)。

下一代無(wú)線技術(shù)，也就是5G，將會(huì)為其提供支撐。

5G的早期部署在2018年已經(jīng)開(kāi)始，但廣泛實(shí)施可能需要十年的時(shí)間。

盡管如此，企業(yè)也越來(lái)越關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)：根據(jù)CB Insights的數(shù)據(jù)，“5G”在2018年第一季度的財(cái)報(bào)電話會(huì)議中被提及900多次，比2017年第四季度增長(zhǎng)了70 %。

諾基亞、高通、愛(ài)立信、博通和Verizon等公司都在討論5G的影響，并制定了技術(shù)和服務(wù)的部署計(jì)劃。

我們?cè)趯?duì)無(wú)線技術(shù)的背景進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)5G驅(qū)動(dòng)下的下一代連接將如何發(fā)展進(jìn)行了分析。

一、無(wú)線技術(shù)系統(tǒng)的歷史

無(wú)線通信已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，但是直到20世紀(jì)70年代末80年代初，它們才成為一種商業(yè)上可行的消費(fèi)者服務(wù)。

第一代無(wú)線技術(shù)系統(tǒng)( 1G )是隨著手機(jī)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。這些設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)允許移動(dòng)語(yǔ)音通話，但僅此而已。

第二代( 2G )為語(yǔ)音通話提供了改進(jìn)，并引入了短信(以及后來(lái)通過(guò)彩信發(fā)送的媒體信息)，最終幫助手機(jī)在21世紀(jì)初獲得廣泛采用。

2G后來(lái)的迭代引入了數(shù)據(jù)傳輸，但直到1998年3G的出現(xiàn)，才讓移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽和視頻通話等媒體豐富的應(yīng)用成為可能。最新的3G技術(shù)，能夠提供高達(dá)4 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。

最新一代的無(wú)線技術(shù)，被消費(fèi)者稱(chēng)為4G (現(xiàn)在是4G LTE )，能夠達(dá)到10-20 Mbps的速度，具體取決于運(yùn)營(yíng)商。這使得移動(dòng)在線游戲、直播高清電視、群組視頻會(huì)議、互聯(lián)家庭解決方案，甚至包括AR / VR等新興體驗(yàn)成為可能。

對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，4G的速度已經(jīng)能夠滿足他們大部分的需求了。但對(duì)于運(yùn)輸或醫(yī)療保健等行業(yè)，延遲(數(shù)據(jù)傳輸之前的延遲)可能會(huì)直接影響系統(tǒng)的結(jié)果。

例如，5G將能夠使自動(dòng)駕駛汽車(chē)之間的近即時(shí)通信成為可能，這種通信可以防止致命事故的發(fā)生。

5G將對(duì)這些關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，同時(shí)也為未來(lái)的連接技術(shù)提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施。

5G是什么?

5G是下一代(也是第五代)無(wú)線技術(shù)系統(tǒng)。它將提供比前一代無(wú)線技術(shù)更快的速度，相當(dāng)于通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸?shù)乃俣取?/p>

這項(xiàng)技術(shù)的早期測(cè)試顯示，實(shí)際速度為700-3025 Mbps ( 3.025 Gbps )，一旦5G上市，消費(fèi)者就能體驗(yàn)到這一點(diǎn)。用4G下載需要幾分鐘的電影，用5G下載只需要幾秒鐘。

雖然手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備是5G最明顯的用例，但這項(xiàng)技術(shù)還會(huì)有許多其他的應(yīng)用。

隨著行業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)( IoT )將從5G提供的速度和帶寬中受益匪淺：Gartner估計(jì)，到2020年，將會(huì)有2040萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)單元被安裝，而與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的開(kāi)支將達(dá)到近3萬(wàn)億美元。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)、用于手術(shù)的機(jī)器人和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控只是5G支持物聯(lián)網(wǎng)的一小部分潛在應(yīng)用。

但通往5G的道路并不簡(jiǎn)單。

下面，我們將指出使5G系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的四個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素，并強(qiáng)調(diào)它們將如何為5G系統(tǒng)的部署和使用做出貢獻(xiàn)。

為5G鋪路的四個(gè)驅(qū)動(dòng)因素

鋪設(shè)光纖

盡管二者有時(shí)被認(rèn)為是相互競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，但光纖網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常是協(xié)同工作的。

在大部分時(shí)間，數(shù)據(jù)都是通過(guò)線纜傳輸?shù)?，無(wú)線天線通常負(fù)責(zé)完成最后幾英里的傳輸。

這樣，光纖就可以作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)。用光纖將數(shù)據(jù)中心與蜂窩天線(手機(jī)信號(hào)塔或手機(jī))連接，將使5G的實(shí)時(shí)速度接近預(yù)期。

光纖基礎(chǔ)設(shè)施目前很普遍，現(xiàn)有的4G系統(tǒng)也正在使用光纖，但需要更多的光纖基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支持廣泛的5G應(yīng)用。到2019年，光纖基礎(chǔ)設(shè)施的投資預(yù)計(jì)將達(dá)到近1500億美元。

無(wú)線服務(wù)供應(yīng)商正在利用不同的策略來(lái)擴(kuò)展它們的5G網(wǎng)絡(luò)。例如，Verizon希望擁有自己的光纖回程(底層連接基礎(chǔ)設(shè)施)。

該公司與專(zhuān)業(yè)玻璃制造商Corning和光纖供應(yīng)商Prysmian合作，設(shè)計(jì)和安裝5G光纖電纜。迄今為止，Verizon已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了3700萬(wàn)英里長(zhǎng)的光纖，以支持其不斷增長(zhǎng)的小細(xì)胞基地臺(tái)網(wǎng)絡(luò)。

另一方面，T-Mobile租用“暗光纖”(未使用或未充分利用的光纖)來(lái)支持其5G網(wǎng)絡(luò)的部署。雖然該公司可能不擁有這種光纖，但由于租用的回程的大部分都已經(jīng)安裝完畢，它可以更快地提供5G服務(wù)。

T-Mobile計(jì)劃2018年在30個(gè)城市建設(shè)5G，而Verizon僅計(jì)劃將5G小細(xì)胞基地臺(tái)推廣到4個(gè)城市。這些供應(yīng)商可能會(huì)在年底前向某些城市提供5G服務(wù)，但這些部署中的大多數(shù)將在2019年和2020年投入使用。

這些5G部署中的大部分可能會(huì)在擴(kuò)展到農(nóng)村地區(qū)之前先支持城市中心。不過(guò)，已經(jīng)滲透光纖的地區(qū)——城市或農(nóng)村——可能是早期5G部署的候選地區(qū)。

小細(xì)胞基地臺(tái)的巨大影響

今天的無(wú)線數(shù)據(jù)大部分是通過(guò)大細(xì)胞基地臺(tái)傳送的，大細(xì)胞基地臺(tái)通常被稱(chēng)為蜂窩塔。它們?yōu)闊o(wú)線連接奠定了基礎(chǔ)，可以為方圓40英里內(nèi)成千上萬(wàn)的移動(dòng)用戶提供服務(wù)。

雖然大細(xì)胞基地臺(tái)是電信行業(yè)提供良好服務(wù)的基礎(chǔ)，但它們很難部署和維護(hù)。監(jiān)管審批、建設(shè)、供電和維護(hù)的成本使得傳統(tǒng)的大細(xì)胞基地臺(tái)成為無(wú)線連接的一種負(fù)擔(dān)。

小細(xì)胞基地臺(tái)對(duì)無(wú)線連接的貢獻(xiàn)越來(lái)越大，將會(huì)為當(dāng)前和未來(lái)的無(wú)線系統(tǒng)提供支持。雖然它們服務(wù)的移動(dòng)用戶更少，但安裝和維護(hù)更容易。它們也比大細(xì)胞基地臺(tái)更便宜、更節(jié)能，監(jiān)管審批也更簡(jiǎn)單。

小細(xì)胞基地臺(tái)與大細(xì)胞基地臺(tái)、其他小細(xì)胞基地臺(tái)和單個(gè)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信。某些小細(xì)胞基地臺(tái)直接連接到光纖，其他的小細(xì)胞基地臺(tái)則為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供支持，從而提高無(wú)線覆蓋率。

在農(nóng)村地區(qū)，小細(xì)胞基地臺(tái)可以幫助擴(kuò)大信號(hào)覆蓋面;在人口密集地區(qū)，它們可以加強(qiáng)信號(hào)能力。

一些最新的小細(xì)胞基地臺(tái)被隱藏起來(lái)了。在洛杉磯，小細(xì)胞基地臺(tái)已經(jīng)被部署作為智能路燈的一部分，以加強(qiáng)4G網(wǎng)絡(luò)。

在部署這些小細(xì)胞基地臺(tái)時(shí)，洛杉磯還安裝了一些未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)所需的必要基礎(chǔ)設(shè)施。

5G只能進(jìn)行短距離、無(wú)障礙的數(shù)據(jù)傳輸。隨后，將需要大量的小細(xì)胞基地臺(tái)來(lái)服務(wù)于單個(gè)大細(xì)胞基地臺(tái)大小的區(qū)域——盡管小細(xì)胞基地臺(tái)將提供更快的速度。

T-Mobile已經(jīng)安裝了1.5萬(wàn)個(gè)小細(xì)胞基地臺(tái)，并計(jì)劃在不久的將來(lái)再部署2.5萬(wàn)個(gè)。這將支持該公司在洛杉磯、紐約和達(dá)拉斯等30個(gè)城市推出5G服務(wù)。

除了成功部署小細(xì)胞基地臺(tái)外，還要考慮到一系列的“并發(fā)癥”。

無(wú)線運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始意識(shí)到，小細(xì)胞基地臺(tái)將不得不遵守一系列新規(guī)定，并滿足當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)普及新技術(shù)的某些需求。

Sprint 最近因未能獲得適當(dāng)?shù)脑S可證而支付了1160萬(wàn)美元的罰款。AT & T公司因某些小細(xì)胞基地臺(tái)設(shè)計(jì)引發(fā)了“不必要的混亂”而遭到推后，加州圣羅莎市也因類(lèi)似原因暫停了Verizon的部署。

小細(xì)胞基地臺(tái)的部署仍處于早期階段。也就是說(shuō)，許多運(yùn)營(yíng)商將在2019年提供第一批5G服務(wù)。移動(dòng)用戶應(yīng)該期待主要運(yùn)營(yíng)商在2020年代初在美國(guó)最大城市提供5G服務(wù)。

更多頻譜，更快速

除了光纖基礎(chǔ)設(shè)施和小細(xì)胞基地臺(tái)的部署之外，5G還需要極高頻率的無(wú)線電波。這些頻率需要在一個(gè)小半徑內(nèi)進(jìn)行可視連接，才能成功通信。

換句話說(shuō)，對(duì)無(wú)線覆蓋、速度和消耗的日益增長(zhǎng)的需求，要求在無(wú)線電波頻譜內(nèi)使用新的頻帶。頻帶是無(wú)線電波頻譜上的特定頻率范圍。它們的頻率范圍從非常低( 3 - 30 kHz )到非常高( 30 - 300 GHz )。

在不同的環(huán)境中，AM無(wú)線電使用中頻帶( 300 kHz - 3 MHz )，利用500至1700 kHz (或1.7 MHz )之間的特定頻率。

另一方面，WiFi和藍(lán)牙使用超高頻帶( 330 MHz - 3 GHz )，利用2.4 GHz的特定頻率。移動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)是為了在2.4和5 GHz 頻率上進(jìn)行 Wi-Fi 通信。

雖然更高的頻率允許更快的數(shù)據(jù)傳輸，但是它們不能穿過(guò)某些結(jié)構(gòu)。例如，衛(wèi)星電視通常使用13-18 GHz之間的頻率，但它需要一個(gè)可視連接來(lái)防止干擾。大雨或樹(shù)木會(huì)影響通信質(zhì)量。

對(duì)于大多數(shù)5G網(wǎng)絡(luò)，將使用超高(3-30ghz)和極高(30-300ghz)頻段來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商所承諾的 Gbps 速度。24至86 GHz之間的頻率將特別受歡迎。

在最近的一次頻譜拍賣(mài)中，無(wú)線運(yùn)營(yíng)商花費(fèi)了大約450億美元來(lái)獲得支持和擴(kuò)展當(dāng)前4G 網(wǎng)絡(luò)的某些無(wú)線電波頻率。5G頻譜拍賣(mài)定于2018年11月開(kāi)始，屆時(shí)美國(guó)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商將競(jìng)購(gòu)24 GHz和28 GHz頻段的頻譜。

Verizon 已經(jīng)擁有一個(gè)28 GHz 頻段的許可證，這是通過(guò)收購(gòu)XO通信獲得的。

某些頻譜將被分配用于共享訪問(wèn)。通過(guò)使用頻譜接入系統(tǒng)( SAS )，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)可用性動(dòng)態(tài)訪問(wèn)共享頻率。 這將允許運(yùn)營(yíng)商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求對(duì)帶寬進(jìn)行上下調(diào)整。

這些較高的頻率是完全共享或授權(quán)，將要求小細(xì)胞基地臺(tái)以這樣的方式排列，即它們保持移動(dòng)用戶或其他小細(xì)胞基地臺(tái)之間的視線連接。雖然大量的小細(xì)胞基地臺(tái)將有助于維持5G覆蓋，但另一種稱(chēng)為“固定無(wú)線”的無(wú)線配置將有助于在室內(nèi)提供無(wú)線覆蓋。

固定無(wú)線將5G帶入室內(nèi)

盡管5G的高頻需要可視連接，“固定無(wú)線”將允許建筑物和家庭內(nèi)的蜂窩覆蓋。

固定的無(wú)線天線被放置在房屋和建筑物的頂部，與附近的小細(xì)胞基地臺(tái)或大細(xì)胞基地塔通信。雖然這些固定無(wú)線天線必須保持與附近小細(xì)胞基地臺(tái)的可視連接，但它們能夠?qū)⒎涓C覆蓋范圍擴(kuò)展到住宅和建筑物中。

這些天線可以通過(guò)光纖連接到內(nèi)部微微蜂窩基站或毫微微蜂窩基站，用于將無(wú)線覆蓋中繼到室內(nèi)的少數(shù)移動(dòng)用戶。無(wú)線信號(hào)也可以使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)器和路由器轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的Wi-Fi。

將蜂窩信號(hào)轉(zhuǎn)換為Wi-Fi的能力可能使無(wú)線運(yùn)營(yíng)商能夠與Comcast和TimeWarner等傳統(tǒng)ISPs競(jìng)爭(zhēng)。

已經(jīng)為家庭和企業(yè)提供互聯(lián)網(wǎng)接入的Verizon計(jì)劃今年在3-5個(gè)城市提供固定的5G無(wú)線服務(wù)。這些服務(wù)將為通過(guò)光纖傳送的互聯(lián)網(wǎng)接入提供替代方案，同時(shí)保持相當(dāng)?shù)乃俣取?/p>

該公司正與三星公司合作開(kāi)發(fā)固定無(wú)線5G 路由器，該路由器將轉(zhuǎn)換無(wú)線5G信號(hào)并實(shí)現(xiàn)Wi-Fi兼容。

雖然Verizon計(jì)劃在提供移動(dòng)5G服務(wù)之前提供固定的5G無(wú)線接入，但基礎(chǔ)設(shè)施將有助于支持兩種媒介。

到目前為止，Verizon是為數(shù)不多的幾家瞄準(zhǔn)這一固定無(wú)線接入機(jī)會(huì)的公司之一，這表明它計(jì)劃向3000萬(wàn)美國(guó)家庭提供1Gbps的速度。AT & T已經(jīng)測(cè)試了自己的固定無(wú)線技術(shù)，但沒(méi)有看到與Verizon相同的規(guī)劃。

另一方面，像谷歌這樣的公司可能會(huì)開(kāi)始構(gòu)建移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)。

最終，固定無(wú)線技術(shù)在將移動(dòng)5G服務(wù)擴(kuò)展到超出可視連接范圍的建筑物或向家庭和企業(yè)提供互聯(lián)網(wǎng)接入。

5G的下一步是什么

隨著眾多無(wú)線運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃在未來(lái)一年提供5G服務(wù)，整個(gè)電信業(yè)正在聯(lián)手利用這種向更高無(wú)線電波頻率的轉(zhuǎn)變的機(jī)會(huì)。

像Zayo這樣的公司正在幫助鋪設(shè)支持5G網(wǎng)絡(luò)所需的光纖，而像Siklu這樣的公司則提供固定的無(wú)線天線和小細(xì)胞基地臺(tái)。

5G設(shè)備制造商在5G應(yīng)用中也扮演著更重要的角色:設(shè)備制造商需要不斷擴(kuò)大覆蓋范圍，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要越來(lái)越多的兼容設(shè)備。作為Verizon進(jìn)行的5G試驗(yàn)的一部分，高通公司最近測(cè)試了其原型設(shè)備，首個(gè)5G語(yǔ)音通話取得了成功。

新技術(shù)似乎會(huì)影響到設(shè)備的設(shè)計(jì)。一些原型目前已經(jīng)存在，但是制造商可能需要一段時(shí)間才能將新的5G天線正確地、美觀地集成到移動(dòng)設(shè)備中。

但是，隨著這么多公司致力于實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)，消費(fèi)者應(yīng)該可以在2019年看到5G的設(shè)備。一旦運(yùn)營(yíng)商在最少可行的城市激活5G，兼容的手機(jī)將會(huì)很快問(wèn)世。

盡管5G服務(wù)可能在未來(lái)一年開(kāi)始提供，但4G仍將是部分人口密集城市以外地區(qū)的默認(rèn)服務(wù)。5G的廣泛應(yīng)用可能需要十年時(shí)間，至于5G在工業(yè)方面更廣泛的應(yīng)用，估計(jì)將在2020年代初開(kāi)始。