科普長文：邁過 5G 這道「認知」坎

從新聞來看，5G 的部署進度越來越快，甚至已經有廠商開始談論 6G，但不少人對 5G 的概念還十分模糊：為什麼我們需要 5G？未來，我們是否還需要 Wifi？5G 的較高傳輸速率是如何達到的？4G 時代的舊基站還能不能用？目前的 5G 進展如何？

5G 是什麼？

一項新技術的誕生必然與用戶需求相關，5G 也是如此。

如果清楚 5G 是什麼，其實就可以知道 5G 能幹什麼。

因此，我們先來解決5G 是什麼的問題。

從概念來看，5G 是第五代移動通信技術，包含毫米波、波束賦形、Massive MIMO 等眾多關鍵技術。

5G 最終的理論峰值可達到 10Gb/s，家用千兆寬頻理論速率峰值約為 1Gb/s，主流手機 Wi-Fi 連接理論速率峰值為 150Mb/s。

理論上講，5G 網速比家用千兆寬頻快 10 倍，比主流手機連接 Wi-Fi 快 66 倍，比 4G 快 100 倍左右。

要想實現 5G，最關鍵的三點是 LTE（授權頻道）、LTE-U（非授權頻道）和 LAA（授權頻譜輔助接入）、NB-IOT（窄帶物聯網）。

LTE 和 LTE-A

LTE 的中文全稱是授權頻道，俗稱 3.9G，是由 3GPP 組織制定的 UMTS 技術標準的長期演進，主要使用 5GHz 無需授權 WIiFi 頻段，技術指標與 4G 非常接近。

LTE-A 是 LTE-Advanced 的簡稱, 是 LTE 技術的後續演進，類似技術也是 5G 實現更快傳輸速率的關鍵。

要想實現 5G，首先需要解決無線通信數據傳輸速度瓶頸，目前主流的移動通信標準是 4G LTE，理論速率為 150Mbps，這已經屬於特高頻和超高頻。

如果想實現更快傳輸速率，理論上，頻率一定會更高。

因為，頻率越高，可用資源越豐富，可實現的傳輸速率就越高。

5G 的頻率範圍有兩種，6GHz 以下和 24GHz 以上，前者與 4G 差別不算太大，後者則非常高。

目前，國際主要使用 28GHz 進行試驗。

那麼，為什麼有時個別頻段會被稱為黃金頻段呢？

這是因為頻率越高，傳輸距離越短，需要的基站數量越多，花費的成本就越高，所以頻段對 5G 實施非常重要，不過目前這部分標準主要是運營商在做。

按照 5G 頻譜規劃，中國電信和中國聯通獲得 3.5GHz 頻段的 5G 試驗頻率資源，分別為 3400MHz-3500MHz 和 3500MHz-3600MHz，中國移動則獲得 2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz 頻段的 5G 試驗頻率資源。

雖然，理論上可以通過一些技術手段實現 5G 時代的高傳輸速率，比如 Massive MIMO（大規模陣列天線）。

但是，新添加的毫米波段信號覆蓋範圍非常有限，根據目前的學術研究信息，覆蓋半徑僅能達到 200m 左右，這就意味著 5G 時代的基站數量可能是 4G 時代的 100 倍，這也說明為什麼運營商瘋狂希望設備製造商降價，雖然可以通過微基站進行輔助，但降價還是可以帶來巨大成本節省。

從 LTE-U 到 LAA

LTE-U 是非授權頻譜，由於授權頻譜有限，因此運營商都將目光投向非授權頻譜，尤其是未經充分利用的 5GHz 頻段，這其實是國家開放給民眾免費使用的頻譜資源，我們最熟悉的 Wi-Fi 頻譜其實就是非授權頻譜。

看起來，非授權頻譜似乎可以加快 5G 部署速度，但是，這一標準剛提出就遭到 IEEE 等組織的質疑，因為這無疑會對現階段運行在其上的 Wi-Fi 造成影響。

有關 LTE-U 的標準暫時各大組織並未達成統一，但在非授權頻譜上部署 LTE 的思路倒是被標準化組織 3GPP 接受。

在 3GPP 的 R13 版本中，LAA 技術被正式引入，該技術可以在非授權頻譜部署 LTE。

那麼，LAA 如何與 Wi-Fi 共存呢？

要想與 Wifi 共存，需要解決三方面問題：

1、與同頻段 Wifi 不造成互相干擾；

2、與 Wifi 占用信道不發生衝突；

3、信道占用時間合理分配。

目前，LAA 通過動態頻率選擇 DFS，對非授權頻譜傳輸質量進行監控，一旦發生信號干擾，新 DFS 就會被啟動；通過 LBT（先聽後說）實現信道監聽，只有載波空閒時才予以使用；對連續最大占用時長進行規定。

不過，目前國際上還是有不少廠商支持推進 LET-U，比如愛立信和高通，雙方還曾合作演示該技術。

NB-IOT

NB-IOT，即窄帶物聯網。

顧名思義，其所占用帶寬非常窄，只需約 180KHz，同樣基於 LTE 技術。

雖然同屬授權頻段，但 NB-IOT 有頗多不同。

上文提到，要想提高傳輸速率，就需要提高頻率，但頻率越高所需基站數量就越多，成本就越高。

NB-IOT 的特點是覆蓋範圍廣，相比傳統 GSM，一個基站就可提供 10 倍覆蓋面積；穿透力很強，比 LTE 提升了 20db 增益，這意味著可以覆蓋到地鐵、車庫、地下管道等區域；低功耗，內置 eDRX 省電技術和 PSM 省電模式，使用 5 號電池可以工作十年。

不過，由於其屬於授權頻道，因此同樣是先接入運營商。

綜上是 5G 涉及的三大關鍵技術，從授權頻段分配即可看出，運營商將是推動 5G 發展的重要角色，但企業並非沒有參與空間，華為曾推出企業版 LTE 技術 eLTE。

現在，企業可在 900 頻段完成 eLTE 的載波頻點，換句話說，該調頻波段可用來做企業端應用。

作為 NB-IoT 的變種，eLTE-IoT 成本更低、功耗更小、終端更多且距離長，這也讓其成為物聯網端最先進入實驗的設備。

除此之外，部署 5G 的一項重要支出是基站建設，目前主要是運營商與設備製造商合作部署基站，但 4G 時期的舊基站並非完全無用。

由於 5G 網絡與 4G 所採取的標準不同，因此廠商研發的晶片、基帶模塊等會有所區別，再加上 5G 頻段與 4G 不同，因此基站設備和天線等資源無法復用，但鐵塔、光纜、電源等資源還是可以重新利用的。

5G 三大重要應用場景

通俗來講，5G 的頻率更高、帶寬更大、速度更快。

那麼，5G 有哪些具體應用場景呢？

5G 主要有三大應用場景：eMBB，mMTC 和 URLLC，分別針對大流量移動寬頻業務，比如超高清視頻，這也是普通用戶可最直觀感受到的。

曾有公司利用華為原型路由器對 5G 網絡進行現場演示，最高速度可達到每秒 1.5GB；大規模物聯網業務，這也意味著 5G 終端不局限於智慧型手機，而是會擴展到 PC、Pad、VR、AR、智能家居等產品；需要低時延、高可靠的業務，比如工業自動化、無人駕駛等，5G 的低時延剛好可降低自動駕駛汽車數據傳輸和反應時間，提高安全性。

為什麼 5G 標準制定足以引起大規模口水戰？

5G 標準由一個非常複雜的體系組成，包括基帶、控制、空口協議等，國家標準化組織、網絡運營商和設備製造商往往都會貢獻一些建議。

2018 年 6 月 14 日，第五代移動通信（5G）獨立組網標準正式凍結，這意味著 5G 完成第一階段全功能標準化工作。

在第一階段標準，主要實現了對 eMBB（早在 2016 年就實現凍結）和 URLLC 兩大重要場景的支持，確定 R15 NR NSA 和 R15 NR SA 版本。

在第一階段標準中，美國運營商和企業（主要是高通）主推的 LDPC 碼被採納為 5G eMBB 場景數據信道編碼；中國通信企業（主要是華為）主推的 Polar 碼被採納為 5G eMBB 場景的控制信道編碼方案。

關於這次投票，有輿論表明聯想為了向高通爭取第一台 5G 手機的首發權而將票投給了高通，也有傳言表明聯想是投的棄權票。

不論如何，最後華為確實因一票惜敗，這件事情也在網絡上發酵了很久。

那麼，為什麼 5G 標準制定會引發這一系列口水戰呢？

中興通訊無線標準總監王欣暉曾對外表示，誰都知道，標準上占據主動權，就等於產業上占據了話語權。

雖然在某些領域，華為的專利數非常多，比如華為擁有 1481 項 5G 新空口協議專利。

但是，就必要標準專利數量而言，高通手握的 15% 專利大部分皆為必要標準專利，是實現組網無法繞開；國內廠商目前掌握的 20% 很多都是非必要專利。

因此，高通依舊占據有利地位，並著手制定對自己有利的專利費用標準。

據悉，如果完全採用高通行動網路核心專利，單模 5G 手機收取手機整機售價的 2.275％，多模 5G 手機 (3G/4G/5G) 收取 3.25％；非完全使用高通行動網路專利，單模 5G 手機收取 4％，多模 5G 手機收取 5％。

注意，這些還不包括採用其晶片要交的費用。

因此，5G 標準制定非常影響未來中國在 5G 市場的位置，好在第二次關於獨立組網的 5G 投票將在近日舉行，非獨立組網指 3G/4G 和 5G 共同構成的網絡，3G/4G 未來肯定會被慢慢淘汰，因此獨立組網將是未來很重要的發展方向，不知道這一次投票結果會是什麼。

5G 標準制定時間表

2018 年 6 月 14 日，第五代移動通信（5G）獨立組網標準正式凍結，支持增強移動寬頻和低時延高可靠物聯網，完成網絡接口協議；

2019 年 3 月，R15 Late Drop 版本凍結（這是 R15 三個版本中最後被確定的），含有完整 ASN.1 代碼的標準版本將於約三個月後發布，這比 3GPP 的原定時間推遲了三個月；

預計到 2019 年 12 月，完成滿足 ITU（國際電信聯盟）全部要求的完整 5G 標準，也就是 R16，暫不確定 R15 標準凍結延後是否會影響 R16 版本的凍結時間；

預計到 2020 年，整個 5G 標準在 ITU 會議全面通過。

中國目前的 5G 發展情況

國際方面，高通推出新一代驍龍 855 移動平台，這是全球首款商用 5G 移動平台。

高通方面表示，2019 年，小米、OPPO 和 vivo 等廠商均將推出搭載高通晶片的 5G 手機，並在 CES 大會上明確指出將重點關注自動駕駛汽車和 5G，並可能在 2019 年推出 30 多款 5G 設備，主要是智慧型手機。

轉觀國內，三大運營商和以華為、中興為代表的企業過去一年在 5G 上也取得了不少突破。

三大運營商

目前，三大運營商的 5G 組網策略基本確定。

從啟動時間判斷，中國移動和中國聯通可能最先採取 NSA，也就是上文提到的非獨立組網策略；中國電信選擇 SA 方案，雖然符合 SA 要求的 5G 設備測試相對要慢一些，但中國電信還是在此前的《5G 技術白皮書》中表明，優先選擇 SA 方案。

近日，中國移動宣布將全面啟動 17 座城市的 5G 規模試驗和應用示範。

中國聯通也宣布將開展 17 個試點城市 5G 業務示範及網絡試驗工作。

中國電信計劃到明年 3 月前，以深圳軟體產業基地 (雙創園) 為中心，建設 50 個 5G 站點，形成小範圍連片覆蓋。

目前，中國移動已建設 14 個開放實驗室用於 5G 網絡應用試驗，開通成都遠洋太古里全國首個 5G 示範街區，並讓成都地鐵 10 號線太平園站成為全國第一個覆蓋 5G 信號的地鐵站。

中國電信目前已在深圳開通 31 個 5G 站點，在杭州世游賽場館奧體中心周邊建設了 10 余個 5G 基站。

過去一年，三大運營商分別與百度、華為、蘇寧、字節跳動等眾多公司達成戰略合作協議，為 5G 設置更多可能的線下基站位置。

以華為和中興為代表的重要廠商

2018 年初，華為發布首款 3GPP 標準的 5G 商用晶片巴龍 5G01，以及基於該晶片的首款 3GPP 標準 5G 商用終端，支持全球主流 5G 頻段——Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻)，理論上可實現最高 2.3Gbps 的數據下載速率；華為即將全球商用上市的 5GNR 產品順利通過歐盟專業認證機構的認證核查，獲得全球第一張 5G 產品 CE-TEC（歐盟無線設備指令型式認證）證書；華為主導的 Polar 編碼成為控制信道編碼方案…

中興則推出新一代 5G 全系列基站產品，包括基礎通信、晶片、雲端、終端；積極與三大運營商就 5G 開展合作；宣布順利完成 5G 網絡應用場景測試，並承諾將於 2019 年上半年推出自己的商用 5G 手機…

此外，小米、OPPO 等國內企業也在積極布局 5G，小米在 MIX 3 發布會上宣布已經打通 5G Sub-6GHz 和 mmWave 毫米波信令和數據鏈路連結；OPPO 率先實現全球首個採用 3D 結構光技術 5G 視頻通話演示。

結語

2019 年，三大運營商的 5G 投資支出可能達到百億級，廠商研發進度也將加快。

工業和信息化部部長苗圩近日接受媒體採訪時透露，2019 年，中國將進行 5G 商業推廣，一些地區將會發放 5G 臨時牌照，下半年還將用上諸如 5G 手機、5G iPad 等商業產品。

不難看出，國內的 5G 推進步伐在加快，但也有業內人士表明，當前的 5G 推進進度可能有些過快，畢竟現在晶片和終端等都不太成熟，過早建網或許對 5G 整體發展並不利。

但就目前情況來看，運營商的進度可以滿足 2019 年預商用、2020 年正式商用 5G 的目標。