5G是什么？實現(xiàn)“只有移動”網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)

Craig+Mathias

編譯 楊勇

即使現(xiàn)在開始規(guī)劃5G能給IT帶來什么好處，也已經(jīng)不算早了

無線廣域網(wǎng)通信演進的下一階段——稱之為5G，即將翻開其第一篇章，這有充分的理由：它將完成蜂窩技術(shù)從增強固網(wǎng)到替代固網(wǎng)的演進，戰(zhàn)略上從移動優(yōu)先發(fā)展到只有移動。

盡管5G的核心是演進而不是革命，但現(xiàn)在就開始進行一些基本規(guī)劃，希望知道5G將如何適應(yīng)各種規(guī)模企業(yè)、行業(yè)和任務(wù)的IT規(guī)劃，并使之受益——這已經(jīng)不算早了。

5G當(dāng)然能夠給最終用戶提供更高的吞吐量和容量，滿足地理位置可用性、用戶群、用戶設(shè)備范圍，以及容量和應(yīng)用等方面持續(xù)增長的巨大需求，而同樣重要的是使運營商和服務(wù)供應(yīng)商能夠抓住總體戰(zhàn)略、提供服務(wù)以及擴大市場等方面出現(xiàn)的新機遇。

本文探討了推動5G的技術(shù)和市場因素，重點闡述5G對企業(yè)IT的意義所在。

5G冉冉升起

雖然5G現(xiàn)在還是一個不太準(zhǔn)確的術(shù)語，但演進發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)已經(jīng)很清晰了。如右圖所示：

● 更高的吞吐量——正如Wi-Fi的情形，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵進展首先是由新的吞吐量上限定義的。5G在這里的神奇數(shù)字實際上是最低1 Gbps，而有的則提到高達10 Gbps的數(shù)值。然而，還是類似于Wi-Fi的情形，從整體上考慮每個小區(qū)和全系統(tǒng)容量是非常重要的。因此，我們認(rèn)為，每用戶50 Mbps的吞吐量是更合理的——但顯然仍然是非常高的吞吐量，今后五年在某些部署中將實現(xiàn)高達300 Mbps的峰值吞吐量。吞吐量超過我們的預(yù)期是非常有可能的。

● 更低的延時——也許比吞吐量更重要的是，減少每個數(shù)據(jù)包的往返時間。減少延時對于提高語音和視頻容量以及提高總?cè)萘縼碚f非常重要，當(dāng)然5G是以全IP的方式實現(xiàn)語音。5G的空中延時目標(biāo)是小于10ms，某些定義的服務(wù)類型甚至能夠小于1ms。

● 管理和OSS的進展——運營商總是想降低開銷和運營費用，因此希望通過增強系統(tǒng)管理和運營支撐系統(tǒng)（OSS）來進一步提高可靠性、可用性、服務(wù)能力、適用性、一致性、分析能力以及運營效率。而且，在大多數(shù)情況下，這些好處對于最終用戶也是透明的。

● 更好的移動性——支持用戶以非常高的速度移動，每小時甚至高達幾百公里，從而能夠為各種交通狀況下的用戶提供服務(wù)。監(jiān)管和環(huán)境相關(guān)的限制仍然適用——特別是在飛機上。

● 更強的安全性——安全仍然是其他人替代不了的IT人員的工作，應(yīng)加強加密、認(rèn)證和隱私保護。很多企業(yè)的身份管理（IDM）解決方案以及目前在用的解決方案至少來自多家運營商，這并不奇怪。目前的IDM供應(yīng)商也會對把他們的功能擴展到企業(yè)購買的5G服務(wù)中非常感興趣。

● 新頻譜——預(yù)計至少某些5G部署將采用30GHz以上的毫米波段。世界上很多地方都支持這些頻段的有牌照和無牌照頻譜。毫米波頻率通常適用于微小區(qū)，因為它們需要不太突出的小天線，其固有的信號方向性提高了頻譜效率。毫米波的主要缺點是不太適用于傳統(tǒng)的大規(guī)模小區(qū)，對物體（例如，建筑物）的穿透性也不強，但在頻率復(fù)用方面有優(yōu)勢。不管怎樣，考慮到5G開發(fā)和部署所需的吞吐量和容量目標(biāo)，應(yīng)提供更多的頻譜資源，目前分配的頻譜資源肯定還不夠——盡管能夠把小塊的頻譜資源匯集起來。

● 新的支撐技術(shù)——我們期望有高階MIMO實現(xiàn)，有時被描述為“巨大的”，例如，16～64個流，還有提高了功率利用率的更先進的調(diào)制和信道編碼技術(shù)，以及其他相關(guān)的先進技術(shù)。微小區(qū)將會有頻率復(fù)用，小區(qū)通信塔也會很快應(yīng)用在人口稠密的地區(qū)。目前網(wǎng)絡(luò)中仍然在應(yīng)用的技術(shù)，包括SDN和NFV，也會應(yīng)用于5G，很多基礎(chǔ)設(shè)施是在基于云的服務(wù)中實現(xiàn)的。5G很可能不需要芯片或者制造技術(shù)有重大進展，由于地理覆蓋范圍有限，因此，即使時鐘頻率提高了，設(shè)備功耗也不會太大。不過，技術(shù)和可行性分析以及成本等方面仍然有很多工作要做，但是我們看到這些方面還沒有很大突破。如果推出另一類WiMAX，在營銷上大肆宣傳似乎也沒有什么風(fēng)險，但是比上一代并沒有明顯的優(yōu)勢，技術(shù)風(fēng)險總體上不大。也許最大的挑戰(zhàn)是進度安排失誤，這是因為本質(zhì)上非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程需要的時間比預(yù)想的要多。

● 普遍應(yīng)用支持——5G作為固網(wǎng)的替代技術(shù)，應(yīng)支持各類數(shù)據(jù)流和各種設(shè)備，從廣播質(zhì)量視頻分配到遠程監(jiān)測、置入式醫(yī)療設(shè)備、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實，以及先進的交互功能和圖形等，當(dāng)然還有游戲。還有聯(lián)網(wǎng)汽車和自主駕駛汽車、遙控車輛（無人駕駛飛機）、公共安全、建筑物和市政自動化/監(jiān)測/控制，以及救災(zāi)，還包括具備運動小區(qū)功能并支持動態(tài)無線網(wǎng)格網(wǎng)的移動基礎(chǔ)設(shè)施等。還有數(shù)據(jù)吞吐量很大的機器人和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這些設(shè)備的延時變化也比較大。我們預(yù)計在未來10年內(nèi)將部署數(shù)百億臺5G設(shè)備，因此挑戰(zhàn)和需求都會非常大。

● 產(chǎn)業(yè)增長——最終，運營商以及基礎(chǔ)設(shè)施和用戶設(shè)備供應(yīng)商只需要部署新技術(shù)，讓最終用戶隨時看到帶來的好處，以便繼續(xù)發(fā)展他們的業(yè)務(wù)。僅僅依靠新用戶將不能實現(xiàn)這一目標(biāo)。

簡而言之，5G是正在設(shè)計中的商業(yè)發(fā)展機會，其實施能夠提供我們期望從固網(wǎng)中獲得的所有通信功能和性能。要做到這一點，應(yīng)考慮到上面所有的要求，這不會很容易，也不會很快，而且不便宜。

5G的精簡定義

3G是最后一個有正式定義的G，它是由ITU定義的，設(shè)定的吞吐量高達2Mbps。4G并沒有正式定義過，甚至到底什么是4G在法律上也存在著爭論，人們普遍認(rèn)為，第三代合作伙伴項目（3GPP）所規(guī)定的LTE和LTE-Advanced至少就是4G。3GPP是一個由大企業(yè)和協(xié)會組成的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的支持和尊重。自3G以來，該組織一直主導(dǎo)著移動行業(yè)的各種定義，推動了蜂窩部署的其他關(guān)鍵進展，包括全IP內(nèi)核、LTE、LTE-Advanced，等等。

考慮到他們的整體領(lǐng)導(dǎo)作用，從營銷和運營角度，我們預(yù)計3GPP實際上會對5G進行定義，2019年第二季度很有可能出現(xiàn)第16版。ITU的ITU-R也制定了IMT-2020計劃，他們努力進行這方面的工作，奇怪的是預(yù)計2020年才能完成工作。ETSI是積極參與討論的另一個組織，其5G工作也很活躍，而下一代移動網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟是運營商組成的同業(yè)協(xié)會，類似于Wi-Fi聯(lián)盟。他們的5G白皮書也許是迄今為止公布的最完整的5G設(shè)想和工作定義。無論如何，顯然需要協(xié)調(diào)各個組織的各種工作。endprint

射頻：從4G到5G

正如4G最終是被射頻技術(shù)所定義的，5G最終也會如此。從LTE-Advanced Pro開始的下一代技術(shù)，被一些人稱之為4.5G，最初是在3GPP Release 13中定義的。第15版可能會在目前所謂的NR（新射頻）中進一步增強LTE Advanced Pro。但實際上，尤其是從營銷角度來看，4G和5G之間的界限已經(jīng)相當(dāng)模糊了。

企業(yè)IT經(jīng)理和最終用戶不久就會注意到將出現(xiàn)“千兆位LTE”營銷。雖然這類發(fā)展不是嚴(yán)格的5G，但由于達到了千兆位，很可能會進行市場推廣。我們預(yù)計，一些用戶可能會偶爾出現(xiàn)100Mbps以上的突發(fā)吞吐量，千兆位LTE不具備滿足要求如此高的服務(wù)的能力。不管怎樣，有些地方最早今年年底就會有部署，包括三星Galaxy S8甚至2017年即將上市的iPhone等新設(shè)備都將采用該技術(shù)。然而，歸根結(jié)底，這類服務(wù)的命運取決于每一運營商的部署計劃。

先進的廣域射頻技術(shù)并不是唯一的可能；在NR中提到的功能是與Wi-Fi相通的。但是，我們認(rèn)為現(xiàn)在的Wi-Fi——802.11ac和60GHz802.11ad，已經(jīng)是5G技術(shù)了，它具有很高的吞吐量，采用了微小區(qū)，除了OSS和要求工作在有牌照頻率范圍，它實際上具備了5G的所有其他屬性。廣域5G技術(shù)和Wi-Fi之間的硬切換可能會成為未來5G部署的關(guān)鍵策略，特別是增加室內(nèi)覆蓋范圍和容量。我們還建議，提供確定的關(guān)聯(lián)（例如，不允許客戶端設(shè)備在漫游時決定與哪個AP相關(guān)聯(lián)）可能是Wi-Fi值得努力的一個領(lǐng)域。

其他的幾個問題

雖然我們相信5G市場最終能夠成功，但仍存在一些問題。也許其中最重要的是提供足夠的頻譜以確保實現(xiàn)5G的寬帶承諾。正如我們上面提到的，我們希望能夠為5G提供較寬的頻譜資源，全球范圍內(nèi)，是在30GHz以上的毫米波頻段，幾乎肯定包括60GHz頻譜，甚至高達70～80GHz。但是具體頻率有多少能夠可用則取決于政府的規(guī)章，每個國家都會有不同的規(guī)定。此外，現(xiàn)有分配好的頻譜可能會被重新分配，以便與目前的產(chǎn)品系統(tǒng)共存，這也是待解決的問題。申請頻譜競拍也是那些開發(fā)5G商業(yè)模式的組織所關(guān)注的，因為這將涉及大量的資金。最后，在LTE和Wi-Fi之間的無牌照頻段中已經(jīng)出現(xiàn)了沖突，無論如何都需要有切實可行的解決方案。

其他潛在的問題包括：

● 回程——小區(qū)之間任何形式的互聯(lián)帶寬，以及連接至承載網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)本身的帶寬，必須與用戶具備的帶寬相適應(yīng)，這樣才能避免出現(xiàn)瓶頸。因此，回程帶寬有可能大幅度增加，我們預(yù)計毫米波頻段會在這里有很大的應(yīng)用。

● 共存和演進——3G、4G和5G會共存一段時間，這增加了承載網(wǎng)和最終用戶設(shè)備的復(fù)雜性。前幾代技術(shù)已經(jīng)過時，迫切需要提高頻譜效率，因此運營商需要仔細計劃，分階段部署和升級。

● 其他監(jiān)管政策——除了頻譜管制外，還需要重新審視這一領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)中立、通信服務(wù)征稅、普遍服務(wù)和整個國家寬帶政策等其他監(jiān)管要求，甚至可能需要完全重新考慮。

● 定價——最后，我們目前還不清楚5G會采取什么樣的定價模式。而語音、短信、以及類似的窄帶業(yè)務(wù)會保持持平，還不確定50Mbps-plus IP服務(wù)的價格。正如我們所看到的無限數(shù)據(jù)計劃在消失的幾年后又重新出現(xiàn)，企業(yè)在未來計劃中應(yīng)考慮到可能出現(xiàn)的這種波動，包括按照BYOD政策要求所選擇的服務(wù)計劃。

展望未來：預(yù)測和結(jié)論

5G開發(fā)工作仍然在繼續(xù)，至少表面上看起來正在進行一些現(xiàn)場試驗。雖然有時這些試驗是按一定要求在市場上進行的，但并不是真正的早期部署，因為還沒有底層標(biāo)準(zhǔn)，更不用說所需的硬件和軟件。我們不期望5G能夠在2020/2021年之前得到廣泛應(yīng)用，我們使用“關(guān)鍵規(guī)?！边@一術(shù)語來描述主要人口中心的可靠可用性，2025之前也不會達到關(guān)鍵規(guī)模。不用擔(dān)心；3G服務(wù)應(yīng)該在2025年左右退出舞臺，至少在2030之前，4G還是非常好用的。企業(yè)應(yīng)該會有充足的時間來計劃和完成向5G的轉(zhuǎn)換，而我們預(yù)計，移動設(shè)備制造商和運營商會有動力加快向5G市場的邁進。

鑒于BYOD計劃的普遍性，以及它們?nèi)詫⑹瞧髽I(yè)移動設(shè)備配置的主導(dǎo)模式這一事實，大多數(shù)企業(yè)IT部門最終不需要有太多的投入就能夠完成最終用戶向5G演進的日常管理工作。隨著5G服務(wù)計劃的定型，這方面的大部分工作應(yīng)該是更新補償政策。

而企業(yè)應(yīng)開始考慮5G對他們自己的內(nèi)部運營意味著什么。正如802.11ac打破了千兆壁壘，絕大部分用戶不再需要有線連接，5G最終將為全世界所有人剪斷有線連接。記住——5G是替代，而不是增強。而且，我們預(yù)計5G將包括當(dāng)前一代Wi-Fi，5G的到來對企業(yè)在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的投資應(yīng)不會有太大的影響。我們希望至少有一些運營商能開展托管服務(wù)業(yè)務(wù)，而且，為WLAN和WWAN提供一站式服務(wù)，甚至是一些增值服務(wù)。至少在可預(yù)見的將來，大容量有線回程和互連鏈路也不會受到5G的影響。

至于其余的IT項目，包括云計算、虛擬化等等，5G應(yīng)該是透明的——只是移動的另一種高速鏈接。重申我們最初的觀點，5G是演進，而不是革命。

這就給我們帶來了最后一個問題：會有6G嗎？信不信由你，我們懷疑這是不是有必要。5G本身將隨著時間的推移而演進，透明地結(jié)合大規(guī)模MIMO這樣的前沿創(chuàng)新技術(shù)，以滿足不斷增長的無線連接需求。那么，現(xiàn)在不管怎樣，可以說所有人——包括供應(yīng)商、運營商、IT部門，甚至最終用戶還遠遠沒有實現(xiàn)5G體驗，盡管總?cè)萘坑酗@著的提升，向5G的過渡很可能是有史以來最平滑的蜂窩升級過程。

Craig Mathias——《網(wǎng)絡(luò)世界》負(fù)責(zé)人

原文網(wǎng)址：

http：//www.networkworld.com/article/3203489/lan-wan/what-is-5g-gigabit-plus-wireless-to-enable-mobile-only-networking.htmlendprint