中國計(jì)劃投1800億美元建設5G網絡 5G到底有(yǒu)多(duō)重要？
2017/6/19 0:00:00
在這幾年，4G通(tōng)信剛剛進入尋常百姓家(jiā)。5G通(tōng)信又映入人(rén)們眼簾，根據媒體(tǐ)報道(dào)，中國将斥資1800億美元建設全球最大(dà)的5G網絡。那(nà)麽，5G通(tōng)信相對于4G通(tōng)信到底有(yǒu)哪些(xiē)技(jì)術(shù)進步？中國掌握了哪些(xiē)5G通(tōng)信關鍵技(jì)術(shù)？斥資1800億美元建設全球最大(dà)的5G網絡到底能帶來(lái)哪些(xiē)好處？5G通(tōng)信相對于4G通(tōng)信的進步
5G指的是第五代通(tōng)信技(jì)術(shù)，具有(yǒu)連續廣域覆蓋、熱點高(gāo)容量、低(dī)功耗大(dà)連接、低(dī)時(shí)延高(gāo)可(kě)靠性等特點，而這些(xiē)就是5G通(tōng)信相對于4G通(tōng)信的最顯著進步。
連續廣域覆蓋指的是能在偏遠山(shān)區(qū)、地下車(chē)庫、高(gāo)速移動狀态下，以保證用戶的移動性和(hé)業務連續性為(wèi)目标，為(wèi)用戶提供100Mbps以上(shàng)的高(gāo)速業務體(tǐ)驗，換言之，就是信号覆蓋範圍更廣，網速更快，而且在現在4G網絡表現不是特别好的地下車(chē)庫，或者高(gāo)鐵(tiě)等快速移動的場(chǎng)景能有(yǒu)比較流暢的體(tǐ)驗。
熱點高(gāo)容量指的是在人(rén)口密集區(qū)為(wèi)用戶提供1Gbps用戶體(tǐ)驗速率和(hé)10Gbps峰值速率；在流量熱點區(qū)域，可(kě)實現每平方公裏10-100Tbps的流量密度。也就是在人(rén)口高(gāo)度密集的區(qū)域，再也不用擔心因為(wèi)過多(duō)4G用戶同時(shí)使用網絡而導緻網速下降或者網絡擁堵了。
低(dī)功耗大(dà)連接能夠提供具備超千億網絡連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數(shù)密度指标要求。這項功能主要面對面向智慧城市、環境監測、智能農業、森(sēn)林防火(huǒ)等以傳感和(hé)數(shù)據采集為(wèi)目标的應用場(chǎng)景，對于提升城市管理(lǐ)能力、政府公共服務、森(sēn)林防火(huǒ)，以及更好的打擊犯罪維護社會(huì)秩序都有(yǒu)很(hěn)大(dà)的積極意義。
低(dī)時(shí)延高(gāo)可(kě)靠指的是為(wèi)用戶提供毫秒(miǎo)級的端到端時(shí)延和(hé)接近100%的業務可(kě)靠性保證。這主要是面向自動駕駛、工業4.0等行(xíng)業的特殊應用需求。畢竟自動駕駛對于延時(shí)和(hé)通(tōng)信的可(kě)靠性要求非常高(gāo)，如果達不到所需的要求很(hěn)可(kě)能導緻車(chē)毀人(rén)亡。
從中可(kě)以看出，相對于4G通(tōng)信，5G通(tōng)信能夠提供覆蓋更廣泛的信号，而且上(shàng)網的速度更快、流量密度更大(dà)，同時(shí)還(hái)将滲透到物聯網中，實現智慧城市、環境監測、智能農業、工業自動化、醫(yī)療儀器(qì)、無人(rén)駕駛、家(jiā)用電(diàn)器(qì)和(hé)手持通(tōng)訊終端的深度融合，換言之，就是萬物互聯。
中國掌握了哪些(xiē)5G關鍵技(jì)術(shù)
由于5G通(tōng)信标準依然在制(zhì)定過程中，諸多(duō)技(jì)術(shù)也在發展，而且對于某些(xiē)技(jì)術(shù)是否會(huì)成為(wèi)5G通(tōng)信的關鍵技(jì)術(shù)也存在争議，就此簡單介紹下業界比較看好的一些(xiē)關鍵技(jì)術(shù)。
首先是多(duō)址。多(duō)址技(jì)術(shù)指的是解決多(duō)個(gè)用戶同時(shí)和(hé)基站(zhàn)通(tōng)信的問題，怎麽來(lái)分享資源的技(jì)術(shù)，第一代通(tōng)信采用的是FDMA技(jì)術(shù)，第二代通(tōng)信采用的是TDMA技(jì)術(shù)，第三代通(tōng)信采用的是CDMA技(jì)術(shù)，第四代通(tōng)信采用的是OFDMA技(jì)術(shù)。
高(gāo)通(tōng)在3G時(shí)代之所以能占據近乎統治地位，一定程度就得(de)益于對CDMA專利的壟斷，而在4G時(shí)代因為(wèi)中歐聯手“去高(gāo)通(tōng)化”，沒有(yǒu)通(tōng)過CDMA進行(xíng)演進，而是選擇了OFDMA技(jì)術(shù)，加上(shàng)其他一些(xiē)因素，使得(de)高(gāo)通(tōng)在4G時(shí)代跌落神壇。這些(xiē)事例都表明(míng)多(duō)址技(jì)術(shù)的重要性。在5G标準争奪戰中，多(duō)址是一個(gè)很(hěn)關鍵的争奪點，現在流行(xíng)看法就是NOMA，不過也有(yǒu)學者持不同看法。
其次是編碼。編碼有(yǒu)長碼和(hé)短(duǎn)碼組成，一般采用最短(duǎn)的二進制(zhì)位數(shù)表示一個(gè)指令，二進制(zhì)位數(shù)越短(duǎn)則效率越高(gāo)，在指令數(shù)量不變的情況下，越常用的指令當然越短(duǎn)越好。然而，如果一味的追求指令簡短(duǎn)，必然會(huì)導緻很(hěn)多(duō)指令不等長，而不等長的指令将造成接收端沉重的處理(lǐ)負擔。如果用等長的長編碼雖然可(kě)以解決不等長指令的問題，但(dàn)顯然會(huì)導緻無效數(shù)據的大(dà)量傳輸，浪費帶寬。
在此情形下，工程師(shī)采取了折中的方案——把指令編成兩個(gè)組或者三個(gè)組，常用的指令用相對短(duǎn)的二進制(zhì)位數(shù)表示，不常用的指令用相對長的二進制(zhì)位數(shù)表示，這樣就解決了數(shù)據傳輸效率和(hé)減少(shǎo)接收端處理(lǐ)負擔的矛盾。
在去年，中國廠商主推的Polar與歐洲主推的Turbo2.0、美國主推的LDPC開(kāi)展了eMBB場(chǎng)景長碼和(hé)短(duǎn)碼方案的争奪。美國企業斬獲了eMBB場(chǎng)景的長碼和(hé)短(duǎn)碼的編碼信道(dào)（用來(lái)增強數(shù)據在信道(dào)中傳輸時(shí)抵禦各種幹擾的能力），中國企業獲得(de)eMBB場(chǎng)景短(duǎn)碼的控制(zhì)信道(dào)（主要用于傳輸指令操作(zuò)下級網絡設備）。雖然在eMBB場(chǎng)景編碼技(jì)術(shù)的博弈中，中國主推的Polar遜色于美國主推的LDPC一籌，但(dàn)相對于毫無斬獲的Turbo2.0還(hái)是要強不少(shǎo)。
最後是多(duō)天線技(jì)術(shù)。多(duō)天線是一種增加容量的技(jì)術(shù)，在理(lǐ)論上(shàng)能把容量提高(gāo)很(hěn)多(duō)倍。簡單的說，就是在現有(yǒu)多(duō)天線的基礎上(shàng)通(tōng)過增加天線數(shù)，甚至配置數(shù)十根甚至數(shù)百根以上(shàng)天線，支持數(shù)十個(gè)獨立的空(kōng)間(jiān)數(shù)據流，實現用戶系統頻譜效率的大(dà)幅提升。
現在業界比較看好的是MIMO技(jì)術(shù)，大(dà)規模MIMO技(jì)術(shù)不僅能夠在不增加頻譜資源的情況下降低(dī)發射功率、減小(xiǎo)小(xiǎo)區(qū)內(nèi)以及小(xiǎo)區(qū)間(jiān)幹擾，還(hái)能實現頻譜效率和(hé)功率效率在4G 的基礎上(shàng)再提升一個(gè)量級。此外，射頻調制(zhì)解調技(jì)術(shù)、軟頻率複用技(jì)術(shù)也有(yǒu)望成為(wèi)5G通(tōng)信的關鍵技(jì)術(shù)，特别是軟頻率複用方面的重量級專利掌握在中國企業的手中。
總體(tǐ)來(lái)說，中國在多(duō)項5G關鍵技(jì)術(shù)上(shàng)取得(de)重要突破，一些(xiē)技(jì)術(shù)已經進入測試驗證階段。在最近，展訊第一版使用FPGA的原型機Pilot V1已完成與華為(wèi)的對接實驗，第二版原型機計(jì)劃帶寬将提高(gāo)到100M，并于2017年下半年與系統廠商進行(xíng)對接。
投入1800億元能促進産業發展
在5G時(shí)代即将到來(lái)之際，三大(dà)運營商投入1800億美元建設5G通(tōng)信網絡是具有(yǒu)遠見的舉措，不僅能快速推進5G通(tōng)信産業化，還(hái)能強大(dà)中國通(tōng)信産業，并為(wèi)有(yǒu)助于中國在5G通(tōng)信标準中獲得(de)更大(dà)的話(huà)語權。
對于制(zhì)造業而言，如果用5G網絡把工廠連起來(lái)，用統一的平台将中國的工廠連接起來(lái)，完善工業制(zhì)造的大(dà)數(shù)據，飛機合作(zuò)開(kāi)發終端、汽車(chē)合作(zuò)開(kāi)發終端、艦船(chuán)合作(zuò)開(kāi)發終端。這就能實現工業4.0，進一步提升中國工業的技(jì)術(shù)水(shuǐ)平和(hé)生(shēng)産效率，完成中工業大(dà)國到工業強國的轉變。
另外，工業互聯網還(hái)能有(yǒu)助于促進年輕人(rén)創業，降低(dī)創業的技(jì)術(shù)門(mén)檻和(hé)資金成本。如果投身制(zhì)造業，在年輕人(rén)創業過程中，很(hěn)大(dà)一塊成本就是建廠、購買設備、訓練工人(rén)，以及實現低(dī)成本的批量化生(shēng)産。當工業互聯網将工廠與工廠，工廠與普通(tōng)人(rén)連接起來(lái)之後，則提供了另一種可(kě)能。在工業生(shēng)産的淡季，工廠可(kě)以将閑置産能以租憑的形式放到網絡上(shàng)，有(yǒu)創意和(hé)想法的創業者可(kě)以通(tōng)過網絡和(hé)工廠對接，像操作(zuò)手機APP一樣輸入産品參數(shù)，以獲得(de)工廠提供的定制(zhì)化服務，産品則會(huì)送到約定地點。
5G還(hái)将改變人(rén)們的生(shēng)活方式。随着自動駕駛技(jì)術(shù)的進一步成熟，自動駕駛将會(huì)逐步走入人(rén)們的生(shēng)活，在5G網絡将車(chē)輛(liàng)連在一起之後，輔助以高(gāo)精度地圖，就能大(dà)幅方便人(rén)民群衆的出行(xíng)。5G網絡還(hái)使智能生(shēng)活得(de)以實現，用戶可(kě)以依靠手機在千裏之外對家(jiā)中的一切了如指掌——在下班等待公交或地鐵(tiě)的途中，我們可(kě)以查看家(jiā)裏冰箱的食物儲備，命令電(diàn)飯煲加熱米飯，微波爐加熱食物，空(kōng)調恒定溫度，熱水(shuǐ)器(qì)燒熱水(shuǐ)，智能電(diàn)商下載喜歡的電(diàn)影(yǐng)……
此外，智能穿戴設備與小(xiǎo)孩、老人(rén)身上(shàng)的智能硬件連接，在工作(zuò)的閑暇，人(rén)們可(kě)以時(shí)刻掌握老人(rén)和(hé)孩子的情況。智能手表不僅可(kě)以實現語音(yīn)通(tōng)信、查看時(shí)間(jiān)等功能，還(hái)能時(shí)時(shí)檢測佩帶着的脈搏、體(tǐ)溫等健康數(shù)據。虛拟現實設備能使大(dà)家(jiā)在家(jiā)中就能獲得(de)身臨其境的感受。各種傳感器(qì)可(kě)以時(shí)時(shí)監控智能農場(chǎng)的光照、溫度、濕度等參數(shù)，時(shí)時(shí)調整農作(zuò)物獲得(de)的光照、化肥和(hé)水(shuǐ)分，使農場(chǎng)實現無人(rén)化管理(lǐ)……這些(xiē)功能所需要的龐大(dà)數(shù)據傳輸能力則由5G網絡來(lái)解決。
雷鋒網按：本文作(zuò)者鐵(tiě)流，雷鋒網首發文章。
