说清楚！5G到底是什么！

       从电报、电话到手机，从1G到4G，通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。如今我们正迎来5G时代，可5G到底是什么?


       5G不再只是从2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的网络速率的提升，而是将人与人之间的通信扩展到万物连接，打造全移动和全连接的数字化社会。



       5G应用不再只是手机，它将面向未来VR/AR、智慧城市、智慧农业、工业互联网、车联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等等。



       这意味着什么呢?有运营商在白皮书里将5G定义为一次彻底的创新。



       如果我们把一项技术创新为四类：渐进式创新、模块创新、构架创新和彻底创新，从2G到4G是频谱效率和安全性等逐步提升的渐进式创新，也是在维持集中式网络构架下的模块式创新，还有从网络构架向扁平化和分离化演进的构架创新。

       但到了5G，除了提供1G至4G时代的手机业务，还要面向各种新的服务，提供不连续的、崭新的能力，因而这对于移动通信是一次彻底的创新。

网络构架的演进与创新

移动网络构架主要包括核心网和无线接入网，从2G到4G，其构架演进是这样的...

       到了5G时代，移动网络按循序渐进的方式引入5G网元设备。

       第一步，5G NR(新无线)先行，5G基站(gNodeB)与4G基站(eNodeB)以双连接的方式共同接入4G核心网。


    第二步，5G基站独立接入5G核心网(NGCN，下一代核心网)。



       第三步，5G基站和4G基站统统接入5G核心网，4G核心网退出历史舞台。



       以上5G网络构架演进看似整体一致，实际上，我们把核心网和无线接入网分开来看，其内部构架发生了颠覆性的改变。

       先比较4G基站和5G基站是怎样接入核心网的?




       由上图可知，核心网网元名字变了，有4G时代的MME/S-GW变为5G时代的AMF/UPF。

       说起这个AMF/UPF，就要提到我们引以为豪的，由中国移动牵头提出的SBA 5G核心网基础构架。

 

▲5G系统服务架构

       这是一个基于云原生设计原则的构架，不仅要对传统4G核心网网元NFV虚拟化，网络功能还将进一步软件模块化，实现从驻留于云到充分利用云的跨越，以实现未来以软件化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。

       AMF：全称Core Access and Mobility Management Function ，负责控制面的移动性和接入管理，代替了不能MME的功能。

       UPF：全称User plane Function，就是负责用户面，它代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。

       无线接入网又发生了怎样的改变呢?分离、分离、分离。




       如上图所示，首先是控制面和用户面的分离;其次是基站被分离为三部分：AAU、DU和CU。

       5G无线关键技术：微基站和Massive MIMO

       5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，要提升容量和速率无非就是三板斧：频谱带宽、频谱效率和小区数量。

▲提升网络容量的三板斧

用公式来表达就是这样的...

       首先频谱带宽，高频段的频率资源丰富，同时，目前小于3GHz的低频段基本被2/3/4G占用，所以5G就得向高频段3.5GHz-30GHz(甚至更高)扩展。


 

       问题来了，频段越高，穿透能力越差，覆盖范围越小。


       怎么办?这就引出了5G的两大关键技术：Massive MIMO和微基站(Small Cells)。

       毋庸置疑，微基站已成为未来解决网络覆盖和容量的关键。未来城市路灯、广告牌、电杆等各种街道设施都将成为小基站挂靠的地方。

       Massive MIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服务多个用户。它可以大幅提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，简而言之，就是通过分集技术提升传输可靠性、空间复用提升数据速率、波束赋形提升覆盖范围。



       MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用，多个终端的天线同时使用，这样以来，大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观的去思考提升系统容量。

       波束赋形是指大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射(或接收)信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。它可补偿无线传播损耗。



       在去年举行的中国国际信息通信展览会(PT展)上，笔者看到了各大厂家的Massive MIMO。

       据说在这一年时间，各大厂家的Massive MIMO产品均在不断更新和进步，相信今年的PT展我们能看到更多更新的设备。

3 5G是一场融合创新

       5G超高速上网和万物互联将产生呈指数级上升的海量数据，这些数据需要云存储和云计算，并通过大数据分析和人工智能产出价值。



       与此同时，为了面向未来多样化和差异化的5G服务，一场基于虚拟化、云化的ICT融合技术革命正在推动着网络重构与转型。

       为了灵活应对智慧城市、车联网、物联网等多样化服务，使能网络切片，核心网基于云原生构架设计;面临毫秒级时延、海量数据存储与计算等挑战，应运而生的是云化的C-RAN构架和实时的移动边缘计算(MEC)引入。从核心网到接入网，未来5G网络将分布式部署巨量的计算和存储于云基础设施之中，核心数据中心和分布式云数据中心构成网络拓扑的关键节点。

       这是一场由海量数据引发的从量变到质变的数据革命，是一场由技术创新去推动社会进步的革命，因此，5G需广泛与各行业、垂直领域合作，共同激发创新，从而持续为社会创造价值。

中国5G走在世界前列

       我国从国家宏观层面已明确了未来5G的发展目标和方向。《中国制造2025》提出全面突破5G技术，突破“未来网络”核心技术和体系架构;在《“十三五”规划纲要》、《“十三五”国家信息化规划》、《国家信息化发展战略纲要》等重要文件中，均提出要积极推进5G产业发展。

       面向5G，我国通信各界紧锣密鼓的筹备已然开始：从标准的讨论制定，到产品研发和部署，再到设备性能功能的测试，一切都为了5G腾飞。

       为此，我国在北京怀柔建设了全球最大的5G外场试验环境，华为、中兴、爱立信、诺基亚贝尔、大唐、英特尔等全球重要的系统、芯片、仪器仪表等领域企业共同参与了该项目。

       2017年6月，我国IMT-2020(5G)推进组公布5G第二阶段测试，测试结果全面满足ITU指标。据悉，在今年即将开幕的PT展会期间，将进一步发布我国5G技术第二阶段测试成果。

       总而言之，5G就是一场革命，它以技术为驱动，从人与人的连接延伸到万物互联，从个人和家庭延伸到社会各个领域，进而为社会经济、生活带来革命性的影响。

       有人说，4G就够了。IBM的老沃森曾说，世界上只需要5台电脑。比尔盖茨也曾说，640K内存都足够了。

       而对于5G这场技术和生态革命而言，显然不是“够不够”的问题，而是“能不能创新更多”的问题。

       2017年，这一年我们都在聊5G和物联网。即将于9月27日开幕的中国国际信息通信展览会(PT展)一定会给我们带来更多5G和物联网的创新。华为、中兴通讯、爱立信、大唐电信、诺基亚贝尔、美国高通、甲骨文(Oracle)等这些展商会给我们带来怎样的惊喜呢?

       5G NR速率能再提升多少?时延能再降低多少?新的5G基站天线设备长啥样?智慧城市、远程驾驶、智慧工厂、远程医疗等物联网用例又是怎样的一种体验?融合于未来网络的大数据、云计算、人工智能等技术又将如何推动这场网络创新?值得期待。       

       网络信号变得无处不在，以至于我们很多时候都感受不到它们的存在，好像电能和水一样，但当它们消失时，我们几乎无法生存，因为人类已经把越来越多的生活、工作内容塞进了网络之内，没有WIFI，我们可能变得不会交流;没有WIFI，我们想要交话费时，几乎找不到去营业厅的路;没有WIFI，我们宛如同世界隔绝，再没有能力去阅读报纸、杂质来获取资讯了....这些改变不是发生在一夜之间，它们如蜘蛛结网、细菌吞噬，是经年累月的。现如今，5G时代也开始入侵人类的生活，它在本质上不是绝对的新技术，而是对现有包括4G和WIFI在内的无线接入技术的演进，当然，在5G时代肯定出现一些突破式创新，总而言之，3G时代让消费者能移动上网，4G时代让消费者在有限的区域高速上网;5G时代让消费者随时随地高速上网!



       既然是之于现有无线技术的演进，在5G时代势必会有一些技术消失，事实上，大量的WIFI连同它们的密码都将逐步消失，正如手机短信的出现让BP机寻呼台彻底倒闭，更摧枯拉朽的是，5G时代“无处不在的高速网络” 或将颠覆人类整个网络生活，同时，逐渐渗透于现实生活中，甚至改变整个世界的存在形态。

5G时代会有哪些新鲜事儿，那些又会消失?

       如前文所示，在成熟的5G时代，WIFI将会彻底消失，但这并不意味着人类泡在网上的时间会减少，甚至会更多，毕竟，现在还有一些偏远地区没有装WIFI，而5G时代高速网路无处不在，可不止于一句空话，雄心勃勃的运营商和互联网企业，甚至会用一些热气球，于沙漠、山区建造空中基站，如果有需要，南极都会飘扬出错落有致的5G信号，而当网速增长到原来100倍的时候，人类的生活形态将随之改变，一些配套的相关产业也势必要调整自己的方向，以适合人类无处不在的高速上网需求：



       在新一轮的技术革命中，网络传输将会变得高速、低时延、大密度数据、多元化处理，这种基本技术性能的大幅度提升，会带来越来越多之前不敢想象的事情。举个例子，笔者于学生时代，上网基本就两件事聊QQ和看网页，还不能奢望图片较多的网页，毕业之后，我第一次在PPTV上打开NBA火箭直播视频时，整个世界都亮了，但直播信号依旧靠天吃饭，好的时候能顺利地看上5分钟，坏的时候就只能观看PPT了。现如今，这些卡顿的图片、视频基本上已经消失了，但依旧有体验不佳的情况出现，更何况，VR/8K视频/大数据/车联网等新应用场景的出现，又快速占满了带宽，5G时代有望充分释放这些束缚，比如高清视频采集将会变得无处不在，在合法的领域内，人类的一切活动都将被记录，生产车间内，一切的设备运行状况将会实时传输到管理者的办公室内，到那个时候，大量的工作将会被无处不在的“天眼”取代，而这些数据将会在5G网络下的高速运算下，快速得出判断，从而实现人与机器、机器于机器之间的高效沟通，未来数据采集岗位将会消失，一些单维度的决策岗位也会消失，至于说，车间主任、秘书、私人秘书等岗位也就没有存在的必要了!

       另外，VR会在5G时代野蛮生长，现在VR之所以没能大规模普及，核心就是体验差，可体验的范围小，背后则受网络速度、时延、噪音等因素的影响，一旦克服掉这些瓶颈，VR有望爆发，彼时普通的视讯会议将会消失，我们再也不用只看一个轮廓，通过高速网络传输配上低时延、多元化的数据结构，远在美国的客户可以分分钟做到亚洲供应商的桌子上，一尊看得见，摸不着的立体影像;同时，电商对VR的应用也会更加普及，5G时代，VR影像可以采集实体店或者商品的每一个细节，并完全转化成消费者体验，或许在5G时代，零售实体店真地会消失，最起码，消费者不用非要去店里查看衣服质量，而买家秀和卖家秀的差距也会慢慢变小，直至消失。

       其实，5G时代带给人类的是整个社会形态的改变，同网络相关的东西都会因此而发生颠覆式的改变，比如网络文字、图片、低画质视频都会消失，因为有了更好的交流工具，5G时代聊微信或许再不用文字，直接发一段8K视频给朋友....

追忆往昔，手机形态也会消失?

       如前文所述，人类的社会形态将会在5G时代发生改变，其中，不止于交流工具和模式,还有往昔美好的生活。现在，普通人类最好的生活莫过于在一个慵懒的周末下午，在高速WIFI的环境下，尽情地刷朋友圈和玩连连看，不用糟心于周一的会议或者还没有完成的KPI,但是笔者预测，在5G时代，手机形态多半也会消失。

       众所周知，智能手机作为综合性娱乐终端，冲击了功能手机、游戏机、照相机、MP3和传统的PC等等，强大的功能让人爱不释手，同时，大概是因其流量耗费严重、数据处理太过频繁，以至于，绝大多数的Android手机都会遇到CPU内存不足的问题，一些旧iPhone则无法容纳新版本的IOS,有些甚至直接变成砖头，电池更是不堪重用，炸完一台又一台，而5G时代里，数据处理、流量传输都会有显著的增长，如今任何版本的智能手机都无法荷载，前沿的巨头肯定会找到一些办法来提升CPU和电池的性能，但终究会有极限，最终的结果可能是智能手机不再作为综合性终端，而是被分解开来，当然，不是回到传统的相机、MP3等电子产品，而是分解成为“万物联网”的效果，到了那个时代，全部商品、自行车、汽车都会高密度联网，建筑物、墙体则都会变成液晶屏幕，手机形态将会消失。

       智能手机和移动互联网已经带给人类生活天翻地覆之改变，信息交流变得更加迅速，却丢掉了慢生活的种种情调，早些时候“收信”之后的喜悦已经转换成“打电话不接，过后又不回电话”的惆怅。5G时代，唯快不破、势不可挡，同时，希望留下些慢生活的美好。