什么是5G，我们能从中得到什么？
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本文轉載自公眾號：SDNLAB
今年，全球首個5G網絡開通，向用戶承諾了更快的數據傳輸速度和更低的延遲。此外，5G還為新的工業應用開辟了道路，成為實現“智能城市”的關鍵因素。5G給我們如今日益技術化的世界提供了更好的網絡。
與4G技術一樣，5G是一種不斷發展的標準，由第三代合作伙伴計劃（3GPP）和國際電信聯盟（ITU）規劃和創建。國際電聯的IMT-2020準備工作和3GPP第15版規范為早期的5G技術和推出奠定了基礎。
該規范概述了構建未來網絡所需的5G技術。高頻mmWave基站、低于6GHz的WiFi中小蜂窩，波束形成以及大規模多輸入輸出（MIMO）只是一些比較常見的技術。數據編碼和基礎設施網絡切片也有一些重大變化，但是這些變化很少被人們所討論。與今天的4G LTE網絡相比，這些都是新的技術。
5G標準分為兩個關鍵部分 - 非獨立（NSA）和新無線（NR）。今天的第一批5G網絡將基于NSA，并計劃在未來幾年內最終過渡到SA，一旦該部分規范最終確定下來。
5G網絡是基于多種技術構建的5G技術解析
最常被談論的5G技術是mmWave，但運營商也將利用低于6GHz WiFi區域的新頻譜、低于1GHz的低頻段以及現有的4G LTE頻段。目前存在大量未使用的高頻譜，稱為毫米波。頻率越高，可用帶寬越多，但該技術比4G LTE中使用的低頻率覆蓋的范圍要短。
總體思路是通過結合所有這些不同頻率的優缺點，大大增加可用頻譜的數量。將更多頻譜與載波聚合相結合（通過多個頻譜發送數據），可以為消費者提供更多帶寬和更快的速度。
以下是您需要了解的5G關鍵技術術語：
mmWave：17-100GHz之間，擁有極高的帶寬。大多數運營商的目標是在18-24GHz范圍內使用。此種短程技術將用于人口密集的地區。
Sub-6GHz：3-6GHz之間的類似WiFi的頻率。可以部署在室內使用的小型蜂窩集線器或更強大的室外基站，就像現有的4G LTE一樣，覆蓋范圍中等。大多數5G頻譜都可以在這里找到。
低頻段：低于800MHz的極低頻率。覆蓋范圍非常長，提供全方位、地毯式的主干覆蓋。
波束形成 - 用于mmWave和低于6GHz的基站，將波形導向消費設備，例如從建筑物反射波。克服高頻波形范圍和方向限制的關鍵技術。
大規模MIMO：基站上的多個天線同時為多個終端用戶設備提供服務。旨在使高頻網絡更加高效，并可與波束形成相結合。
盡管許多運營商喜歡吹噓mmWave技術的先進，但5G網絡實際上是一切技術的組合。
可以從無線和TV重新中重新利用的低頻段構成了低于2GHz的“coverage layer”。這提供了廣域和深度的室內覆蓋，并形成了網絡的主干。 “Super Data Layer”由被稱為mmWave的高頻頻譜組成，適用于需要極高數據速率或人口覆蓋率的區域。“coverage and capacity layer”位于2-6GHz之間，這在兩者之間提供了良好的平衡。
簡而言之，5G允許消費者連接并利用這一范圍廣泛的頻譜優勢，以實現更快、更可靠的覆蓋。
5G非獨立vs獨立
理解5G NSA和SA之間差異的關鍵在于網絡后端。首個基于NSA標準的5G網絡使用現有的4G LTE基礎設施來處理控制平面。控制平面處理信號流量，管理用戶設備如何連接到基站，查看訂閱等，數據平面用于發送和接收數據。
從某種意義上說，5G NSA可以被認為只是在現有4G LTE基礎設施上附加了一個額外的高速數據管道。采用5G獨立（SA）規范可將控制平面轉換為5G核心，并標志著網絡運行方式發生了更大的變化。
除了引入5G無線技術的控制平面外，SA還支持更靈活的網絡切片和子載波編碼。
網絡切片是一種虛擬網絡架構，可以更靈活地將后端網絡的各個部分分區、共享和鏈接。這將使網絡運營商能夠為其客戶提供更靈活的流量、應用和服務。這一理念被視為實現自動駕駛汽車和智能城市等理念的關鍵。
子載波的變化有點難以解釋。其中包含的技術有可擴展OFDM和子載波間隔、窗口OFDM、靈活的數字學和可擴展的傳輸時間間隔。簡而言之，當需要高效率的高吞吐量時，承載數據的幀可以更大、更快。或者，可以使這些幀更小，以便為實時應用實現更低的延遲。
第一個5G網絡將基于非獨立規范，2021年后將對完全獨立規范進行更大的更改。
網絡切片已經可以通過4G網絡完成，但5G旨在提高靈活性和標準化支持的范圍。尚未最終確定的5G獨立（SA）規范（3GPP第16版）將披露更多關于后端技術的細節，這些技術將為下一代網絡提供動力。
比“什么是5G”這個問題更重要的是，5G將如何影響消費者。總之，如果你需要速度，5G將幫助你打開新的大門。
IMT-2020 5G無線基站必須為消費者提供至少20Gbps的下載速度和10Gbps的上傳速度。由于這是一個共享鏈接，因此實際速度會降低。該規范規定個人用戶的最低下載速度為100Mbps，上傳速度為50Mbps，這將成為所有5G網絡用戶的基線水平。
5G基站的覆蓋范圍很大，從固定用戶到時速高達500公里的車輛都包含在內。第五代網絡應該為用戶提供僅4ms的最大延遲，同時還包括1ms延遲的超可靠低延遲通信（URLLC）。5G還希望能夠同時連接數千個低功耗物聯網（IoT）設備，并支持設備到設備（device-to-device, D2D）連接，以實現附近設備之間的低延遲連接。
5G vs 4G - 關鍵區別
與4G LTE相比，5G網絡將更快。最低用戶速率從10Mbps增加到100Mbps，增加了10倍。與LTE-Advanced相比，延遲也將從10ms減少到1ms。帶寬的大幅增加也意味著5G每平方公里可以處理多達100萬臺設備，比LTE-A增加了10倍，所有這些都可以提高10倍的網絡能效。
如前所述，網絡技術的范圍也大大增加。LTE在過去幾年里經歷了許多改進。從引入256QAM和LTE-A載波聚合，到支持通過LAA、LWA和Multefire與LTE-A Pro更廣泛地使用未經許可的頻譜。這就是為什么今天的4G網絡比多年前最初推出時快得多。
5G技術又向前邁進了一步，要求使用256QAM并改進載波聚合技術，以支持更靈活的未授權頻譜、低于6GHZ和 mmWave頻率的載波波段。下面這張 Arm 公司2016年的圖片簡明扼要地解釋了這種核心差異。
無論是網絡運營商還是設備制造商，全世界都在為5G的推出做準備。與4G LTE網絡的采用一樣，5G將是一個階段性的過程，一些國家將遠遠領先于其他國家。
2019年中期是值得關注的日子，因為5G智能手機和網絡都將對第一批消費者開放。但是，在2020年和2021年之前，預計部署不會在全球范圍內擴大。即使到2023年，預計也只有50%的消費者將擁有5G智能手機和網絡連接。
美國5G首次亮相
美國運營商一直是毫米波技術的最大擁護者。 Verizon已經是第一家通過固定無線接入服務向消費者提供5G 服務的公司，Sprint和T-Mobile緊隨其后，計劃于2019年中期推出。事實上我們正在等待5G智能手機的到來，以便消費者可以隨時隨地開始使用這些網絡。
然而，AT&T的“5G Evolution”在任何意義上都不是5G網絡，它只是當今LTE-Advanced網絡的進化。
歐洲的落后
歐洲正落后于美國，歐洲大陸的第一批5G網絡預計最早要到2019年底才能開通。盡管更廣泛的部署計劃要到2020年或更晚。
英國可能會是第一個在主要城市推出5G的國家。 EE計劃今年在16個城市推出其服務。與此同時，O2、Vodafone和Three仍有望在2020年推出5G。在歐洲大陸，運營商已經提出了一些計劃，但主要參與者Orange、德國電信（Deutsche Telekom）和西班牙電信（Telefonica）只承諾到2020年推出。
造成這種落后的部分原因在于歐洲電信部長們直到2017年底才公布了他們的5G路線圖。
跨頻譜頻段的技術協調計劃要到2019年才開始，低頻700MHz指配計劃于2020年進行，預計在2022年晚些時候才能投入使用。
雄心勃勃的亞洲
在整個5G開發周期中，日本和韓國一直在主導基礎設施測試，部署與美國并駕齊驅。
在韓國，主要運營商預計上半年（即使不是2019年第一季度）將進行商用5G部署。預計到2022年，全國范圍的部署將完成。在日本，2020年奧運會是5G毫米波在密集城市地區試驗的下一個目標，諾基亞和NTT DoCoMo之間的協議將于今年晚些時候開始商業服務。
中國正在迅速成為5G的主要玩家，有望超越其他亞洲競爭對手并在部署時間上與美國展開競爭。中國是華為和中興等主要電信基礎設施公司的所在地，這些公司為全球運營商提供設備。中國還向大陸基礎設施投資了1800億美元，是日本投資的四倍。中國移動正在試用其服務，并計劃在2020年全面推出。
目前市場上還沒有為5G網絡設計的智能手機。除非你算上摩托羅拉Moto Z3的5G Moto Mod。盡管如此，許多智能手機制造商正在談論2019年推出5G智能手機。其中大部分可能會在今年的年中出現。
目前還沒有任何智能手機處理器芯片內置集成的5G調制解調器。相反，手機制造商必須將現有處理器與外部5G調制解調器以及所需的無線天線模塊配對。所以我們不應指望第一款5G手機會比4G LTE更強大。事實上，他們可能需要更大的電池來應對額外的5G功耗。
第一款三星5G智能手機很可能是Galaxy S10的升級。預計發布日期為2019年春季。同樣，華為預計將在2019年第一季度推出第一款5G手機。OnePlus也將在2019年推出5G手機。當然許多其他主要制造商，包括LG，HTC和Oppo，都已確認將與高通的X50調制解調器合作推出5G手機。
5G頻段
與4G一樣，網絡和智能手機將支持不同的頻段的數據傳輸。除了現有的LTE頻段之外，5G New Radio還為即將到來的網絡標準化了一些新頻段。5G分為兩個范圍，第一個是400MHz-6GHz之間的頻率。另一個是24-53GHz之間的mmWave頻帶。
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總結
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