圖源：AI生成

5G在2019年推出時，承諾將改變機(jī)器人等主要產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)造新的應(yīng)用，讓我們以前所未有的規(guī)模進(jìn)行通信。五年后的今天，我們在哪里？本文將探討5G的現(xiàn)狀是否達(dá)到了當(dāng)年熱議的那些目標(biāo)，以及目前的技術(shù)部署情況。

定義5G

5G是繼2G、3G和4G之后，推出的第五代蜂窩移動無線技術(shù)。大多數(shù)人都通過智能設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦和智能手表）與這項(xiàng)技術(shù)交互，但4G與5G的應(yīng)用和使用案例遠(yuǎn)比這些更廣泛。

許多人第一次與5G交互的體驗(yàn)，是在使用支持5G的智能手機(jī)，并且連接到高吞吐量、兼容5G的網(wǎng)絡(luò)時。在這種情況下，手機(jī)屏幕上會顯示出5G圖標(biāo)。針對移動用戶提供的高吞吐量網(wǎng)絡(luò)〔即增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）〕只是5G的主要使用案例之一。其他主要使用案例包括超可靠低延遲通信（URLLC）以及大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）。URLLC指的是確保往返通信周期具有極低的延遲和高成功率；mMTC是指許多機(jī)器之間以不同數(shù)據(jù)速率和通信頻率同時進(jìn)行通信，例如分散各處的傳感器、控制器、自主機(jī)器人和安全設(shè)備之間的通信。這些機(jī)器類型通信通常具有不同的通信類型、調(diào)制方式、頻率范圍和帶寬。智能家居和工業(yè)自動化等重要應(yīng)用都必須全面考慮這些因素。

5G正在探索的其他使用案例還包括車聯(lián)網(wǎng)（V2X）應(yīng)用。V2X涵蓋了車輛與用戶的移動設(shè)備和附近的信標(biāo)之間、車輛與車輛之間（V2V）以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間（V2I）進(jìn)行通信的能力。V2X功能是實(shí)現(xiàn)自動駕駛車輛和其他增強(qiáng)型車輛安全功能的一種方法。此外，V2X還有助于減少交通流量，并協(xié)助應(yīng)急車輛開展作業(yè)。

5G的前景是否被夸大了？

根據(jù)GSMA Intelligence調(diào)查，截至2023年底，5G連接數(shù)已超過15億，而此時距離5G推出僅過去了四年，顯然這項(xiàng)技術(shù)的采用率非?？捎^[1]。然而，已部署的5G不一定都是能夠支持eMBB、URLLC、mMTC和V2X功能的5G。此外，GSMA還指出，5G的部署主要集中在高收入國家和地區(qū)，富裕城市區(qū)域以外的部署規(guī)模很小。即使在已部署5G的地方，其性能也大多乏善可陳，某些情況下甚至還不如先前部署的4G LTE。

了解上述結(jié)果背后的原因，有助于我們理解究竟何謂5G：它就是一套規(guī)定了一系列頻率的標(biāo)準(zhǔn)，以及與這些標(biāo)準(zhǔn)兼容的通信技術(shù)。5G頻率分為低頻段、中頻段和高頻段，每個頻段還可進(jìn)一步分為多個頻道。低頻段頻率低于1GHz，其信號覆蓋范圍更大，但吞吐量較低。中頻段頻率介于1GHz至7.125GHz之間，可在信號覆蓋范圍和吞吐量之間取得平衡，但在整個頻率范圍內(nèi)的具體情況有所差異。高頻段在技術(shù)上是指高于7.125GHz的任何頻道（根據(jù)不同的資料來源，最高可達(dá)40GHz或71GHz），屬于毫米波（mmWave）頻率范圍。采用毫米波頻率可以實(shí)現(xiàn)極小的設(shè)備尺寸和較大的帶寬，但由于大氣衰減較高，可能導(dǎo)致信號覆蓋范圍有限。

目前的5G主要涵蓋中頻段服務(wù)，這些服務(wù)只是中頻段頻率的額外增加和延伸，與4G LTE Advanced沒有太大區(qū)別，只是增加了一些帶寬。部分大型電信運(yùn)營商和移動ISP正在部署和測試有限的高頻段5G服務(wù)。雖然這些服務(wù)取得了一定的成功，也確實(shí)帶來了更高的吞吐量，但信號傳輸距離仍然很短，而且非常耗電，致使其在電池續(xù)航時間和信號覆蓋可靠性方面表現(xiàn)不佳。這是一個合理的現(xiàn)象，因?yàn)檫@些都是很新的服務(wù)，以往也從未在這些頻率上為移動設(shè)備提供過大規(guī)模無線服務(wù)?，F(xiàn)在，固定無線接入（FWA）服務(wù)已取得一定成果。這些服務(wù)使用中頻段和高頻段5G為家庭提供無線網(wǎng)絡(luò)，在寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署不完善、價格昂貴或不可用，但可以使用5G的地區(qū)取得了成功。根據(jù)GSMA Intelligence報(bào)告，F(xiàn)WA在科威特、沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋、奧地利、美國、德國和澳大利亞的采用率已超過5%。

5G的其他成果還包括比以往4G快上數(shù)倍的下載速度，以及比4G更實(shí)惠的移動數(shù)據(jù)資費(fèi)。不過，這其中的部分結(jié)果可能會存在偏差，因?yàn)樗鼈兛赡芎艽蟪潭壬先Q于營銷策略的影響，而不能反映實(shí)際成本。此外，許多地區(qū)正在逐步淘汰2G和3G服務(wù)，導(dǎo)致許多用戶必須也跟著轉(zhuǎn)變。

5G部署的新階段

隨著技術(shù)的發(fā)展，以及更多功能和使用案例得到實(shí)現(xiàn)，5G早期發(fā)展的一些痛點(diǎn)可能會得到緩解。這需要來自設(shè)備和服務(wù)供應(yīng)商的廣泛生態(tài)系統(tǒng)支持，而隨著5G部署的普及和成本下降，此類生態(tài)系統(tǒng)可能會繼續(xù)緩慢成長。

5G接下來的兩種部署模式是5G獨(dú)立組網(wǎng)（5G SA）和5G Advanced。5G SA是指獨(dú)立的高頻段/毫米波服務(wù)，不像目前常見的5G非獨(dú)立組網(wǎng)（5G NSA）那樣需要5G中頻段服務(wù)或5G LTE核心提供支持。5G SA設(shè)備和應(yīng)用可以專注于實(shí)現(xiàn)極高的吞吐量，因此只需要采用兼容高頻段的芯片組，而不需要任何5G中頻段技術(shù)。此舉可以降低成本，并實(shí)現(xiàn)更多5G高頻段使用案例，畢竟5G SA的性能理應(yīng)遠(yuǎn)勝于5G NSA。不過，5G SA需要采用符合5G標(biāo)準(zhǔn)的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）技術(shù)和符合5G標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)。

5G Advanced這個術(shù)語跟4G LTE Advanced類似，指的是預(yù)計(jì)于2028年發(fā)布的5G更新版本（3GPP Release 18至21）。該新版本有望增強(qiáng)大規(guī)模多輸入多輸出（mMIMO）技術(shù)、縮短切換時間、提高頻譜效率，以及實(shí)現(xiàn)非地面網(wǎng)絡(luò)的接入。其他新服務(wù)包括改進(jìn)對擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)和5G輕量化（RedCap）設(shè)備的支持，以及支持增強(qiáng)定位/時間關(guān)鍵型網(wǎng)絡(luò)。5G Advanced還有望實(shí)現(xiàn)更加節(jié)能的服務(wù)、引入基于人工智能（AI）的RAN負(fù)載管理/移動性優(yōu)化，并且進(jìn)一步增強(qiáng)無線接口，具體做法可能與基于AI的認(rèn)知無線電架構(gòu)類似。

總而言之，5G Advanced有望實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星到手機(jī)通信、時間關(guān)鍵型應(yīng)用和精確定位（一種全新的蜂窩無線功能）。此外，AI增強(qiáng)的自動化功能還有望根據(jù)用戶設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的當(dāng)前環(huán)境，對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載管理加以改善。5G Advanced可能還需要多年時間才能廣泛應(yīng)用；不過，Release 18的許多功能可能會通過軟件更新提供給基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備和部分用戶設(shè)備，而不需要更換全新硬件。

5G的私人網(wǎng)絡(luò)、汽車和工業(yè)應(yīng)用

盡管政府、國防機(jī)構(gòu)、企業(yè)、汽車和工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)采用前幾代的蜂窩技術(shù)，但蜂窩服務(wù)的主導(dǎo)力量依然是消費(fèi)者應(yīng)用。這些消費(fèi)者應(yīng)用主要包括手機(jī)服務(wù)，也包括一部分的FWA。然而，隨著URLLC、mMTC、V2X和增強(qiáng)定位/時間關(guān)鍵型網(wǎng)絡(luò)等新的5G使用案例推出，5G技術(shù)將更有可能部署在這些應(yīng)用中，屆時消費(fèi)者服務(wù)很可能不再是主導(dǎo)的服務(wù)。由于這些應(yīng)用需要更多的自動化和無線連網(wǎng)功能，而且部署5G網(wǎng)絡(luò)的成本相對更高，因而這些5G新技術(shù)很可能會首先在政府、國防和工業(yè)實(shí)體中得到應(yīng)用。

結(jié)語

雖然5G技術(shù)初期引入的過程有些坎坷，但其部署仍在飛速擴(kuò)展，遠(yuǎn)超過前幾代蜂窩無線技術(shù)。5G服務(wù)未來的使用案例和應(yīng)用還有望繼續(xù)推動5G的采用，對于之前無法由無線通信提供服務(wù)的應(yīng)用也是如此。隨著5G SA和5G Advanced技術(shù)的部署規(guī)模成長，以及5G服務(wù)成本下降，圍繞5G熱潮的大部分期望可能會在未來幾年成為現(xiàn)實(shí)。

資料來源

[1] https://data.gsmaintelligence.com/5g-index

關(guān)于作者

Jean-Jacques (JJ) DeLisle就讀于羅切斯特理工學(xué)院（RIT），并獲得了電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。在學(xué)習(xí)期間，JJ從事射頻/微波研究，為校刊撰稿，并且是RIT第一個即興喜劇團(tuán)的成員。在拿到學(xué)位之前，JJ已受聘為Synaptics Inc.的IC布局和自動化測試設(shè)計(jì)工程師。經(jīng)過6年開發(fā)和鑒定內(nèi)置同軸天線和無線傳感器技術(shù)的原創(chuàng)性研究，JJ帶著多篇技術(shù)論文投稿和一項(xiàng)美國專利的成就離開了RIT。為了進(jìn)一步追求自己的事業(yè)，JJ和妻子Aalyia搬到紐約市居住，并開始擔(dān)任《Microwaves & RF》（微波與射頻）雜志的技術(shù)工程編輯。在此期間，JJ學(xué)會了結(jié)合他的射頻工程技能與技術(shù)寫作熱情。JJ在職業(yè)生涯的下一階段選擇創(chuàng)辦自己的公司RFEMX，因?yàn)樗吹搅藰I(yè)界對技術(shù)能力強(qiáng)的作者和客觀的行業(yè)專家有巨大需求。在朝向這個目標(biāo)推進(jìn)的同時，JJ擴(kuò)大了公司的業(yè)務(wù)范圍和愿景，成立了Information Exchange Services (IXS)。