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只是更快吗?当然不是。
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。
Deepmap正式官宣:Generation投资管理公司成为DeepMap新一轮融资的投资人
中科曙光研制的超级计算机占中国三分之一
蓝牙4.2公布:支持智能设备联网 更快更安全
在PADS-Layout中,利用重复使用电路(Reuse)功能
什么是音乐物联网,它要面临的挑战及解决方案
如今我们正迎来5G时代,可5G到底是什么?
PIX与Robomart达成战略合作,批量落地美国无人零售场景
北海物联网基于物联网和大数据等技术,打造金融监管仓
电线电缆根据不同的应用场合它的功能也是不一样的
科技改变生态|英卡电子亮相全国森林消防装备展会暨应急救援装备展
移动医疗直面四重困境 政策制约居首
一种基于SG3525控制的双管正激变换器
2020年4月全国电动汽车充换电基础设施运行情况
汽车IGBT模块功率循环寿命研究
苹果助力Mini LED技术再次走进产业链视野
安防系统入侵报警系统设计原理及应用
马云早已入局推出多种区块链平台,新人EBIT区块链简单而务实
消防泵控制柜和控制箱中间应该如何接线
Pixelworks携手HMD Global为诺基亚手机带来卓越显示及视频性能
联通又有重要人事变动,划小改革再深入?