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5G时代即将来临,未来已来。万物互联,5G技术应用详细解析,中科院自研5G基带等关键芯片。

来源:网络整理 作者:2017年04月20日 08:43
[导读] 摘要:我国5G推进组6月1日在第一届全球5G大会上正式发布了《5G网络架构设计》白皮书,这体现了我国5G网络技术研究的最新成果,这意味着我国从5G概念的研究已经进入实质推进阶段——5G真的要来了。然而关于5G的几个问题却未必能搞清楚,本文将会来谈谈。

  摘要:我国5G推进组6月1日在第一届全球5G大会上正式发布了《5G网络架构设计》白皮书,这体现了我国5G网络技术研究的最新成果,这意味着我国从5G概念的研究已经进入实质推进阶段——5G真的要来了。然而关于5G的几个问题却未必能搞清楚,本文将会来谈谈。

  5G是什么?

5G时代即将来临,未来已来。万物互联,5G技术应用详细解析,中科院自研5G基带等关键芯片。

  在3G、4G和5G等名词中,G是英文单词“generaTIon”(第x代)的缩写。因此,5G就是第五代移动通信技术。

  在移动通信领域:

  第一代是模拟技术;

  第二代实现了数字化语音通信;

  第三代是人们熟知的3g技术,以多媒体通信为特征;

  第四代是正在铺开的4g技术,其通信速率大大提高,标志着进入无线宽带时代。

  简单来看,5G的速度将会更快,而功耗将低于4G,从而带来一系列新的无线产品。中移动副总裁李正茂曾经发言要求5G时代的电信设备大幅度降价:“4G到5G时代,单位比特的传输成本降低了1000倍,那么我们也希望电信设备价格也降低1000倍,成本是决定运营商在数据时代能否盈利的关键。”

  5G其实并不是全新科技

  关于5G的两种不同观点

  有一种观点认为,5G将会是全新技术。这个观点的代表者为华为无线网络产品线CMO杨超斌,在他看来,4G再怎么演变也不会变成5G,5G将会是一个全新技术。

  5G不只是一次技术的更新,更是非常大的跳跃性发展、是一个变革,这也意味着网络架构必须提升,5G对网路的需求将与4G截然不同;虽然现在使用的4G LTE技术仍会不断演进,但4G再怎么演变也不会成为5G,5G将会是全新技术。

  但大多数技术专家更倾向于以下观点:5G就是4G技术的必然演进——既要演进也要革命。

5G时代即将来临,未来已来。万物互联,5G技术应用详细解析,中科院自研5G基带等关键芯片。

  虽然任何一代技术发展,都不可能是上一代技术的重复,如果新一代的技术和上一代技术是一样,那还什么新一代,所以3G技术不同于2G,4G不同于3G,它的技术原理、解决问题的方式、部署的办法,实现的能力都不同,但是没有上一代技术的根基,或者说下一代没有对上一代的技术传承,实现革命性的升级也是空中楼阁。

  5G不是横空出世个令人惊异的新技术,5G技术是现有技术的新组合,是4G技术的再演进。

  为什么要强调“再”?因为4G LTE的后三个字母就是长期演进的意思,5G应是在4G基础上的再演进。关于技术演进的观点,科学松鼠会会员通信专业教师奥卡姆剃刀有个通俗的双驼峰理论,能很清晰解释5G仅仅是一种技术演进的观点。

  奥卡姆剃刀的双驼峰理论

  奥卡姆剃刀认为,一项新技术概念出现后,在业界会出现一个研究讨论的高潮,这是第一个驼峰。

  相关的学术论文会产为热点,成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文,虽然很热闹,但这仅仅局限在学术研讨层面上,而在具体的技术实现方面还存在着很多问题,或者因成本原因而根本无法量产。

  研究讨论高潮逐渐降温,这是第一个驼峰的下落期,接下来是低调务实的技术攻关,这个平台期可能几年也可能一二十年,当技术问题都解决后,就会迎来商家量产和投入市场的热潮,这就是第二个驼峰。

  按照国际电信联盟关于2020年的规划,5年后就要全面进入5G了,而到现在核心技术体系还没有确立。回顾3G技术发展史,国际电信联盟于1998年6月30日接收了3G技术提案,并迎来了第一个驼峰期,直到2009年1月7日,工业和信息化部正式发放了三张3G牌照,这才进入到第二个驼峰,平台期持续了11年,特别是三张牌照之一的TD-SCDMA,直到2013年才真正成熟,平台期长达15年,可刚成熟4G时代就来临了。按照“双驼峰规律”,5年后将在全球推广使用的技术,应在2010年左右就迎来第一个驼峰,而不会在2020前的两三年横空出世,然后迅速被国际电信联盟确定为全球的5G标准,这违反了一般的技术发展规律,不太可能成真。

  没有3G、4G技术的发展就没有5G

  实质上,在5G研究上大部分研发机构选择的道路也是如此,两条腿走路。

  5G研发中提出两条腿走路:一方面继续推动基于4G技术的演进,一方面研发5G新技术,两者兼顾。

  在5G时代的千倍提速要求面前,通过4G技术的演进,只有通过大幅度的加大带宽才有可能。加大带宽是起点,由此而产生的毫米波、微基站、高阶MIMO、波束赋型等都是顺理成章的技术趋势。5G时代对大规模天线阵列、毫米波技术、新型网络架构、新型空口设计的关键技术核心也大都是基于4G网络技术延伸而来,大都能成倍提升性能。以软空口技术为例,这个技术结合Pre5G的硬件处理能力,让运营商具有了从4G到5G的平滑升级能力,4G到Pre5G这个阶段,终端不用更换,而从Pre5G到5G,基站设备也可以继续使用。

  图:毫米波技术下的微基站。

  明白了5G就是第五代移动通信技术的基本定义就明白是从3G、4G升级而来,自然也是一种技术的积累和演进,也可以说没有3G、4G技术的发展就没有5G的产生。5G技术的演进一方面是技术积累的必然结果,当然也要求有革命性创新才能实现演进的目标,另一方面也是人类通信需求快速提高的必然要求。

  反过来说,之前5G迟迟没普及,一是技术达不到,二是还没有应用的需求出现。现在有了需求,才有了5G。什么需求?未来的网络将会面对:1000倍的数据容量增长,10到100倍的无线设备连接,10到100倍的用户速率需求,10倍长的电池续航时间需求等等。坦白地讲,可能未来五六年4G网络或许将无法满足这些需求,所以5G就必须提前登场。

  基于技术演进的判断,回顾我国通过3G和4G时代的艰苦奋斗,我们有理由相信我国的产业和技术的提升也为5G布局打下坚实的基础,我国从以往被动接受技术变为开始输出技术,会有机会发展成为全球5G技术、标准、产业和应用服务的领先国家之一,从跟随到引领,中国通信业有机会在5G时代学习中国高铁实现弯道超车。三大运营商、华为、大唐、中兴等中国企业对5G研发的投入由来已久,并走在世界前列。

   5G会改变什么?

  我先来讲个故事:

  清晨醒来,卧室的灯和空调自动开启。小明来到卫生间,洗脸水已自动调至适中的温度,数码牙刷记录并上传小明牙齿以及口腔的实时数据;戴上眼镜,妻子带着孩子正在上学的路上,通过眼镜片上的虚拟现实显示,孩子向小明挥手说早安。小明吃过早餐,眨了几下眼睛,汽车带着小明自动行驶在马路上,小明在车上开启了视频会议……

  这个场景描绘熟悉吗?1998~2002年的时候,通信圈这样描绘3G;2005~2012年的时候,通信圈这样描绘4G;今天,这个描绘传承给了5G。未来,还会有6G,7G,8G,估计到9G的时候,我有可能听不到了。因为无法确保能不能活到那时候。

  这也是典型代表着通信技术逐步演进的过程,革命性的体验都是逐步实现和完善的。实质上,5G对移动互联网的颠覆也是逐步演进的过程,它还将催生出无数新应用、新模式,产业。时速100公里的汽车,在5G网络条件下从发现障碍到启动制动系统需要移动的距离将缩短到2.8厘米。

  五特征:“无与伦比的快”、“人多也不怕”、“什么都能通信”、“最佳体验如影随形”、“超实时、超可靠”。具体提下在用户体验方面的5个典型5G场景:

  1、速度

  5G将比4G快10到100倍,更快的速度也将提升网络的容量,可以容纳更多的用户在同一时间登录网络。

  2、全景视频:移动端也能实现

  不少人一定会对体育馆内的巨屏所吸引。但如果你能在游戏或者智能手机中获得同样的实时画面呢?你甚至可以切换镜头,即时重播,高分辨的4K视频会让你耳目一新。

  3、自动驾驶汽车:1平方公里内可同时有100万个网络连接

  我们目前使用的4G网络,端到端时延的极限是50毫秒左右,还很难实现远程实时控制,但如果在5G时代,端到端的时延只需要1毫秒,足以满足智能交通乃至无人驾驶的要求;现在的4G网络,并不支持这样海量的设备同时连接网络,它只支持数量不多的手机接入,而在5G时代,1平方公里内甚至可以同时有100万个网络连接,它们大多都是各种设备,获知道路环境,提供行车信息,分析实时数据、智能预测路况……通过它们,驾驶员可以不受天气影响地,真正360度无死角地了解自己与周边的车辆状况,遇到危险也可以提前预警,甚至实现无人驾驶。

  4、互联网机器人:实时反馈医生指令

  对医生而言,机器人在手术方面将大有可为。但是它们需要对医生发出的指令作出实时反馈。在执行复杂的命令时,正在工作的机器人更需要与医生实现无缝“沟通”。

  5、虚拟现实:各种体感需要极速网络传输

  当你戴上VR头盔后,你便进入了一个虚拟的世界,在这个世界,你可以与他人进行互动,游戏甚至击掌。有了5G,用户之间的相互协作将迎来新的时代。相同物理位置的两人将可以实现相互合作。各种体感功能需要极速网络传输,才能加强虚拟现实,网络天生就是管道。

  还记得这个段子吗?去营业厅办卡,问营业员小姑娘“这4g有啥好的?”小姑娘答“大叔,2G可以看仓井空小说,3G可以看仓井空图片,4G可以看仓井空视频。”姑娘你尽说些大叔听不懂的,苍井空是谁啊?你还是快点给我办张4G卡吧!

  这个段子实际上在3G时代就开始讲了,电信和联通的3G就可以看苍井空了,希望不要在5G时代还听到这样的段子,因为5G的快可不是看普通视频这么简单。

  还可以这么简单理解5G的体验变化——

  3G、4G干的都是人事(连接人)不是质变,5G干的不是人事(连接物)才是质变:在4G网络下,云端系统无法传输紧急指示让无人驾驶汽车穿过交通流;4G也达不到在远程会议中提供即时语言翻译的速度,更不必提在救死扶伤的手术之中遥控指挥手术刀——要知道,许多即时无线应用的最大延迟期不得超过1毫秒。

  5G到底什么时候来?

  5G推进加快

  第一代移动通信,我国1987年部署,比世界主流晚了8年。

  2G,1995年我国开始建设2G网络,较欧洲晚了4年。

  2009年,中国第一个3G网络开通,比世界上第一个3G网络开通晚了8年。

  2013年中国4G牌照发放,比全球第一个4G网络晚了约3年。

  相信5G,中国的网络部署将会和全球同步,甚至是最先部署的国家。要知道当前,5G已经成为各国都在加紧抢占的一块科技高地。在中国的十三五年规划纲要中,已明确要加快信息网络新技术开发应用,积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术研究,启动5G商用。

  关于5G的推进在国家发牌节奏上也明显加速:2G火了15年;3G火了6年,也凑合了:2009年中国发放3G牌照,中国移动2013年12月4日获得TD-LTE牌照率先进入4G时代,2015年2月27日,时隔一年多后,工信部公告向中国联通和中国电信颁发FDD LTE模式4G商用牌照,也就是说国家留给4G的时间最长5年而已。

  回顾这个过程,其实中国在2015这个时点上发放FDD拍照实际上也是提前为未来5年做的布局,那时国家意识到,如果一味地给中国移动4G保护期,中国将丧失2020年5G的布局,因此通过发放FDD牌照提前将TDD和FDD向5G的演进的限制通道打开,摆脱受制于人的尴尬。只有这样,基于TDD和FDD技术完全演进基础上的5G才会利于中国运营商在未来5G的布局的选择将更加游刃有余,立于不败之地。

  5G在中国,已经不再是一个未来时的概念,它已经成为一个进行时的现实。

  我国的5G规划步骤如下: 2016年准备启动5G的标准研究,预计在2018年第一个版本的标准将完成,然后根据产品的成熟度,在2020年左右确定商业应用的起步时间。

  5G来了,资费会越来越贵吗?

  用户最关心的还是资费,5G的到来,是否会加大运营商、设备商的投入成本,进一步增高网络资费呢? 真正5G到来的时候,它不仅仅是价格下降的问题。实际上,你可能花同样的钱能够得到以前十倍以上的服务。比如说你(花同样的钱,以前)只能打100分钟的电话,那么到5G系统,你可能就能打1000分钟的电话了。

  真会是这样吗?是! 实质上,通信业每次技术升级无论从2G到3G还是到4G都没有摆脱降价的命运,而且每次都能下降20%,放心吧。

  通信的下一个风口就是5G,不仅连接速度更快,而且有望成为万物互联的基础。

  中科院计划今年斥资3000万元,用18个月的时间,部署面向新一代移动通信的5G芯片产业化项目,以建成具有自主知识产权的5G芯片和网络关键技术创新链。

  具体到可细化的目标上,是完成5~6款射频前端和基带芯片和网络核心技术产品化开发与应用验证。

  该院科技促进发展局局长严庆表示,作为整个5G网络的核心技术,5G芯片必须是自己的,否则5G时代来了,仍有可能受制于人。

  严局长指出,ADC、DAC、基带芯片等5G核心芯片有着广阔的产业需求,但面临禁运风险,由此凸显自主产品的意义。

  值得一提的是,去年11月,3GPP确定华为中兴牵头的Polar码(极化码)为5G控制信道的编码方案,成为5G标准的关键一环。 目前在移动基带领域,高通、Intel、华为、威盛等掌握着核心技术,其中高通优势明显,“中国队”的实力仍需加强。

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