5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

過(guò)去十年間，運(yùn)營(yíng)商和供應(yīng)商紛紛發(fā)布了數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，隨之5G的快速部署，社會(huì)在向全連接、全感知、全智能的社會(huì)邁出了更堅(jiān)實(shí)的一步。站在今天展望未來(lái)，2025年將是一個(gè)十分重要的時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)Vision25報(bào)告，到2025年：

• 智能家庭領(lǐng)域：全球14%的家庭將擁有家用智能機(jī)器人；
• AR/VR視覺領(lǐng)域：全球的VR/AR用戶數(shù)將達(dá)37億，采用VR/AR技術(shù)的企業(yè)將增長(zhǎng)到10%；
• 智能制造領(lǐng)域：每萬(wàn)名制造業(yè)員工將與103個(gè)機(jī)器人共同工作；
• AI領(lǐng)域：97%的大企業(yè)將采用AI，人機(jī)協(xié)創(chuàng)無(wú)所不在，創(chuàng)造更多價(jià)值。

這些變化的背后，是5G的快速部署，2025年，全球?qū)⒉渴?50萬(wàn)基站，服務(wù)于28億用戶。如果將這幾個(gè)不同行業(yè)要達(dá)成的目標(biāo)用三個(gè)詞來(lái)進(jìn)行概括，其實(shí)就是萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)和萬(wàn)物智能。

社會(huì)想要達(dá)到這些目標(biāo)的很重要的一個(gè)因素將會(huì)是5G的快速部署，加快5G的部署可以幫助快速實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)目標(biāo)的落地。

圖-標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

5G標(biāo)準(zhǔn)的制定可以追溯到17年的R15，關(guān)于5G的主要標(biāo)準(zhǔn)都是在R15制定的，包括無(wú)線的技術(shù)框架，物理層的編碼，多天線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)上下行的架構(gòu)等。到了R16就相當(dāng)于是對(duì)5G的標(biāo)準(zhǔn)又一次完善和增強(qiáng)，所以說(shuō)R16是5G的完整版本。

但是5G標(biāo)準(zhǔn)是從Release15開始的，在這里可以把5G技術(shù)的演進(jìn)分成兩個(gè)部分來(lái)看，第一個(gè)部分它是由LTE演進(jìn)過(guò)來(lái)的，從一開始的LTE-Advanced再到LTE-AdvancedPro也就是業(yè)內(nèi)所說(shuō)的4.5G，之后再到5G。另一個(gè)部分所包含的就是5G的新技術(shù)。所以總結(jié)來(lái)講，5G的標(biāo)準(zhǔn)是從R15開始的，并且5G新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括兩個(gè)部分，有LTE演進(jìn)的部分中就包括LTEAdvancedpro演進(jìn)和EPC演進(jìn)。另一部分5G新技術(shù)當(dāng)中就包含了5G新空口和5G新一代核心網(wǎng)。

5G的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就在于它把全球的標(biāo)準(zhǔn)都統(tǒng)一了，在3G時(shí)代，國(guó)內(nèi)比較常見的有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商之間的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，中國(guó)電信用得是CDMA2000，中國(guó)聯(lián)通是WCDMA還有中國(guó)移動(dòng)是TD-SCDMA。這樣有一個(gè)什么問(wèn)題呢？就是當(dāng)用戶在買手機(jī)的時(shí)候要注意自己的SIM卡是哪家公司的，因?yàn)椴煌\(yùn)營(yíng)商之間的網(wǎng)絡(luò)是不兼容的。

所以這一點(diǎn)對(duì)于用戶來(lái)講是比較麻煩的一件事。當(dāng)然，用戶在買手機(jī)的時(shí)候會(huì)看到全網(wǎng)通和不是全網(wǎng)通的版本，不是全網(wǎng)通的手機(jī)就屬于某個(gè)運(yùn)營(yíng)商的定制機(jī)，這一類手機(jī)會(huì)比非定制機(jī)要便宜，但是它不支持其他的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。

到了4G時(shí)代也一樣，它同樣也有兩種標(biāo)準(zhǔn)，一種是TD-LTE另一種是FDD-LTE。為了解決這樣一種多標(biāo)準(zhǔn)的亂象，5G就規(guī)定了，之后全球就只有一種標(biāo)準(zhǔn)，這樣的話，全世界的用戶在進(jìn)行移動(dòng)通信的時(shí)候會(huì)更加方便。

圖-國(guó)家策略

站在國(guó)家的層面來(lái)看，5G技術(shù)到底有多重要呢？從圖中可以看到，其實(shí)有非常多的國(guó)家都意識(shí)到了5G能為國(guó)家?guī)?lái)的好處。許多國(guó)家都把5G和AI作為國(guó)家數(shù)字化發(fā)展的核心戰(zhàn)略。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，刺激GDP增長(zhǎng)最有效的途徑是增加在ICT技術(shù)上的投資，并且華為研究表明，20%的ICT投資將會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)1%的GDP增長(zhǎng)。從投資效率比來(lái)看，投資ICT技術(shù)的效率和效益是非常高的。所以有非常多的國(guó)家都意識(shí)到了5G和AI的重要性并將其作為國(guó)家發(fā)展的重要戰(zhàn)略。由此可以看到，建設(shè)5G已經(jīng)不僅僅是運(yùn)營(yíng)商的工作，它更是國(guó)家建設(shè)的必要工作。

從5G的網(wǎng)絡(luò)部署情況上來(lái)看，在2018年上半年，全世界還只有5張5G的網(wǎng)絡(luò)，但是到了2018下半年就已經(jīng)有30張了。所以5G網(wǎng)絡(luò)部署的速度情況是非常快的。到2019年年底，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有13萬(wàn)座5G基站了，很多城市比如北、上、廣等已實(shí)現(xiàn)了5G的連片覆蓋。所以國(guó)家乃至世界，對(duì)于5G的發(fā)展都是十分重視的。

在有了5G網(wǎng)絡(luò)之后，就也得有與之相配套的產(chǎn)品用于5G網(wǎng)絡(luò)之上。在18年2月份的時(shí)候，華為就向全世界發(fā)布了首款5G商用芯片巴龍5G01以及基于該芯片的商用終端華為5GCPE。這款終端的實(shí)測(cè)下行速率可以達(dá)到2Gbps。到了之后，華為也發(fā)布了搭載這款芯片的5G折疊屏手機(jī)MateX。再到之后，華為將5G模塊集成到了片上系統(tǒng)，也推出了麒麟980、麒麟990等芯片，也有最新的5G手機(jī)HuaweiMate40等

5G關(guān)鍵技術(shù)介紹

5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)就是在上文中提到過(guò)的5G三大場(chǎng)景所需要具備的能力：1毫秒的時(shí)延，10Gbps的速率，每平方公里一百萬(wàn)的連接，還有就是切片的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)切片的詳細(xì)內(nèi)容會(huì)在本小節(jié)后續(xù)進(jìn)行介紹。

新架構(gòu)

5G的關(guān)鍵技術(shù)可以分為三大關(guān)鍵革新來(lái)進(jìn)行介紹，它們分別是新架構(gòu)，新空口，全頻譜。接下來(lái)本文會(huì)對(duì)上述三個(gè)技術(shù)革新逐個(gè)進(jìn)行分析。首先是5G的新架構(gòu)，5G的這張網(wǎng)絡(luò)，是一張網(wǎng)絡(luò)，承載了千百行業(yè)。在5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景是復(fù)雜多變的，某些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求是多種多樣的，這就要求運(yùn)營(yíng)商對(duì)時(shí)延、帶寬等等需求進(jìn)行組合來(lái)形成多個(gè)具備不同能力的切片。所以如果要做切片，這就要求網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)靈活的網(wǎng)絡(luò)。

1. 網(wǎng)絡(luò)切片

首先在5G核心網(wǎng)當(dāng)中使用到了NFV（NetworkFunctionVirtualization）的技術(shù)，NFV即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,通過(guò)使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來(lái)承載很多功能的軟件處理。從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本。可以通過(guò)軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署，并基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。

通俗一點(diǎn)講就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再受到硬件的限制了，像在以前，內(nèi)存是內(nèi)存，CPU是CPU，買了這些硬件之后用戶的使用上限就只有這么多，但是通常會(huì)多買非常多的資源來(lái)保證資源的充足。那么這種結(jié)構(gòu)，就很容易造成資源的浪費(fèi)，因?yàn)槠匠Ｊ褂眠^(guò)程當(dāng)中并不會(huì)需要這么多的資源。虛擬化的架構(gòu)就擺脫了這些硬件的束縛，它可以把同一個(gè)硬件劃分給很多不同的用戶去使用，它是一個(gè)彈性的架構(gòu)，你用多少就占用多少，其他的部分可以讓別人來(lái)使用。

這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)分片的需求來(lái)處理不同的業(yè)務(wù)。SDN（SoftwareDefinedNetwork）也是一樣，指的是用軟件來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定義，以此來(lái)做到一個(gè)更加智能、彈性的網(wǎng)絡(luò)。其核心技術(shù)OpenFlow通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離開來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。

由此可以看出，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的使用。它是通過(guò)切片技術(shù)在一個(gè)通用硬件基礎(chǔ)上虛擬出多個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有不同網(wǎng)絡(luò)功能，適配不同類型服務(wù)需求。

2. NSA&SA組網(wǎng)方式

圖-組網(wǎng)方式

5G的組網(wǎng)方式可以被分為非獨(dú)立組網(wǎng)NSA和獨(dú)立組網(wǎng)SA兩種方式。從圖中可以看到，NSA的架構(gòu)主要是由4G核心網(wǎng)EPC，4G基站eNodeB，5G基站gNodeB這幾個(gè)部分組成。在這種架構(gòu)下，4G和5G的基站都是由4G的核心網(wǎng)來(lái)控制的。但是SA組網(wǎng)方式就不一樣了，它主要是由4G基站eNodeB、5G基站gNodeB、4G核心網(wǎng)EPC和5G核心網(wǎng)NGC這四個(gè)部分組成。

對(duì)于讀者來(lái)講可能這兩種組網(wǎng)方式之間的區(qū)別可能不是特別好理解，但是可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)給讀者們說(shuō)明。比方說(shuō)你是一個(gè)飯店老板，你現(xiàn)在有一家飯店門面叫門面4，你請(qǐng)了個(gè)主廚叫大廚4。隨著生意越來(lái)越好，飯店里人滿為患，你就打算擴(kuò)張自己的生意，但是因?yàn)閿U(kuò)張需要大量的資金，而且不能盲目投資。所以你選了兩種方案，方案A是另外再買一個(gè)店面叫門面5并且再配一個(gè)主廚叫大廚5，這種方案最簡(jiǎn)單，最直接，但是花的錢也是最多的。還有一種方案，方案B是再買一個(gè)店面叫門面5，但是不再請(qǐng)一個(gè)廚師，由大廚4來(lái)負(fù)責(zé)照看兩個(gè)店面。這種方式，雖然省錢，但是很麻煩，而且有可能大廚4會(huì)忙不過(guò)來(lái)。

在以上兩種方案中，方案A和獨(dú)立組網(wǎng)SA是一樣的，兩個(gè)門面就相當(dāng)于是4G和5G兩種基站，里面的大廚就相當(dāng)于是核心網(wǎng)。那么方案B呢，就和非獨(dú)立組網(wǎng)NSA一樣。這兩種組網(wǎng)方式根本上的差異，和飯店的這個(gè)例子其實(shí)是一樣的，歸根結(jié)底還是錢的原因。

只要有足夠的錢，想要擁有純正、完美的5G網(wǎng)絡(luò)，那很簡(jiǎn)單，只要所有設(shè)備同時(shí)新建，采用獨(dú)立組網(wǎng)的方式，和4G完全分離開。但是并不是所有的運(yùn)營(yíng)商都是土豪，為了方便用戶逐步享受5G，3GPP就提出了非獨(dú)立組網(wǎng)這種方式，相當(dāng)于是給運(yùn)營(yíng)商提供了兩種不同檔次的套餐。

3. 5G核心網(wǎng)NGC

5G核心網(wǎng)有四大技術(shù)特征：

首先，控制承載分離，這樣有一個(gè)什么好處呢？在這里需要知道控制面和用戶面之間的區(qū)別，控制面是負(fù)責(zé)傳輸控制信令的，而用戶面所傳輸?shù)木褪怯脩魧?shí)際使用的數(shù)據(jù)。當(dāng)控制面和用戶面分開后，這樣當(dāng)運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行軟件管理、升級(jí)的時(shí)候，哪邊出問(wèn)題就處理哪邊，這樣子就簡(jiǎn)單，方便了很多。

第二個(gè)，移動(dòng)邊緣計(jì)算，移動(dòng)邊緣計(jì)算就是一個(gè)運(yùn)行在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的，運(yùn)行特定任務(wù)的云服務(wù)器。它的主要作用就是將核心網(wǎng)的一部分業(yè)務(wù)交給這個(gè)位于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的云服務(wù)器機(jī)房來(lái)做。這樣子做，可以有效降低來(lái)回網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間，這樣子可以有效降低時(shí)延也可以節(jié)省帶寬的使用。

第三個(gè)，網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)，這一點(diǎn)是非常好理解的，由于這個(gè)網(wǎng)絡(luò)都放在云端來(lái)進(jìn)行計(jì)算了，而且網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和各部分的功能都進(jìn)行了重新規(guī)劃，所以它的特征就是功能重構(gòu)。

第四個(gè)，網(wǎng)絡(luò)切片，這個(gè)在上文中也講到過(guò)，切片網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)非常彈性的網(wǎng)絡(luò)。它會(huì)根據(jù)具體的需求來(lái)進(jìn)行一個(gè)端到端的劃分。

新空口

新空口的這一部分涉及到的都是物理層的知識(shí)，在此課程當(dāng)中不會(huì)做過(guò)多的講解，所以如果讀者們想要詳細(xì)去了解這一部分的知識(shí)的話，可以繼續(xù)去學(xué)習(xí)5G方面的課程。在物聯(lián)網(wǎng)的課程當(dāng)中，讀者們只需要了解5G使用的新空口技術(shù)有全雙工、MassiveMIMO、Polar編碼、F-OFDM和SCMA就可以了。其中在MassiveMIMO當(dāng)中會(huì)使用多天線來(lái)作為接收端和發(fā)送端，并在時(shí)域和頻域外，在空間中也采用了復(fù)用技術(shù)，以此來(lái)提高吞吐率。

全頻譜

在上文中講到，3G的頻段是1800M，4G是2600M。5G直接跳到了C頻段也就是3.4-3.6GHz。4G所使用的頻段雖然也不低，2600M就是2.6G。但是，它通過(guò)基站的信號(hào)放大還是可以達(dá)到兩公里左右的覆蓋范圍。但是5G就不行，除了C頻段，頻段再往上還有毫米波，也就是6GHz以上的這一部分，所以說(shuō)5G最大的問(wèn)題是什么？一個(gè)是它的能耗比較大，另一個(gè)就是它的覆蓋范圍和穿透力都太弱了。

所以對(duì)于5G來(lái)講，C頻段這一部分相對(duì)于毫米波，它的頻率還是比較低的，所以會(huì)被用在基站的全面覆蓋上，也就是運(yùn)營(yíng)商在建造的5G基站室外所使用的頻段就處于這一部分當(dāng)中。之后其余部分的頻段會(huì)被用在容量和自回傳上。關(guān)于容量，比方說(shuō)像交通樞紐、體育場(chǎng)這些室內(nèi)面積比較大、人口密度大并且阻擋物少的地方，有的時(shí)候人比較多的情況下，普通C頻段的基站由于覆蓋面積有限，每個(gè)基站可承載的用戶數(shù)量也是有限的，所以就很容易會(huì)出現(xiàn)速率降低的情況，這說(shuō)明基站的用戶數(shù)量過(guò)多，只能犧牲速率來(lái)保證每個(gè)用戶都能接入網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)時(shí)候就需要使用6GHz以上的頻段的小基站來(lái)進(jìn)行擴(kuò)容，因?yàn)楦哳l信號(hào)雖然穿透性不好，但是相對(duì)的反射性就比較好，所以比較適合用在這些場(chǎng)景之下。

關(guān)于自回傳，在現(xiàn)如今家里的網(wǎng)絡(luò)，比方說(shuō)光纖入戶，它用的還是有線的方式將光纖線接到小區(qū)里面。在之后，運(yùn)營(yíng)商就會(huì)用無(wú)線的方式，比方說(shuō)上文中提到過(guò)的CPE，來(lái)進(jìn)行無(wú)線的回傳。一方面它可以作為基站來(lái)為終端提供服務(wù)，另一方面，它可以替代光纖來(lái)做到無(wú)線的自回傳，也就是下一小節(jié)要講到的FWA，fixedwirelessaccess。所以說(shuō)5G的部署方式是高低頻混合組網(wǎng)的方式，它聚合了所有的頻段和頻譜，并將不同的頻段頻譜用在了不同的方向上，以此來(lái)使5G達(dá)到更好效果。

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