【兆越科普小課堂】5G，不止是比4G多1G

啊.......5G，你比4G多1G...........

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，在5G之前還有1G到4G。

目前大部分人對(duì)于5G的認(rèn)知，大多還是停留在“快”的層面。好歹是第5代通信技術(shù)，比前面幾代要快那是肯定的。

1G時(shí)代只能使用大哥大打電話，而且使用的是模擬FM調(diào)頻通信，上下行采用不同的射頻頻率，不同用戶分配不同頻率。通信機(jī)理類(lèi)似于無(wú)繩電話，其抗干擾能力差、系統(tǒng)容量小、價(jià)格昂貴、保密性差、安全性幾乎無(wú)保障。但主要是實(shí)現(xiàn)了0的突破，從無(wú)到有實(shí)現(xiàn)了邊移動(dòng)邊打電話。

1G到2G的升級(jí)，主要就是關(guān)閉模擬信號(hào)網(wǎng)，啟用數(shù)字基站，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，這也具備里程碑意義。數(shù)字化的好處就是除了承載基礎(chǔ)語(yǔ)音業(yè)務(wù)外，還可以實(shí)現(xiàn)文本短信、彩信、GPRS上網(wǎng)等綜合業(yè)務(wù)，只不過(guò)2G技術(shù)相對(duì)依然落后，還是存在著帶寬低、用戶容量小的問(wèn)題。9.6Kbit/秒的上網(wǎng)速度雖然不快，但保密性和安全性已經(jīng)有了極大提升。在2G時(shí)代，關(guān)于終端漫游的無(wú)線控制方法已經(jīng)非常成熟，到目前為止，中國(guó)鐵路移動(dòng)通信絕在多數(shù)還是采用GPRS方式，這個(gè)算是2.5G標(biāo)準(zhǔn)，可以保證火車(chē)及高鐵在高速移動(dòng)中快速切換基站。

隨著基帶通信芯片的升級(jí)換代以及射頻芯片的發(fā)展，更快的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與更先進(jìn)的射頻技術(shù)產(chǎn)生后，3G與4G時(shí)代先后來(lái)臨，這里并沒(méi)有嚴(yán)格意義上的里程碑。從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，速度更快、用戶容量更多這是必然。從應(yīng)用層面來(lái)說(shuō)，3G與4G帶動(dòng)了大量的移動(dòng)應(yīng)用，讓我們的生活方式發(fā)生了極大的改變。夸張點(diǎn)講，沒(méi)有了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，很多人可能無(wú)法生存。

我們主要說(shuō)5G，5G作為目前最先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，距離上一代4G技術(shù)也已經(jīng)有10余年之久了，在這10年時(shí)間里，一定也會(huì)積累大量的創(chuàng)新之處。

快是肯定的，也是大家最直觀感受的，從4G的下載速度最大可以到百M(fèi)b級(jí)別，而5G的10Gb級(jí)別，差距還是非常明顯。而且5G還有另外的優(yōu)點(diǎn)，主要：大容量、低延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)切片等等。

先說(shuō)速度，我們目前能接觸到的5G，還僅限于SUB-6GHz頻段，也就是低于6GHz的無(wú)線頻段，在速度上已經(jīng)可以超越目前已知的大部分民用無(wú)線通信了。

無(wú)線帶寬的提高，主要有三種手段：一是提高頻譜范圍，二是提高頻譜復(fù)用率，三是提高傳輸效率降低誤碼率。上述三種方法在5G技術(shù)里面都是做了大量改進(jìn)的。因?yàn)榈诙?、三種方法解釋起來(lái)需要用到大量的概念及公式，這里暫不介紹，先介紹第一種：提高頻譜范圍，提高到什么程度呢？就是毫米波。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)頻率越快，載波能力就越強(qiáng)，可攜帶信息量就越大。5G即將推出的毫米波頻段（舉個(gè)例子，我們目前使用的2.4GHz頻率，其波長(zhǎng)約是12.3cm），至少可以達(dá)到SUB-6GHz頻段的10倍速率。目前毫米波技術(shù)各大廠家都已經(jīng)具備，而且也在緊鑼密鼓的測(cè)試當(dāng)中，高通的毫米波組網(wǎng)測(cè)試中，已經(jīng)達(dá)到了8.3Gbps的實(shí)際速率。

5G的第二優(yōu)勢(shì)在于其超大的用戶容量，學(xué)名叫“mMTC”，意思是海量機(jī)器類(lèi)通信。看名稱(chēng)基本就可以理解其目的，就是為了萬(wàn)物互聯(lián)做準(zhǔn)備，應(yīng)用場(chǎng)景超級(jí)多，只要你能想到的，都可以納入進(jìn)來(lái)。根據(jù)規(guī)劃，5G的mMTC場(chǎng)景應(yīng)用的建議標(biāo)準(zhǔn)是100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備/平方公里。

能支持這么多的設(shè)備連接，根本上還是要依靠5G體系超大的總帶寬與更快的通信處理與接入速度。

5G的低延時(shí)是5G網(wǎng)絡(luò)的另一大優(yōu)勢(shì)，這個(gè)主要是取決于射頻物理特性，因?yàn)?G使用的是新空口標(biāo)準(zhǔn)（New Radio，簡(jiǎn)稱(chēng)NR），在數(shù)據(jù)編碼方式上優(yōu)于傳統(tǒng)方式，而在傳輸頻率上大于傳統(tǒng)方式，延時(shí)自然會(huì)降低很多。在理想情況下，5G端到端的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)可以做到1ms，而4G的最理想端到端延時(shí)約為10ms，整整差了10倍。

在5G的另一個(gè)場(chǎng)景定義uRLLC高可靠低時(shí)延通信，主要面對(duì)的場(chǎng)景就是需要低延時(shí)的場(chǎng)景，如：智能制造、遠(yuǎn)程操作、車(chē)聯(lián)網(wǎng)控制等等，控制效果據(jù)說(shuō)可以媲美有線連接。這對(duì)于不方便拉有線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景簡(jiǎn)直是太具有誘惑力了。

前面說(shuō)這么多，只是闡明了5G的基礎(chǔ)特征，看起來(lái)也確實(shí)比前面幾G的體系要強(qiáng)很多，但這些終究不具備里程碑意義，那么5G網(wǎng)絡(luò)的里程碑意義是怎么體現(xiàn)呢？

沒(méi)錯(cuò)，就是網(wǎng)絡(luò)切片。

網(wǎng)絡(luò)切片，是一個(gè)形象的表達(dá)，大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，但大部分人也就是湊個(gè)熱鬧，對(duì)于切片的理解，不會(huì)比看人家拿刀賣(mài)切糕強(qiáng)多少。

在5G以前的時(shí)代，我們使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單粗暴，10元/1G流量，買(mǎi)多少用多少，用完再買(mǎi)1G，實(shí)在不行搞個(gè)流量包，每月50G，夠用了吧。閑時(shí)流暢，人多時(shí)卡，這是常態(tài)。碰上黃金周，在旅游景區(qū)人多的時(shí)候，卡到連微信付款都困難，移動(dòng)公司臨時(shí)增調(diào)應(yīng)急通信車(chē)也徒勞。在這種情況下，要想保障你的某項(xiàng)業(yè)務(wù)正常通信，幾乎是不可能的。

5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景:eMBB增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、mMTC海量物聯(lián)網(wǎng)通信、uRLLC超高可靠性與超低時(shí)延業(yè)務(wù)，這三類(lèi)業(yè)務(wù)，是可以花錢(qián)訂購(gòu)的。也就是說(shuō)，真正的5G時(shí)代，使用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，是可以根據(jù)你的實(shí)際需求來(lái)做特殊化服務(wù)的。假如你需要超低延時(shí)通信，那么在你購(gòu)買(mǎi)流量包的時(shí)候，順便加錢(qián)購(gòu)買(mǎi)一個(gè)uRLLC切片，那么收了錢(qián)的運(yùn)營(yíng)商會(huì)保障你在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以享受低延時(shí)服務(wù)。

這個(gè)服務(wù)比較直觀的效果，也最能讓大家理解的就是，在同樣的地點(diǎn)，購(gòu)買(mǎi)了uRLLC切片的外賣(mài)小哥可能總是搶先別人一步接到訂單。

而這些服務(wù)的基礎(chǔ)，本質(zhì)上還是我們熟悉的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，比如VLAN、優(yōu)先級(jí)控制等基礎(chǔ)方法，用于保障你的數(shù)據(jù)有專(zhuān)用通道。

那么有人就會(huì)說(shuō)了，這些方法在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)中也可以實(shí)現(xiàn)啊，怎么就是5G的專(zhuān)屬功能了？

別忘了，我們說(shuō)的是移動(dòng)通信，4G與4G以前的網(wǎng)絡(luò)，使用的承載網(wǎng)絡(luò)都是確定性的網(wǎng)絡(luò)，交換設(shè)備也是確定性的設(shè)備，一旦配置好，就會(huì)十年如一日工作。理論上可以實(shí)現(xiàn)做一個(gè)專(zhuān)屬通道給到某個(gè)終端，但是如果這個(gè)終端漫游到下一個(gè)終端的時(shí)候，這條專(zhuān)屬通道就算是失效了，除非有人再去更新配置，但這在實(shí)際應(yīng)用中是不可能發(fā)生的。

5G除了空口更新外，另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是承載網(wǎng)絡(luò)的更新，5G網(wǎng)絡(luò)需要使用SDN網(wǎng)絡(luò)（即軟件定義網(wǎng)絡(luò)），好處在于是網(wǎng)內(nèi)交換設(shè)備可以隨時(shí)根據(jù)中央控制器的指令變更配置，即時(shí)生效。

這樣就可以理解為什么5G可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，因?yàn)樵谀銖囊粋€(gè)基站漫游到另一個(gè)基站的時(shí)候，運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)控制器會(huì)馬上反應(yīng)，將你已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的切片配置下發(fā)到另一個(gè)基站沿途的所有設(shè)備上，以保證在終端漫游時(shí)，切片服務(wù)始終能提供服務(wù)。

比如在無(wú)人駕駛過(guò)程當(dāng)中，一定是需要低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以保障自動(dòng)駕駛車(chē)輛在路面上行駛時(shí)的行車(chē)安全。

這是5G相對(duì)于2/3/4G的根本變革之處，也是現(xiàn)在大家能看到各類(lèi)五花八門(mén)5G應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐，4G改變生活，5G改變世界，5G不僅是信息通信技術(shù)的一次升級(jí)換代，也不僅僅是比4G多1G。