物聯網

看完秒變5G專家!關于5G,你必須知道的事兒……

本文轉自 | 鮮棗課堂

    什么是5G    

5G,就是5th Generation Mobile Networks(第五代移動通信網絡),也可以稱為5th Generation Wireless Systems(第五代無線通信系統)。

通過名字可以看出,5G是4G的下一代演進。而4G,是目前我們正在使用的主流移動通信技術標準。

5G是一個全球性的通信技術標準。它的頒布者是國際電信聯盟(ITU)。ITU是聯合國下屬機構,專門負責信息通信技術相關事務,包括制定全球電信標準,促進全球電信發展。

ITU,International Telecommunication Union

5G只是新一代技術標準的“小名”。它也有自己的“大名(法定名稱)”,叫作IMT-2020。這個名字是2015年10月在瑞士日內瓦舉辦的2015年無線電通信全會上,由ITU正式確定的。

5G也有自己的官方LOGO,就是下面這個:

事實上,早在2013年左右,歐盟、日韓、美國和中國就已經啟動了對5G標準的研究。

中國的5G技術研發試驗是由IMT-2020(5G)推進組負責的。

IMT-2020(5G)推進組于2013年2月由工信部、發改委和科技部聯合推動成立,涵蓋國內移動通信領域產學研用主要力量,是推動國內5G技術研究及國際交流合作的主要平臺。

 IMT-2020(5G)推進組的機構設置

ITU啟動5G標準研究之初,曾面向全球征集5G的指標要求,以及大家對5G的需求。也就是說,希望收集大家對5G的意見和期望:我們的5G需要做成什么樣,具體能實現什么樣的指標要求,等等。

中國提出的,就是后來我們經常看到的“5G之花”:

這朵5G之花詳細描述了我們對5G關鍵指標和特性的期望。例如,峰值速率能達到幾十Gbps,端到端時延能夠達到 1ms(毫秒級),頻譜利用率要高,能耗要低,等等。

其他國家也紛紛提出了自己對5G的看法和期望。例如韓國,提出的是“火車頭模型”:

最終,ITU綜合各國意見,確認了5G的指標目標,我們可以稱之為“蜘蛛網模型”:

這個模型采納了中國“5G之花”的大部分指標。歸納來說,如下圖所示:

仔細觀察上面的技術指標,你會發現,這些指標和通常我們認為的網絡指標存在很大的不同。

作為手機用戶,我們對移動通信網絡的要求主要集中在網速上。手機的上網速度足夠快,我們就會很滿意。

而上面表格中的連接密度時延等指標,遠遠超過了普通手機用戶的要求。

是的,5G指標的設計之初,就不只是為了手機上網服務的。它更主要的服務對象,是物聯網

    5G的三大應用場景    

2015年9月,ITU正式確認了5G的三大應用場景,分別是eMMBuRLLCmMTC

eMBB,就是Enhance Mobile Broadband,增強型移動寬帶。

顧名思義,這種場景就是現在人們使用的移動寬帶(移動上網)的升級版,主要是服務于消費互聯網的需求。在這種場景下,強調的是網絡的帶寬(速率)。前面所說的5G指標中,速率達到10 Gbps以上,就是服務于eMBB場景的。

uRLLC,是Ultra Reliable & Low Latency Communication,低時延、高可靠通信。

這主要是服務于物聯網場景的。例如車聯網、無人機、工業互聯網等。

在這類場景下,對網絡的時延有很高的需求。例如車聯網,如果時延較長,網絡無法在極短時間內對數據進行響應,就有可能發生嚴重的交通事故,甚至危害人身安全。這類場景對網絡可靠性的要求也很高,不像手機上網,如果網絡不穩定,最多引起用戶的不滿。

mMTC,是Massive Machine Type Communication,海量物聯網通信。

這個也是典型的物聯網場景。例如智能井蓋、智能路燈、智能水表電表等,在單位面積內有大量的終端,需要網絡能夠支持這些終端同時接入,指的就是mMTC場景。

這三大應用場景,只有一個是主要為人聯網服務的,另外兩個都是主要為物聯網服務的。這就給5G做了一個定性:它的物聯網屬性要強于人聯網屬性。

需要注意的是,三大應用場景并不是指三種不同的網絡。網絡只有一張,技術標準只有一種,就是5G。

三大應用場景,是指5G將采用網絡切片等方式,使一張網絡同時為不同的用戶提供服務。也就是說,5G不是多種技術標準的合集(如3G,包括了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA),而是整合了多種關鍵技術于一身的、真正意義上的融合網絡。

很多人把mMTC和uRLLC理解為像NB-IoT、eMTC那樣的獨立技術,這是不對的。場景并不等于技術,三大場景使用的是同樣的硬件和軟件。

    5G和物聯網    

5G向物聯網方向發展,是由時代所決定的。

人類通信技術的發展過程,實際上是供給側不斷追趕需求側的過程。

從古代的飛鴿傳書、烽火狼煙,到近代的電報、電話,再到現代的以1G、2G、3G、4G為代表的移動通信,我們都是在努力滿足人們的基本通信需求。

如何更快速、更準確地傳遞信息,如何傳遞更豐富的信息,是通信技術演進的主要思路。

值得驕傲的是,在一代又一代通信人的努力下,我們取得了卓越的進步和成就。

尤其是現代移動通信技術的高速發展,從1G到4G,人類的基本通信需求早已得到滿足。方便快捷的移動上網給人們的工作和生活帶來了翻天覆地的變化,也徹底改變了我們的消費方式。

雖然我們已經滿足了人類的通信需求,建設了美好的數字生活,但是衣食住行并不是人類發展的全部,消費互聯網也不是互聯網的全部。我們還有城市、農業、工業、能源、科研、教育、物流等很多產業和行業。

這些產業和行業也有數字化、網絡化和智能化的需求,就是產業互聯網政企互聯網

消費互聯網,加上產業互聯網和政企互聯網,才是真正的互聯網。

隨著互聯網普及率的不斷提升,人口紅利趨近結束,消費互聯網的發展已經接近飽和狀態。

而產業互聯網和政企互聯網是一片更為廣闊的市場。消費互聯網的發展階段,我們可以稱為互聯網1.0時代。

從消費互聯網到產業互聯網,就是互聯網2.0時代。我們從數字生活升級到了數字經濟的更高維度,要建設數字城市、數字工業、數字農業。。。

以手機移動通信為代表的消費互聯網,實際上我們可以稱之為“人聯網”。到了產業互聯網領域,我們需要的,是“物聯網”。人聯網的連接對象是人,而物聯網的連接對象,當然就是物。

物聯網其實并不是一個新的概念。在很多年前,就出現過物聯網的原始應用。

越戰期間,美軍為了打擊胡志明小道的越方補給線,曾經在小道投放了大量的傳感器,一旦有人經過,傳感器就會發出信號,美軍隨即對可疑地點進行轟炸。這種無線傳感器網絡就是一種物聯網的早期模型。

后來,到了1995年,比爾蓋茨在《未來之路》這本書中,正式提出了物聯網的概念。

雖然一直以來都有人在宣傳物聯網,在推動物聯網落地,但事實上,物聯網的發展速度非常緩慢。既沒有很突出的產品出現,也沒有獲得用戶的認可。

其中的原因是多方面的,但最主要的原因,還是物聯網技術本身不夠成熟,加上行業里未能形成統一的標準。

近二十年來,我們使用的物聯網技術,主要是WLAN物聯網技術。從名字就可以看出來了,WLAN就是Wireless LAN,無線局域網。這是一種覆蓋范圍較小的物聯網網絡。

WLAN物聯網,以Wi-Fi、藍牙、ZigBee、Z-wave等技術為代表。

除了覆蓋范圍較小之外,這類技術在功耗控制、待機時間等關鍵特性上也存在瓶頸。

正是這些不足,導致WLAN物聯網無法真正滿足行業應用的要求,也不能被市場和用戶所接受。

隨著移動通信技術的飛速發展,人們開始考慮將蜂窩技術引入物聯網領域。(或者可以說,通信行業開始盯上了物聯網這塊“大蛋糕”。)

最開始的時候,通信行業是將2G GSM技術用于物聯網,做了一個EC-GSM技術。因為GSM技術本身的限制,所以EC-GSM并不成熟。

后來,負責制定3G WCDMA標準的國際標準組織3GPP(第三代合作伙伴計劃),在繼續制定4G LTE標準的時候,把物聯網給考慮進去了。

在2008年,LTE的第一個版本R8(Release 8)中,除了有滿足寬帶多媒體應用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等終端等級外,也有上行峰值速率僅有5Mbit/s的終端等級Cat.1,可用于物聯網等“低速率”應用。

注:這里的Cat并不是貓的意思,是Category的縮寫,“種類,分類”的意思。Cat.X說的就是UE-Category,UE是用戶設備(User Equipment )。Cat.X這個值就是用來衡量用戶終端設備無線性能的,說白了就是用來劃分終端速率(等級)的。

不同的Category的速率

后來,3GPP在Cat.1的基礎上,不斷發展和演進,推出了Cat.M1和Cat.NB-1。這兩個物聯網技術標準,就是現在我們經常看到的eMTCNB-IoT

簡而言之,eMTC和NB-IoT都是4G LTE衍生出的蜂窩物聯網技術。這類蜂窩物聯網技術也被稱為LPWAN技術(Low Power Wide Area Network,低功耗廣域網)。它們的特點就是覆蓋距離更遠,功耗更低,安全性和可靠性更高。

這類新型物聯網技術的出現,極大地豐富了物聯網的應用場景,也滿足了越來越多行業用戶的需求,給物聯網的爆發式發展提供了機遇。

正如前文所說,人類在消費互聯網和滿足人與人之間通信需求方面,已經取得了巨大的進展,目前,我們把發展的目光放在了產業互聯網和政企互聯網上。

我們希望通過先進的物聯網技術、通信技術、IT技術,幫助傳統產業進行數字化、網絡化、智能化的改造,從而實現整個產業鏈的轉型升級。這也就是我們經常所說的“互聯網+”“互聯網賦能”。

一方面,4G LTE要繼續往前演進,另一方面,傳統產業需要“互聯網+”升級。于是,4G的接班人,5G,就順理成章地承擔了這個歷史使命。物聯網,成了5G的主要應用方向和發展領域。

    5G的進展現狀    

前面我們說,ITU確認了5G的官方名稱、技術指標和應用場景。

不過,ITU主要負責標準的立項和成果鑒定,并不負責具體的技術研究。真正的標準研究和制定工作,被ITU交給了3GPP組織負責。

3GPP在1998年成立,研究并制定了WCDMA這個最成功的3G標準,后來又推出了4G LTE標準。現在負責5G標準的研究,當然是順理成章的了。

3GPP接到任務之后,就開始著手具體各項技術的標準研究工作。

5G標準的制定,一共分為兩個階段。

第一階段(Phase 1)的標準,發布的是3GPP Release15(簡稱R15)版本,重點是確定eMBB。也就是說,先滿足人聯網的要求。

2018年6月,這個階段已經如期完成。相關標準已經正式發布。

第二階段(Phase 2),將發布3GPP Release16(簡稱R16)版本,即最終的完整版5G,包括uRLLC和mMTC的技術標準。目前來看,這個階段的完成時間是2020年。

也就是說,目前5G標準只是完成了一半,真正重要的部分,還要等到2020年才能完成。(所以說,5G叫作IMT-2020,不叫IMT-2018或者IMT-2019呢。)

包括韓國在內的很多國家,推出的5G網絡,并不是真正意義上的完整版本5G網絡,將來有待第二階段標準確認之后,還需要進行進一步的升級和改造。

我們國家目前還沒有發布5G正式牌照,只是發布了試運行牌照。所以,運營商是沒有權力全面建設和商用5G網絡的。就算你有錢買5G手機(目前價格在萬元以上),你也不可能買到5G的SIM卡,或者辦理5G套餐。

運營商只開放了少量的內部友好用戶測試,如果你能搞到名額,可以搶先體驗。

運營商目前在5G網絡建設上,主要是建設試點網絡為主,一方面沒有牌照,另一方面建設5G需要大量的資金,在目前用戶需求還不是很明確的情況下,他們不敢也不會大規模啟動建設。

總而言之,對大部分用戶來說,唯一能做的,就是耐心等待。

好啦,以上就是今天文章的全部內容。相信通過這篇文章,已經能夠解答你關于5G的大部分疑惑。

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