万物互联的5G时代即将到来!

世界移动通信大会2017年2月27日在西班牙巴塞罗那开幕,来自100余个国家和地区的2000多家参展商和近10万名移动行业专业人士参会,在令人目不暇接、叹为观止的各种新产品的映衬下,5G构建的“万物互联”的蓝图越发清晰明了。

视野收回国内,2017年1月,我国工信部公布了最新的《信息通信行业发展规划(2016-2020年)》,规划中明确指出了5G商用的推动工作。在3月结束的全国两会上,5G也首次被写入政府工作报告。无论是从国际视角还是国内行业形势,5G的热度持续只增不减,5G时代果真渐进渐近,向我们奔跑而来?

5G应用:更加多元智能

谈及5G,普通大众最直观的感受便是“快”。4G是百兆宽带,速率增加十倍,那么 5G基本上就是千兆宽带了,体验速率也会提升十倍以上,用户在真实使用环境中的体验会更极致。

那么5G除了“快”的特点,还有何夺目之处?

 2G、3G主要是语音业务为主,4G时代大规模出现视频,无论是2G、3G还是4G主要都是人的通信,比较追求速率。但5G不会像前几代移动通信技术一样始终沿着一条直线演进,它的应用会更加多元智能。

随着信息技术进一步的深入和成熟,5G业务必然会延伸到车联网、物联网、无人驾驶、可穿戴设备等一系列的运用上,实现人与车、车与车、物与物的通信,构建万物互联互通的社会。“万物互联”的系统里会散布很多信息在传感器上,它可以监视家里的电表、水表、天然气表、电视、冰箱等一些家用电器和仪表,及时的反映它的运行状况,实现智能家庭。由于5G应用场景的多元化,未来不仅仅是手机、手表接通网络,可能会出现更多小型设备作为新的载体来连接网络,实时监控各个场景的情况,及时了解相关信息。

5G在带宽(频宽)、速率这两方面肯定会增强,从而提高人与人的通信质量,未来的视频不会像现在这样平庸,它的清晰度会更高,乃至3D,给用户更好的体验。5G的出现会深深的改变用户的行为方式,因为与朋友、亲人、同事等人物的联系方式将多样化,不再局限于目前的手机通话、短信、视频或者微信、QQ等聊天软件,会有更多的仪表或者软件出现,成为人与人沟通的载体,这也意味着人将与周围更多的设备、仪器建立联系。5G的出现对于运营商来说,既是机遇也是挑战,他们不仅要在流量上面下功夫,更需要拓宽业务,迎合社会的发展。

《中国制造2025》是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领;工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,这都是希望第二产业(工业)不断向精细化、高端化方向发展,那么工业要达到这个目标,就需要信息共享,建立高可靠性、超低时延的工业互联网和海量物联网,争取信息传输零时延。在人的通信上,时间稍有延误,影响一般不会很大,但在工业上,时间延迟会直接影响产品质量,所以精细的工业控制要求信息传输必须实现低时延。5G的低时延特点恰巧弥补工业信息传输延误的缺憾,助力工业信息现代化发展。

据《人民邮电报》报道,垂直行业将是5G的重要受益者,到2025年全球将产生1000亿的连接,并衍生出亿万元级的垂直行业应用。5G除了会带来超快的接入速度、场景应用的多元化以及低延时的用户体验,更意味着超高移动性的信息架构,使信息消费成为新一轮经济增长的强劲引擎,为世界经济增长带来新动能。

5G标准:全球统一的趋势不可抵挡

2017年3月,《5G标准之争能否迎来“中国时刻”》《5G标准竞争,中国TDD模式技术更具优势》《5G标准之争 “中国兵团”机遇几何?》探讨5G标准的相关文章竞相高频的出现在各大媒体网站,那么5G标准到底如何界定?全球是否能实现统一的5G标准?

曾经在3G时代,3G有三大标准,分别是WCDMA(欧洲版)、CDMA2000(美国版)和TD-SCDMA(中国版);到4G时代,4G标准就逐步趋向于统一;那么到了5G时代,全球就只有唯一一个5G标准。

那么为何5G标准要实现全球统一?实现全球统一的5G标准意义何在?实现统一标准对全球移动通信产业发展意义重大。不但解决了消费者的全球漫游问题,产业规模的扩大也使终端成本大幅度降低。5G承载物与物的连接,涉及到社会不同行业的应用,如果对每个行业做一个单独的标准,就无法形成产业规模,设备和终端成本也难以降低,因而,5G标准实现全球统一势在必行。

5G标准是由国际移动通信标准化组织3GPP去制定。根据业内的定义,“空口”主要指的是移动终端到基站之间或者移动终端之间的连接协议,是移动通信标准中一个至关重要的标准。5G新空口是全球5G标准,将利用6GHz以下频段和6GHz以上乃至毫米波频段。5G空口标准从2016年3月在3GPP进行立项研究,历经一年时间,于2017年3月完成第一阶段的新空口研究;2017年3月到2018年6月,预估完成5G新空口标准化阶段研究,其中可能有一些小的冻结时间点。2018年9月则是5G新空口单独组网时间,同时5G标准和预商用工作应该可以结束。从2018年9月到2019年是5G新空口研究第二阶段,其目标是继续完成前阶段的增强部分,进一步达到全球权威性组织ITU(国际电信联盟)设定的所有性能指标。于2019年年末由3GPP给ITU提交一个比较全面(包括第一阶段和第二阶段)5G标准,最后由ITU官方认可,界定成为全球的统一5G标准。

毋庸置疑,5G会实现全球的统一标准。TDD(Time Division Duplexing)时分双工技术,FDD(Frequency Division Duplexing)频分双工技术,未来这两种通信技术不会再划分得很清楚。

在5G标准的全球大舞台上,中国的华为、中兴、移动都扮演很重要的角色,从5G相关技术专利、技术标准、技术文本来看,很多都处于全球5G技术前端,且约有一半出自中国各大通信公司。在全球5G标准制定上掌握话语权,对于我国各个行业的发展意义都很重大。不过,5G的成效最终还是要看市场,我们国家的优势是巨大的市场,可以拓宽市场渠道,创造更多的价值。我们还具有相对完备的产业链,包括芯片、移动终端、网络设备、移动运营商、互联网厂家。互相呼应,协同共筑5G生态系统。

5G未来:中国以协作的方式,开放的心态布局

诚然,中国在5G技术方面,有很多值得肯定的地方,相比前几代通信技术,在第五代通信技术上,发展较快,但我国在通讯行业还是有自己的硬伤。比如器件方面,目前的频段属于低频段,5G的频段不再局限于厘米波,会走向高频段,到达毫米波(毫米波的频段为30GHZ以上),这对我国通信技术提出了更高的要求。

对于高频器件,从商用角度来说我国还是比较薄弱,虽然我国很多高校、军事机构、研究所有能力做高频毫米波器件,但是我国所做的高频毫米波器件并没有达到商用的程度。其成本高、生产周期长,如果中国未来5G通信需要大规模的采用高频器件,其实是很难实现的,所以这是我国在通信方面的一个瓶颈。由于我国在微电子器件方面本身就很依赖法国和美国,尤其高频器件,像毫米波器件更是以进口为主,但美国对于中国等一些国家是禁运的。尽管韩国、日本和一些欧洲国家的公司也无法研制出高频器件,但他们可以高价向美国购买,可是中国就没有这个条件,所以我国在高频器件方面还有一段路需要摸索前进。

任何一项新技术只有大规模应用,实现产业化,才能最大限度的发挥它的作用,那么5G实现产业化,形成产业链的瓶颈是什么?抛开政策,5G跨越到一些垂直行业,最大的障碍还是技术。比如车联网,以前是由汽车行业协会单独组织,其实对于这个车联网的要求(安全、技术指标)需要传统的蜂窝运营商与行业深入的沟通,让大众等一些汽车企业积极参与,共同协作,最后在车的行业内制定出一套蜂窝的标准,更好的去支持车联网,而不是一套空的技术,只是纸上谈兵,最后到行业内不适用或者不实用,失去了5G的价值和意义。其次,蜂窝通信厂商需要学习IEEE组织的一些做法,因为IEEE组织在垂直行业前期做过不少工作,经验颇丰。未来不应该局限于用专业网来控制行业,应该逐渐把工厂工业控制的流程,由蜂窝网来部分取代,使工业信息网真正达到广义化,不再局限于厂房内自己的需求,这就需要3GPP 、IPU、蜂窝运营商与其他行业协会深度合作。

在5G的战略布局方面,2013年,由工业和信息化部、科技部和发改委联合成立我国对未来第五代无线通信的推进组—IMT2020(5G),从国家层面组织国内的通信运营商、设备厂商、芯片厂商、科研院所和高校,开展5G的研发工作。截止目前,5G推进组经历了四年多的发展,相比世界,中国已经做了很多工作,尤其在5G需求白皮书和关键技术的白皮书上。

IMT2020(5G)推进组不仅在国内努力研究核心技术,而且在国际上有定期交流,以开放的态度接纳了国外的公司,允许他们深入的参与到技术专题的讨论,贡献提案,共享文稿。IMT2020(5G)推进组已渐渐成为国际上有影响力的组织,自2016年标准化以来,中国移动作为全球用户量最大的运营商,在3GPP牵头需求和场景的项目研究;在基本技术方面,中兴在非正交新型多址技术方面,处于引领的地位。

在物理层面,国内提出了“三驾马车”的概念,第一匹马指全球领先的非正交多址接入(NOMA)技术,在世界一些通讯公司里面,我国的一些通信公司走得相对靠前,中兴已在3GPP牵头这方面的工作,并且提出了MUSA技术,华为提出的SCMA技术,大唐提出的PDMA技术,都做了比较长时间的研究;第二匹马指超大规模天线(Massive MIMO)技术,全球很多公司都很关注,因为无论是在终端,还是在基站处都要大大提升系统的容量,增加天线数,中国公司在这方面做得也不错,比如,中兴提出的Pre5G,即不改变4G的终端,尽量逼近5G的性能指标,为未来真正5G网络的建设积累大量的经验;第三匹马指新型调制编码技术,中国的公司在这方面也作出了引起世界注目的贡献,例如华为推动的极化码(Polar code)将用于无线宽带业务的物理控制信道,中兴提出的紧凑型的低密度校验码(Compact  LDPC)已经得到多数公司的认可。

5G的研发道阻且长,我国虽有自己的短板,但其发展势头强劲,已占据全球5G先进技术的半壁江山,部分核心技术已在世界通信舞台处于领先地位,希望5G可以早日在全球大展身手,惠及民众。