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5G,干我何事?
2020-01-08 00:26

5G,干我何事?

文章所属专栏 前沿技术情报所

关注科技的朋友,基本上不可能没听过5G,2020年CES刚开始,5G也继续成为会场最瞩目的焦点。


高通刚刚就发布了使用5G的自动驾驶平台、TCL在CES上推出了新的5G手机、联想也推出了世界上第一台5G笔记本电脑。要买新手机的朋友,也必须要把5G手机当作考虑之列。如果你是从事科技业的话,那更必须把带来的应用场景,当作重点前景来考虑。


但在目前而言,5G仍然还未普及,距离我们的生活还是有点远。也许你已经有了一台5G手机,但仍然不一定能用上5G高速网络,更不要说5G所带来的包括自动驾驶、万物联网等美好前景。尽管如此,厂商之间已经为5G大肆宣传,各家之间先前更闹出什么“真假5G”之争,令人眼花缭乱。


那到底什么是5G?5G对我们生活以至发展,会带来什么影响?我们应该怎样为5G时代的来临,做好准备?


5G到底是什么?


我们经常随口说的1G、2G、3G、4G以至5G,其实都是一个很笼统的概念,5G的意思其实是5th Generation,第5代的移动通信技术规范,也是目前最新、最高速的移动通标准技术。无论是手机、基带芯片、无线基站、或是汽车,只要它需要用移动互联网,涉及的技术能符合国际电信联盟(ITU)第5代流动通信技术规范IMT-2020,我们都能合法地管它叫作“5G”。


那为什么我们老是要争论什么“真5G”、“假5G”?这是因为5G虽有标准,但没有确实的定义。


由于科技技术不断日益发展,所以这个规范也会被不断地多阶段更新。每一次更新的规范,我们管它叫Release,当每个Release谈好后,就会把相关标准冻结不再修改,好让产业按标准实行。


5G Release 15标准的实施时间表。图片来源:人民邮电报


5G标准目前分为Release 15和16版本,在2020年将会推动Release 17。但由于5G布署成本极高,只能先通过利用现有设备来落实,所以Release 15还要再分为三个已冻结版本,包括:早期交付(就是吵得很凶的NSA),主要交付(SA)和今年才冻结的延迟交付。


简言之,5G的标准会随时间而不同,但NSA也好SA也好,只要符合Release 15或以后的标准,都能算是5G。


5G带来什么改变?


5G虽无明确定义,但国际电信联盟为5G提供了三个确实用例,要求5G必须实现以下三个改进:


  • 增强的移动宽带(eMBB)

  • 广泛的机器类通信(mMTC)

  • 超可靠和低延迟通信(URLLC) 


现在的5G速率最高可达10Gbits,是4G的10倍。当然这只是理论值。我家的4G从来都没试过能跑上200Mbit/s,但以目前实测的情况,5G的速度能跑上500Mbit/s-1Gbit/s左右。如果大家对1Gbit/s的没概念,可以这样想:5G的实际速度能达到光纤到户的家用千兆Wi-Fi的标准。简单来说,5G的实际速度,足以取代家中的Wi-Fi。


图片来源:中兴。


此外,5G的另一重要场景,是广泛的机器类通信(mMTC)。大家应该在流量高峰期时挤过地铁,然后发现当在人流超多的环境下,手机网络就十分不靠谱。这是因为4G网线能同时支持的设备很有限,当同一时间太多人连上基站,网络就会变得不稳定了。5G可以支持每平方公里接入100万个设备,是4G的10倍(上图)。所以,未来大家在流量高峰期时挤地铁,看人家的短视频就不会再卡了。


图片来源:中兴。


最后是超可靠和低延迟通信(URLLC) 。以往我们使用视频会议,画面会慢上两拍,调笑Siri的反应也有点迟钝,这是由于Wi-Fi和4G网络的响应速度一样不够快。但5G网络的响应时间,不但远比4G或Wi-Fi也要低,更比人脑的反应还要高(上图)。


简言之,有了5G之后,我们上网再也不会有卡住卡住的不快感觉了。


5G与我们有何干?


虽然5G快了很多,但众所周知每一代移动通信制式的更新,都会有一波怀疑潮:3G/4G/5G不就是快了?与我何干啊。现在手机网络的速度都够快了,再快也没意义呢。然而,当年如果没有3G网速的提升,智能手机就不可能普及,手机上网就更难了。如果没有4G网速的提升,今天的短视频平台就不可能这么火,云端应用也难以实现。


首先,只要你的5G流量套餐够用,家中的5G信号是否稳定,你完全可以用超高速的5G网络,取代家中的Wi-Fi。即使你最终还是会用Wi-Fi,但一些以往你们只能在家里用Wi-Fi才会做的事,现在都可以通过手机来实现:例如现在你可以在车上看立体超高清4K大片、或是进行4K的高清直播活动等。


OPPO在2019年MWC里宣传通过5G,在手机上通过云计算无痛玩大型电脑游戏。图片来源:GizGuide


除此之外,你也可以通过5G的高速度、低延迟来实现完全的云计算。以往我们不喜欢看网络相簿、不爱用云端应用来办公、不喜欢玩云游戏,是因为网速太慢,响应也不好,看照片要等下载、干活会有延时。但有了5G的高速和低延时特性,网络相簿可以秒开,你再也不用把照片保留在手机里,可以直接在云端干活,也以在网上直接玩游戏,甚至可以说:你直接通过5G,远程遥控你的电脑,也不会有任何问题!


人工智能(AI)和虚拟实景(VR/AR)需要海量的数据和偌大的计算力,所以在应用落地时都要遇上巨大的困难。但现在由于5G能实现云计算的场景,也解放了人工智能的应用场景。有了5G,很快就会有大量通过云计算来实现的消费级AI、VR和AR应用,例如:通过云计算,在手机上以人工智能进行实时语音翻译,更可以同时通过AR实行翻译文字。以后再也不用怕和外国人交流,也不用怕旅行无法沟通了。


通过5G实现的智能城市,才能通过自动驾驶,实现更高效率的车流管理。图片来源:TED Talk。


而且,5G所提供的多机连接能力,并不完全是为了给大家上班挤地铁时流畅地上网,而是为了实现“物联网”(Internet of Thing)。5G基站现在有更多的冗余,能连手机和电脑以外的设备,例如它能连上各种安防摄像头进行实时监控,也能连上多台汽车、交通灯和建筑物,相互自主沟通,实现更精准的导航,以及更高效率的车流管理。有了5G,我们才可以实现自动驾驶和智能城市。


推动5G有什么困难?


5G的大饼虽然真香,但要推动5G的发展,却一点也不容易。由于5G使用的是比4G的无线电波频段,频率要高出不少,大幅增加推动5G的难度。要知道无线电波频率愈高,就能运载传输更多的信息,但频率愈高,耗电量也愈大,而且传输的覆盖距离也会变小。因此,运营商除了要使用更耗电的基站,也要布署更多的基站来弥补变小了的信号覆盖范围。


5G网络使用的小型基站。图片来源:国际电信联盟


根据腾讯网资料显示,建设一个5G基站的成本,是4G基站的3倍,而根据科技日报的报道,5G需要的基站数量,是4G的一倍,耗电量是4G基站的2-3倍。


故此,当时制定5G标准的组织,才把Release分成早期交付、主要交付和延迟交付三个部分,目的就是在短期内通过改装现有的4G基站(非独立组网NSA,就是坊间一直闹的假5G),然后再慢慢建立5G独立组网(SA)。尽管中国已落实要以SA组网为核心发展,不支持SA的新手机在2020年不再能入网,但目前而言,中国的5G网络仍然是以NSA为主,预计在3至4年内仍然是4G与5G并行。


基于5G核心网的网络切片,短期内在中国仍然用不上。图片来源:中兴。


由于由4G核心网改建的NSA网络,缺乏网络切片和边缘计算等的5G核心网,所以5G应有的低延时(URLLC) 和机器类通信(mMTC),还是难以实现。所以你即使用上了5G手机,甚么完全的云计算、自动驾驶或智能城市,仍然只是画饼一个。


况且,目前云计算、人工智能和AR/VR应用目前依旧不多,即使你能用上5G手机,也要等开发者愿意开发基于5G的生态环境。像是自动驾驶或智能城市概念,更是需由省或国家级别去推动的政策,即使政府愿意落实推动,但仍然困难重重,预计在3至4年内仍然也是画饼一个。


我们需要买5G手机吗?


那现在要不要买支持5G的手机?如果你现在没有买新手机的需要,只是考虑要不要为了5G而买新手机?那就没这必要性。


目前5G手机的网络速度,仍不算很理想。图片来源:虎嗅。


虽然在2019年,好几家大厂已推出5G手机,但目国内的5G信号仍不太稳定,其体验仍然远低于我们所期待的。根据新京报的消费,工信部原部长李毅中表示,全国5G网络覆盖还需要6-7年时间,所以,5G能在2020年能普及的机会也不太大。换言之,你拿着一台5G手机,唯一可以做到的:就是找个能收到5G信号的地点来测速,然后截图发发朋友圈显摆而已。


但如果你现在需要买新的手机,并且在考虑要不要买5G的话,这就要看这要看个人需要了。


新款的5G芯片已同时支持NSA和SA双模组。图片来源:高通。


毕竟一台新手机,一般也用上2至3年。即使你今年用不上5G网络,并不代表未来也用不上,可能到了明年,你就用上了。这时你就不用再纠结,要不要为了5G网络而再买新手机。何况自2020年起,新的智能手机必须支持SA网络才能入网,逼使新一批5G手都能同时支持NSA和SA双模,所以,你也不用再纠结什么真5G或假5G的问题了。


不过,俗语有云:“早买早享受,迟买有折扣”,由于5G技术标准也在不更新,5G Release 17的规范也将会在2020年冻结,所以,晚一点推出的5G手机,也可能会用上更新的技术。如果你现在买5G手机的话,未来可能会在5G网络实现的毫米波(mmWave)或极化码(Polar code),你还是会用不上的。


所以,要不要买5G手机,还是要看大家的需要。


怎样为5G时代做准备?


虽然消费者目前还未好好享受5G带来的变化,但对于相关产业来说,5G时代早就开始了。除了是华为、高通、三星等公司力争5G相关的技术标准,运营商也在积极的搭建5G基站,手机公司也在加紧推出带5G基带的手机。简言之,通信相关的产业,比我们都早为5G时代做准备了。


5G应用的带宽和时延要求,图片来源:GSMA Intelligence, 2015。


开发者作为5G产业应用的第二批队,则是时候为5G带来的新应用场景,做好开发工作。未来这3至5年,将会有一波基于云端的人工智能、VR/AR技术、高清的视频串流和直播平台冒起(上图),原来不愠不火的物联网和自动驾驶,也可能因而重新被炒热起来。而5G开始普及后,云端计算的需求将会快速增长,对服务器端的需求也会同时增加。


作为龙头企业或是省、市或政府部门的决策者,也必须开始5G时代做好可能长达10年的规划。5G技术将会与智能手机、物联网、自动驾驶、人工智能等新兴技术,藉此建立新式的智能城市。但在智能城市建立的同时,整个城市的信息系统将会被完全重构,决策者必须提早考虑如何在促进城市发展、采集相关信息、确保信息安全、保障个人隐私之间,取得理想的平衡。否则如果落后对手,要从后追赶起来,就十分困难了。


题图来自CES

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