5G已經到來 – 接下來該怎麼辦？

2017年12月標誌著下一代無線標準的一個重要里程碑 - 第一階段5G新空口（5G NR）標準的上半部分獲得3GPP批准，而另一個里程碑也即將到來，第一階段5G NR的後半部分也將於今年6月獲得批准。 隨著標準的最終確定，圍繞此釋出標準構建的商業裝置和基礎設施正在進行現場試驗和預釋出測試。 所有這些意味著5G的商業推廣越來越近了。 在2月份舉行的移動世界大會上，許多公司都展示了5G所承諾的高速以及VR等炫酷的應用。 2018的世界行動通訊大會年與2017年相比較來說，技術的進步令人印象深刻。  5G最令人印象深刻的一個方面是它不僅僅是一個新的移動標準， 而是可以圍繞該標準建立涵蓋廣泛行業和應用的生態系統。而是可以圍繞該標準建立涵蓋廣泛行業和應用的生態系統。

與以前的標準不同，5G標準有意納入效能指標，以支援傳統移動寬頻場景以外的應用。 當然，有用於改進5G增強型移動寬頻的效能指標，但還有一些額外的效能指標用於規範可同時連線到網路的裝置數量，另外也對延遲的目標值進行了定義。 增加的裝置連線將有助於大幅擴大物聯網（IoT）和工業物聯網（IIoT）的規模，達到當今LTE功能完全無法實現的程度。 延遲規範針對的是需要確定性通訊的應用（比如涉及人類生命的任何應用）或技術將與人類實時互動的應用。 雖然這三個領域的規範每一個都能夠實現新的和擴充套件的應用場景，但將這三個領域相結合，則可圍繞著5G構建豐富的應用生態系統。下表顯示了不同的應用如何利用5G的不同效能指標。

圖1：5G應用和技術需求

如上所述，3GPP在12月份釋出的標準只是第一版，未來將會有更多版本。5G將遵循與LTE類似的設計週期。過去9年中，關於LET的標準已經有多個版本，並進行了多次更新。LTE首次在3GPP Rel-8中提出。目前，3GPP正在努力完成Rel-15。Rel-15將納入5G NR規範。2017年12月，3GPP 5G NSA(Non-Standalone,非獨立組網)標準第一個版本正式凍結。Rel-15完整版將於2018年6月凍結，不僅包括5G NR NSA，而且還將納入SA（Stand Alone，獨立組網）標準。5G NR的NSA用例非常重要，因為它將使用LTE的核心網路進行操作。這意味著5G NR NSA的執行不需要推出和安裝新的基礎設施。SA版本將使用5G核心網路，並且很可能需要安裝新的網路裝置。在接下來的幾個月中，研究人員將努力工作以最終確定5G NR SA用例的標準，一旦標準釋出後，裝置供應商將需要設計能夠支援獨立組網用例的硬體。

圖2：3GPP釋出時間表

對於5G來說，2018年將是令人興奮的一年。除了3GPP Rel-15之外，消費者市場還將有更多的5G早期部署。在美孚世界大會上，華為展示了一個5G基站，三星展示了其基於28 GHz 5G NR基站的互操作性裝置測試（IODT），高通公司為其基於愛立信和諾基亞基站的28 GHz UE進行了IODT演示。這些演示表明了裝置供應商的硬體幾乎可以隨時準備部署，高通公司在其網站上以粗體字強調他們正在努力在2019年使5G成為商業現實。

隨著5G逐步得到廣泛應用，圍繞5G構建的大量新技術和應用也將開始出現。5G官方規範中對延遲和容量的獨特規定，使得幾年前聽起來還很遙遠的應用已經變得近在咫尺。虛擬現實（VR）就是一個很好的例子。如果要獲得完整的VR體驗，有一些重要的因素需要考慮。首先，使用者需要完整的360度高清檢視來探索虛擬世界。 這意味著攝像機必須不斷360度捕獲高清視訊， 然後將這些視訊從攝像機位置傳輸回蜂窩基站，最後傳送給終端使用者。最後傳送給終端使用者。 最後傳送給終端使用者。5G所承諾的高資料速率可以輕鬆地完成此任務，並提供足夠的吞吐量同時傳輸給多個使用者。VR的另一個非常重要的方面是延遲。 比如有人開啟VR頭盔並轉過頭，周圍的虛擬環境也需要在1毫秒內完成轉換。如果延遲大於1毫秒，則人腦會察覺到這種延遲，大多數人會出現嚴重的噁心。由於5G綜合改進的移動寬頻速度和低於1毫秒的延遲規範，因此VR可以通過蜂窩網路實現。

虛擬現實已經以某種形式存在多年，但是通過蜂窩網路實現VR的能力將使VR可能應用到新領域。VR的一個熱門應用是體育賽事。想象一下，從場上某個球員的角度體驗足球比賽，或者虛擬地站在球場的50分線上觀看賽事將會是何種情景。今年年初的平昌奧運會上就對這一技術進行了小規模演示。100臺攝像機放置在溜冰場上，直播資料實時傳回到一個5G技術展館。展館裡的人們可以佩戴VR頭戴式耳機，像冰上的運動員那樣體驗滑冰活動。

圖3：2018年冬季奧運會上英特爾公司展示的TrueVR系統

5G能夠將多達100倍以上的裝置連線到網路，這一能力將使物聯網（IoT）和工業物聯網（IIoT）得以成為實現。從某種程度上說，物聯網存在於當下，並且市場上不斷有越來越多的裝置連線到網際網路。對於消費者而言，這些裝置各式各樣，有些具有實用性，有些純屬好玩，甚至有些非常奇怪。但對於工業而言，IIoT為智慧工廠提供了許多令人興奮的新特性和功能。製造工廠中的每臺機器和裝置都能夠不斷報告其健康統計資料和效率，因此老化的裝置可以在故障發生之前進行維修，完全避免出現問題。當IIoT與增強現實（AR）、機器學習和人工智慧（AI）相結合，技術人員將能夠通過AR眼鏡或現場平板電腦檢視機器狀態和資訊，AI可以幫助快速診斷問題。5G將有可能實現未來更快速、更經濟、更安全的製造。

圖4：IIoT與增強現實相結合將有助於構建智慧工廠

自動駕駛汽車可能是5G將推出的最熱門且最受期待的應用之一。目前，車輛的自主駕駛是通過融合了眾多感測器、照片和視訊處理來實現的。未來的自動駕駛汽車仍然需要配備眾多感測器，並能夠處理來自感測器的資料，但是車輛通訊對於自動駕駛汽車的大規模部署來說是不可或缺的。簡而言之，車輛需要一種相互溝通的方式。車輛與車輛的通訊將用於共享有關道路和環境條件的資料以及路線資訊，例如預期的停車或左轉。另外，車輛還將需要能夠與蜂窩基站等多種不同型別的裝置以及智慧燈柱或路標等其他智慧裝置進行通訊，智慧燈柱或路標可以將道路狀況或環境資料傳輸給過往車輛。這個研究主題稱為車聯一切，或V2X通訊。5G延遲規範對於獲取車輛資訊至關重要。例如，由於通訊鏈路中等待處理的資訊過多而導致延遲太長，使得道路出現障礙物時汽車來不及剎車，可能導致乘客受傷或死亡。因此，V2X的超可靠通訊是必不可少的。5G提供的海量資料吞吐量也將在V2X中發揮重要作用。紅綠燈處的汽車可以從附近的基站下載並上傳有關其當前位置的資訊。這使得汽車成為感測器資料的採集器，但是資料處理可能在基站甚至是雲端處理。隨著處理技術的改進，更新的資訊會推送到蜂窩基礎設施，舊的汽車仍然可以利用這些更新而無需更改其硬體。

雖然3GPP規範的當前版本不包括V2X的任何規範，但5G是一個不斷髮展的標準，而且2016年12月釋出的版本只是眾多版本中的第一個。圖1中的時間表顯示了2019年底將釋出Rel-16，此版本代表了5G NR的第2階段。目前第2階段探索的研究專案包括用於集中回程處理的整合接入回程（IAB），旨在解決行動通訊中的未許可頻譜共享挑戰，以及V2X。3GPP期望在第2階段解決這些主題和其他許多主題。雖然5G將在2018年末和2019年推出商業化產品，但5G的研究仍在進行中。

隨著5G標準的鞏固和具有5G功能的裝置開始上市，我們將越來越多地感受到5G對全球的影響， 它將成為從娛樂到智慧城市等日常生活中許多方面不可或缺的一部分。可以肯定，我們現在僅僅只是揭開了激動人心的新無線技術時代的序幕。