隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的確定以及具有5G功能的設(shè)備開始上市，我們將越來越多地感受到5G帶來的影響。然而，這只是揭開了新無線技術(shù)時代的序幕。

2017年12月標(biāo)志著下一代無線標(biāo)準(zhǔn)的一個重要里程碑——第一階段5G新無線電(5G NR)標(biāo)準(zhǔn)的上半部分已經(jīng)獲得3GPP批準(zhǔn)，而第一階段5G NR的后半部分也在今年6月底定了。

隨著標(biāo)準(zhǔn)的最終確定，圍繞此發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)建構(gòu)的商業(yè)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施正在進行現(xiàn)場試驗和預(yù)發(fā)布測試。這些都意味著5G的商業(yè)推廣越來越近了。在今年2月舉行的全球移動通訊大會(MWC)上，許多公司都展示了5G所承諾的高速以及虛擬現(xiàn)實(VR)等炫酷的應(yīng)用。2018的MWC與2017年相比來說，技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)，而是可以圍繞該標(biāo)準(zhǔn)建立涵蓋廣泛產(chǎn)的業(yè)和應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。與以前的標(biāo)準(zhǔn)不同，5G標(biāo)準(zhǔn)有意納入性能指針，以支持傳統(tǒng)移動寬帶場景以外的應(yīng)用。

當(dāng)然，有用于改進5G增強型移動寬帶的性能指針，但還有一些額外的性能指針用于規(guī)范可同時連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量，另外也對延遲的目標(biāo)值進行了定義。

增加的設(shè)備連接將有助于大幅擴大物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)的規(guī)模，達到當(dāng)今LTE功能完全無法實現(xiàn)的程度。延遲規(guī)范針對的是需要確定性通訊的應(yīng)用(例如涉及人類生命的任何應(yīng)用)或技術(shù)將與人類實時互動的應(yīng)用。雖然這三個領(lǐng)域的規(guī)范每一個都能夠?qū)崿F(xiàn)新的和擴展的應(yīng)用場景，但將這三個領(lǐng)域相結(jié)合，則可圍繞著5G構(gòu)建豐富的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。下表顯示了不同的應(yīng)用如何利用5G的不同性能指針。

圖1 5G應(yīng)用和技術(shù)需求

如上所述，3GPP在去年12月和今年6月發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)只是第一版，未來將會有更多版本。5G將遵循與LTE類似的設(shè)計周期。過去9年來，關(guān)于LET的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有多個版本，并進行了多次更新。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(guī)范。2017年12月，3GPP 5G非獨立組網(wǎng)(Non-Standalone；NSA)標(biāo)準(zhǔn)第一個版本正式凍結(jié)，完整版于今年6月凍結(jié)，不僅包括5G NR NSA，而且還納入了獨立組網(wǎng)Standalone；SA)標(biāo)準(zhǔn)。5G NR的NSA用例非常重要，因為它將使用LTE的核心網(wǎng)絡(luò)進行操作。這意味著5G NR NSA的運行不需要推出和安裝新的基礎(chǔ)設(shè)施，SA版本將使用5G核心網(wǎng)絡(luò)，并且很可能需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。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(biāo)準(zhǔn)，一旦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，設(shè)備供貨商將需要設(shè)計能夠支持獨立組網(wǎng)用例的硬件。

圖2 3GPP發(fā)布時間表

對于5G來說，2018年將是令人興奮的一年。除了3GPP Rel-15之外，消費市場還將有更多的5G部署。在MWC 2018上，華為展示了一個5G基地臺，三星展示其基于28 GHz 5G NR基地臺的互操作性設(shè)備測試(IODT)，高通則為其基于愛立信和諾基亞基地臺的28 GHz UE進行了IODT展示。這些展示表明了設(shè)備供貨商的硬件幾乎可以隨時準(zhǔn)備部署，高通在其網(wǎng)站上以粗體字強調(diào)正致力于在2019年使5G成為商業(yè)現(xiàn)實。隨著5G逐步得到廣泛應(yīng)用，圍繞著5G建構(gòu)的大量新技術(shù)和應(yīng)用也將開始出現(xiàn)。5G官方規(guī)范中對于延遲和容量的獨特規(guī)定，使得幾年前聽起來還很遙遠的應(yīng)用已經(jīng)變得近在咫尺。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度高解析(HD)視圖來探索虛擬世界。這意味著攝影機必須不斷360度捕獲HD視訊，然后將這些視訊從攝影機位置傳輸回蜂巢式基地臺，最后傳送給終端用戶。5G所承諾的高數(shù)據(jù)速率可以輕松地完成此任務(wù)，并提供足夠的吞吐量同時傳輸給多個用戶。VR的另一個非常重要的方面是延遲。比如有人打開VR頭盔并轉(zhuǎn)過頭，周圍的虛擬環(huán)境也需要在1毫秒(ms)內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。如果延遲大于1毫秒，則人腦會察覺到這種延遲，大多數(shù)人會出現(xiàn)嚴重的暈眩。由于5G綜合改進的移動寬帶速度和低于1毫秒的延遲規(guī)范，因此，VR可以透過蜂巢式網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。VR已經(jīng)以某種形式存在多年，但是透過蜂巢式網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)VR的能力將使VR可能應(yīng)用到新領(lǐng)域。VR的一個熱門應(yīng)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分在線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(shù)進行了小規(guī)模展示。100臺攝影機放置在溜冰場上，直播數(shù)據(jù)實時傳回到一個5G技術(shù)場館。場館里的人們可以佩戴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展示TrueVR系統(tǒng)

5G能夠?qū)⒍噙_100倍以上的設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，這一能力將使IoT和IIoT成為實現(xiàn)。從某種程度上說，物聯(lián)網(wǎng)存在于當(dāng)下，并且市場上不斷有越來越多的設(shè)備連接到因特網(wǎng)。對于消費者而言，這些設(shè)備各式各樣，有些具有實用性，有些純屬好玩，甚至有些非常奇怪。但對于工業(yè)而言，IIoT為智能工廠提供了許多令人興奮的新特性和功能。制造工廠中的每臺機器和設(shè)備都能夠不斷報告其健康統(tǒng)計資料和效率，因此老化的設(shè)備可以在故障發(fā)生之前進行維修，完全避免出現(xiàn)問題。當(dāng)IIoT與增強現(xiàn)實(AR)、機器學(xué)習(xí)和人工智能(AI)相結(jié)合，技術(shù)人員將能夠透過AR眼鏡或現(xiàn)場平板計算機查看機器狀態(tài)和信息，AI可以協(xié)助快速診斷問題。5G將有可能實現(xiàn)未來更快速、更經(jīng)濟、更安全的制造。自動駕駛車可能是5G將推出的最熱門且最受期待的應(yīng)用之一。目前，車輛的自主駕駛是融合了眾多傳感器、照片和視訊處理而實現(xiàn)的。未來的自動駕駛車仍然需要配備眾多傳感器，并能夠處理來自傳感器的數(shù)據(jù)，但是車輛通訊對于自動駕駛車的大規(guī)模部署來說是不可或缺的。簡言之，車輛需要一種相互溝通的方式。車輛與車輛的通訊將用于共享有關(guān)道路和環(huán)境條件的數(shù)據(jù)以及路線信息，例如預(yù)期的停車或左轉(zhuǎn)。另外，車輛還將需要能夠與蜂巢式基地臺等多種不同類型的設(shè)備以及智慧燈柱或路標(biāo)等其他智能設(shè)備進行通訊，智能燈柱或路標(biāo)可以將道路狀況或環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸給過往車輛。這個研究主題稱為車聯(lián)一切(V2X)通訊。5G延遲規(guī)范對于獲取車輛信息至關(guān)重要。例如，由于通訊鏈路中等待處理的信息過多而導(dǎo)致延遲太長，使得道路出現(xiàn)障礙物時汽車來不及剎車，可能導(dǎo)致乘客受傷或死亡。因此，V2X的超可靠通訊(uRC)是必不可少的。5G提供的大數(shù)據(jù)(big data)吞吐量也將在V2X中發(fā)揮重要作用。紅綠燈處的汽車可以從附近的基地臺下載并上傳有關(guān)其當(dāng)前位置的信息。這使得汽車成為傳感器數(shù)據(jù)的采集器，但是數(shù)據(jù)處理可能在基地臺甚至是云端處理。隨著處理技術(shù)的改進，更新的信息會推送到蜂巢式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，舊的車輛仍然可以利用這些更新而無需更改其硬件。雖然3GPP規(guī)范的當(dāng)前版本不包括V2X的任何規(guī)范，但5G是一個不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，而且2016年12月發(fā)布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年底將發(fā)布Rel-16，此版本代表了5G NR的第2階段。目前第2階段探索的研究項目包括用于集中回程處理的整合回程存取(IAB)，旨在解決移動通訊中的未授權(quán)頻譜共享挑戰(zhàn)，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(yè)化產(chǎn)品，但5G的研究仍在進行中。隨著5G標(biāo)準(zhǔn)的鞏固和具有5G功能的設(shè)備開始上市，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(xiàn)在僅僅只是揭開了激動人心的新無線技術(shù)時代之序幕。