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未來之城 | 5G,你比4G多幾G?

未來之城 | 5G,你比4G多幾G?

在通信技術標準領域可以說經歷了以下階段:

1G空白

2G落後

3G跟隨

4G同步加速發展

5G領先力爭主導

而5G恰恰是具有無窮想象力和商業機遇的技術,它帶來的不僅是數據傳輸速度的提升,更是萬物互聯和信息化結合的開端。這無疑是萬眾期待的革新技術,但這一概念提出后已被談論多年,卻遲遲不見實質性的進展,媒體普遍的報道是這項技術「仍處於早期研發期」,因此漸漸淡出了人們的視野。

一、5G到底是什麼?

5G,字面上解釋就是「第五代」的意思,與其說5G是一項技術,不如說一個技術組合,它能比目前4G高103倍的吞吐量,並支持多種業務並存,業界一般認為5G至少包括幾個方面的提升:

基站密度大幅度提升,達到目前的10倍或更多;

頻譜資源大幅度擴展,高頻區尋找一些空白的頻點,達到現有的10倍以上;

頻譜效率大幅提升,達到現在的3~8倍;

成百倍地提升用戶連接數,支持mMTC,降低通訊延遲十倍,支持cMTC;

二、5G與4G,不只是多一個「G」

人大腦的指令到最遠的腳趾頭大約是100毫秒,雲端的指令到終端也得控制在100毫秒以內,否則動作就會變得遲緩。5G利用空口技術和切片技術等,遠距離數據傳輸通常也只需幾毫秒,遠遠比神經傳遞要快。「天下科技,無堅不摧,唯快不破。」5G到底有多快,可以比一比看直播、打遊戲幾乎「毫無壓力」的4G網路:數據顯示,前者的體驗速率是後者的100倍,高峰速率提升20倍,時延則降為1/5。如果超高網速得以正式商用,VR、AR、4K等大流量內容的傳播變得更加容易。

5G不僅僅只在速度上比「4G多1G」。移動研究院無線與終端技術研究所副所長楊光將4G、5G分別比作為「修路」和「造城」:「4G是修數據通道,5G是立體通道。兩者最大的區別是5G不是單點的技術,需要打造跨行業的融合生態。」

5G時代,智能車聯、物聯網、工業互聯網、智能家居、無人機、通信產業等多個行業飛速發展,人工智慧等產業有望迅速崛起。一個自動化工廠的遠景是:工廠內滅火器剛拿起,後台對應數據就變紅,滅火器用了幾次、還剩多少等數據一目了然。5G時代之前,製造工廠通常定期更換或維修損耗設備,對設備標準化管理之下容易致使單個設備未能盡其用。

「通過感測器,機床、螺絲刀等損耗品的數據都會傳到通用模組的數據平台,進行動態監控,每一個設備的損耗程度都可被定量。」假設原先的機床維修期為5個月,但個體化定量后可使用8個月,這就極大降低了工廠運營成本,同時助推提升整個行業的自動化水平。類似的還有智能停車、智能市政、環境監測、智能農業、森林防火等,它們對低功耗、大連接的需求十分明確。5G在人與人的社交連接之外,構建出人與物、物與物之間低成本的萬物互聯手段。這就意味著,只要有感測器,就可以在雲端將絕大部分場景數據化、智能化。

三、達到5G到底要攻克哪些難關?

根據第一部分提出的提升渠道,就可以很直觀地看到為何5G時代來臨得如此緩慢。

首先,高密度基站建設需要解決干擾問題,還需要大量的資金、人力以及時間;

其次,頻譜難以獲得,且頻譜擴展后必須同時升級終端設備,才可能達到預想的效果;

最後,提升頻譜效率其實是三個提升方向裡面最難的。最早的頻譜效率提升目標是十倍以上,在經過了兩年的嘗試后,業內普遍認為10倍提升是MI(不可能的任務)。目前普遍認為,提升至3倍以上,就可達到5G的頻譜效率要求;

因此,從理論上講,5G的實現時間點比較遠,最樂觀的估計也要等到2018年才會有標準出台,2019年開始製造終端晶元,2020年之後才可能有商業部署。

四、5G與未來生活

1

5G與VR/AR?

VR/AR是下一個可能改變所有用戶行為的引爆點,但在引爆之前,需要解決幾個關鍵性技術問題:

首先,對網路的需求特別大。這是因為VR的視角遠遠大於手機,眼睛的解析度很高。加之雙眼立體視覺,使得流量成幾倍幾十倍的提升。從這個意義上說,5G提出千倍容量需求並非空穴來風;

其次,網路問題解決了,終端還必須大幅度提升。這需要很多實現細節方面的創新,例如,蘋果確實完成了一些創新,讓原來需要按5個鍵的操作,變成只需要按一兩個鍵,正是這些細節創新,這些細節創新改變了用戶的行為模式(人人都隨時拿著智能機);而要達到「人人都戴VR、AR頭盔」,至少還要在體積、重量,耗電上有較大突破才行。

目前,該領域處於應用層面還沒有突破,但底層的基礎技術已經處於全面開花的階段。在應用層面,三星在MWC上作的演示,甚至淘寶VR購物等,都具有拉動效應。一旦取得技術突破,VR、AR將會爆炸式增長,也會強烈拉動5G的需求。

2

5G與智能汽車?

當我們聊「智能汽車」的時候,我們在聊些什麼?除了那些炫目的功能,「基礎設施」其實是更重要的東西。舉個可能不太恰當的例子:就像裝修一樣,設計師就算有再多的想法,沒有「房子」這個載體,也都只是想法而已。

對於智能汽車來說,說起「基礎設施」,車子本身肯定是其中之一。但是如果用手機的例子來看,沒有移動網路和 WiFi 信號的智能手機,可實現的功能就會大打折扣,未來汽車其實也一樣。有人常說「以後的車子就是一個個智能終端」,那麼比車子本身更「基礎」的「基礎設施」,其實應該是移動通訊網路,這個道理和手機是相通的。

總的來說,5G可以影響兩個層面:一是本車和外界的聯繫,二是人和車的交互。

第一個方面:相信 V2V、V2X這類詞人們已經很熟悉了,它的意思是你的車要不停的和路面上的其他車輛以及基礎設施進行信息和數據的交換,這和飛機類似,地面、機組需要時刻保持連線,目的是要清楚的知道飛機所處的位置以及周圍的環境,同時飛機自身的信息也需要通過這種通路向外發送。

回到車上,這種交流也是必要的,尤其是在半自動駕駛甚至完全自動駕駛的時代。巨大的數據傳輸量、超低的傳輸延遲——延遲越低,越能保證車輛安全,意味著對網路要有更高的要求。自動駕駛,就是 5G 網路的重要應用場景。這其中的關鍵詞是安全和效率。

另外,基於 V2V、V2X(車和車互通)技術,還可以設想一些有助於行車安全的場景:比如,在那個時候,你的車完全可以預知前車以及周圍車輛的行駛狀況,也就可以輔助你進行提起的剎車,緊急的避讓,甚至是在沒有紅綠燈的十字路口,形成在每輛車的屏幕上都能顯示出的虛擬紅綠燈。

至於未來人和車的交互,在車內場景下是一部分,但是又絕對不僅僅局限於車內,而是延伸到人類的整個生活里。

車內交互很好理解,這也是很多人對於「車聯網」的理解:網路更快,就可以實時和雲端交換更多內容,在中控的那塊屏幕上,獲得更好的體驗。

但其實向車外、向不同終端延伸的能力才是更重要的。也就是要達到「車是互聯生活一部分」的狀態。

3

5G與人工智慧?

機器人運用在現代社會生產中已經不是新鮮事。在5G到來之前,全球不計其數的工廠已在為實現工廠全面智能化摩拳擦掌。在被人稱為熄燈工廠的荷蘭一家電動剃鬚刀工廠里,128個機器臂以超高的靈活度做著同樣的工作,它們的動作遠遠超過世上最靈巧的工人。機器臂不停地在兩條連接線上做出三道完美的弧線,將零件穿進肉眼無法看見的小孔中。這些機器臂飛快的運行,為了不傷及工廠中的管理人員,它們會被存放在玻璃櫃中。它們不分日夜全年不停的工作,實現了在固定地點、固定程式下的高度自動化生產,奠定了未來智能工廠的雛形,彰顯著人類對勞動力解放的未來世界的美好嚮往。

隨著移動互聯網和物聯網進一步融合成移動物聯網,移動通信技術應用正滲透到社會生產生活的各個領域,人與人之間的通信擴展到人與物、物與物之間通信,所以生產製造業也變為信息產業中的一部分,信息技術帶動生產製造業升級轉型成為趨勢。而作為現代生產製造業這頂王冠上最璀璨的明珠——工業機器人,在轉型過程中將扮演著舉足輕重的角色,自然而然就被寄予厚望。人們希望它們除開能夠從事生產線重複工序之外,也希望能夠具有自由移動、工業大數據分析和處理、協調管理和生產決策等更高級的功能。這些功能要求工業機器人同時具備靈活移動性、海量信息數據即時收集和處理能力、99.999%的高可靠性、「零」時延特性,當前通信技術如固網或WiFi因其本身的屬性,不能同時滿足這些要求。

5G無線通信技術,可以為工廠提供光纖般的接入速率、毫秒級的端到端時延、99.999%的可靠性、百億設備的連接能力、數十Tbps/km2的超高流量密度和超高移動性等多個場景的服務,突破地域和單一產業領域的限制,催生從設計到消費的全新生產模式,帶動社會生產結構升級,為生產製造業開闢了一片新藍海。

4

5G與高度個性化生產?

全球人口正在接近80億,中產階層消費群不斷擴大,有望形成巨大市場,進而對消費布局產生影響。帶有客戶需求和產品「信息」功能的系統成為硬體產品銷售新的核心,個性化定製成為潮流。為了滿足全球各地不同市場對產品的多樣化、個性化需求,生產企業內部需要更新現有的生產模式,基於柔性技術的生產模式成為趨勢。國際生產工廠研究協會的定義為柔性製造系統是一個自動化的生產製造系統,在最少人的干預下,能夠生產任何範圍的產品族,系統的柔性通常受到系統設計時所考慮的產品族的限制。柔性生產的到來,催生了對新技術的需求。

一方面,在企業工廠內,柔性生產使得工業機器人的靈活移動性和差異化業務處理能力有很高要求。5G利用其自身無可比擬的獨特優勢,助力柔性化生產的大規模普及。5G網路進入工廠,在減少機器與機器之間的線纜成本的同時,利用高可靠性網路的連續覆蓋,使得機器人在移動過程中活動區域不受限,按需到達各個地點,在各種場景中進行不間斷工作以及工作內容的平滑切換。 5G網路也可使能各種具有差異化特徵的業務需求。大型工廠中,不同生產場景對網路的QoS要求不同,精度要求高的工序環節關鍵在於時延,關鍵性任務需要保證網路可靠性、大流量數據即時分析和處理需要高速率。5G網路以其端到端的切片技術,同一個核心網中具有不同的QoS,按需靈活調整。如設備狀態信息的上報被設為最高的業務等級等。

另一方面,5G可構建連接工廠內外的人和機器為中心的全方位信息生態系統,最終實現任何人和物在任何時候和任何地點都能實現彼此信息共享。消費者在要求個性化的商品和服務的同時,企業和消費者的關係發生變化,消費者將參與到企業的生產過程中,消費者使用者可以跨地域通過5G網路下參與到產品的設計以及產品狀態信息查詢。

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5G與工業4.0?

未來5G更專註於垂直產業應用服務。5G不再只是技術增進,如何因應垂直產業需求提供完整解決方案、服務模式將為布局重點。

未來5G將因應服務需求的網路架構及技術,重點如NFV、SDN 、LTE-U/LAA等;應用服務則強調及時應用服務與體驗,如無人駕駛、遠程操控等。目前日韓美電信運營商已進行網路試驗;華為、Ericsson等大廠開始提供完整服務內容。

5G也將針對垂直產業提供客制化服務。許多電信營運商展示車聯網服務,希望打進物流業者、賽車車隊、保險業者等,提供專業領域連網服務,以創造新的服務營收。另透過5G網路低延遲和高可靠度優勢,將可遠程實時控制機器手臂進行危險、複雜的工作,為礦業、工地、醫療等垂直領域解決問題。

5G服務將更廣泛應用於各個垂直產業,緊密與AI、無人機、深度學習等新技術結合。

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