5G熱潮退去之后，5G發(fā)展何去何從？

圖源：AI生成

5G在2019年推出時，承諾將改變機器人等主要產業(yè)、創(chuàng)造新的應用，讓我們以前所未有的規(guī)模進行通信。五年后的今天，我們在哪里？本文將探討5G的現狀是否達到了當年熱議的那些目標，以及目前的技術部署情況。

定義5G

5G是繼2G、3G和4G之后，推出的第五代蜂窩移動無線技術。大多數人都通過智能設備（如智能手機、平板電腦和智能手表）與這項技術交互，但4G與5G的應用和使用案例遠比這些更廣泛。

許多人第一次與5G交互的體驗，是在使用支持5G的智能手機，并且連接到高吞吐量、兼容5G的網絡時。在這種情況下，手機屏幕上會顯示出5G圖標。針對移動用戶提供的高吞吐量網絡〔即增強型移動寬帶（eMBB）〕只是5G的主要使用案例之一。其他主要使用案例包括超可靠低延遲通信（URLLC）以及大規(guī)模機器類型通信（mMTC）。URLLC指的是確保往返通信周期具有極低的延遲和高成功率；mMTC是指許多機器之間以不同數據速率和通信頻率同時進行通信，例如分散各處的傳感器、控制器、自主機器人和安全設備之間的通信。這些機器類型通信通常具有不同的通信類型、調制方式、頻率范圍和帶寬。智能家居和工業(yè)自動化等重要應用都必須全面考慮這些因素。

5G正在探索的其他使用案例還包括車聯網（V2X）應用。V2X涵蓋了車輛與用戶的移動設備和附近的信標之間、車輛與車輛之間（V2V）以及車輛與基礎設施之間（V2I）進行通信的能力。V2X功能是實現自動駕駛車輛和其他增強型車輛安全功能的一種方法。此外，V2X還有助于減少交通流量，并協(xié)助應急車輛開展作業(yè)。

5G的前景是否被夸大了？

根據GSMA Intelligence調查，截至2023年底，5G連接數已超過15億，而此時距離5G推出僅過去了四年，顯然這項技術的采用率非?？捎^[1]。然而，已部署的5G不一定都是能夠支持eMBB、URLLC、mMTC和V2X功能的5G。此外，GSMA還指出，5G的部署主要集中在高收入國家和地區(qū)，富裕城市區(qū)域以外的部署規(guī)模很小。即使在已部署5G的地方，其性能也大多乏善可陳，某些情況下甚至還不如先前部署的4G LTE。

了解上述結果背后的原因，有助于我們理解究竟何謂5G：它就是一套規(guī)定了一系列頻率的標準，以及與這些標準兼容的通信技術。5G頻率分為低頻段、中頻段和高頻段，每個頻段還可進一步分為多個頻道。低頻段頻率低于1GHz，其信號覆蓋范圍更大，但吞吐量較低。中頻段頻率介于1GHz至7.125GHz之間，可在信號覆蓋范圍和吞吐量之間取得平衡，但在整個頻率范圍內的具體情況有所差異。高頻段在技術上是指高于7.125GHz的任何頻道（根據不同的資料來源，最高可達40GHz或71GHz），屬于毫米波（mmWave）頻率范圍。采用毫米波頻率可以實現極小的設備尺寸和較大的帶寬，但由于大氣衰減較高，可能導致信號覆蓋范圍有限。

目前的5G主要涵蓋中頻段服務，這些服務只是中頻段頻率的額外增加和延伸，與4G LTE Advanced沒有太大區(qū)別，只是增加了一些帶寬。部分大型電信運營商和移動ISP正在部署和測試有限的高頻段5G服務。雖然這些服務取得了一定的成功，也確實帶來了更高的吞吐量，但信號傳輸距離仍然很短，而且非常耗電，致使其在電池續(xù)航時間和信號覆蓋可靠性方面表現不佳。這是一個合理的現象，因為這些都是很新的服務，以往也從未在這些頻率上為移動設備提供過大規(guī)模無線服務?，F在，固定無線接入（FWA）服務已取得一定成果。這些服務使用中頻段和高頻段5G為家庭提供無線網絡，在寬帶網絡服務部署不完善、價格昂貴或不可用，但可以使用5G的地區(qū)取得了成功。根據GSMA Intelligence報告，FWA在科威特、沙特阿拉伯、阿聯酋、奧地利、美國、德國和澳大利亞的采用率已超過5%。

5G的其他成果還包括比以往4G快上數倍的下載速度，以及比4G更實惠的移動數據資費。不過，這其中的部分結果可能會存在偏差，因為它們可能很大程度上取決于營銷策略的影響，而不能反映實際成本。此外，許多地區(qū)正在逐步淘汰2G和3G服務，導致許多用戶必須也跟著轉變。

5G部署的新階段

隨著技術的發(fā)展，以及更多功能和使用案例得到實現，5G早期發(fā)展的一些痛點可能會得到緩解。這需要來自設備和服務供應商的廣泛生態(tài)系統(tǒng)支持，而隨著5G部署的普及和成本下降，此類生態(tài)系統(tǒng)可能會繼續(xù)緩慢成長。

5G接下來的兩種部署模式是5G獨立組網（5G SA）和5G Advanced。5G SA是指獨立的高頻段/毫米波服務，不像目前常見的5G非獨立組網（5G NSA）那樣需要5G中頻段服務或5G LTE核心提供支持。5G SA設備和應用可以專注于實現極高的吞吐量，因此只需要采用兼容高頻段的芯片組，而不需要任何5G中頻段技術。此舉可以降低成本，并實現更多5G高頻段使用案例，畢竟5G SA的性能理應遠勝于5G NSA。不過，5G SA需要采用符合5G標準的無線接入網絡（RAN）技術和符合5G標準的核心技術。

5G Advanced這個術語跟4G LTE Advanced類似，指的是預計于2028年發(fā)布的5G更新版本（3GPP Release 18至21）。該新版本有望增強大規(guī)模多輸入多輸出（mMIMO）技術、縮短切換時間、提高頻譜效率，以及實現非地面網絡的接入。其他新服務包括改進對擴展現實和5G輕量化（RedCap）設備的支持，以及支持增強定位/時間關鍵型網絡。5G Advanced還有望實現更加節(jié)能的服務、引入基于人工智能（AI）的RAN負載管理/移動性優(yōu)化，并且進一步增強無線接口，具體做法可能與基于AI的認知無線電架構類似。

總而言之，5G Advanced有望實現衛(wèi)星到手機通信、時間關鍵型應用和精確定位（一種全新的蜂窩無線功能）。此外，AI增強的自動化功能還有望根據用戶設備和基礎設施的當前環(huán)境，對網絡負載管理加以改善。5G Advanced可能還需要多年時間才能廣泛應用；不過，Release 18的許多功能可能會通過軟件更新提供給基礎設施設備和部分用戶設備，而不需要更換全新硬件。

5G的私人網絡、汽車和工業(yè)應用

盡管政府、國防機構、企業(yè)、汽車和工業(yè)應用已經采用前幾代的蜂窩技術，但蜂窩服務的主導力量依然是消費者應用。這些消費者應用主要包括手機服務，也包括一部分的FWA。然而，隨著URLLC、mMTC、V2X和增強定位/時間關鍵型網絡等新的5G使用案例推出，5G技術將更有可能部署在這些應用中，屆時消費者服務很可能不再是主導的服務。由于這些應用需要更多的自動化和無線連網功能，而且部署5G網絡的成本相對更高，因而這些5G新技術很可能會首先在政府、國防和工業(yè)實體中得到應用。

結語

雖然5G技術初期引入的過程有些坎坷，但其部署仍在飛速擴展，遠超過前幾代蜂窩無線技術。5G服務未來的使用案例和應用還有望繼續(xù)推動5G的采用，對于之前無法由無線通信提供服務的應用也是如此。隨著5G SA和5G Advanced技術的部署規(guī)模成長，以及5G服務成本下降，圍繞5G熱潮的大部分期望可能會在未來幾年成為現實。

資料來源

[1] https://data.gsmaintelligence.com/5g-index

關于作者

Jean-Jacques (JJ) DeLisle就讀于羅切斯特理工學院（RIT），并獲得了電氣工程學士學位和碩士學位。在學習期間，JJ從事射頻/微波研究，為校刊撰稿，并且是RIT第一個即興喜劇團的成員。在拿到學位之前，JJ已受聘為Synaptics Inc.的IC布局和自動化測試設計工程師。經過6年開發(fā)和鑒定內置同軸天線和無線傳感器技術的原創(chuàng)性研究，JJ帶著多篇技術論文投稿和一項美國專利的成就離開了RIT。為了進一步追求自己的事業(yè)，JJ和妻子Aalyia搬到紐約市居住，并開始擔任《Microwaves & RF》（微波與射頻）雜志的技術工程編輯。在此期間，JJ學會了結合他的射頻工程技能與技術寫作熱情。JJ在職業(yè)生涯的下一階段選擇創(chuàng)辦自己的公司RFEMX，因為他看到了業(yè)界對技術能力強的作者和客觀的行業(yè)專家有巨大需求。在朝向這個目標推進的同時，JJ擴大了公司的業(yè)務范圍和愿景，成立了Information Exchange Services (IXS)。