科普长文：迈过 5G 这道“认知”坎

从新闻来看，5G 的部署进度越来越快，甚至已经有厂商开始谈论 6G，但不少人对 5G 的概念还十分模糊：为什么我们需要 5G？未来，我们是否还需要 Wifi？5G 的较高传输速率是如何达到的？4G 时代的旧基站还能不能用？目前的 5G 进展如何？

5G 是什么？

一项新技术的诞生必然与用户需求相关，5G 也是如此。如果清楚 5G 是什么，其实就可以知道 5G 能干什么。因此，我们先来解决 5G 是什么的问题。

从概念来看，5G 是第五代移动通信技术，包含毫米波、波束赋形、Massive MIMO 等众多关键技术。5G 最终的理论峰值可达到 10Gb/s，家用千兆宽带理论速率峰值约为 1Gb/s，主流手机 Wi-Fi 连接理论速率峰值为 150Mb/s。理论上讲，5G 网速比家用千兆宽带快 10 倍，比主流手机连接 Wi-Fi 快 66 倍，比 4G 快 100 倍左右。

要想实现 5G，最关键的三点是 LTE（授权频道）、LTE-U（非授权频道）和 LAA（授权频谱辅助接入）、NB-IOT（窄带物联网）。

LTE 和 LTE-A

LTE 的中文全称是授权频道，俗称 3.9G，是由 3GPP 组织制定的 UMTS 技术标准的长期演进，主要使用 5GHz 无需授权 WIiFi 频段，技术指标与 4G 非常接近。LTE-A 是 LTE-Advanced 的简称,是 LTE 技术的后续演进，类似技术也是 5G 实现更快传输速率的关键。

要想实现 5G，首先需要解决无线通信数据传输速度瓶颈，目前主流的移动通信标准是 4G LTE，理论速率为 150Mbps，这已经属于特高频和超高频。如果想实现更快传输速率，理论上，频率一定会更高。因为，频率越高，可用资源越丰富，可实现的传输速率就越高。

5G 的频率范围有两种，6GHz 以下和 24GHz 以上，前者与 4G 差别不算太大，后者则非常高。目前，国际主要使用 28GHz 进行试验。那么，为什么有时个别频段会被称为黄金频段呢？

这是因为频率越高，传输距离越短，需要的基站数量越多，花费的成本就越高，所以频段对 5G 实施非常重要，不过目前这部分标准主要是运营商在做。按照 5G 频谱规划，中国电信和中国联通获得 3.5GHz 频段的 5G 试验频率资源，分别为 3400MHz-3500MHz 和 3500MHz-3600MHz，中国移动则获得 2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz 频段的 5G 试验频率资源。

虽然，理论上可以通过一些技术手段实现 5G 时代的高传输速率，比如 Massive MIMO（大规模阵列天线）。但是，新添加的毫米波段信号覆盖范围非常有限，根据目前的学术研究信息，覆盖半径仅能达到 200m 左右，这就意味着 5G 时代的基站数量可能是 4G 时代的 100 倍，这也说明为什么运营商疯狂希望设备制造商降价，虽然可以通过微基站进行辅助，但降价还是可以带来巨大成本节省。

从 LTE-U 到 LAA

LTE-U 是非授权频谱，由于授权频谱有限，因此运营商都将目光投向非授权频谱，尤其是未经充分利用的 5GHz 频段，这其实是国家开放给民众免费使用的频谱资源，我们最熟悉的 Wi-Fi 频谱其实就是非授权频谱。看起来，非授权频谱似乎可以加快 5G 部署速度，但是，这一标准刚提出就遭到 IEEE 等组织的质疑，因为这无疑会对现阶段运行在其上的 Wi-Fi 造成影响。

有关 LTE-U 的标准暂时各大组织并未达成统一，但在非授权频谱上部署 LTE 的思路倒是被标准化组织 3GPP 接受。在 3GPP 的 R13 版本中，LAA 技术被正式引入，该技术可以在非授权频谱部署 LTE。那么，LAA 如何与 Wi-Fi 共存呢？

要想与 Wifi 共存，需要解决三方面问题：

1、与同频段 Wifi 不造成互相干扰；

2、与 Wifi 占用信道不发生冲突；

3、信道占用时间合理分配。

目前，LAA 通过动态频率选择 DFS，对非授权频谱传输质量进行监控，一旦发生信号干扰，新 DFS 就会被启动；通过 LBT（先听后说）实现信道监听，只有载波空闲时才予以使用；对连续最大占用时长进行规定。不过，目前国际上还是有不少厂商支持推进 LET-U，比如爱立信和高通，双方还曾合作演示该技术。

NB-IOT

NB-IOT，即窄带物联网。顾名思义，其所占用带宽非常窄，只需约 180KHz，同样基于 LTE 技术。虽然同属授权频段，但 NB-IOT 有颇多不同。

上文提到，要想提高传输速率，就需要提高频率，但频率越高所需基站数量就越多，成本就越高。NB-IOT 的特点是覆盖范围广，相比传统 GSM，一个基站就可提供 10 倍覆盖面积；穿透力很强，比 LTE 提升了 20db 增益，这意味着可以覆盖到地铁、车库、地下管道等区域；低功耗，内置 eDRX 省电技术和 PSM 省电模式，使用 5 号电池可以工作十年。

不过，由于其属于授权频道，因此同样是先接入运营商。

综上是 5G 涉及的三大关键技术，从授权频段分配即可看出，运营商将是推动 5G 发展的重要角色，但企业并非没有参与空间，华为曾推出企业版 LTE 技术 eLTE。

现在，企业可在 900 频段完成 eLTE 的载波频点，换句话说，该调频波段可用来做企业端应用。作为 NB-IoT 的变种，eLTE-IoT 成本更低、功耗更小、终端更多且距离长，这也让其成为物联网端最先进入实验的设备。

除此之外，部署 5G 的一项重要支出是基站建设，目前主要是运营商与设备制造商合作部署基站，但 4G 时期的旧基站并非完全无用。由于 5G 网络与 4G 所采取的标准不同，因此厂商研发的芯片、基带模块等会有所区别，再加上 5G 频段与 4G 不同，因此基站设备和天线等资源无法复用，但铁塔、光缆、电源等资源还是可以重新利用的。

5G 三大重要应用场景

通俗来讲，5G 的频率更高、带宽更大、速度更快。那么，5G 有哪些具体应用场景呢？

5G 主要有三大应用场景：eMBB，mMTC 和 URLLC，分别针对大流量移动宽带业务，比如超高清视频，这也是普通用户可最直观感受到的。曾有公司利用华为原型路由器对 5G 网络进行现场演示，最高速度可达到每秒 1.5GB；大规模物联网业务，这也意味着 5G 终端不局限于智能手机，而是会扩展到 PC、Pad、VR、AR、智能家居等产品；需要低时延、高可靠的业务，比如工业自动化、无人驾驶等，5G 的低时延刚好可降低自动驾驶汽车数据传输和反应时间，提高安全性。

为什么 5G 标准制定足以引起大规模口水战？

5G 标准由一个非常复杂的体系组成，包括基带、控制、空口协议等，国家标准化组织、网络运营商和设备制造商往往都会贡献一些建议。

2018 年 6 月 14 日，第五代移动通信（5G）独立组网标准正式冻结，这意味着 5G 完成第一阶段全功能标准化工作。在第一阶段标准，主要实现了对 eMBB（早在 2016 年就实现冻结）和 URLLC 两大重要场景的支持，确定 R15 NR NSA 和 R15 NR SA 版本。

在第一阶段标准中，美国运营商和企业（主要是高通）主推的 LDPC 码被采纳为 5G eMBB 场景数据信道编码；中国通信企业（主要是华为）主推的 Polar 码被采纳为 5G eMBB 场景的控制信道编码方案。

关于这次投票，有舆论表明联想为了向高通争取第一台 5G 手机的首发权而将票投给了高通，也有传言表明联想是投的弃权票。不论如何，最后华为确实因一票惜败，这件事情也在网络上发酵了很久。那么，为什么 5G 标准制定会引发这一系列口水战呢？

中兴通讯无线标准总监王欣晖曾对外表示，谁都知道，标准上占据主动权，就等于产业上占据了话语权。虽然在某些领域，华为的专利数非常多，比如华为拥有 1481 项 5G 新空口协议专利。但是，就必要标准专利数量而言，高通手握的 15%专利大部分皆为必要标准专利，是实现组网无法绕开；国内厂商目前掌握的 20%很多都是非必要专利。因此，高通依旧占据有利地位，并着手制定对自己有利的专利费用标准。

据悉，如果完全采用高通移动网络核心专利，单模 5G 手机收取手机整机售价的 2.275％，多模 5G 手机(3G/4G/5G)收取 3.25％；非完全使用高通移动网络专利，单模 5G 手机收取 4％，多模 5G 手机收取 5％。注意，这些还不包括采用其芯片要交的费用。

因此，5G 标准制定非常影响未来中国在 5G 市场的位置，好在第二次关于独立组网的 5G 投票将在近日举行，非独立组网指 3G/4G 和 5G 共同构成的网络，3G/4G 未来肯定会被慢慢淘汰，因此独立组网将是未来很重要的发展方向，不知道这一次投票结果会是什么。

5G 标准制定时间表

2018 年 6 月 14 日，第五代移动通信（5G）独立组网标准正式冻结，支持增强移动宽带和低时延高可靠物联网，完成网络接口协议；

2019 年 3 月，R15 Late Drop 版本冻结（这是 R15 三个版本中最后被确定的），含有完整 ASN.1 代码的标准版本将于约三个月后发布，这比 3GPP 的原定时间推迟了三个月；

预计到 2019 年 12 月，完成满足 ITU（国际电信联盟）全部要求的完整 5G 标准，也就是 R16，暂不确定 R15 标准冻结延后是否会影响 R16 版本的冻结时间；

预计到 2020 年，整个 5G 标准在 ITU 会议全面通过。

中国目前的 5G 发展情况

国际方面，高通推出新一代骁龙 855 移动平台，这是全球首款商用 5G 移动平台。高通方面表示，2019 年，小米、OPPO 和 vivo 等厂商均将推出搭载高通芯片的 5G 手机，并在 CES 大会上明确指出将重点关注自动驾驶汽车和 5G，并可能在 2019 年推出 30 多款 5G 设备，主要是智能手机。

转观国内，三大运营商和以华为、中兴为代表的企业过去一年在 5G 上也取得了不少突破。

三大运营商

目前，三大运营商的 5G 组网策略基本确定。从启动时间判断，中国移动和中国联通可能最先采取 NSA，也就是上文提到的非独立组网策略，但最终都会倾向于 SA 方案；中国电信选择 SA 方案，虽然符合 SA 要求的 5G 设备测试相对要慢一些，但中国电信还是在此前的《5G 技术白皮书》中表明，优先选择 SA 方案。

近日，中国移动宣布将全面启动 17 座城市的 5G 规模试验和应用示范。中国联通也宣布将开展 17 个试点城市 5G 业务示范及网络试验工作。中国电信计划到明年 3 月前，以深圳软件产业基地(双创园)为中心，建设 50 个 5G 站点，形成小范围连片覆盖。

目前，中国移动已建设 14 个开放实验室用于 5G 网络应用试验，开通成都远洋太古里全国首个 5G 示范街区，并让成都地铁 10 号线太平园站成为全国第一个覆盖 5G 信号的地铁站。中国电信目前已在深圳开通 31 个 5G 站点，在杭州世游赛场馆奥体中心周边建设了 10 余个 5G 基站。

过去一年，三大运营商分别与百度、华为、苏宁、字节跳动等众多公司达成战略合作协议，为 5G 设置更多可能的线下基站位置。

以华为和中兴为代表的重要厂商

2018 年初，华为发布首款 3GPP 标准的 5G 商用芯片巴龙 5G01，以及基于该芯片的首款 3GPP 标准 5G 商用终端，支持全球主流 5G 频段——Sub6GHz(低频)、mmWave(高频)，理论上可实现最高 2.3Gbps 的数据下载速率；华为即将全球商用上市的 5GNR 产品顺利通过欧盟专业认证机构的认证核查，获得全球第一张 5G 产品 CE-TEC（欧盟无线设备指令型式认证）证书；华为主导的 Polar 编码成为控制信道编码方案…

中兴则推出新一代 5G 全系列基站产品，包括基础通信、芯片、云端、终端；积极与三大运营商就 5G 开展合作；宣布顺利完成 5G 网络应用场景测试，并承诺将于 2019 年上半年推出自己的商用 5G 手机…

此外，小米、OPPO 等国内企业也在积极布局 5G，小米在 MIX 3 发布会上宣布已经打通 5G Sub-6GHz 和 mmWave 毫米波信令和数据链路链接；OPPO 率先实现全球首个采用 3D 结构光技术 5G 视频通话演示。

结语

2019 年，三大运营商的 5G 投资支出可能达到百亿级，厂商研发进度也将加快。工业和信息化部部长苗圩近日接受媒体采访时透露，2019 年，中国将进行 5G 商业推广，一些地区将会发放 5G 临时牌照，下半年还将用上诸如 5G 手机、5G iPad 等商业产品。

不难看出，国内的 5G 推进步伐在加快，但也有业内人士表明，当前的 5G 推进进度可能有些过快，毕竟现在芯片和终端等都不太成熟，过早建网或许对 5G 整体发展并不利。但就目前情况来看，运营商的进度可以满足 2019 年预商用、2020 年正式商用 5G 的目标。