5G

从电报、电话到手机，从1G到4G，通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。如今我们正迎来5G时代，可5G到底是什么？

“5G”是一个叫做“第五代移动通信技术标准”的行业标准。

5G是由“第三代合作伙伴计划组织”(3rd Generation Partnership Project，简称为3GPP）负责制定的。3GPP是一个标准化机构。目前其成员包括中国、欧洲、日本、韩国和北美的相关行业机构。

5G好处和特点体现在它有三大应用场景：增强型移动宽带、超可靠低时延和海量机器类通信。

也就是说5G可给用户带来更高的带宽速率、更低更可靠的时延和更大容量的网络连接。

5G的5大特点：毫米波、微基站、多天线技术（MIMO）、波束赋形、设备到设备通讯（D2D）。

3GPP对5G标准的规划是分几个阶段完成：

第一阶段启动全功能版本

2017年完成了5G的R14标准（非独立组网标准冻结）；

2018年6月13日，3GPP在美国出台5G的R15标准（独立组网标准的冻结）；

第二阶段启动R16为5G标准，该阶段将完成满足ITU（国际电信联盟）全部要求的完整的5G标准。

R16的标准仍在制定中，5G的完整标准可能会在2020年前制定完成。

R15标准只是5G标准的一部分，其中包含了5G三大应用场景中的增强型移动宽带和超可靠低时延两大场景，也就是说5G标准还没有全部制定完成。

虽然5G标准还没有全部制定完成，但已出台的R15标准已经包含了5G应用中的增强型移动宽带和超可靠低时延两大场景。这意味着国内外的各电信企业及相关设备生产厂家等一系列关联企业可以根据R15标准开始进行5G网络的搭建和部署工作。

 

5G只是更快？

5G不再只是从2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的网络速率的提升，而是将人与人之间的通信扩展到万物连接，打造全移动和全连接的数字化社会。

5G应用不再只是手机，它将面向未来VR/AR、智慧城市、智慧农业、工业互联网、车联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等等。

这意味着什么呢？有运营商在白皮书里将5G定义为一次彻底的创新。

如果我们把一项技术创新为四类：渐进式创新、模块创新、构架创新和彻底创新，从2G到4G是频谱效率和安全性等逐步提升的渐进式创新，也是在维持集中式网络构架下的模块式创新，还有从网络构架向扁平化和分离化演进的构架创新。

但到了5G，除了提供1G至4G时代的手机业务，还要面向各种新的服务，提供不连续的、崭新的能力，因而这对于移动通信是一次彻底的创新。

网络构架的演进与创新

移动网络构架主要包括核心网和无线接入网，从2G到4G，其构架演进是这样的...

到了5G时代，移动网络按循序渐进的方式引入5G网元设备。

第一步，5G NR（新无线）先行，5G基站（gNodeB）与4G基站（eNodeB）以双连接的方式共同接入4G核心网。

第二步，5G基站独立接入5G核心网（NGCN，下一代核心网）。

第三步，5G基站和4G基站统统接入5G核心网，4G核心网退出历史舞台。

以上5G网络构架演进看似整体一致，实际上，我们把核心网和无线接入网分开来看，其内部构架发生了颠覆性的改变。

先比较4G基站和5G基站是怎样接入核心网的？

由上图可知，核心网网元名字变了，有4G时代的MME/S-GW变为5G时代的AMF/UPF。

说起这个AMF/UPF，就要提到由中国移动牵头提出的SBA 5G核心网基础构架。

▲5G系统服务架构

这是一个基于云原生设计原则的构架，不仅要对传统4G核心网网元NFV虚拟化，网络功能还将进一步软件模块化，实现从驻留于云到充分利用云的跨越，以实现未来以软件化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。

AMF：全称Core Access and Mobility Management Function ，负责控制面的移动性和接入管理，代替了不能MME的功能。

UPF：全称User plane Function，就是负责用户面，它代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。

无线接入网又发生了怎样的改变呢？分离、分离、分离。

如上图所示，首先是控制面和用户面的分离；其次是基站被分离为三部分：AAU、DU和CU。

5G无线关键技术：微基站和Massive MIMO

5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，要提升容量和速率无非就是三板斧：频谱带宽、频谱效率和小区数量。

▲提升网络容量的三板斧

用公式来表达就是这样的...

首先频谱带宽，高频段的频率资源丰富，同时，目前小于3GHz的低频段基本被2/3/4G占用，所以5G就得向高频段3.5GHz-30GHz（甚至更高）扩展。

问题来了，频段越高，穿透能力越差，覆盖范围越小。

怎么办？这就引出了5G的两大关键技术：Massive MIMO和微基站（Small Cells）。

毋庸置疑，微基站已成为未来解决网络覆盖和容量的关键。未来城市路灯、广告牌、电杆等各种街道设施都将成为小基站挂靠的地方。

Massive MIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服务多个用户。它可以大幅提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，简而言之，就是通过分集技术提升传输可靠性、空间复用提升数据速率、波束赋形提升覆盖范围。

MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用，多个终端的天线同时使用，这样以来，大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观的去思考提升系统容量。

波束赋形是指大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射（或接收）信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。它可补偿无线传播损耗。

在去年举行的中国国际信息通信展览会（PT展）上，笔者看到了各大厂家的Massive MIMO。

5G是一场融合创新

5G超高速上网和万物互联将产生呈指数级上升的海量数据，这些数据需要云存储和云计算，并通过大数据分析和人工智能产出价值。

与此同时，为了面向未来多样化和差异化的5G服务，一场基于虚拟化、云化的ICT融合技术革命正在推动着网络重构与转型。

为了灵活应对智慧城市、车联网、物联网等多样化服务，使能网络切片，核心网基于云原生构架设计；面临毫秒级时延、海量数据存储与计算等挑战，应运而生的是云化的C-RAN构架和实时的移动边缘计算（MEC）引入。从核心网到接入网，未来5G网络将分布式部署巨量的计算和存储于云基础设施之中，核心数据中心和分布式云数据中心构成网络拓扑的关键节点。

这是一场由海量数据引发的从量变到质变的数据革命，是一场由技术创新去推动社会进步的革命，因此，5G需广泛与各行业、垂直领域合作，共同激发创新，从而持续为社会创造价值。

中国5G走在世界前列

我国从国家宏观层面已明确了未来5G的发展目标和方向。《中国制造2025》提出全面突破5G技术，突破“未来网络”核心技术和体系架构；在《“十三五”规划纲要》、《“十三五”国家信息化规划》、《国家信息化发展战略纲要》等重要文件中，均提出要积极推进5G产业发展。2019.6.6工信部正式发放了4张5G商用牌照。

5G就是一场革命，它以技术为驱动，从人与人的连接延伸到万物互联，从个人和家庭延伸到社会各个领域，进而为社会经济、生活带来革命性的影响。

有人说，4G就够了。IBM的老沃森曾说，世界上只需要5台电脑。比尔盖茨也曾说，640K内存都足够了。

而对于5G这场技术和生态革命而言，显然不是“够不够”的问题，而是“能不能创新更多”的问题。