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下一代无线技术具有实时连接性，可以带来新的消费者和商业应用。
在过去的十年里，4G 无线技术已经成为众多全球移动设备和用户的标准。从 Snapchat、Instagram 等社交媒体平台，到 Uber 和 Lyft 等出行工具，许多公司都从今天的 4G 系统提供的可靠连接和速度中受益匪浅。
尽管第四代无线技术为移动消费的新媒介铺平了道路，但它依然有局限性。在接下来的十年中，物联网（IoT）设备的兴起要求网络近乎实时地传输海量数据，5G 则可以实现这种状态。
5G 早期在 2018 年底开始部署，当时 AT＆T 在 12 个城市推出了 5G 无线网络，但是该技术的广泛实施可能需要十年的时间。即使如此，企业也越来越关注这种技术：根据 CB Insights 数据，在 2019 年每个季度的收益电话会议中，提到 5G 的次数超过 2000 次。诺基亚、高通、爱立信、博通 和 Verizon 等公司都讨论了 5G，以及相关技术和服务部署计划。
在中国，5G 商用速度明显在加快。3 月份，工信部下发《关于推动 5G 加快发展的通知》，提出加快 5G 网络建设进度，加速 5G 应用模组研发，支撑工业生产、可穿戴设备等泛终端规模应用。根据全球移动设备供应商协会（GSA）的数据显示，中国提交的 5G 国际标准文稿约占全球的 30%，主导标准化项目占比约 40%，均位居世界前列。其中，华为已拿下全球三分之二的 5G 合同。
面对激进和保守的不同声音，本文将深入探讨无线技术的背景、什么是 5G、以及下一代互联网络将如何发展。
无线技术系统的发展历史
无线通信已经存在了一个多世纪，但直到 20 世纪 70 年代末和 80 年代初，才成为一种商业上可行的消费服务。随着手机的问世，第一代（1G）无线技术系统问世。这些设备和网络允许移动语音通话，但仅此而已。
第二代（2G）改进了语音通话，并通过短信（SMS）引入了文本消息传递（后来通过彩信 MMS 引入了媒体消息传递），这最终帮助手机行业在本世纪初获得了广泛的采用。2G 的后续迭代引入了数据传输，但是直到 1998 年，3G 才允许使用移动互联网浏览和视频通话等功能。最新的 3G 迭代能够达到 4 Mbps 的数据速度。
被消费者称为 4G（现在称为 4G LTE）的最新一代无线技术能够达到 10 - 50 Mbps 的实际速度，具体取决于运营商。这些速度可用于移动在线游戏、实时高清电视、团体视频会议、联网家庭解决方案，甚至是新兴的体验，如 AR / VR。但这也意味着用户需要以 4G 速度进行下载或缓冲，对于大多数消费者来说，这是为“媒体无线自由”付出的一笔代价。
但是对于运输、医疗保健等行业，数据传输之前的延迟可能会对系统结果产生直接影响。例如，5G 将使自动驾驶汽车之间的即时通讯成为可能，可以防止致命事故的发生。5G 将对这些关键任务系统产生巨大的影响，同时还将为未来的互联技术提供必要的基础架构。
什么是 5G 无线技术？
5G 作为第五代无线技术系统，能提供比任何一代技术更快的速度。对该技术的早期测试显示，现实速度可达 700 - 3000 Mbps（3 Gbps），一旦 5G 商用，消费者就能体验极快的速度。使用 4G 下载电影可能需要花费几分钟，使用 5G 则只需要数秒。
尽管智能手机和其他移动设备是 5G 商用后最明显的受益者，但还有很多行业都能从 5G 中获益。例如，物联网将从 5G 提供的速度和带宽中受益匪浅，尤其是随着行业的发展：Gartner 估计，到 2020 年将安装超过 20B 的物联网设备，而与物联网设备相关的支出接近 3 万亿美元。自动驾驶汽车、机器人手术和关键基础设施监控，只是 5G 赋能物联网的一小部分潜在应用。
5G 颠覆行业
5G 在连接性方面的飞跃，为众多行业创造了巨大的机会，同时也为大规模的技术突破奠定了基础。一旦 5G 普及，可能对这些行业产生变革性影响，主要有以下三个原因：
5G 设备延迟性更低，从而可以更快地传输较大的数据流； 5G 设备可靠性更强，能在极端条件下更好地传输数据； 5G 比 Wi-Fi 更加灵活，可以支持更广范围的设备、传感器和可穿戴设备。
这里我们将深入探讨几个行业，它们可能会受到 5G 技术的巨大影响。
医疗健康
为了降低成本并改善整体健康状况，西医正朝着预防保健的方向发展。5G 为可穿戴设备进行预防和监控提供了巨大的机会，这样的设备已经被用来追踪睡眠、血糖水平、体育锻炼等。
5G 更快的速度和更高的网络可靠性，为开发更复杂的设备提供可能性，包括直接植入人体的设备，而不仅仅局限在体外佩戴设备。
配备 5G 的微型摄像机，能够提供患者实时的体内外视频，为远程诊断和更复杂的远程治疗奠定基础。例如，对反复住院治疗的中风患者来说，他们经常遭受缺乏家庭监测和护理的困扰。跟踪患者日常生活的新型可穿戴设备（今天使用 4G 无法实现），可让此类患者无需去医院就可以获得更多个性化的监控，以及远程医疗服务。
根据 CB Insights 数据，到 2025 年，远程医疗的市场规模预计将增长到 860 亿美元。
在机器人手术领域，5G 则极大地扩展医生的能力，将关键和专业的护理服务带给全世界的患者机器人手术在今天是可行的，特别是在人口稠密的城市地区，可以接入高速宽带互联网，但医生通常必须与病人在同一手术室才能进行手术。
通过低延迟和无波动的长距离通信，5G 可以实现在世界任何地方进行手术操作。2019 年 1 月，中国团队首次测试了 5G 远程手术，在福建省切除了一个动物的肝脏。
在美国，拉什大学卫生系统（Rush University System for Health）计划与美国 AT&T 公司合作，成为首批在医院尝试 5G 连接的医疗机构之一。
制造
制造业已经开始采用人工智能和物联网技术来提高效率，改善数据收集，并构建更好的预测分析能力。借助 5G，制造商可以获得更快、更可靠的数据收集和传输方式，还能获得集成到工厂和工作流程中的各种传感器和设备。
5G 技术的一个重大潜在改进，是将 AR 应用于制造业。2018 年 1 月，爱立信在爱沙尼亚塔林的工厂开始测试利用 AR 进行故障排除。通过 AR ，技术人员可以观察到需要维修的部件，并在他们的视野范围内调出相关的原理图和说明，大大缩短了维修所需时间。
爱立信还与飞机引擎制造商 MTU Aero Engines，以及德国弗劳恩霍夫生产技术研究所（Fraunhofer Institute for Production Technology）合作，一起测试 5G 技术。爱立信表示，这将可能为一家工厂节省约 2700 万欧元。
图 | 在爱立信的塔林工厂，一名技术人员使用 AR 技术修理电路板
5G 技术最主要的一个好处是可以在同一基础设施上运行多个专用网络，从而自定义速度、覆盖范围和安全性（也称为切片）。尽管运行独立网络的能力已经存在，但切片可以更容易地根据制造过程调整它们，并提高适应性。
根据 Capgemini 在 2019 年发布的一份报告，这项技术的普及程度很高，使得三分之二的工业公司准备在两年内将其部署。尽管 4G 的较高延迟和 Wi-Fi 的低可靠性在今天限制了此类技术，但 5G 能够以高分辨率、传输视频低延迟能力可能，使它具有更广泛的可用性。
5G 的其他工业用途（根据 AT＆T ）包括：
持续监控设备性能 机器视觉识别功能，可独立确认产品质量 预测分析以判断并预警，某个零件何时将发生故障
汽车
特斯拉、谷歌和其他公司多年来，一直在研制第一辆真正意义上的全自动驾驶汽车，它可以在任何环境中、没有人工干预的情况下自主行驶。
迄今为止，他们解决这个问题的主要方法是使用车载计算器和雷达来扫描车辆周围的环境，并根据这些信息来决定车辆的下一步行动。
包括高通、爱立信、华为和诺基亚在内的公司，正把 5G 和边缘计算作为解决自动驾驶汽车面临的问题的潜在解决方案。
图 | AI 边缘计算能力有助于加快响应时间
5G 汽车协会（5GAA）于 2016 年开始研究“从手机到汽车到一切”或 C-V2X 技术。在 C-V2X 系统中，自动驾驶汽车不是单独决定如何行动，而是相互沟通，并与交通信号灯和建筑标志等物理环境进行通信交互，以安全有效地协调运动轨迹。
该系统目前处于测试阶段，但研究人员认为，5G 有助于在未来实现真正的自动驾驶。根据电信咨询公司 Analysys Mason 数据，到 2027 年，在 5G 环境下的汽车连接数量预计将达到 9600 万个。
5G 的可用性将意味着环境中传感器的密度更大，数据从集中式服务器传输到这些传感器和车辆的速度更快。未来的自动驾驶汽车平均每周可以产生多达 200 万兆字节的数据，而将所有这些数据转移到云端或区域服务器在今天的 Wi-Fi 或 4G 网络下是不可行的。
零售
在过去几年里，零售商在智能技术上投入重金，以帮助客户更有效地购物和更快完成结账，同时收集更多有关客户体验的数据。
从店内分析到视觉识别驱动的货架监控，所有这些都依赖或受益于大量数据传输、高吞吐量访问背后的连接能力，这就是为什么 5G 技术对零售商的运营有如此大的影响。
目前结合 RFID 技术的“智能货架”可以告诉商家提货率与销售额的比率，并显示动态价格。借助 5G，配备传感器的货架可以确定产品的低库存，让配送中心补货，并动态监控发货和运输进度。
AT&T 表示，移动网络的数据流动，对于现有的基础设施来说压力太大了。如今，丝芙兰（Sephora）这样的公司使用虚拟试妆技术，帮助店内顾客在购买前了解自己的特定妆容，但该产品受到数据流限制。5G 技术消除了这些限制，有一天，我们可以使用 AR 试穿想买的衣服，精确度可能会高到，很难把虚拟与现实区分开。
5G 也可能创造全新的购物体验，与今天的技术相比，那将是不可想象的：智能手机上的 AR App 会在顾客进入商店时触发，并直接将其引导到货架前。在无人零售店中，如 Amazon Go，已经为这些体验提供了物理基础。
根据 Adobe Digital Insights 数据，5G 技术带来的连通性改善，到 2021 年可能每年增加 120 亿美元的零售收入。
娱乐
福克斯（Fox）和华纳兄弟（Warner Brothers）等媒体巨头已经开始探索使用 5G 技术。5G 频道将能够提供超高质量的流媒体直播。亚马逊和 Dish Network 已经进行联合建设和支持 5G 网络的谈判。
5G 网络状态下的下载速度也将大幅提升，使得电影、游戏和电视剧下载只需几秒钟，这可能推动从流媒体向移动下载的转变。
根据 2018 年英特尔/ Ovum 数据，到 2028 年，更好的移动连接预计将推动全球移动媒体收入达到每年 4200 亿美元。
5G可能会对 AR 和 VR 产生更具变革性的影响。与传统媒体相比，VR 和 AR 应用具有更高层次的视觉效果、分辨率和帧频，因此需要更高的带宽和更低的延迟，以便向观众传输行动和视觉一致的体验。
典型的 4G 连接有大约 60ms 的延迟，这对于 VR 体验来说太慢了，甚至在 15ms 的时候也会变得混乱和不和谐。而 5G 承诺的延迟在 1 - 4ms 之间。
通过 5G 实现更快的连接，对电子竞技和游戏行业来说也将是革命性的，因为在这些行业，快速的响应时间往往可以决定玩家的成功。根据英特尔/Ovum 的报告，到 2028 年，移动 5G 游戏收入预计将达到 1000 亿美元。
能源
5G 可以帮助实现更具成本效益的能量传输。
更快的连接速度使能源网得到更有效的管理，从而减少停机时间。例如，在停电的情况下，5G 驱动的智能电网可以使用数据和传感器快速检测问题。这项技术还可能带来更稳定的能源供应，因为供应商将根据大量数据和智能传感器，在电力分配方面做出更明智的决定。
图 | 5G 助力实现更高效的能源传输和管理
在夏威夷可以看到这种智能电网的现实版本，在那里与 Verizon 合作构建的系统可以分析故障并监控电表。Verizon 预计，随着未来将继续在美国推出其 5G 网络，该电网将变得更加高效。
更好的连接也对消费端有好处。连接 5G 技术并配备传感器的路灯，可以在路上没有人或车辆时自动关闭，从而节约能源。根据埃森哲（Accenture）数据，在美国这种方式每年可节省高达 10 亿美元。
随着 5G 允许设备之间更好的实时连接，更多的家庭可能会配备智能电表。这些电表将能够提供不同家用电器和设备的能源消耗情况，为业主提供更多的信息来管理他们的能源使用。Verizon 认为，能源行业将是展示 5G 潜力的关键领域，将成为 5G 技术“最重要的测试案例”之一。
农业
5G 为农民提供在田间获取更快、更准确信息的机会，有助于增加作物产量，并更容易预防常见作物和野生动物疾病。
SlantRange 等公司已经在为农民提供无人机服务，以便了解他们的作物。有了 5G 连接，这样的服务可以运行得更加准确。例如，自动驾驶拖拉机可能最终会使用 5G 与无人机配对来指导工作，用作确认农田的哪些部分需要施肥。
随着 5G 技术的发展，精准农业有望取得重大进展。对于资源密集型作物，需要监测土壤健康等因素来帮助提高产量。使用目前的 4G 网络同步精准耕种过程大约需要 30 - 60 秒。约翰迪尔技术创新中心（John Deere Technology Innovation Center）表示，有了 5G ，这个过程可以缩短到不到一秒。
金融服务
随着移动银行和金融科技的发展，在过去的十年里，金融服务正朝着更加个性化和便捷的方向发展。5G 将加速这一转变，将银行业转变为一个更普惠、更即时的过程。
由于可以支持多个应用同时运转，移动支付可以运行得更快、更可靠。5G 允许移动应用程序在设备上保留更少的数据，从而使应用程序更轻便，响应速度更快。
一些行业人士押注 5G 将为没有实体分行的地区带来更好的银行服务。据报道，AT&T 正在为美国的银行开发移动分行，这些分行将使用 5G 技术进行连接。它们服务于音乐节、快闪店和银行需求低的偏远地区。
银行业在提供更个性化服务方面的努力，也可能会从 5G 得到提振。例如，能够提高人工智能能力的数据收集量，可以让银行为客户提供量身定制的服务。
物流供应链
通过让数字通信更加普及，5G 技术有潜力改变供应链的每一个环节。在仓库中，5G 连接的设备与传感器相结合，可以实现更快的通信、收集更大数量的数据，以及对故障的更快响应。
5G 技术在供应链中的一个应用是实时跟踪和追踪包装或零部件。这种更好地跟踪单个包裹的能力还可以简化受损货物的保险索赔。有了附加在包裹上的 5G 传感器，就可以更容易地监控它们的状态——包括温度、湿度和位置等变量——这些信息可以帮助利益相关者识别哪里出了问题，并据此提出索赔。
DHL 等公司已经在测试自动配送，这是另一个可能从 5G 连接中得到提升的领域。随着越来越多的设备能够接入同一个网络，在密集地区部署更多的联网自动驾驶汽车则成为可能。
关注四大驱动力，为 5G 铺平道路
下面，我们会谈到 4 个主要的驱动因素，它们将使 5G 的广泛采用成为现实，并且阐述它们将如何促进 5G 系统的部署和使用。
光纤基础设施
虽然光纤网络和无线网络有时被认为是相互竞争的技术，但它们常常协同工作。在 5G 的情况下，在无线运营商的推动下，光纤需要达到几 Gbps 速度。
数据大部分时间通过电线传输，无线天线通常完成最后几公里的传输。这样，光纤就充当了移动网络的神经系统。
通过光纤将数据中心连接到蜂窝天线（蜂窝塔或小型蜂窝），可以实现 5G 近乎实时的速度。目前光纤基础设施非常普遍，并被当前的 4G 系统所使用，但要支持广泛使用的 5G ，还需要更多的光纤基础设施。
无线服务供应商正在利用不同的战略来扩展他们的 5G 网络。例如，Verizon 正在寻求拥有自己的光纤基干线路(连接底层基础设施)。Verizon 与特种玻璃制造商 Corning 和光纤供应商 Prysmian 合作设计和安装 5G 光纤电缆。
2017 年 4 月，Verizon 宣布与 Corning 达成一项为期三年的购买协议，在未来三年里每年购买 1240 万英里的光纤。
另一方面，T-Mobile 租用“暗光纤”（未使用或未充分利用的光纤）来支持其小型区域的部署。虽然该公司没有拥有属于自己的光纤，但由于租用的回程线路大部分已经安装，它可以更快地提供 5G 服务。
两家运营商的目标都是在 2020 年进一步推出 5G 服务。T-Mobile 在 2019 年底启用了其在美国的 5G 网络，Verizon 计划在基础设施（包括光纤电缆）方面投资约 180 亿美元，以扩大 5G 等服务。
在向农村地区扩展之前，大多数 5G 部署可能会先支持城市中心。然而，已经普及光纤的地区，无论是城市或乡村，可能是早期部署的候选地区。
小型基站部署
今天的无线数据大多是通过宏蜂窝传输的，也就是通常所说的手机信号塔。它们为无线连接奠定了基础，可以为方圆 40 英里内的数千名移动用户提供服务。
虽然宏蜂窝基站继续很好地服务于电信行业，但它们很难部署和维护。监管审批、建设、供电和维护的成本，使得传统的宏蜂窝基站成为无线连接的负担。Small cells（microcells）正在做出越来越大的贡献，它们服务的移动用户较少，但更容易安装和维护，也更便宜、更节能。
Small cells（小型基站）与宏蜂窝基站、其他小基站和单个移动设备进行无线通信。某些小型基站直接连接到光缆上，其他则为改善无线覆盖范围提供支持。在农村地区，小基站可以帮助扩大覆盖面；在人口密集地区，它们可以加强连接能力。
一些最新的小型基站已经出现在生活中，在洛杉矶，小基站已经作为智能街灯的一部分被部署，以加强 4G 网络。
在部署这些小型基站的同时，洛杉矶还为未来的 5G 网络安装了一些必要的基础设施。5G 网络在短距离、畅通无阻的情况下效果最好，大量的小型基站将被要求服务于一个宏蜂窝所能覆盖的相同区域。
T-Mobile 已经安装了 1.5 万个小型基站，并计划再安装 2.5 万个。这些小型基站用作支持该公司在 30 个城市推出 5G 服务，包括洛杉矶、纽约和达拉斯。
高频光谱的普及性
除了光纤基础设施和小型基站部署，5G 速度还需要极高频率的无线电波，这些频率需要在小半径范围内才能成功通信。
换言之，对无线覆盖范围、速度和日益增长的消费需求，要求在无线电波频谱中使用新的波段。波段是无线电波频谱上特定的频率范围，它们的频率范围从低（3 - 30 kHz）到高（30 - 300 GHz）。
调幅收音机使用中频带（300 kHz - 3 MHz），利用 500 到1700 kHz（或 1.7 MHz）之间的特定频率。Wi-Fi 和蓝牙使用的是超高频频段（330 MHz - 3 GHz），利用的是 2.4 GHz 的特定频率。许多移动设备都设计为在 2.4 GHz 和 5 GHz 频率下进行 Wi-Fi 通信。
虽然更高的频率能带来更快的数据传输，但它们无法通过某些特定环境、结构。例如，卫星电视通常使用 13 - 18 GHz 之间的频率，这要求传输环境没有阻碍物，以防止信号干扰或终端，暴雨或者茂密的树木，都会影响观看质量。
对于大多数 5G 网络，将使用超高（3 - 30 GHz）和极高（30 - 300 GHz）频段来实现无线运营商承诺的速度。24 GHz 和 86 GHz 之间的频率备受欢迎。
在室内使用固定无线网络实现 5G
尽管 5G 的高频率要求比较空旷的视线，但“固定无线”允许建筑物和家庭内的覆盖，无需使用电缆或线路。固定的无线天线被放置在房屋和建筑物的顶部，以便与附近的小型基站或宏蜂窝塔进行通信。
这些天线可以通过光纤连接到内部的微蜂窝或飞蜂窝，用于向室内的少量移动用户转播无线覆盖。无线信号也可以通过特殊设计的调制解调器和 Wi-Fi 路由器转换成传统的 Wi-Fi 。
将蜂窝信号转换为 Wi-Fi 的能力，可能使无线运营商能够与 Comcast 和时代华纳等传统互联网服务提供商竞争。
已经为家庭和企业提供互联网接入服务的 Verizon ，于 2018 年在少数几个城市推出了固定 5G 无线服务。这些服务将提供一种替代光纤传输的接入方法，同时保持相同的速度。该公司正在与三星合作开发其固定无线 5G 路由器，该路由器将转换无线 5G 信号，并支持 Wi-Fi 兼容性。
AT&T 最初对固定无线业务的机会表示怀疑，但在 2018 年 9 月宣布，将在 2019 年底之前开始推出固定无线业务。Verizon 和 AT&T 都在与三星合作，为他们的 5G 发布提供关键基础设施。另一方面，像 Google 这样的公司可能会开始建设移动 5G 网络，利用 Webpass 业务（2016 年收购）中安装的固定无线资产数量构建移动 5G 网络。
归根结底，固定无线技术尚处于早期发展阶段。
采用 5G 的障碍
尽管 5G 服务变得越来越普遍，但这项技术仍有很多障碍需要克服。一个主要的障碍是网络提供商将需要安装大量新的、昂贵的基础设施。
另一个挑战是范围。相比 4G ，5G 通常依靠高频波来获得速度优势，但这也需要更短的波长，从而缩短了 5G 携带有用信号的距离。5G 信号的传输距离相对较短，网络提供商将需要部署更多的天线和基站，以确保覆盖范围。
所有这些额外的基础设施将为网络供应商带来高昂的前期成本。根据 Heavy Reading 数据，到 2023 年，全球网络提供商预计每年将在 5G 网络部署上花费 880 亿美元。
5G 部署也存在一些安全和隐私问题。除了担心受损的 5G 基础设施可能会产生间谍活动的可能性外，随着对底层流程进行更彻底的审查，新网络可能会为漏洞创造机会。安全研究人员在 2018 年发现 5G 安全协议（即身份验证和密钥协议（AKA））存在缺陷，在某些情况下可能被用来窃取敏感信息。
5G 的下一步是什么？
众多无线运营商计划在明年提供 5G 服务，因此整个电信行业都在努力利用向更高无线频率转变：
去年末，高通推出了支持骁龙（Snapdragon）5G 芯片，旨在 2020 年为高端智能手机提供动力。 Verizon 于 2018 年底在 4 个城市推出了首个 5G 宽带互联网网络，目前计划到 2020 年底在 60 个美国城市提供 5G 服务。 2018年，AT&T 在十几个城市推出了 5G 移动热点，并计划在 2020 年开始部署独立的 5G 网络，该网络不使用 4G 的任何功能。 Sprint 于 2019 年 5 月在美国 4 个城市推出了5G网络，目前已将 5G 网络扩展到 9 个城市。
像 Zayo 这样的公司正在帮助铺设必要的光纤来支持 5G，而像 Siklu 这样的公司正在提供固定无线天线和小型基站。5G 设备制造商在也扮演着更重要的角色：设备制造商需要扩大覆盖范围，而无线网络则需要越来越多的兼容设备。
新技术很可能会影响设备的设计。目前有一些原型机，但制造商可能需要一段时间才能在美学上恰当地将新的 5G 天线整合到移动设备中。但随着如此多的公司致力于将这项技术变为现实，消费者应该会在不久的将来看到一系列支持 5G 的设备。一旦运营商在几个城市启动 5G ，兼容的手机很快就会问世。
虽然 5G 服务可能会在明年开始变得更加普及，但 4G 仍将是几个少数人口稠密城市以外的默认标配。5G 的广泛覆盖可能需要 10 年以上的时间，至于 5G 更广泛的工业应用，估计将在 2020 年开始应用。
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发表于 2020-4-11 16:49:22
