5G初至,开启新无线时代的序幕

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2017年12月标志着下一代无线标准的一个重要里程碑 - 第一阶段5G新空口(5G NR)标准的上半部分获得3GPP批准,而另一个里程碑也即将到来,第一阶段5G NR的后半部分也将于今年6月获得批准。 随着标准的最终确定,围绕此发布标准构建的商业设备和基础设施正在进行现场试验和预发布测试。 所有这些意味着5G的商业推广越来越近了。 在2月份举行的移动世界大会上,许多公司都展示了5G所承诺的高速以及VR等炫酷的应用。 2018的世界移动通信大会年与2017年相比较来说,技术的进步令人印象深刻。  5G最令人印象深刻的一个方面是它不仅仅是一个新的移动标准, 而是可以围绕该标准建立涵盖广泛行业和应用的生态系统。而是可以围绕该标准建立涵盖广泛行业和应用的生态系统。

与以前的标准不同,5G标准有意纳入性能指标,以支持传统移动宽带场景以外的应用。 当然,有用于改进5G增强型移动宽带的性能指标,但还有一些额外的性能指标用于规范可同时连接到网络的设备数量,另外也对延迟的目标值进行了定义。 增加的设备连接将有助于大幅扩大物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)的规模,达到当今LTE功能完全无法实现的程度。 延迟规范针对的是需要确定性通信的应用(比如涉及人类生命的任何应用)或技术将与人类实时交互的应用。 虽然这三个领域的规范每一个都能够实现新的和扩展的应用场景,但将这三个领域相结合,则可围绕着5G构建丰富的应用生态系统。下表显示了不同的应用如何利用5G的不同性能指标。
 
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图1:5G应用和技术需求
 
如上所述,3GPP在12月份发布的标准只是第一版,未来将会有更多版本。5G将遵循与LTE类似的设计周期。过去9年中,关于LET的标准已经有多个版本,并进行了多次更新。LTE首次在3GPP Rel-8中提出。目前,3GPP正在努力完成Rel-15。Rel-15将纳入5G NR规范。2017年12月,3GPP 5G NSA(Non-Standalone,非独立组网)标准第一个版本正式冻结。Rel-15完整版将于2018年6月冻结,不仅包括5G NR NSA,而且还将纳入SA(Stand Alone,独立组网)标准。5G NR的NSA用例非常重要,因为它将使用LTE的核心网络进行操作。这意味着5G NR NSA的运行不需要推出和安装新的基础设施。SA版本将使用5G核心网络,并且很可能需要安装新的网络设备。在接下来的几个月中,研究人员将努力工作以最终确定5G NR SA用例的标准,一旦标准发布后,设备供应商将需要设计能够支持独立组网用例的硬件。
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图2:3GPP发布时间表

对于5G来说,2018年将是令人兴奋的一年。除了3GPP Rel-15之外,消费者市场还将有更多的5G早期部署。在美孚世界大会上,华为展示了一个5G基站,三星展示了其基于28 GHz 5G NR基站的互操作性设备测试(IODT),高通公司为其基于爱立信和诺基亚基站的28 GHz UE进行了IODT演示。这些演示表明了设备供应商的硬件几乎可以随时准备部署,高通公司在其网站上以粗体字强调他们正在努力在2019年使5G成为商业现实。

随着5G逐步得到广泛应用,围绕5G构建的大量新技术和应用也将开始出现。5G官方规范中对延迟和容量的独特规定,使得几年前听起来还很遥远的应用已经变得近在咫尺。虚拟现实(VR)就是一个很好的例子。如果要获得完整的VR体验,有一些重要的因素需要考虑。首先,用户需要完整的360度高清视图来探索虚拟世界。 这意味着摄像机必须不断360度捕获高清视频, 然后将这些视频从摄像机位置传输回蜂窝基站,最后传送给最终用户。最后传送给最终用户。 最后传送给最终用户。5G所承诺的高数据速率可以轻松地完成此任务,并提供足够的吞吐量同时传输给多个用户。VR的另一个非常重要的方面是延迟。 比如有人打开VR头盔并转过头,周围的虚拟环境也需要在1毫秒内完成转换。如果延迟大于1毫秒,则人脑会察觉到这种延迟,大多数人会出现严重的恶心。由于5G综合改进的移动宽带速度和低于1毫秒的延迟规范,因此VR可以通过蜂窝网络实现。

虚拟现实已经以某种形式存在多年,但是通过蜂窝网络实现VR的能力将使VR可能应用到新领域。VR的一个热门应用是体育赛事。想象一下,从场上某个球员的角度体验足球比赛,或者虚拟地站在球场的50分线上观看赛事将会是何种情景。今年年初的平昌奥运会上就对这一技术进行了小规模演示。100台摄像机放置在溜冰场上,直播数据实时传回到一个5G技术展馆。展馆里的人们可以佩戴VR头戴式耳机,像冰上的运动员那样体验滑冰活动。
 
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图3:2018年冬季奥运会上英特尔公司展示的TrueVR系统

5G能够将多达100倍以上的设备连接到网络,这一能力将使物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)得以成为实现。从某种程度上说,物联网存在于当下,并且市场上不断有越来越多的设备连接到互联网。对于消费者而言,这些设备各式各样,有些具有实用性,有些纯属好玩,甚至有些非常奇怪。但对于工业而言,IIoT为智能工厂提供了许多令人兴奋的新特性和功能。制造工厂中的每台机器和设备都能够不断报告其健康统计数据和效率,因此老化的设备可以在故障发生之前进行维修,完全避免出现问题。当IIoT与增强现实(AR)、机器学习和人工智能(AI)相结合,技术人员将能够通过AR眼镜或现场平板电脑查看机器状态和信息,AI可以帮助快速诊断问题。5G将有可能实现未来更快速、更经济、更安全的制造。
 
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图4:IIoT与增强现实相结合将有助于构建智能工厂

自动驾驶汽车可能是5G将推出的最热门且最受期待的应用之一。目前,车辆的自主驾驶是通过融合了众多传感器、照片和视频处理来实现的。未来的自动驾驶汽车仍然需要配备众多传感器,并能够处理来自传感器的数据,但是车辆通信对于自动驾驶汽车的大规模部署来说是不可或缺的。简而言之,车辆需要一种相互沟通的方式。车辆与车辆的通信将用于共享有关道路和环境条件的数据以及路线信息,例如预期的停车或左转。另外,车辆还将需要能够与蜂窝基站等多种不同类型的设备以及智能灯柱或路标等其他智能设备进行通信,智能灯柱或路标可以将道路状况或环境数据传输给过往车辆。这个研究主题称为车联一切,或V2X通信。5G延迟规范对于获取车辆信息至关重要。例如,由于通信链路中等待处理的信息过多而导致延迟太长,使得道路出现障碍物时汽车来不及刹车,可能导致乘客受伤或死亡。
 
因此,V2X的超可靠通信是必不可少的。5G提供的海量数据吞吐量也将在V2X中发挥重要作用。红绿灯处的汽车可以从附近的基站下载并上传有关其当前位置的信息。这使得汽车成为传感器数据的采集器,但是数据处理可能在基站甚至是云端处理。随着处理技术的改进,更新的信息会推送到蜂窝基础设施,旧的汽车仍然可以利用这些更新而无需更改其硬件。

虽然3GPP规范的当前版本不包括V2X的任何规范,但5G是一个不断发展的标准,而且2016年12月发布的版本只是众多版本中的第一个。图1中的时间表显示了2019年底将发布Rel-16,此版本代表了5G NR的第2阶段。目前第2阶段探索的研究项目包括用于集中回程处理的集成接入回程(IAB),旨在解决移动通信中的未许可频谱共享挑战,以及V2X。3GPP期望在第2阶段解决这些主题和其他许多主题。虽然5G将在2018年末和2019年推出商业化产品,但5G的研究仍在进行中。

随着5G标准的巩固和具有5G功能的设备开始上市,我们将越来越多地感受到5G对全球的影响, 它将成为从娱乐到智能城市等日常生活中许多方面不可或缺的一部分。可以肯定,我们现在仅仅只是揭开了激动人心的新无线技术时代的序幕。

 

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