“空天飞机”要来了，你准备好上太空了吗？

作者/ 迎九 《电子产品世界》编辑

摘要：在2017年8月“IHS Markit领先技术报告论坛——中国”上，IHS Markit研究总监Jack Kent介绍了对5G市场的最新研究，包括标准进展及三大应用预期等。

5G现状

　　5G是下一代移动网络，它超过了今天的移动宽带。回顾移动宽带的历史，每十年出现一代。首先是1980年代的1G时代，使用模拟信号。1990年代出现的2G有了数字电话和短信功能。2000年代的3G有数字电话、信息、数据，后期的3.5G有移动宽带。从2010年代开始是4G，是基于全IP的移动宽带，有音乐等应用。未来将进入到2020年代的5G时代。

　　5G的特点是有更宽广阔覆盖能力，主要用于增强的移动带宽、大规模物联网、任务关键性通信三大领域。

　　其中“增强的无线带宽”将最先到来，例如消费类的流媒体/视频、音乐增强等功能。之后会进入到大规模物联网领域。最后是任务关键性应用。

　　2018年5G技术会率先在美国推出，首先是固定的无线接入，即在现有基础之上，把5G的无线功能推出，之后的2019/2020年移动5G才会推出。

　　“增强的无线宽带”中有两个重要方面：1.热点，热点是有很多人使用的一个区域，需要很高的流量，2.广范围覆盖。5G的覆盖面会更宽，而且是无缝地连接，因此在数据传输和流量方面指标更好。

　　由于5G可以实现超级可靠，而且延迟很低，因此在工业领域的驱动力更大。这些应用驱动力包括远程医疗外科手术、智能电网的分布式控制等，可把现有的用固定的线路连接的方式取代，另外机器之间的交流也可以是5G。工业5G的特点除了高可靠和延迟低外，每个连接点的数据流量不是很大，但是会有更多的连接点。

5G的挑战

　　5G要变成现实，还需要做很多工作。首先需要有强大的技术创新，例如毫米波技术。在标准方面，通常认为2020年才能出来，明年(2018年)会有初级版本出台。但也许真正版本2020年不一定出来。

　　另外包括它的基础设施层次，我们到底需要到什么层次的基础设施?再有各个国家有不同的5G路线图，战略也不一样。需要运营商、设备商、内容提供商等相互协作。这是很重要的一点。

　　最后很重要的一点：LTE还在发展过程中，LTE-A(真正的4G)标准还在发展，LTE Advaced Pro还有待进一步实施，会有一个和5G并行发展的阶段。

5G发展路线图

　　图1是5G标准路线图，可见2020年才会有真正的5G标准出台。同时LTE也是会往前发展，诸如Gigabit LTE、LTE IoT与NB-IoT等会不断发展。

　　美国将会是第一个采用5G的国家，其他国家像中国，2019、2020年会有些实验，主要是关注连接性、提高覆盖面，还有应用性等。日本、韩国也会有一些实验性的项目，因为2018年韩国将举办平昌冬奥会，2020年日本举办东京奥运会，5G会带来一些效益，因此韩国和日本会有商用性的试用。

5G的具体挑战

　　5G对不同产业带来的一些问题，包括运营商、设备制造商、服务供应商等。包括IP未来是什么样的?如何对5G监控?如何获得收益?市场在哪里?产业的应用、工业的应用如何充分发挥5G的价值?为什么发展5G的同时还要发展4G?5G需要长期的网络投资，未来还会有新的服务出来，费用很高，如何去做投资和商业回报的平衡?关于标准未来往哪方面走，会有全球唯一的标准，还是多元标准等。设备也是和标准息息相关的，不同国家会出现本地化的布局，这很重要。为了了解5G及其部署，我们要看看整个产业链，包括运营商、设备供应商、设备制造商、服务供应商等。

　　首先对基础设施有什么意义?我们为了使5G创造更强大的能力和更低的延迟，需要更多的投资，以实现更先进的网络。但现在4G还没有结束，我们的LTE-A和LTE-Pro还在继续发展。总体看，5G对于一些私营的网络及一些工业的应用是有机会的。

　　5G对于整个产业链有很大影响，在投资与决策方面，对运营商和设备制造商等会带来机会，在2020年到2030年之间，约2.4万亿美元的投资用来支持5G价值链(如图2)。价值链包括移动运营商、元器件、设备制造商、移动设备、移动网站运营(mobile site operations)、移动内容等。

这对于服务供应商意味什么?

　　首先看运营商。在2017年会出现试运营，超过2/3的主要运营商会在2018年参与运营的实践。另外，运营商要争取频段资源。频谱的拍卖也会在2017~2018年出现，运营商已花费超过1200亿美元在4G频谱拍卖上。5G在这方面的投资也会出现。M&A(并购)企业也开始对竞争对手进行商业收购，主要是因为被收购者有频谱。

　　4G LTE也不是消失了，对于运营商和消费者而言，4G对于很多消费者的应用已经足够好。游戏、音乐等在3G已经足够，在5G上，4K传输、虚拟现实(VR)等是很好的卖点。例如几年前已有4K电视，但是因为没有什么电视内容而没有推广开，5G发布或许可以促进4K普及。VR通常会认为是真正的5G推手，但Kent对此有些质疑，因为2020年预计只有5000万部VR等头戴设备，但是有上百亿部手机，所以VR真正的发力点应该是在手机上。长期看，5G的真正推手应该是工业。另外AR(增强现实)的应用空间也是无限的，可能是5G的一个最大卖点，因为AR需要巨大的数据量，5G可以提供流畅的体验。5G IoT(物联网)增长如何?我们现在还是在5G早期，现在很多4G、NB-IoT还方兴未艾，还没有到达5G阶段。关于5G频谱，ITU WRC认为，5G需要三个主要频率范围：sub-1GHz、1~6G、20~30GHz。其中后者很可能提供足够的无线服务吞吐量。但是这些还是空的，需要5G频谱。2017、2018年会有拍卖，但是现在的标准来自各个国家，非常不一致。

元器件制造商

　　技术上，毫米波是个挑战。从元器件角度，希望以更低成本、更小尺寸覆盖更多频段。

　　今年发布的非标芯片组中，5G调制解调器(modem)方面，有高通Snapdragon X50(多模5G NR)，期待在2019年用于智能手机;英特尔的w/mmWave RFIC(射频芯片)。预计调制解调器/芯片组还会来自三星、华为等，在2019年之前不太可能推出元器件的供应商/厂商有MTK、联芯、展讯等。

　　其中最大的5G挑战还是RF(射频)前端/无线电路径设计，需要来同时支持低于6GHz和毫米波5G NR。

2019/2020年会出现的商业化元器件

　　在商业化市场中，预计2019/2020年之前没有什么商业化的设计。在家用CPE(Customer Premise Equipment，即接收wifi信号的无线终端接入设备)方面，5G固定无线接入将于2018年在美国发布，但目前还没有具体细节。一种可能的解决方案是home(室内)5G天线，有线地接入到屋里的网关，然后再通过CPE在屋里进行宽带覆盖。另外，LTE CPE目前用于带宽服务不好的地区(诸如较低带宽的小型市场部分)。

　　另外还有汽车/信息娱乐，该部分标准还要细化，尽管很多人喜欢谈论汽车/无人驾驶等话题，但实际上汽车制造商对5G是很保守的。现在大家仍然关注LTE的路线图。

　　移动设备包括：移动的热点，智能手机(2019年晚期上市)，IoT/M2M模块、平板电脑/二合一PC/笔记本电脑/新涌现设备(例如VR硬件)。

　　5G手机到2019年才会出现，2020年5G手机出货量不会很高。这很容易理解，就像4G尽管2010年推出，但直到2016年LTE终端才成为主流，包括功能手机和智能手机。

5G的应用和实施

　　5G的使用主要有三大类。

　　增强的无线宽带，包括固定和移动无线宽带，主要集中于不断增长的带宽和容量。固定无线接入将成为第一个增长的起点。

　　大规模物联网。也被称为MTC(机器类通信)。特点是低功耗、低数据，并且有大量的接入。早期将始于NB-IoT开发。

　　第三是任务关键性服务。也称为URLLC(超可靠极低延迟)。聚焦于无线接入，能够无缝地代替有线，甚至用于“不能失败”的应用。这需要巨大的技术创新，应用案例目前还很难预测。

　　1.增强的无线宽带

　　据IHS Markit调查(图3)，2016年第一个应用是增强的数字信号，之后是新的高清/4K内容，还有AR、VR、实时游戏等。

　　2.大规模物联网

　　预计早期的一些商业企业，诸如能源/公用事业监控、资产跟踪管理、智慧城市、智慧农业等会在2030年之后成为常见的应用(如图4)。

　　3.任务关键性服务

　　包括工业自动化、智慧电网、医疗、汽车、无人机等。和其他一些早期的IoT的应用相比，如图5。

小结

　　5G标准的愿景非常美好，需要技术和设计来支持广泛的应用——从低功耗与小带宽，到极低延迟与高吞吐量。这需要大量技术创新。标准预期会阶段性地完成。根据不同的应用，运营商有不同的战略和时间表。5G的另一大挑战是尝试创造一个全球性的标准同时可以解决不同范围的频谱，否则很难获得规模经济。除此之外，5G正在建设，有点像3G和4G，关键是能够找到适合5G计划的应用。与此同时，移动、网络运营商仍然在做LTE应用和商业探索，NB-IoT和Gigabit LTE最有可能率先实现。

　　参考文献：

　　[1]迎九.邬贺铨院士谈ICT的演进与创新.电子产品世界,2017(5):7-14

　　[2]Wilson R.5G：能听到我的呼唤吗.电子产品世界,2017(5):15-18

　　[3]屠方泽.5G面临的测试挑战及解决方案.电子产品世界,2017(5):18-19

　　[4]王莹,王金旺.车联网与自动驾驶关键技术问题.电子产品世界,2017(5):20-22

　　[5]粟欣,龚金金,曾捷.面向5G网络切片无线资源分配.电子产品世界,2017(4):30-32

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第4页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。