從2G到5G的發(fā)展歷程

 

不久前，5G只是一個(gè)夢(mèng)想，一個(gè)推動(dòng)新一代手機(jī)的夢(mèng)想：這個(gè)美好的夢(mèng)想可以為任何用戶在任何地方提供任何服務(wù)。

 

備注：5G（第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)），也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G是新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，是未來(lái)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進(jìn)一步提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，同時(shí)還將滿足未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的應(yīng)用需求。

 

如今，5G不僅僅是一個(gè)夢(mèng)想，其已經(jīng)成為一個(gè)熱門話題。每家電信運(yùn)營(yíng)商、基站（Base Station）制造商、小型基站（Small Cells）制造商和用戶設(shè)備供應(yīng)商等都在開(kāi)展5G相關(guān)的研發(fā)工作。例如，中國(guó)（華為）、韓國(guó)（三星電子）、日本、歐盟都在投入相當(dāng)?shù)馁Y源研發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)。

 

5G的關(guān)鍵技術(shù)

 

5G物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：頻率低于1 GHz的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要低數(shù)據(jù)傳輸速率，以及遠(yuǎn)距離覆蓋和低成本。目前已經(jīng)成熟的技術(shù)包括短距離無(wú)線電/WiFi、專用網(wǎng)絡(luò)SigFox和LoRa等。這些通信協(xié)議是專為低功耗設(shè)計(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)10年的電池壽命。所以，值得思考的問(wèn)題是：5G會(huì)給物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)什么呢？物聯(lián)網(wǎng)將是一個(gè)巨大的機(jī)遇，還是僅僅是5G的利基市場(chǎng)？

 

5G Sub-6 GHz：在6 GHz以下頻段，大規(guī)模MIMO無(wú)線通信技術(shù)使4G能夠保持連續(xù)演進(jìn)，更多的載波聚合和更多的前端射頻（RF）模塊集成將突破當(dāng)前技術(shù)的局限。最初階段的目標(biāo)是利用現(xiàn)有的3.5/4.5 GHz基站站點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化5G的引入。例如，針對(duì)3.5 GHz頻段創(chuàng)建的頻譜共享和授權(quán)模式，也可被用于更快更高效地部署5G網(wǎng)絡(luò)。這種方法為企業(yè)和產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇：不需要獲得許可的頻譜，便可從5G技術(shù)中獲益。

 

5G毫米波：在10 GHz以上頻段，如短距離、高速率數(shù)據(jù)交換的28 GHz、39 GHz、60 GHz，目前主要在美國(guó)和韓國(guó)應(yīng)用：

 

美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商Verizon和AT&T的固定無(wú)線接入。相關(guān)試驗(yàn)正在進(jìn)行中，下一步的部署計(jì)劃在美國(guó)約15個(gè)城市中實(shí)施。

 

5G試用服務(wù)將支持韓國(guó)2018年舉辦的冬季奧運(yùn)會(huì)。

上述兩個(gè)國(guó)家的應(yīng)用案例都有自己的特色，但是它們的共同點(diǎn)是28 GHz頻譜，可以獲得更寬的帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，2019年，高通（Qualcomm）將把5G毫米波手機(jī)推向市場(chǎng)。這將需要更多的研發(fā)來(lái)解決天線集成的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出能夠保持手機(jī)性能，且具有小型化、低成本的5G毫米波射頻（RF）前端。

 

 

5G發(fā)展時(shí)間表

 

從基礎(chǔ)設(shè)施的角度來(lái)看，已經(jīng)進(jìn)行了大量的投資。電信運(yùn)營(yíng)商和基站/小型基站供應(yīng)商正在處于試驗(yàn)階段，進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的測(cè)試。

 

美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商Verizon和AT&T的固定無(wú)線技術(shù)試驗(yàn)已經(jīng)順利進(jìn)行，并在下述美國(guó)城市中進(jìn)入部署階段：奧斯丁（TX）、達(dá)拉斯（TX）、休斯敦（TX）、舊金山（CA）、亞特蘭大（Georgia）、丹佛（CO）、邁阿密（FL）、西雅圖（WA）、華盛頓特區(qū)等。Verizon已于今年2月在11個(gè)城市推出了固定無(wú)線5G服務(wù)的客戶試用版；AT&T則在奧斯汀推出了固定無(wú)線5G試用版——與其DirecTV Now視頻產(chǎn)品一起提供超快速寬帶服務(wù)。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，電信運(yùn)營(yíng)商與思科（Cisco）、愛(ài)立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia）、三星（Samsung）等展開(kāi)合作。

 

事實(shí)上，世界范圍內(nèi)有許多5G計(jì)劃，利潤(rùn)豐厚的商業(yè)機(jī)會(huì)就在眼前。

 

5G應(yīng)用：時(shí)間軸和主要技術(shù)指標(biāo)

 

5G的未來(lái)頻譜（按照地理區(qū)域劃分）

 

全球移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以驚人的速度增長(zhǎng)，2017~2022年的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將超過(guò)40%。手機(jī)將成為5G技術(shù)實(shí)施的首選平臺(tái)。新的應(yīng)用和用例，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）/虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、自動(dòng)/無(wú)人駕駛汽車等，將從5G技術(shù)中獲益。然而，在5G被成功商用之前，還有許多技術(shù)挑戰(zhàn)等待解決。

 

對(duì)于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，如何“確保信號(hào)質(zhì)量，提升頻譜效率和散熱優(yōu)化”仍是亟待解決的問(wèn)題。這將對(duì)“功率放大器技術(shù)、智能天線集成和成本、射頻前端的封裝材料”施加壓力。

 

對(duì)于手機(jī)終端，挑戰(zhàn)在于“智能天線集成，以及射頻前端小型化、成本和性能優(yōu)化”。這將對(duì)“所有的射頻前端組件（濾波器、開(kāi)關(guān)、功率放大器、低噪聲放大器、天線調(diào)諧器），能夠在各個(gè)方向（X，Y，Z）上實(shí)現(xiàn)小尺寸的封裝技術(shù)，嵌入低k電介質(zhì)和低損耗互連以獲得良好的信號(hào)完整性”施加壓力。

 

 

5G應(yīng)該整合移動(dòng)寬帶、物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)的自動(dòng)化（如無(wú)人駕駛汽車），全部采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。如前所述，5G有三個(gè)方向：物聯(lián)網(wǎng)、Sub-6 GHz、毫米波。在射頻（RF）技術(shù)方面，這意味著將需要不同性能的射頻器件集成在一起。因此，這種高度復(fù)雜的組合將經(jīng)歷不同的實(shí)施階段，5G的各個(gè)方向不會(huì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。5G物聯(lián)網(wǎng)、5G Sub-6 GHz和5G毫米波將遵循自己的發(fā)展路徑，形成相互有聯(lián)系的并行生態(tài)系統(tǒng)。

 

5G生態(tài)系統(tǒng)

 

隨著5G手機(jī)和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的成熟，相關(guān)應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)。這需要一定的時(shí)間，許多廠商已經(jīng)在為自己的“市場(chǎng)蛋糕”做好了準(zhǔn)備。新的商業(yè)模式將會(huì)浮現(xiàn)：例如一些電信運(yùn)營(yíng)商正在部署pre-5G網(wǎng)絡(luò)（自己的標(biāo)準(zhǔn)），作為光纖替代品應(yīng)用于住宅寬帶。高通（Qualcomm）即將推出5G毫米波手機(jī)，其它廠商也都在探索之中。此外，英特爾（Intel）、三星（Samsung），以及領(lǐng)先的RF CMOS/SOI代工廠（GLOBALFOUNDRIES、TOWERJAZZ、臺(tái)聯(lián)電、臺(tái)積電等）都在布局5G射頻產(chǎn)業(yè)。

 

射頻器件和模組供應(yīng)鏈

 

最后，我們目前真正缺乏的是5G標(biāo)準(zhǔn)。3G的標(biāo)準(zhǔn)是2002年制定發(fā)布的，4G的標(biāo)準(zhǔn)是2012年發(fā)布的。雖然中國(guó)官方已經(jīng)發(fā)布，5G在中國(guó)商用是在2020年，但是世界范圍5G的標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)在2019年發(fā)布。

 

此前，2016年11月在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州里諾舉辦的國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的RAN1（無(wú)線物理層）#87次會(huì)議上，經(jīng)過(guò)與會(huì)公司代表多輪技術(shù)討論，3GPP最終確定了5G eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）場(chǎng)景的信道編碼技術(shù)方案，其中：Polar Code碼作為控制信道的編碼方案；LDPC碼作為數(shù)據(jù)信道的編碼方案。此次以華為為核心代表、由中國(guó)主導(dǎo)推動(dòng)的Polar Code碼被3GPP采納為5GeMBB控制信道標(biāo)準(zhǔn)方案，是中國(guó)在5G移動(dòng)通信技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化上的重要進(jìn)展。

 

中國(guó)與國(guó)際同步啟動(dòng)5G研發(fā)工作，一是建立協(xié)同工作機(jī)制。中國(guó)的多個(gè)企業(yè)、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推進(jìn)組，開(kāi)展5G需求、技術(shù)、頻譜、標(biāo)準(zhǔn)等研究工作。二是開(kāi)展5G研發(fā)，這里面有很多的企業(yè)、大學(xué)投入了大量的資源，全面開(kāi)展5G各領(lǐng)域的研發(fā)。三是加強(qiáng)國(guó)際合作，目前中國(guó)的一些大學(xué)和科研院所已經(jīng)與很多的國(guó)家建立了多渠道、多層次的對(duì)接合作關(guān)系。

 

不同電信應(yīng)用的商業(yè)化時(shí)間

 

未來(lái)數(shù)年的射頻產(chǎn)業(yè)將是非常令人興奮且具有顛覆性。通過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、原型設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，以及生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，5G終將成為現(xiàn)實(shí)，這雖然需要時(shí)間的沉淀，但是“充滿商機(jī)的航程”已經(jīng)開(kāi)啟

 

（來(lái)源：麥姆斯咨詢 ）