5G是什么？实现“只有移动”网络的无线技术

　　即使现在开始规划5G能给IT带来什么好处，也已经不算早了

　　无线广域网通信演进的下一阶段——称之为5G，即将翻开其第一篇章，这有充分的理由：它将完成蜂窝技术从增强固网到替代固网的演进，战略上从移动优先发展到只有移动。

　　尽管5G的核心是演进而不是革命，但现在就开始进行一些基本规划，希望知道5G将如何适应各种规模企业、行业和任务的IT规划，并使之受益——这已经不算早了。

　　5G当然能够给最终用户提供更高的吞吐量和容量，满足地理位置可用性、用户群、用户设备范围，以及容量和应用等方面持续增长的巨大需求，而同样重要的是使运营商和服务供应商能够抓住总体战略、提供服务以及扩大市场等方面出现的新机遇。

　　本文探讨了推动5G的技术和市场因素，重点阐述5G对企业IT的意义所在。

　　5G冉冉升起

　　虽然5G现在还是一个不太准确的术语，但演进发展的关键目标已经很清晰了。如右图所示：

　　● 更高的吞吐量——正如Wi-Fi的情形，蜂窝网络的关键进展首先是由新的吞吐量上限定义的。5G在这里的神奇数字实际上是最低1 Gbps，而有的则提到高达10 Gbps的数值。然而，还是类似于Wi-Fi的情形，从整体上考虑每个小区和全系统容量是非常重要的。因此，我们认为，每用户50 Mbps的吞吐量是更合理的——但显然仍然是非常高的吞吐量，今后五年在某些部署中将实现高达300 Mbps的峰值吞吐量。吞吐量超过我们的预期是非常有可能的。

　　● 更低的延时——也许比吞吐量更重要的是，减少每个数据包的往返时间。减少延时对于提高语音和视频容量以及提高总容量来说非常重要，当然5G是以全IP的方式实现语音。5G的空中延时目标是小于10ms，某些定义的服务类型甚至能够小于1ms。

　　● 管理和OSS的进展——运营商总是想降低开销和运营费用，因此希望通过增强系统管理和运营支撑系统（OSS）来进一步提高可靠性、可用性、服务能力、适用性、一致性、分析能力以及运营效率。而且，在大多数情况下，这些好处对于最终用户也是透明的。

　　● 更好的移动性——支持用户以非常高的速度移动，每小时甚至高达几百公里，从而能够为各种交通状况下的用户提供服务。监管和环境相关的限制仍然适用——特别是在飞机上。

　　● 更强的安全性——安全仍然是其他人替代不了的IT人员的工作，应加强加密、认证和隐私保护。很多企业的身份管理（IDM）解决方案以及目前在用的解决方案至少来自多家运营商，这并不奇怪。目前的IDM供应商也会对把他们的功能扩展到企业购买的5G服务中非常感兴趣。

　　● 新频谱——预计至少某些5G部署将采用30GHz以上的毫米波段。世界上很多地方都支持这些频段的有牌照和无牌照频谱。毫米波频率通常适用于微小区，因为它们需要不太突出的小天线，其固有的信号方向性提高了频谱效率。毫米波的主要缺点是不太适用于传统的大规模小区，对物体（例如，建筑物）的穿透性也不强，但在频率复用方面有优势。不管怎样，考虑到5G开发和部署所需的吞吐量和容量目标，应提供更多的频谱资源，目前分配的频谱资源肯定还不够——尽管能够把小块的频谱资源汇集起来。

　　● 新的支撑技术——我们期望有高阶MIMO实现，有时被描述为“巨大的”，例如，16～64个流，还有提高了功率利用率的更先进的调制和信道编码技术，以及其他相关的先进技术。微小区将会有频率复用，小区通信塔也会很快应用在人口稠密的地区。目前网络中仍然在应用的技术，包括SDN和NFV，也会应用于5G，很多基础设施是在基于云的服务中实现的。5G很可能不需要芯片或者制造技术有重大进展，由于地理覆盖范围有限，因此，即使时钟频率提高了，设备功耗也不会太大。不过，技术和可行性分析以及成本等方面仍然有很多工作要做，但是我们看到这些方面还没有很大突破。如果推出另一类WiMAX，在营销上大肆宣传似乎也没有什么风险，但是比上一代并没有明显的优势，技术风险总体上不大。也许最大的挑战是进度安排失误，这是因为本质上非常复杂的系统工程需要的时间比预想的要多。

　　● 普遍应用支持——5G作为固网的替代技术，应支持各类数据流和各种设备，从广播质量视频分配到远程监测、置入式医疗设备、增强现实和虚拟现实，以及先进的交互功能和图形等，当然还有游戏。还有联网汽车和自主驾驶汽车、遥控车辆（无人驾驶飞机）、公共安全、建筑物和市政自动化/监测/控制，以及救灾，还包括具备运动小区功能并支持动态无线网格网的移动基础设施等。还有数据吞吐量很大的机器人和物联网设备，这些设备的延时变化也比较大。我们预计在未来10年内将部署数百亿台5G设备，因此挑战和需求都会非常大。

　　● 产业增长——最终，运营商以及基础设施和用户设备供应商只需要部署新技术，让最终用户随时看到带来的好处，以便继续发展他们的业务。仅仅依靠新用户将不能实现这一目标。

　　简而言之，5G是正在设计中的商业发展机会，其实施能够提供我们期望从固网中获得的所有通信功能和性能。要做到这一点，应考虑到上面所有的要求，这不会很容易，也不会很快，而且不便宜。

　　5G的精简定义

　　3G是最后一个有正式定义的G，它是由ITU定义的，设定的吞吐量高达2Mbps。4G并没有正式定义过，甚至到底什么是4G在法律上也存在着争论，人们普遍认为，第三代合作伙伴项目（3GPP）所规定的LTE和LTE-Advanced至少就是4G。3GPP是一个由大企业和协会组成的行业标准组织，在全球范围内得到了广泛的支持和尊重。自3G以来，该组织一直主导着移动行业的各种定义，推动了蜂窝部署的其他关键进展，包括全IP内核、LTE、LTE-Advanced，等等。

　　考虑到他们的整体领导作用，从营销和运营角度，我们预计3GPP实际上会对5G进行定义，2019年第二季度很有可能出现第16版。ITU的ITU-R也制定了IMT-2020计划，他们努力进行这方面的工作，奇怪的是预计2020年才能完成工作。ETSI是积极参与讨论的另一个组织，其5G工作也很活跃，而下一代移动网络（NGMN）联盟是运营商组成的同业协会，类似于Wi-Fi联盟。他们的5G白皮书也许是迄今为止公布的最完整的5G设想和工作定义。无论如何，显然需要协调各个组织的各种工作。

　　射频：从4G到5G

　　正如4G最终是被射频技术所定义的，5G最终也会如此。从LTE-Advanced Pro开始的下一代技术，被一些人称之为4.5G，最初是在3GPP Release 13中定义的。第15版可能会在目前所谓的NR（新射频）中进一步增强LTE Advanced Pro。但实际上，尤其是从营销角度来看，4G和5G之间的界限已经相当模糊了。

　　企业IT经理和最终用户不久就会注意到将出现“千兆位LTE”营销。虽然这类发展不是严格的5G，但由于达到了千兆位，很可能会进行市场推广。我们预计，一些用户可能会偶尔出现100Mbps以上的突发吞吐量，千兆位LTE不具备满足要求如此高的服务的能力。不管怎样，有些地方最早今年年底就会有部署，包括三星Galaxy S8甚至2017年即将上市的iPhone等新设备都将采用该技术。然而，归根结底，这类服务的命运取决于每一运营商的部署计划。

　　先进的广域射频技术并不是唯一的可能；在NR中提到的功能是与Wi-Fi相通的。但是，我们认为现在的Wi-Fi——802.11ac和60GHz802.11ad，已经是5G技术了，它具有很高的吞吐量，采用了微小区，除了OSS和要求工作在有牌照频率范围，它实际上具备了5G的所有其他属性。广域5G技术和Wi-Fi之间的硬切换可能会成为未来5G部署的关键策略，特别是增加室内覆盖范围和容量。我们还建议，提供确定的关联（例如，不允许客户端设备在漫游时决定与哪个AP相关联）可能是Wi-Fi值得努力的一个领域。

　　其他的几个问题

　　虽然我们相信5G市场最终能够成功，但仍存在一些问题。也许其中最重要的是提供足够的频谱以确保实现5G的宽带承诺。正如我们上面提到的，我们希望能够为5G提供较宽的频谱资源，全球范围内，是在30GHz以上的毫米波频段，几乎肯定包括60GHz频谱，甚至高达70～80GHz。但是具体频率有多少能够可用则取决于政府的规章，每个国家都会有不同的规定。此外，现有分配好的频谱可能会被重新分配，以便与目前的产品系统共存，这也是待解决的问题。申请频谱竞拍也是那些开发5G商业模式的组织所关注的，因为这将涉及大量的资金。最后，在LTE和Wi-Fi之间的无牌照频段中已经出现了冲突，无论如何都需要有切实可行的解决方案。

　　其他潜在的问题包括：

　　● 回程——小区之间任何形式的互联带宽，以及连接至承载网和互联网本身的带宽，必须与用户具备的带宽相适应，这样才能避免出现瓶颈。因此，回程带宽有可能大幅度增加，我们预计毫米波频段会在这里有很大的应用。

　　● 共存和演进——3G、4G和5G会共存一段时间，这增加了承载网和最终用户设备的复杂性。前几代技术已经过时，迫切需要提高频谱效率，因此运营商需要仔细计划，分阶段部署和升级。

　　● 其他监管政策——除了频谱管制外，还需要重新审视这一领域中的网络中立、通信服务征税、普遍服务和整个国家宽带政策等其他监管要求，甚至可能需要完全重新考虑。

　　● 定价——最后，我们目前还不清楚5G会采取什么样的定价模式。而语音、短信、以及类似的窄带业务会保持持平，还不确定50Mbps-plus IP服务的价格。正如我们所看到的无限数据计划在消失的几年后又重新出现，企业在未来计划中应考虑到可能出现的这种波动，包括按照BYOD政策要求所选择的服务计划。

　　展望未来：预测和结论

　　5G开发工作仍然在继续，至少表面上看起来正在进行一些现场试验。虽然有时这些试验是按一定要求在市场上进行的，但并不是真正的早期部署，因为还没有底层标准，更不用说所需的硬件和软件。我们不期望5G能够在2020/2021年之前得到广泛应用，我们使用“关键规模”这一术语来描述主要人口中心的可靠可用性，2025之前也不会达到关键规模。不用担心；3G服务应该在2025年左右退出舞台，至少在2030之前，4G还是非常好用的。企业应该会有充足的时间来计划和完成向5G的转换，而我们预计，移动设备制造商和运营商会有动力加快向5G市场的迈进。

　　鉴于BYOD计划的普遍性，以及它们仍将是企业移动设备配置的主导模式这一事实，大多数企业IT部门最终不需要有太多的投入就能够完成最终用户向5G演进的日常管理工作。随着5G服务计划的定型，这方面的大部分工作应该是更新补偿政策。

　　而企业应开始考虑5G对他们自己的内部运营意味着什么。正如802.11ac打破了千兆壁垒，绝大部分用户不再需要有线连接，5G最终将为全世界所有人剪断有线连接。记住——5G是替代，而不是增强。而且，我们预计5G将包括当前一代Wi-Fi，5G的到来对企业在内部网络上的投资应不会有太大的影响。我们希望至少有一些运营商能开展托管服务业务，而且，为WLAN和WWAN提供一站式服务，甚至是一些增值服务。至少在可预见的将来，大容量有线回程和互连链路也不会受到5G的影响。

　　至于其余的IT项目，包括云计算、虚拟化等等，5G应该是透明的——只是移动的另一种高速链接。重申我们最初的观点，5G是演进，而不是革命。

　　这就给我们带来了最后一个问题：会有6G吗？信不信由你，我们怀疑这是不是有必要。5G本身将随着时间的推移而演进，透明地结合大规模MIMO这样的前沿创新技术，以满足不断增长的无线连接需求。那么，现在不管怎样，可以说所有人——包括供应商、运营商、IT部门，甚至最终用户还远远没有实现5G体验，尽管总容量有显著的提升，向5G的过渡很可能是有史以来最平滑的蜂窝升级过程。

　　Craig Mathias——《网络世界》负责人

　　原文网址：

　　http：//www.networkworld.com/article/3203489/lan-wan/what-is-5g-gigabit-plus-wireless-to-enable-mobile-only-networking.html

　　作者/Craig Mathias 编译/杨勇