关于5G第五代移动通信技术我们需要知道的一些事儿


2000年,2G网络(第二代移动通信技术)的普及让我们可以随时接听来自全球任何一个角落的声音;2008年兴起的3G网络见证了智能手机的崛起;2013年起步的4G网络,更是改变了我们的生活,智能手机成为了移动购物、支付、验证、理财、学习、娱乐、工作的万能终端。那么,5G网络又能为我们带来什么呢?

《关于5G第五代移动通信技术我们需要知道的一些事儿》


蓄势待发 5G明年见

在经历2G的懵懂、3G的觉醒、4G的同步发展,我国在5G时代终于谋求引领,并最终站在了标准制定的金字塔尖之上。按照目前的进度,我国5G计划在2018年内完成独立组网测试,达到预商用阶段。换句话说,2019年,将成为“5G手机元年”,并成为智能手机行业的全新风口。

这不,整个手机产业链上下游企业就都已经“蹲在”了4G→5G的交叉路口,等风来。

运营商:争夺“C位”频谱资源

5G商用的前提条件就是要“有信号”(图1),也就需要三大运营商建设好相关的5G基站。而在运营商的角度,5G之争主要就体现在了频谱资源的分配上。从全球5G频谱的分布来看,3.5GHz频段最佳,效果好还经济,也因此常被业内人士称为5G频谱中的“C位”资源。

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据悉,目前我国5G频谱划分的初步方案是:中国电信与中国联通将分别获得3.5GHz左右的各100MHz频谱资源,而中国移动则获得2.6GHz附近的100MHz频谱资源。根据三大运营商的规划,都是2018年实现小规模试验、2019年试商用、2020年正式商用(图2)。换句话说,最快到2019年,我国的部分地区就能收到稳定的5G信号了。

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芯片商:4.5G先行 5G延后

一款智能手机能否支持5G,主要就看它搭载的SoC(即我们常说的“处理器”)所捆绑的调制解调器(又称“基带”)型号。在4G时代,高通旗下的骁龙牌调制解调器一家独大(占全球近半的基带收益份额),随着5G的兴起,智能手机基带芯片市场格局正在酝酿着巨变。

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魅族就曾因高通专利问题诉过苦水

比如,关于5G专利费的收取问题,主要专利持有者就已经打起了口水仗(图3)。高通按照手机批发价百分比收取的方式引起了很多终端厂商的不满,比如苹果就在今年宣布永久性地终止与高通的合作关系并嘲讽高通“卖沙发却要根据房屋面积收费”,而英特尔则借此机会成为了iPhone 5G基带的独家供应商。华为虽然没有正式公布5G专利费用的多少,但曾表示“肯定低于高通且更透明”(表1)。

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有点跑题了。对普通消费者而言,还是具体的SoC和基带型号更有实际意义。可惜,目前主要SoC芯片商即将推出的旗舰芯片都将延续“4.5G”调制解调器的策略,至少在2019年上半年,“外挂”5G调制解调器将成为旗舰手机实现5G通信的惯例。

比如,华为最新发布的麒麟980移动平台,它集成的调制解调器仅支持4.5G(Cat.21,1.4Gbps),想支持5G需要外挂2019年才能量产的Balong 5000这款“真5G”调制解调器(图4)。

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高通也是如此,从现有的消息来看,将于年底发布的骁龙855将集成骁龙X24调制解调器,骁龙X50这款真5G基带同样属于可外挂的“可选项”。此外,三星和联发科也已经准备好了5G调制解调器,型号分别为Exynos Modem 5100和Helio M70(图5),而它们与SoC正式“组团”的时间都是2019年Q2甚至更晚。

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换句话说,截至2019年初,我们能买到的旗舰手机,网络最多还是4.5G的性能,下行速率不会超过1.5Gbps。

终端商:芯片商咋说咋地

联想应该是终端商中最会炒5G概念的手机厂商之一,其在8月15日发布的MOTO Z3,就主打可以通过安装5G模块接入5G网络(图6)。

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只是,内置高通骁龙X50调制解调器的5G模块,需要等2019年才能上市,而按照MOTO X系列模块的售价来看,这个5G模块的价格肯定不会太便宜。

8月28日,OPPO官方宣布成功基于可商用手机完成了5G信令和数据链路的接通(图7);8月30日,vivo也宣布初步完成了面向商用的5G智能手机软硬件开发,并且在尺寸和外观上也已经达到了可商用级别;8月31日,小米手机首次成功打通5G信令和数据链路连接,这也是小米在5G研发历程上一个里程碑式的进展。

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需要指出的是,上述三家厂商所完成的5G指令,都是建立在高通骁龙X50调制解调器的基础之上(图8)。因此,搭载骁龙系SoC的智能手机何时可以正式跨入5G的门槛,决定权完全掌握在高通手中。

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可见,对国内通信企业而言掌握核心竞争力的重要性。以华为为例,就曾在全球创新科技大会上正式对外宣布,荣耀手机将在全球发布首部5G手机,而实现的方式就是麒麟980+外挂Balong 5000的方式。

以上种种,说明5G手机已经箭在弦上,无论是芯片商还是终端商都希望摘得“全球首款”、“全球最快”的称号。因此,2019年5G手机诞生的时间节点可能比我们想象的都要早(图9)。换句话说,蹲在4G→5G路口的人很快就要随风跃起了。

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引领未来 5G能带来什么

5G技术之所以备受瞩目,主要源于它的三大杀手锏:

第一,就是快,而且是无比的快。5G网络初始的下行峰值速度就能达到10Gbps,后续还能进一步加速到20Gbps(图10)。这意味着什么?当你想下载一部6GB的高清视频,只需眨眼的2秒功夫就已经下载完成。

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第二,延迟低,而且是非常的低。5G网络的延迟低于1毫秒,这意味着无人驾车、远程手术等尖端操作,借助5G网络将再无延迟风险。

第三,万物互联。在2G时代,电脑和电脑连接是常态;3G/4G时代过渡到了人与人之间互联的转变;步入5G时代后,人和人、人和物、物和物都将连成一体,将构建成一个全新的信息化的基础设施,市场将迎来一个“真正意义上的融合网络”(图11)。

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因此,5G还未发布就给人们编织了一套美好的愿景,无怪乎大家都在盼星星盼月亮等风来。然而,5G网络到底好不好用,更关键的层面则将体现在5G专属的杀手级应用之上。

比如,3G时代的杀手级应用就是购物类(如淘宝和京东)、社交类(如微信和微博)和资讯类(如UC和今日头条)APP;4G时代的杀手级应用则是移动支付、视频类(腾讯视频和抖音)和手游(王者荣耀和绝地求生)。那么,5G时代,它将呼唤出哪些专属的杀手级应用呢?

OPPO 5G专家杨宁博士曾表示,“5G可以实现世界虽大,身临其境的体验,这种虚拟和现实完美融合的超现实用户体验是目前4G网络无法实现的。在我们看来,泛在现实(Ubiquitous Reality)将是第一阶段5G支持的特色应用之一”(图12)。而“泛在现实”在功能实现上,将主要以远程VR、AR和JR为主:

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远程VR:透过5G网络在不同地点产生的虚拟视觉资源实时合并。比如3D网络试衣间应用,可以帮助用户在家中“试穿”、“搭配”最新上市的衣品或配饰,实时体验自己的“买家秀”。

远程AR:透过5G网络在不同地点产生的虚景资源和现实视觉资源实时合并,比如用户可以通过OPPO手机和远方的亲朋好友体验3D AR视频通话带来的“世界虽大,身临其境”的温暖问候。

远程JR:透过5G在不同地点产生的实景资源和实景资源实时合并。比如两位用户可以基于其中一位的环境作为背景,进行二人实时合照或视频的拍摄,实现与异国他乡的朋友或自己喜欢的景点实时合照或者视频流。

理想丰满 现实骨感

无论5G网络多么快,杀手级应用多么好玩,但大家还是要认清一点,2019年只是5G预商用的时间节点,无论是流量费用、5G信号覆盖还是终端设备数量和性能,都可能难以达到我们的预期目标。

5G之所以具备前文提到的三大杀手锏特性,就是因为它引入了毫米波(mmWave)频段,同时还需要建立在载波聚合技术(CA)和更为复杂天线规模阵列的基础之上。翻译过来,就是5G对运营商、芯片商和终端商都提出了极为苛刻的要求。

首先,5G网络的毫米波频段虽然快,但传输距离大幅缩短,覆盖能力大幅减弱。运营商以前在推广4G网络时,一个基站就能覆盖很大一片范围。而要是换成5G网络,想实现同等信号强度就需要一片基站覆盖(图13),成本可想而知。

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当然,还有一种办法可以减少基站数量提升5G信号。那就是采用Massive MIMO(多天线技术)。比如,4G基站塔顶部的天线就那么几根(图14),而5G基站的天线就不能用“根”作为单位了,而是需要用“阵列”为单位,有密集恐惧症的朋友看起来会起“鸡皮疙瘩”(图15)。

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对芯片商而言,5G调制解调器的技术含量更高。以高通骁龙X50为例,虽然它属于5G基带,但它在实验室测试环境中也才刚刚实现4.51Gbps的下行速率。要知道,5G宣传时可是号称可以达到10Gbps或更高的速度。

还是以4G为例,虽然现在高端4G手机的理论下行速度已经超过了1.0Gbps千兆大关,但在国内绝大部分地区,运营商的基站却刚刚普及300Mbps的网速,更高的网络速度也只是理论值而已。所以,就好像4G网络时代也是从100Mbps、150Mbps、300Mbps、600Mbps、1Gbps、1.2Gbps、1.4Gbps一路走来,5G网络的速度也不是瞬间达成,需要足够的时间来慢慢提速,并最终达到理论的峰值。

对手机厂商而言,想让手机支持5G,并保证速度不缩水,也需要在有限的机身空间里塞进足够多的天线阵列。以麒麟980为例,它4.5G基带需要使用4x4MIMO和2x2MIMO两个天线阵列的组合才达到1.4Gbps(图16),而5G网络对天线阵列的要求更是可想而知(图17)。

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华为董事长梁华在华为2018运营转型峰会上曾经指出,数字化转型并非一蹴而就,至少需要18个月才可初见成效。也就是说,5G技术初步成熟的时间节点,其实是在2020年。

总之,5G网络是未来趋势,无论你需不需要,它就摆在那里。但是,至少在2019年,5G网络也只是高端手机的“可选项”,属于一种宣传上的噱头,大家还是应该将目光放在CPU、GPU、拍照和续航等方面的性能和功能上。这就好像一部跑车,4G网络刚好满足时下高速公路(运营商基站)限速120千米/小时的标准,5G网络就像是一台可以让任意汽车轻松跑出300千米/小时的发动机(图18),在高速公路解禁限速之前,意义真心不大。

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小结

纵观历史,每一代通讯技术的升级都将引起整个ICT(信息、通信和技术)和TMT(电信、媒体和科技)行业的颠覆,并见证旧王朝的覆灭和新王朝的崛起。在1G时代,摩托罗拉和爱立信谁与争锋,2G时代诺基亚成为了当之无愧的王者,小灵通也成为了一时之选。

然而,从3G时代开始,诺基亚却走向了末路,苹果、三星和HTC等品牌占据了市占率的高地。步入4G时代,HTC遭遇滑铁卢,三星在国内手机市场折戟沉沙,华米OV成为霸主。那么,5G降临之后,谁会成为下一家小灵通或诺基亚,而又有谁会重现苹果iPhone的重新定义智能手机的辉煌呢?让我们拭目以待吧。


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