編者按：近年來，在5G領域的競爭非常激烈。但5G的部署與應用到底是一個什么樣的過程？人們到底需要多久才能普遍用上5G技術(shù)？日前，CB Insights發(fā)表了一篇報告，在對無線技術(shù)的背景進行研究的基礎上，對5G驅(qū)動下的下一代連接將如何發(fā)展進行了分析。報告指出，雖然5G的早期部署在2018年已經(jīng)開始了，但廣泛的實施與應用可能需要十年的時間。文章由36氪編譯，希望能夠為你帶來啟發(fā)。

在過去十年中，4G無線技術(shù)已經(jīng)成為世界上許多移動用戶的標配。

從Snap和Instagram等社交媒體平臺到Uber和Lyft等交通應用程序，許多公司都從當今4G系統(tǒng)提供的可靠連接和速度中受益匪淺。

雖然4G技術(shù)為移動消費的新媒介鋪平了道路，但它確實有局限性。未來十年，物聯(lián)網(wǎng)設備的興起將要求網(wǎng)絡近乎實時地傳輸數(shù)據(jù)。

下一代無線技術(shù)，也就是5G，將會為其提供支撐。

5G的早期部署在2018年已經(jīng)開始，但廣泛實施可能需要十年的時間。

盡管如此，企業(yè)也越來越關注這項技術(shù)：根據(jù)CB Insights的數(shù)據(jù)，“5G”在2018年第一季度的財報電話會議中被提及900多次，比2017年第四季度增長了70 %。

諾基亞、高通、愛立信、博通和Verizon等公司都在討論5G的影響，并制定了技術(shù)和服務的部署計劃。

我們在對無線技術(shù)的背景進行研究的基礎上，對5G驅(qū)動下的下一代連接將如何發(fā)展進行了分析。

一、無線技術(shù)系統(tǒng)的歷史

無線通信已經(jīng)存在了一個多世紀，但是直到20世紀70年代末80年代初，它們才成為一種商業(yè)上可行的消費者服務。

第一代無線技術(shù)系統(tǒng)( 1G )是隨著手機的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。這些設備和網(wǎng)絡允許移動語音通話，但僅此而已。

第二代( 2G )為語音通話提供了改進，并引入了短信(以及后來通過彩信發(fā)送的媒體信息)，最終幫助手機在21世紀初獲得廣泛采用。

2G后來的迭代引入了數(shù)據(jù)傳輸，但直到1998年3G的出現(xiàn)，才讓移動互聯(lián)網(wǎng)瀏覽和視頻通話等媒體豐富的應用成為可能。最新的3G技術(shù)，能夠提供高達4 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。

最新一代的無線技術(shù)，被消費者稱為4G (現(xiàn)在是4G LTE )，能夠達到10-20 Mbps的速度，具體取決于運營商。這使得移動在線游戲、直播高清電視、群組視頻會議、互聯(lián)家庭解決方案，甚至包括AR / VR等新興體驗成為可能。

對大多數(shù)消費者來說，4G的速度已經(jīng)能夠滿足他們大部分的需求了。但對于運輸或醫(yī)療保健等行業(yè)，延遲(數(shù)據(jù)傳輸之前的延遲)可能會直接影響系統(tǒng)的結(jié)果。

例如，5G將能夠使自動駕駛汽車之間的近即時通信成為可能，這種通信可以防止致命事故的發(fā)生。

5G將對這些關鍵任務系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，同時也為未來的連接技術(shù)提供必要的基礎設施。

5G是什么？

5G是下一代(也是第五代)無線技術(shù)系統(tǒng)。它將提供比前一代無線技術(shù)更快的速度，相當于通過光纖進行傳輸?shù)乃俣取?/p>

這項技術(shù)的早期測試顯示，實際速度為700-3025 Mbps ( 3.025 Gbps )，一旦5G上市，消費者就能體驗到這一點。用4G下載需要幾分鐘的電影，用5G下載只需要幾秒鐘。

雖然手機和移動設備是5G最明顯的用例，但這項技術(shù)還會有許多其他的應用。

隨著行業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)( IoT )將從5G提供的速度和帶寬中受益匪淺：Gartner估計，到2020年，將會有2040萬個物聯(lián)網(wǎng)單元被安裝，而與物聯(lián)網(wǎng)相關的開支將達到近3萬億美元。

自動駕駛汽車、用于手術(shù)的機器人和關鍵基礎設施監(jiān)控只是5G支持物聯(lián)網(wǎng)的一小部分潛在應用。

但通往5G的道路并不簡單。

下面，我們將指出使5G系統(tǒng)廣泛應用的四個主要驅(qū)動因素，并強調(diào)它們將如何為5G系統(tǒng)的部署和使用做出貢獻。

為5G鋪路的四個驅(qū)動因素

鋪設光纖

盡管二者有時被認為是相互競爭的技術(shù)，但光纖網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡通常是協(xié)同工作的。

在大部分時間，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)?，無線天線通常負責完成最后幾英里的傳輸。

這樣，光纖就可以作為移動網(wǎng)絡的神經(jīng)系統(tǒng)。用光纖將數(shù)據(jù)中心與蜂窩天線(手機信號塔或手機)連接，將使5G的實時速度接近預期。

光纖基礎設施目前很普遍，現(xiàn)有的4G系統(tǒng)也正在使用光纖，但需要更多的光纖基礎設施來支持廣泛的5G應用。到2019年，光纖基礎設施的投資預計將達到近1500億美元。

無線服務供應商正在利用不同的策略來擴展它們的5G網(wǎng)絡。例如，Verizon希望擁有自己的光纖回程(底層連接基礎設施)。

該公司與專業(yè)玻璃制造商Corning和光纖供應商Prysmian合作，設計和安裝5G光纖電纜。迄今為止，Verizon已經(jīng)購買了3700萬英里長的光纖，以支持其不斷增長的小細胞基地臺網(wǎng)絡。

另一方面，T-Mobile租用“暗光纖”(未使用或未充分利用的光纖)來支持其5G網(wǎng)絡的部署。雖然該公司可能不擁有這種光纖，但由于租用的回程的大部分都已經(jīng)安裝完畢，它可以更快地提供5G服務。

T-Mobile計劃2018年在30個城市建設5G，而Verizon僅計劃將5G小細胞基地臺推廣到4個城市。這些供應商可能會在年底前向某些城市提供5G服務，但這些部署中的大多數(shù)將在2019年和2020年投入使用。

這些5G部署中的大部分可能會在擴展到農(nóng)村地區(qū)之前先支持城市中心。不過，已經(jīng)滲透光纖的地區(qū)——城市或農(nóng)村——可能是早期5G部署的候選地區(qū)。

小細胞基地臺的巨大影響

今天的無線數(shù)據(jù)大部分是通過大細胞基地臺傳送的，大細胞基地臺通常被稱為蜂窩塔。它們?yōu)闊o線連接奠定了基礎，可以為方圓40英里內(nèi)成千上萬的移動用戶提供服務。

雖然大細胞基地臺是電信行業(yè)提供良好服務的基礎，但它們很難部署和維護。監(jiān)管審批、建設、供電和維護的成本使得傳統(tǒng)的大細胞基地臺成為無線連接的一種負擔。

小細胞基地臺對無線連接的貢獻越來越大，將會為當前和未來的無線系統(tǒng)提供支持。雖然它們服務的移動用戶更少，但安裝和維護更容易。它們也比大細胞基地臺更便宜、更節(jié)能，監(jiān)管審批也更簡單。

小細胞基地臺與大細胞基地臺、其他小細胞基地臺和單個移動設備進行無線通信。某些小細胞基地臺直接連接到光纖，其他的小細胞基地臺則為無線網(wǎng)絡提供支持，從而提高無線覆蓋率。

在農(nóng)村地區(qū)，小細胞基地臺可以幫助擴大信號覆蓋面；在人口密集地區(qū)，它們可以加強信號能力。

一些最新的小細胞基地臺被隱藏起來了。在洛杉磯，小細胞基地臺已經(jīng)被部署作為智能路燈的一部分，以加強4G網(wǎng)絡。

在部署這些小細胞基地臺時，洛杉磯還安裝了一些未來5G網(wǎng)絡所需的必要基礎設施。

5G只能進行短距離、無障礙的數(shù)據(jù)傳輸。隨后，將需要大量的小細胞基地臺來服務于單個大細胞基地臺大小的區(qū)域——盡管小細胞基地臺將提供更快的速度。

T-Mobile已經(jīng)安裝了1.5萬個小細胞基地臺，并計劃在不久的將來再部署2.5萬個。這將支持該公司在洛杉磯、紐約和達拉斯等30個城市推出5G服務。

除了成功部署小細胞基地臺外，還要考慮到一系列的“并發(fā)癥”。

無線運營商開始意識到，小細胞基地臺將不得不遵守一系列新規(guī)定，并滿足當?shù)鼐用駥ζ占靶录夹g(shù)的某些需求。

Sprint 最近因未能獲得適當?shù)脑S可證而支付了1160萬美元的罰款。AT & T公司因某些小細胞基地臺設計引發(fā)了“不必要的混亂”而遭到推后，加州圣羅莎市也因類似原因暫停了Verizon的部署。

小細胞基地臺的部署仍處于早期階段。也就是說，許多運營商將在2019年提供第一批5G服務。移動用戶應該期待主要運營商在2020年代初在美國最大城市提供5G服務。

更多頻譜，更快速

除了光纖基礎設施和小細胞基地臺的部署之外，5G還需要極高頻率的無線電波。這些頻率需要在一個小半徑內(nèi)進行可視連接，才能成功通信。

換句話說，對無線覆蓋、速度和消耗的日益增長的需求，要求在無線電波頻譜內(nèi)使用新的頻帶。頻帶是無線電波頻譜上的特定頻率范圍。它們的頻率范圍從非常低( 3 - 30 kHz )到非常高( 30 - 300 GHz )。

在不同的環(huán)境中，AM無線電使用中頻帶( 300 kHz - 3 MHz )，利用500至1700 kHz (或1.7 MHz )之間的特定頻率。

另一方面，WiFi和藍牙使用超高頻帶( 330 MHz - 3 GHz )，利用2.4 GHz的特定頻率。移動設備的設計是為了在2.4和5 GHz 頻率上進行 Wi-Fi 通信。

雖然更高的頻率允許更快的數(shù)據(jù)傳輸，但是它們不能穿過某些結(jié)構(gòu)。例如，衛(wèi)星電視通常使用13-18 GHz之間的頻率，但它需要一個可視連接來防止干擾。大雨或樹木會影響通信質(zhì)量。

對于大多數(shù)5G網(wǎng)絡，將使用超高(3-30ghz)和極高(30-300ghz)頻段來實現(xiàn)無線運營商所承諾的 Gbps 速度。24至86 GHz之間的頻率將特別受歡迎。

在最近的一次頻譜拍賣中，無線運營商花費了大約450億美元來獲得支持和擴展當前4G 網(wǎng)絡的某些無線電波頻率。5G頻譜拍賣定于2018年11月開始，屆時美國無線運營商將競購24 GHz和28 GHz頻段的頻譜。

Verizon 已經(jīng)擁有一個28 GHz 頻段的許可證，這是通過收購XO通信獲得的。

某些頻譜將被分配用于共享訪問。通過使用頻譜接入系統(tǒng)( SAS )，運營商可以根據(jù)可用性動態(tài)訪問共享頻率。 這將允許運營商根據(jù)網(wǎng)絡需求對帶寬進行上下調(diào)整。

這些較高的頻率是完全共享或授權(quán)，將要求小細胞基地臺以這樣的方式排列，即它們保持移動用戶或其他小細胞基地臺之間的視線連接。雖然大量的小細胞基地臺將有助于維持5G覆蓋，但另一種稱為“固定無線”的無線配置將有助于在室內(nèi)提供無線覆蓋。

固定無線將5G帶入室內(nèi)

盡管5G的高頻需要可視連接，“固定無線”將允許建筑物和家庭內(nèi)的蜂窩覆蓋。

固定的無線天線被放置在房屋和建筑物的頂部，與附近的小細胞基地臺或大細胞基地塔通信。雖然這些固定無線天線必須保持與附近小細胞基地臺的可視連接，但它們能夠?qū)⒎涓C覆蓋范圍擴展到住宅和建筑物中。

這些天線可以通過光纖連接到內(nèi)部微微蜂窩基站或毫微微蜂窩基站，用于將無線覆蓋中繼到室內(nèi)的少數(shù)移動用戶。無線信號也可以使用專門設計的調(diào)制解調(diào)器和路由器轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的Wi-Fi。

將蜂窩信號轉(zhuǎn)換為Wi-Fi的能力可能使無線運營商能夠與Comcast和TimeWarner等傳統(tǒng)ISPs競爭。

已經(jīng)為家庭和企業(yè)提供互聯(lián)網(wǎng)接入的Verizon計劃今年在3-5個城市提供固定的5G無線服務。這些服務將為通過光纖傳送的互聯(lián)網(wǎng)接入提供替代方案，同時保持相當?shù)乃俣取?/p>

該公司正與三星公司合作開發(fā)固定無線5G 路由器，該路由器將轉(zhuǎn)換無線5G信號并實現(xiàn)Wi-Fi兼容。

雖然Verizon計劃在提供移動5G服務之前提供固定的5G無線接入，但基礎設施將有助于支持兩種媒介。

到目前為止，Verizon是為數(shù)不多的幾家瞄準這一固定無線接入機會的公司之一，這表明它計劃向3000萬美國家庭提供1Gbps的速度。AT & T已經(jīng)測試了自己的固定無線技術(shù)，但沒有看到與Verizon相同的規(guī)劃。

另一方面，像谷歌這樣的公司可能會開始構(gòu)建移動5G網(wǎng)絡。

最終，固定無線技術(shù)在將移動5G服務擴展到超出可視連接范圍的建筑物或向家庭和企業(yè)提供互聯(lián)網(wǎng)接入。

5G的下一步是什么

隨著眾多無線運營商計劃在未來一年提供5G服務，整個電信業(yè)正在聯(lián)手利用這種向更高無線電波頻率的轉(zhuǎn)變的機會。

像Zayo這樣的公司正在幫助鋪設支持5G網(wǎng)絡所需的光纖，而像Siklu這樣的公司則提供固定的無線天線和小細胞基地臺。

5G設備制造商在5G應用中也扮演著更重要的角色:設備制造商需要不斷擴大覆蓋范圍，而無線網(wǎng)絡需要越來越多的兼容設備。作為Verizon進行的5G試驗的一部分，高通公司最近測試了其原型設備，首個5G語音通話取得了成功。

新技術(shù)似乎會影響到設備的設計。一些原型目前已經(jīng)存在，但是制造商可能需要一段時間才能將新的5G天線正確地、美觀地集成到移動設備中。

但是，隨著這么多公司致力于實現(xiàn)這項技術(shù)，消費者應該可以在2019年看到5G的設備。一旦運營商在最少可行的城市激活5G，兼容的手機將會很快問世。

盡管5G服務可能在未來一年開始提供，但4G仍將是部分人口密集城市以外地區(qū)的默認服務。5G的廣泛應用可能需要十年時間，至于5G在工業(yè)方面更廣泛的應用，估計將在2020年代初開始。