5G 发展报告：以四项技术为基础，广泛应用还需十年

编者按：近年来，在5G领域的竞争非常激烈。但5G的部署与应用到底是一个什么样的过程？人们到底需要多久才能普遍用上5G技术？日前，CB Insights发表了一篇报告，在对无线技术的背景进行研究的基础上，对5G驱动下的下一代连接将如何发展进行了分析。报告指出，虽然5G的早期部署在2018年已经开始了，但广泛的实施与应用可能需要十年的时间。文章由36氪编译，希望能够为你带来启发。

在过去十年中，4G无线技术已经成为世界上许多移动用户的标配。

从Snap和Instagram等社交媒体平台到Uber和Lyft等交通应用程序，许多公司都从当今4G系统提供的可靠连接和速度中受益匪浅。

虽然4G技术为移动消费的新媒介铺平了道路，但它确实有局限性。未来十年，物联网设备的兴起将要求网络近乎实时地传输数据。

下一代无线技术，也就是5G，将会为其提供支撑。

5G的早期部署在2018年已经开始，但广泛实施可能需要十年的时间。

尽管如此，企业也越来越关注这项技术：根据CB Insights的数据，“5G”在2018年第一季度的财报电话会议中被提及900多次，比2017年第四季度增长了70 %。

诺基亚、高通、爱立信、博通和Verizon等公司都在讨论5G的影响，并制定了技术和服务的部署计划。

我们在对无线技术的背景进行研究的基础上，对5G驱动下的下一代连接将如何发展进行了分析。

一、无线技术系统的历史

无线通信已经存在了一个多世纪，但是直到20世纪70年代末80年代初，它们才成为一种商业上可行的消费者服务。

第一代无线技术系统( 1G )是随着手机的出现而出现的。这些设备和网络允许移动语音通话，但仅此而已。

第二代( 2G )为语音通话提供了改进，并引入了短信(以及后来通过彩信发送的媒体信息)，最终帮助手机在21世纪初获得广泛采用。

2G后来的迭代引入了数据传输，但直到1998年3G的出现，才让移动互联网浏览和视频通话等媒体丰富的应用成为可能。最新的3G技术，能够提供高达4 Mbps的数据传输速度。

最新一代的无线技术，被消费者称为4G (现在是4G LTE )，能够达到10-20 Mbps的速度，具体取决于运营商。这使得移动在线游戏、直播高清电视、群组视频会议、互联家庭解决方案，甚至包括AR / VR等新兴体验成为可能。

对大多数消费者来说，4G的速度已经能够满足他们大部分的需求了。但对于运输或医疗保健等行业，延迟(数据传输之前的延迟)可能会直接影响系统的结果。

例如，5G将能够使自动驾驶汽车之间的近即时通信成为可能，这种通信可以防止致命事故的发生。

5G将对这些关键任务系统产生非常大的影响，同时也为未来的连接技术提供必要的基础设施。

5G是什么？

5G是下一代(也是第五代)无线技术系统。它将提供比前一代无线技术更快的速度，相当于通过光纤进行传输的速度。

这项技术的早期测试显示，实际速度为700-3025 Mbps ( 3.025 Gbps )，一旦5G上市，消费者就能体验到这一点。用4G下载需要几分钟的电影，用5G下载只需要几秒钟。

虽然手机和移动设备是5G最明显的用例，但这项技术还会有许多其他的应用。

随着行业的发展，物联网( IoT )将从5G提供的速度和带宽中受益匪浅：Gartner估计，到2020年，将会有2040万个物联网单元被安装，而与物联网相关的开支将达到近3万亿美元。

自动驾驶汽车、用于手术的机器人和关键基础设施监控只是5G支持物联网的一小部分潜在应用。

但通往5G的道路并不简单。

下面，我们将指出使5G系统广泛应用的四个主要驱动因素，并强调它们将如何为5G系统的部署和使用做出贡献。

为5G铺路的四个驱动因素

铺设光纤

尽管二者有时被认为是相互竞争的技术，但光纤网络和无线网络通常是协同工作的。

在大部分时间，数据都是通过线缆传输的，无线天线通常负责完成最后几英里的传输。

这样，光纤就可以作为移动网络的神经系统。用光纤将数据中心与蜂窝天线(手机信号塔或手机)连接，将使5G的实时速度接近预期。

光纤基础设施目前很普遍，现有的4G系统也正在使用光纤，但需要更多的光纤基础设施来支持广泛的5G应用。到2019年，光纤基础设施的投资预计将达到近1500亿美元。

无线服务供应商正在利用不同的策略来扩展它们的5G网络。例如，Verizon希望拥有自己的光纤回程(底层连接基础设施)。

该公司与专业玻璃制造商Corning和光纤供应商Prysmian合作，设计和安装5G光纤电缆。迄今为止，Verizon已经购买了3700万英里长的光纤，以支持其不断增长的小细胞基地台网络。

另一方面，T-Mobile租用“暗光纤”(未使用或未充分利用的光纤)来支持其5G网络的部署。虽然该公司可能不拥有这种光纤，但由于租用的回程的大部分都已经安装完毕，它可以更快地提供5G服务。

T-Mobile计划2018年在30个城市建设5G，而Verizon仅计划将5G小细胞基地台推广到4个城市。这些供应商可能会在年底前向某些城市提供5G服务，但这些部署中的大多数将在2019年和2020年投入使用。

这些5G部署中的大部分可能会在扩展到农村地区之前先支持城市中心。不过，已经渗透光纤的地区——城市或农村——可能是早期5G部署的候选地区。

小细胞基地台的巨大影响

今天的无线数据大部分是通过大细胞基地台传送的，大细胞基地台通常被称为蜂窝塔。它们为无线连接奠定了基础，可以为方圆40英里内成千上万的移动用户提供服务。

虽然大细胞基地台是电信行业提供良好服务的基础，但它们很难部署和维护。监管审批、建设、供电和维护的成本使得传统的大细胞基地台成为无线连接的一种负担。

小细胞基地台对无线连接的贡献越来越大，将会为当前和未来的无线系统提供支持。虽然它们服务的移动用户更少，但安装和维护更容易。它们也比大细胞基地台更便宜、更节能，监管审批也更简单。

小细胞基地台与大细胞基地台、其他小细胞基地台和单个移动设备进行无线通信。某些小细胞基地台直接连接到光纤，其他的小细胞基地台则为无线网络提供支持，从而提高无线覆盖率。

在农村地区，小细胞基地台可以帮助扩大信号覆盖面；在人口密集地区，它们可以加强信号能力。

一些最新的小细胞基地台被隐藏起来了。在洛杉矶，小细胞基地台已经被部署作为智能路灯的一部分，以加强4G网络。

在部署这些小细胞基地台时，洛杉矶还安装了一些未来5G网络所需的必要基础设施。

5G只能进行短距离、无障碍的数据传输。随后，将需要大量的小细胞基地台来服务于单个大细胞基地台大小的区域——尽管小细胞基地台将提供更快的速度。

T-Mobile已经安装了1.5万个小细胞基地台，并计划在不久的将来再部署2.5万个。这将支持该公司在洛杉矶、纽约和达拉斯等30个城市推出5G服务。

除了成功部署小细胞基地台外，还要考虑到一系列的“并发症”。

无线运营商开始意识到，小细胞基地台将不得不遵守一系列新规定，并满足当地居民对普及新技术的某些需求。

Sprint 最近因未能获得适当的许可证而支付了1160万美元的罚款。AT & T公司因某些小细胞基地台设计引发了“不必要的混乱”而遭到推后，加州圣罗莎市也因类似原因暂停了Verizon的部署。

小细胞基地台的部署仍处于早期阶段。也就是说，许多运营商将在2019年提供第一批5G服务。移动用户应该期待主要运营商在2020年代初在美国最大城市提供5G服务。

更多频谱，更快速

除了光纤基础设施和小细胞基地台的部署之外，5G还需要极高频率的无线电波。这些频率需要在一个小半径内进行可视连接，才能成功通信。

换句话说，对无线覆盖、速度和消耗的日益增长的需求，要求在无线电波频谱内使用新的频带。频带是无线电波频谱上的特定频率范围。它们的频率范围从非常低( 3 - 30 kHz )到非常高( 30 - 300 GHz )。

在不同的环境中，AM无线电使用中频带( 300 kHz - 3 MHz )，利用500至1700 kHz (或1.7 MHz )之间的特定频率。

另一方面，WiFi和蓝牙使用超高频带( 330 MHz - 3 GHz )，利用2.4 GHz的特定频率。移动设备的设计是为了在2.4和5 GHz 频率上进行 Wi-Fi 通信。

虽然更高的频率允许更快的数据传输，但是它们不能穿过某些结构。例如，卫星电视通常使用13-18 GHz之间的频率，但它需要一个可视连接来防止干扰。大雨或树木会影响通信质量。

对于大多数5G网络，将使用超高(3-30ghz)和极高(30-300ghz)频段来实现无线运营商所承诺的 Gbps 速度。24至86 GHz之间的频率将特别受欢迎。

在最近的一次频谱拍卖中，无线运营商花费了大约450亿美元来获得支持和扩展当前4G 网络的某些无线电波频率。5G频谱拍卖定于2018年11月开始，届时美国无线运营商将竞购24 GHz和28 GHz频段的频谱。

Verizon 已经拥有一个28 GHz 频段的许可证，这是通过收购XO通信获得的。

某些频谱将被分配用于共享访问。通过使用频谱接入系统( SAS )，运营商可以根据可用性动态访问共享频率。 这将允许运营商根据网络需求对带宽进行上下调整。

这些较高的频率是完全共享或授权，将要求小细胞基地台以这样的方式排列，即它们保持移动用户或其他小细胞基地台之间的视线连接。虽然大量的小细胞基地台将有助于维持5G覆盖，但另一种称为“固定无线”的无线配置将有助于在室内提供无线覆盖。

固定无线将5G带入室内

尽管5G的高频需要可视连接，“固定无线”将允许建筑物和家庭内的蜂窝覆盖。

固定的无线天线被放置在房屋和建筑物的顶部，与附近的小细胞基地台或大细胞基地塔通信。虽然这些固定无线天线必须保持与附近小细胞基地台的可视连接，但它们能够将蜂窝覆盖范围扩展到住宅和建筑物中。

这些天线可以通过光纤连接到内部微微蜂窝基站或毫微微蜂窝基站，用于将无线覆盖中继到室内的少数移动用户。无线信号也可以使用专门设计的调制解调器和路由器转换成传统的Wi-Fi。

将蜂窝信号转换为Wi-Fi的能力可能使无线运营商能够与Comcast和TimeWarner等传统ISPs竞争。

已经为家庭和企业提供互联网接入的Verizon计划今年在3-5个城市提供固定的5G无线服务。这些服务将为通过光纤传送的互联网接入提供替代方案，同时保持相当的速度。

该公司正与三星公司合作开发固定无线5G 路由器，该路由器将转换无线5G信号并实现Wi-Fi兼容。

虽然Verizon计划在提供移动5G服务之前提供固定的5G无线接入，但基础设施将有助于支持两种媒介。

到目前为止，Verizon是为数不多的几家瞄准这一固定无线接入机会的公司之一，这表明它计划向3000万美国家庭提供1Gbps的速度。AT & T已经测试了自己的固定无线技术，但没有看到与Verizon相同的规划。

另一方面，像谷歌这样的公司可能会开始构建移动5G网络。

最终，固定无线技术在将移动5G服务扩展到超出可视连接范围的建筑物或向家庭和企业提供互联网接入。

5G的下一步是什么

随着众多无线运营商计划在未来一年提供5G服务，整个电信业正在联手利用这种向更高无线电波频率的转变的机会。

像Zayo这样的公司正在帮助铺设支持5G网络所需的光纤，而像Siklu这样的公司则提供固定的无线天线和小细胞基地台。

5G设备制造商在5G应用中也扮演着更重要的角色:设备制造商需要不断扩大覆盖范围，而无线网络需要越来越多的兼容设备。作为Verizon进行的5G试验的一部分，高通公司最近测试了其原型设备，首个5G语音通话取得了成功。

新技术似乎会影响到设备的设计。一些原型目前已经存在，但是制造商可能需要一段时间才能将新的5G天线正确地、美观地集成到移动设备中。

但是，随着这么多公司致力于实现这项技术，消费者应该可以在2019年看到5G的设备。一旦运营商在最少可行的城市激活5G，兼容的手机将会很快问世。

尽管5G服务可能在未来一年开始提供，但4G仍将是部分人口密集城市以外地区的默认服务。5G的广泛应用可能需要十年时间，至于5G在工业方面更广泛的应用，估计将在2020年代初开始。

原文链接：https://www.cbinsights.com/research/5g-next-gen-wireless-system/

编译组出品。编辑：郝鹏程