从2G到5G的发展历程

 

不久前，5G只是一个梦想，一个推动新一代手机的梦想：这个美好的梦想可以为任何用户在任何地方提供任何服务。

 

备注：5G（第五代移动电话行动通信标准），也称第五代移动通信技术。5G是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，不仅将进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来万物互联的应用需求。

 

如今，5G不仅仅是一个梦想，其已经成为一个热门话题。每家电信运营商、基站（Base Station）制造商、小型基站（Small Cells）制造商和用户设备供应商等都在开展5G相关的研发工作。例如，中国（华为）、韩国（三星电子）、日本、欧盟都在投入相当的资源研发5G网络。

 

5G的关键技术

 

5G物联网（IoT）：频率低于1 GHz的物联网设备需要低数据传输速率，以及远距离覆盖和低成本。目前已经成熟的技术包括短距离无线电/WiFi、专用网络SigFox和LoRa等。这些通信协议是专为低功耗设计的，可以实现长达10年的电池寿命。所以，值得思考的问题是：5G会给物联网带来什么呢？物联网将是一个巨大的机遇，还是仅仅是5G的利基市场？

 

5G Sub-6 GHz：在6 GHz以下频段，大规模MIMO无线通信技术使4G能够保持连续演进，更多的载波聚合和更多的前端射频（RF）模块集成将突破当前技术的局限。最初阶段的目标是利用现有的3.5/4.5 GHz基站站点来简化5G的引入。例如，针对3.5 GHz频段创建的频谱共享和授权模式，也可被用于更快更高效地部署5G网络。这种方法为企业和产业带来了新的机遇：不需要获得许可的频谱，便可从5G技术中获益。

 

5G毫米波：在10 GHz以上频段，如短距离、高速率数据交换的28 GHz、39 GHz、60 GHz，目前主要在美国和韩国应用：

 

美国电信运营商Verizon和AT&T的固定无线接入。相关试验正在进行中，下一步的部署计划在美国约15个城市中实施。

 

5G试用服务将支持韩国2018年举办的冬季奥运会。

上述两个国家的应用案例都有自己的特色，但是它们的共同点是28 GHz频谱，可以获得更宽的带宽和更高的数据传输速率。此外，2019年，高通（Qualcomm）将把5G毫米波手机推向市场。这将需要更多的研发来解决天线集成的问题，并设计出能够保持手机性能，且具有小型化、低成本的5G毫米波射频（RF）前端。

 

 

5G发展时间表

 

从基础设施的角度来看，已经进行了大量的投资。电信运营商和基站/小型基站供应商正在处于试验阶段，进行真实场景的测试。

 

美国电信运营商Verizon和AT&T的固定无线技术试验已经顺利进行，并在下述美国城市中进入部署阶段：奥斯丁（TX）、达拉斯（TX）、休斯敦（TX）、旧金山（CA）、亚特兰大（Georgia）、丹佛（CO）、迈阿密（FL）、西雅图（WA）、华盛顿特区等。Verizon已于今年2月在11个城市推出了固定无线5G服务的客户试用版；AT&T则在奥斯汀推出了固定无线5G试用版——与其DirecTV Now视频产品一起提供超快速宽带服务。在基础设施方面，电信运营商与思科（Cisco）、爱立信（Ericsson）、诺基亚（Nokia）、三星（Samsung）等展开合作。

 

事实上，世界范围内有许多5G计划，利润丰厚的商业机会就在眼前。

 

5G应用：时间轴和主要技术指标

 

5G的未来频谱（按照地理区域划分）

 

全球移动数据业务以惊人的速度增长，2017~2022年的复合年增长率预计将超过40%。手机将成为5G技术实施的首选平台。新的应用和用例，如增强现实（AR）/虚拟现实（VR）、自动/无人驾驶汽车等，将从5G技术中获益。然而，在5G被成功商用之前，还有许多技术挑战等待解决。

 

对于无线基础设施，如何“确保信号质量，提升频谱效率和散热优化”仍是亟待解决的问题。这将对“功率放大器技术、智能天线集成和成本、射频前端的封装材料”施加压力。

 

对于手机终端，挑战在于“智能天线集成，以及射频前端小型化、成本和性能优化”。这将对“所有的射频前端组件（滤波器、开关、功率放大器、低噪声放大器、天线调谐器），能够在各个方向（X，Y，Z）上实现小尺寸的封装技术，嵌入低k电介质和低损耗互连以获得良好的信号完整性”施加压力。

 

 

5G应该整合移动宽带、物联网和先进的自动化（如无人驾驶汽车），全部采用统一的标准技术。如前所述，5G有三个方向：物联网、Sub-6 GHz、毫米波。在射频（RF）技术方面，这意味着将需要不同性能的射频器件集成在一起。因此，这种高度复杂的组合将经历不同的实施阶段，5G的各个方向不会同时实现。5G物联网、5G Sub-6 GHz和5G毫米波将遵循自己的发展路径，形成相互有联系的并行生态系统。

 

5G生态系统

 

随着5G手机和无线基础设施技术的成熟，相关应用将会出现。这需要一定的时间，许多厂商已经在为自己的“市场蛋糕”做好了准备。新的商业模式将会浮现：例如一些电信运营商正在部署pre-5G网络（自己的标准），作为光纤替代品应用于住宅宽带。高通（Qualcomm）即将推出5G毫米波手机，其它厂商也都在探索之中。此外，英特尔（Intel）、三星（Samsung），以及领先的RF CMOS/SOI代工厂（GLOBALFOUNDRIES、TOWERJAZZ、台联电、台积电等）都在布局5G射频产业。

 

射频器件和模组供应链

 

最后，我们目前真正缺乏的是5G标准。3G的标准是2002年制定发布的，4G的标准是2012年发布的。虽然中国官方已经发布，5G在中国商用是在2020年，但是世界范围5G的标准，将会在2019年发布。

 

此前，2016年11月在美国内华达州里诺举办的国际移动通信标准化组织3GPP的RAN1（无线物理层）#87次会议上，经过与会公司代表多轮技术讨论，3GPP最终确定了5G eMBB（增强移动宽带）场景的信道编码技术方案，其中：Polar Code码作为控制信道的编码方案；LDPC码作为数据信道的编码方案。此次以华为为核心代表、由中国主导推动的Polar Code码被3GPP采纳为5GeMBB控制信道标准方案，是中国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展。

 

中国与国际同步启动5G研发工作，一是建立协同工作机制。中国的多个企业、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推进组，开展5G需求、技术、频谱、标准等研究工作。二是开展5G研发，这里面有很多的企业、大学投入了大量的资源，全面开展5G各领域的研发。三是加强国际合作，目前中国的一些大学和科研院所已经与很多的国家建立了多渠道、多层次的对接合作关系。

 

不同电信应用的商业化时间

 

未来数年的射频产业将是非常令人兴奋且具有颠覆性。通过技术标准化、原型设计、试验，以及生态系统的构建，5G终将成为现实，这虽然需要时间的沉淀，但是“充满商机的航程”已经开启

 

（来源：麦姆斯咨询 ）