5G的三大场景不仅要解决人们一直关注的速度问题,让用户在使用通信时获得更快的速度,而且对功耗、时延等提出了更高的要求,一些方面完全超出了人们对传统通信的理解,要把更多的能力整合到5G中。在这三大场景下,5G还拥有完全不同于传统移动通信的特点,有些特点并不包括在三大场景中,但必须要逐渐完善,成为5G体系的特点。5G具有六大基本特点。
1.高速度
每一代移动通信技术的更迭,用户最直接的感受就是速度的提升。
3G时代刚到,人们大为惊喜,但几年以后,日益增长的需求已不是3G可以满足的,于是人们开始期待4G。4G时代到来,网速取得重大突破,人们惊叹不已,移动手机上传输文件、观看视频完全不会再卡壳,下载一部高清电影只需几分钟。而5G的速度高达1Gbps,最快可达10Gbps,速度单位已不再以Mb计算,下载一部超清电影只需几秒,甚至1秒不到,快得像火箭!这种令人叹为观止的高速度,5G时代将全面应用到所有智能技术移动终端产品上。
网速的大幅提升能保证我们的网络体验品质。最开始的网上内容叫新闻组,没有图像,只有文字内容。那时候有个朋友过年给我发了一个经过高度压缩的问候视频,只有2M,但是我花了好几个小时来下载。在3G时代,我们使用微博等功能的时候,有图片的话都被默认为缩略图,想看的时候需要点击一下才能打开,在4G时代,这些图片就都是默认打开的,这也是网络速度得到大幅提升的结果。
5G时代,值得我们注意的不仅仅是手机,高速度的5G网络将承载增强移动宽带(eMBB)的应用场景,最贴近日常生活的就是在家里用智能电视收看超高清视频。与此同时,多样终端产品也在积极研发当中,以迎接5G时代带来的超高速度所成就的大流量应用。
4G用户一般体验的速度可以做到上传6Mbps,下载50Mbps,通过载波聚合技术可以达到150Mbps左右。5G理论上可以做到每一个基站的速度为20Gbps,每一个用户的实际效度可能接近1Gbps,如此高的速度不仅是用户下载一部超清电影1秒钟完成那么简单,它还会给大量的业务和应用带来革命性的改变。
在传统互联网和3G时代,受到网络速度影响,流量是非常珍贵的资源,所有的社交软件都是访问机制,就是用户必须上网,才能收到数据。而4G时代,网络速度提高,带宽不再是极为珍贵的资源了,社交应用就变成了推送机制,所有的信息都可以推送到你的手机上,你随时可以看到,这意味着你的手机是永远在线的,这样的改变让用户体验发生了天翻地覆的变化,用户量也出现了井喷式增长。
5G速度大大提升,也必然会对相关业务产生巨大影响,不仅会让传统的视频业务有更好的体验,同时也会催生出大量新的市场机会与运营机制。
举一个非常典型的例子。直播业务在4G时代已经有了惊人的增长,带来巨大的商业机会,但4G的上传速度只有6Mbps,而当较多人同时使用时,这个速度还无法保证,卡顿很常见,直播效果受到影响,尤其是一些需要支持高清直播的内容,体验感较差。5G的上传速度达到100Mbps左右,网络切片技术还可以保证某些用户不受拥堵的影响,直播的效果会更好。在此背景下,每一个用户都有可能成为一个直播电视台,当下火爆的新媒体和传统的电视直播节目势必面临全新的竞争。
高速度也会带来新的商业机会。虚拟现实(Visual Reality,VR)就可能借5G实现突破。今天VR的体验很差,很重要的一个原因就是速度无法支持。VR要想很好地实现高清传输,需要150Mbps以上的带宽,这在大部分网络中都无法实现。5G的到来,会大大改善VR的体验,VR产业的大发展完全可期。
高速度还会支持远程医疗、远程教育等从概念转向实际应用。远程医疗可行的基础就是低成本,同时又需要高清晰的图像传输,需要低时延的操作,这些都要以高速度的网络作为基础。
高速度是5G不同于4G最显著的一个特点。人类对于速度的追求是永无止境的,所以也永远没有所谓的够用,3G不够用,4G不够用,5G也会不够用。人类会一直追求用各种新技术来支持更大的带宽、更高的速度,并在此基础上支持更多的服务,让传统的业务和服务有更好的体验。
2.泛在网
各种业务的大发展对5G网络提出了更高的要求,网络需要无所不包,广泛存在。只有无处不在的网络,才能支撑日趋丰富的业务和复杂的场景。例如,目前,我们在地下停车场,如果没有网络,虽然有一定的麻烦,但还可以忍受。如果无人驾驶广泛采用,地下停车场仍无网络,这些无人驾驶汽车就无法自动进入车库停车充电,因此这个网络必须广泛存在。
泛在网有两个层面:一个是广泛覆盖,一个是纵深覆盖。广泛覆盖是指人类足迹延伸到的地方,都需要被覆盖到,比如高山、峡谷,此前人们很少去,不一定需要网络覆盖,但是到了5G时代,这些地方就必须要有网络存在,因为无论是智能交通还是其他业务,都需要通
过稳定可靠的网络进行管理,在没有网络的地方是无法管理的。同时,通过覆盖5G网络,可以大量部署传感器,进行自然环境、空气质量、山川河流的地貌变化甚至地震的监测,5G可以为更多这类应用提供网络。
纵深覆盖是指人们的生活中已经有网络部署,但需要进入更高品质的深度覆盖。今天,大部分人家中已经有了4G网络,但卫生间等狭小空间的网络质量经常不是太好,地下车库大多没信号,想要在这种环境中处理事情,会面临无网络的尴尬。5G时代,以前网络品质不好的卫生间、没信号的地下车库等特殊场所,都能而且需要被高质量的网络覆盖。因为未来家里的抽水马桶可能是需要联网的,马桶可能可以自动帮你做尿常规检查并传到云端,通过大数据对比,确定你的健康情况,通过各方面的提升来改善你的身体状况,这可能会成为智能健康管理体系的一个重要组成,进而对人的身体改善起到非常重要的作用。
从某种程度上来说,泛在网比高速度还重要。试想一下,如果只是建一个覆盖少数地方、速度很高的网络,并不能保证大面积5G服务与体验,相当于一种优质产品只有极少的人能够体验,这肯定是不行的。在3GPP的三大场景中没有提泛在网,但泛在的要求是隐含在所有场景中的。
在4G时代以前,我们常常会遇到手机没信号或者信号弱的问题,尤其是在较偏远的地方。因为在3G和4G时代,我们使用的是宏基站。宏基站的功率很大,但体积也比较大,所以不能密集部署,导致离它近的地方信号很强,离它距离越远,信号越弱。但到了5G时代,微基站将会逐步建立,几乎不用再担心信号不足的问题。
微基站,即小型基站。微基站的部署可弥补宏基站的空白,覆盖宏基站无法触及的末梢通信,为泛在网的
全面实现提供可能,使得所有的智能终端都能突破时间、地点和空间的限制,在任何角落连接到网络信号。
3.低功耗
随着技术的不断发展,网络速度变得越来越快,同时设备功耗也变得越来越高。谷歌眼镜之所以不能大规模商用,很大一部分原因就是功耗太高,用户体验太差。
从这个角度而言,降低功耗是个很大的问题,5G要支持大规模物联网应用,就必须考虑功耗方面的要求。一个实际的例子是,可穿戴产品近年来取得一定的发展,但也遇到很多瓶颈,其中体验较差,是难以进入普通民众生活的主要原因。比如智能手表,每天甚至几个小时都需要充电,导致用户的体验非常差。未来,物联网产品都需要通信与能源,虽然今天可以通过多种手段实现通信,但能源的供应大多只能靠电池,为了确保产品的使用时间长,必须把功耗降下来,让大部分物联网产品一周充一次电,或者一个月充一次电,以改善用户体验,越来越丰富的物联网产品才会得到普通大众的广泛接受。
低功耗主要采用两种技术手段来实现,分别是美国高通等主导的eMTC和华为主导的NB-IoT。
eMTC基于LTE协议演进而来,为了更加适合物与物之间的通信,也为了成本更低,对LTE协议进行了裁剪和优化。eMTC基于蜂窝网络进行部署,其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可以直接接入现有的LTE网络。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率。
NB-IoT的构建基于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。
NB-IoT不需要像5G的核心技术一样重新建设网络。虽然NB-IoT的传输速度只有20K左右,但却可以大幅降低功耗,使得设备有很长的时间不用换电池。这一特点对于各种设备的大规模部署都是有好处的,也能满足5G对于物联网应用场景低功耗的要求。NB-IoT和eMTC一样,是5G网络体系的一个组成部分。
低功耗的要求非常广泛,举一个典型的例子。对于河流的水质监测,几十公里或是几公里设立一个监测点,监测结果不够准确,要找到污染源非常困难,而设立大量常规的监测点,成本又太高,这就需要设立大量成本低的监测点,及时回传数据。如果采用低功耗技术,将监测器布置在河流沿线,半年换一次电池,维护的成本就很低,从而形成有价值的应用。
4.低时延
5G的一个新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。正常情况下,人与人之间进行信息交流,140毫秒的时延是可以接受的,不会影响交流的效果。但对于无人驾驶、工业自动化等场景来说,这种时延是无法接受的。5G对于时延的终极要求是1毫秒,甚至更低,这种要求是十分严苛的,但却是必需的。3G网络时延约100毫秒,4G网络时延约20~80毫秒,到了5G时代,时延将会逐步下降至1~10毫秒。
5G低时延的特点,必将使自动驾驶和车联网等领域迎来大爆发。通常来说,无人驾驶汽车需要中央控制中心和车进行互联,车与车之间也应该进行互联,在高速前进中,一旦需要制动,需要瞬间把信息传送到车上,车的制动系统会迅速做出反应。100毫秒左右的时间,车会向前冲出几米,这就需要在最短的时延内,把信息传送到车上并得到及时反应,否则后果不堪设想。
不仅如此,相关交通枢纽上还将部署大量传感器和摄像头拍下视频,通过大数据传输形成动态流量图,行人可轻松直观地看到交通实况,智能交通体系将全面建成。该技术还有望用于比赛实况转播,人们在移动终端上即可看到个性化的体育赛事直播,进行全方位无死角观看。
智慧交通的应用只是5G时代的开端,而真正的王者,是无人机。
在无人驾驶飞机上,低时延的要求同样很高。比如,当成百上千架无人驾驶飞机编队飞行时,为了确保安全,每一架飞机之间的距离和动作要极为精准,哪怕是其中一个信息传输延迟太久,都有可能引发重大灾难性事故。而在工业自动化领域,机械臂在操作零件组装时,要想做到高度精细化,制造出高质量的产品,也需要超低时延。
当前,在传统的人与人通信,甚至人与机器通信时,要求都没有这么高,因为人的反应相对较慢,也不需要机器那么高的效率和精细化。要满足低时延的要求,必须在5G网络建构中找到减少时延的办法。可以预见,边缘计算这样的技术将被用到5G的网络架构中。
2017年,中国首个低空数字化应用创新基地在上海揭幕,该基地将搭建4G+5G网络,进行低空飞行实验,探索“空中走廊”的可能性。利用5G更大的带宽、更高的速度和超低时延,无人机将达到更加精准的控制和及时通信的效果。
低时延还有一个重要应用领域,就是工业控制。这个领域对于时延要求最高,一台高速度运转的数控机床,发出停机的命令,这个信息如果不及时送达,而是有很高的时延,就无法保证生产出的零件是高精密的。低时延就是把信息送达后,机床马上做出反应,这样才能保证精密度。
低时延需要大量的技术进行配合,需要把边缘计算等技术和传统网络结合起来,对特殊的领域提供特殊的服务与保障。
5.万物互联
移动通信的基本联系方式是蜂窝通信,现在一个基站基本只能连四五百部手机,国际电信联盟的期望是每一平方公里有100万个终端。爱立信有一个预测,人类未来会有500亿个连接。我们现在的预测是,到2025年,中国会有100亿个移动通信的终端。
传统的通信中,终端是非常有限的,这是因为在固定电话时代,电话是以人群来定义的,比如说家里一部电话,办公室一部电话。而手机时代,终端数量大爆发,因为手机是按个人来定义的。4G时代的智能终端产品已不再局限于移动手机,智能手环、平板电脑、智能电器、无人机等都已进入人们的日常生活。
为什么说到2025年中国会有100亿个移动通信的终端?有两个方面的原因。
第一个原因是,到了5G时代,终端不再按人来定义,而是每个人可能拥有数个终端,每个家庭拥有数个终端。届时,智能产品将更加层出不穷,并且通过网络相互关联,形成真正的智能物联网世界。以后的人类社会,人们不再有上网的概念,联网将会成为常态。
数据显示,2018年,中国移动终端用户已经达到15亿,其中以手机为主。从发展趋势来看,5G时代接入网络中的终端,不再以手机为主,还会扩展到日常生活中的更多产品。换句话说,眼镜、笔、皮包、腰带、鞋子等都有可能接通入网络,成为智能产品。家中的门窗、门锁、空气净化器、加湿器、空调、冰箱、洗衣机都可以接入5G网络,相互之间进行信息传递,普通家庭真正成为完全智能化的智慧家庭。
第二个原因是,社会生活中以前不可能联网的设备也会联网工作,变得更加智能。比如汽车、井盖、电线杆、垃圾桶这些公共设施,之前的功能都非常单一,谈不上什么智能化。而5G将赋予这些设备新的功能,成为智能设备。所谓4G改变生活,5G改变社会,其要义就在于此。
大数据以前是通过传统渠道获得信息,如果未来我们有100亿个终端可以传输数据,那么我们拥有的数据量将会大大增加。有了这么大的数据量,人工智能的能力才会变得强大,才会变得有价值,这对于社会效率的提高是非常有价值的。
5G时代还会创造出很多以前人们日常生活中没有的新产品,比如家中会有环境宝这样的产品,用来进行室内空气品质的监测,并根据监测结果智能控制家中的空气净化器、空调,甚至暖气。马桶也将更加智能化,不但可以冲洗,还可以进行日常身体的健康检查。
我们可以大胆设想一下未来的场景:
下班回家,房间的智能空调和电灯便根据你的室外体温自动开启,温度调节到室内体感舒适的温度;智能微波炉通过感应自动加热晚餐。餐后,浴缸自动放水,调节到适合你的温度;智能电动牙刷记录下你的口腔健康状况。如果此时有事需要出行,车库的门自动开启,一上车就立刻可以看到去往目的地的实时路况。
未来的所有设施,甚至穿戴产品,都有可能连接到移动网络,形成无比强大的数据库,虚拟与现实无缝对接,带来全新的智能时代。
万物互联带来的还有市场大爆发。随着大量的智能硬件进入5G网络,设备的连接数量会从原来的几亿或十几亿,增加到百亿。大量的设备可以成为大数据的信息收集终端,从而大幅提升服务能力。在这个基础上,云、人工智能才有更加广泛的发展。
6.重构安全体系
安全似乎并不是3GPP讨论的基本问题,但依个人之见,它也应该成为5G的一个基本特点。具体来说,传统的互联网要解决的是信息传输速度、无障碍传输问题,自由、开放、共享是互联网的基本精神,但建立在5G基础上的智能互联网,功能更为多元化,除了传统互联网的基本功能,更要建立起一个社会和生活的全新体系。正因如此,智能互联网的精神也变成了安全、管理、高效、方便。
其中,安全是对5G时代的智能互联网的首位要求。没有安全保证,可以不建5G;5G建设起来后,如无法重新构建安全体系,将会产生巨大的破坏力。
可以设想一下,如果无人驾驶系统很容易被攻破,像电影剧情一样,道路上的汽车可能很容易被黑客控制。如果智能健康系统被攻破,大量用户的健康信息被泄露。如果智慧家庭被入侵……这个世界将会变成何等模样?这些可怕的场景不应该出现,安全问题也不是修修补补可以解决的。
在5G的网络构建中,在底层就应该解决安全问题。从网络建设之初,应该加入安全机制,信息应该加密,网络不应该是开放的,对于特殊的服务需要建立起专门的安全机制。网络不是完全中立、公平的。举一个简单的例子。在网络保证上,普通用户的上网服务,如果只有一套系统保证网络畅通,用户可能会面临拥堵。但在智能交通领域,需要多套系统保证其安全运行,保证其网络品质,在网络出现拥堵时,必须保证智能交通体系的网络畅通,且这个体系也不是一般终端可以接入并实现管理与控制的。
根据全国电子商务交易额统计,手机支付的用户比例已经从2014年的33%上升到如今的超过75%。在将来5G时代的物联网中,每一个商品都将装上传感器,完成
无人值守和自动购买。目前,无人超市正在全国部分城市试点。
在目前的移动支付体系中,安全问题也是一重大隐患,盗卡盗号、支付诈骗和非法融资的情况屡见不鲜,这也成为很多用户不愿选择移动支付的主要原因。而到了5G时代,有了大数据、云计算和人工智能的技术,移动支付的安全性问题将会逐步解决。各大金融机构已经紧跟时代步伐,研发新的智能支付产品,智能终端有望成为移动金融安全终端,新的安全体系将会重构。
随着5G的到来,传统的互联网TCP/IP协议也将面临考验。传统互联网的安全机制非常薄弱,信息都是不经加密就直接传输,这种情况不能在智能互联网时代继续下去。随着5G的大规模部署,将会有更多的安全问题出现,世界各国应该就安全问题形成新的机制,最后建立起全新的安全体系。
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