從2G到5G的發展歷程

 

不久前，5G只是一個夢想，一個推動新一代手機的夢想：這個美好的夢想可以為任何用戶在任何地方提供任何服務。

 

備注：5G（第五代移動電話行動通信標準），也稱第五代移動通信技術。5G是新一代移動通信技術發展的主要方向，是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進一步提升用戶的網絡體驗，同時還將滿足未來萬物互聯的應用需求。

 

如今，5G不僅僅是一個夢想，其已經成為一個熱門話題。每家電信運營商、基站（Base Station）制造商、小型基站（Small Cells）制造商和用戶設備供應商等都在開展5G相關的研發工作。例如，中國（華為）、韓國（三星電子）、日本、歐盟都在投入相當的資源研發5G網絡。

 

5G的關鍵技術

 

5G物聯網（IoT）：頻率低于1 GHz的物聯網設備需要低數據傳輸速率，以及遠距離覆蓋和低成本。目前已經成熟的技術包括短距離無線電/WiFi、專用網絡SigFox和LoRa等。這些通信協議是專為低功耗設計的，可以實現長達10年的電池壽命。所以，值得思考的問題是：5G會給物聯網帶來什么呢？物聯網將是一個巨大的機遇，還是僅僅是5G的利基市場？

 

5G Sub-6 GHz：在6 GHz以下頻段，大規模MIMO無線通信技術使4G能夠保持連續演進，更多的載波聚合和更多的前端射頻（RF）模塊集成將突破當前技術的局限。最初階段的目標是利用現有的3.5/4.5 GHz基站站點來簡化5G的引入。例如，針對3.5 GHz頻段創建的頻譜共享和授權模式，也可被用于更快更高效地部署5G網絡。這種方法為企業和產業帶來了新的機遇：不需要獲得許可的頻譜，便可從5G技術中獲益。

 

5G毫米波：在10 GHz以上頻段，如短距離、高速率數據交換的28 GHz、39 GHz、60 GHz，目前主要在美國和韓國應用：

 

美國電信運營商Verizon和AT&T的固定無線接入。相關試驗正在進行中，下一步的部署計劃在美國約15個城市中實施。

 

5G試用服務將支持韓國2018年舉辦的冬季奧運會。

上述兩個國家的應用案例都有自己的特色，但是它們的共同點是28 GHz頻譜，可以獲得更寬的帶寬和更高的數據傳輸速率。此外，2019年，高通（Qualcomm）將把5G毫米波手機推向市場。這將需要更多的研發來解決天線集成的問題，并設計出能夠保持手機性能，且具有小型化、低成本的5G毫米波射頻（RF）前端。

 

 

5G發展時間表

 

從基礎設施的角度來看，已經進行了大量的投資。電信運營商和基站/小型基站供應商正在處于試驗階段，進行真實場景的測試。

 

美國電信運營商Verizon和AT&T的固定無線技術試驗已經順利進行，并在下述美國城市中進入部署階段：奧斯丁（TX）、達拉斯（TX）、休斯敦（TX）、舊金山（CA）、亞特蘭大（Georgia）、丹佛（CO）、邁阿密（FL）、西雅圖（WA）、華盛頓特區等。Verizon已于今年2月在11個城市推出了固定無線5G服務的客戶試用版；AT&T則在奧斯汀推出了固定無線5G試用版——與其DirecTV Now視頻產品一起提供超快速寬帶服務。在基礎設施方面，電信運營商與思科（Cisco）、愛立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia）、三星（Samsung）等展開合作。

 

事實上，世界范圍內有許多5G計劃，利潤豐厚的商業機會就在眼前。

 

5G應用：時間軸和主要技術指標

 

5G的未來頻譜（按照地理區域劃分）

 

全球移動數據業務以驚人的速度增長，2017~2022年的復合年增長率預計將超過40%。手機將成為5G技術實施的首選平臺。新的應用和用例，如增強現實（AR）/虛擬現實（VR）、自動/無人駕駛汽車等，將從5G技術中獲益。然而，在5G被成功商用之前，還有許多技術挑戰等待解決。

 

對于無線基礎設施，如何“確保信號質量，提升頻譜效率和散熱優化”仍是亟待解決的問題。這將對“功率放大器技術、智能天線集成和成本、射頻前端的封裝材料”施加壓力。

 

對于手機終端，挑戰在于“智能天線集成，以及射頻前端小型化、成本和性能優化”。這將對“所有的射頻前端組件（濾波器、開關、功率放大器、低噪聲放大器、天線調諧器），能夠在各個方向（X，Y，Z）上實現小尺寸的封裝技術，嵌入低k電介質和低損耗互連以獲得良好的信號完整性”施加壓力。

 

 

5G應該整合移動寬帶、物聯網和先進的自動化（如無人駕駛汽車），全部采用統一的標準技術。如前所述，5G有三個方向：物聯網、Sub-6 GHz、毫米波。在射頻（RF）技術方面，這意味著將需要不同性能的射頻器件集成在一起。因此，這種高度復雜的組合將經歷不同的實施階段，5G的各個方向不會同時實現。5G物聯網、5G Sub-6 GHz和5G毫米波將遵循自己的發展路徑，形成相互有聯系的并行生態系統。

 

5G生態系統

 

隨著5G手機和無線基礎設施技術的成熟，相關應用將會出現。這需要一定的時間，許多廠商已經在為自己的“市場蛋糕”做好了準備。新的商業模式將會浮現：例如一些電信運營商正在部署pre-5G網絡（自己的標準），作為光纖替代品應用于住宅寬帶。高通（Qualcomm）即將推出5G毫米波手機，其它廠商也都在探索之中。此外，英特爾（Intel）、三星（Samsung），以及領先的RF CMOS/SOI代工廠（GLOBALFOUNDRIES、TOWERJAZZ、臺聯電、臺積電等）都在布局5G射頻產業。

 

射頻器件和模組供應鏈

 

最后，我們目前真正缺乏的是5G標準。3G的標準是2002年制定發布的，4G的標準是2012年發布的。雖然中國官方已經發布，5G在中國商用是在2020年，但是世界范圍5G的標準，將會在2019年發布。

 

此前，2016年11月在美國內華達州里諾舉辦的國際移動通信標準化組織3GPP的RAN1（無線物理層）#87次會議上，經過與會公司代表多輪技術討論，3GPP最終確定了5G eMBB（增強移動寬帶）場景的信道編碼技術方案，其中：Polar Code碼作為控制信道的編碼方案；LDPC碼作為數據信道的編碼方案。此次以華為為核心代表、由中國主導推動的Polar Code碼被3GPP采納為5GeMBB控制信道標準方案，是中國在5G移動通信技術研究和標準化上的重要進展。

 

中國與國際同步啟動5G研發工作，一是建立協同工作機制。中國的多個企業、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推進組，開展5G需求、技術、頻譜、標準等研究工作。二是開展5G研發，這里面有很多的企業、大學投入了大量的資源，全面開展5G各領域的研發。三是加強國際合作，目前中國的一些大學和科研院所已經與很多的國家建立了多渠道、多層次的對接合作關系。

 

不同電信應用的商業化時間

 

未來數年的射頻產業將是非常令人興奮且具有顛覆性。通過技術標準化、原型設計、試驗，以及生態系統的構建，5G終將成為現實，這雖然需要時間的沉淀，但是“充滿商機的航程”已經開啟

 

（來源：麥姆斯咨詢 ）