5G热潮退去之后，5G发展何去何从？

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图源：AI生成

5G在2019年推出时，承诺将改变机器人等主要产业、创造新的应用，让我们以前所未有的规模进行通信。五年后的今天，我们在哪里？本文将探讨5G的现状是否达到了当年热议的那些目标，以及目前的技术部署情况。

定义5G

5G是继2G、3G和4G之后，推出的第五代蜂窝移动无线技术。大多数人都通过智能设备（如智能手机、平板电脑和智能手表）与这项技术交互，但4G与5G的应用和使用案例远比这些更广泛。

许多人第一次与5G交互的体验，是在使用支持5G的智能手机，并且连接到高吞吐量、兼容5G的网络时。在这种情况下，手机屏幕上会显示出5G图标。针对移动用户提供的高吞吐量网络〔即增强型移动宽带（eMBB）〕只是5G的主要使用案例之一。其他主要使用案例包括超可靠低延迟通信（URLLC）以及大规模机器类型通信（mMTC）。URLLC指的是确保往返通信周期具有极低的延迟和高成功率；mMTC是指许多机器之间以不同数据速率和通信频率同时进行通信，例如分散各处的传感器、控制器、自主机器人和安全设备之间的通信。这些机器类型通信通常具有不同的通信类型、调制方式、频率范围和带宽。智能家居和工业自动化等重要应用都必须全面考虑这些因素。

5G正在探索的其他使用案例还包括车联网（V2X）应用。V2X涵盖了车辆与用户的移动设备和附近的信标之间、车辆与车辆之间（V2V）以及车辆与基础设施之间（V2I）进行通信的能力。V2X功能是实现自动驾驶车辆和其他增强型车辆安全功能的一种方法。此外，V2X还有助于减少交通流量，并协助应急车辆开展作业。

5G的前景是否被夸大了？

根据GSMA Intelligence调查，截至2023年底，5G连接数已超过15亿，而此时距离5G推出仅过去了四年，显然这项技术的采用率非常可观[1]。然而，已部署的5G不一定都是能够支持eMBB、URLLC、mMTC和V2X功能的5G。此外，GSMA还指出，5G的部署主要集中在高收入国家和地区，富裕城市区域以外的部署规模很小。即使在已部署5G的地方，其性能也大多乏善可陈，某些情况下甚至还不如先前部署的4G LTE。

了解上述结果背后的原因，有助于我们理解究竟何谓5G：它就是一套规定了一系列频率的标准，以及与这些标准兼容的通信技术。5G频率分为低频段、中频段和高频段，每个频段还可进一步分为多个频道。低频段频率低于1GHz，其信号覆盖范围更大，但吞吐量较低。中频段频率介于1GHz至7.125GHz之间，可在信号覆盖范围和吞吐量之间取得平衡，但在整个频率范围内的具体情况有所差异。高频段在技术上是指高于7.125GHz的任何频道（根据不同的资料来源，最高可达40GHz或71GHz），属于毫米波（mmWave）频率范围。采用毫米波频率可以实现极小的设备尺寸和较大的带宽，但由于大气衰减较高，可能导致信号覆盖范围有限。

目前的5G主要涵盖中频段服务，这些服务只是中频段频率的额外增加和延伸，与4G LTE Advanced没有太大区别，只是增加了一些带宽。部分大型电信运营商和移动ISP正在部署和测试有限的高频段5G服务。虽然这些服务取得了一定的成功，也确实带来了更高的吞吐量，但信号传输距离仍然很短，而且非常耗电，致使其在电池续航时间和信号覆盖可靠性方面表现不佳。这是一个合理的现象，因为这些都是很新的服务，以往也从未在这些频率上为移动设备提供过大规模无线服务。现在，固定无线接入（FWA）服务已取得一定成果。这些服务使用中频段和高频段5G为家庭提供无线网络，在宽带网络服务部署不完善、价格昂贵或不可用，但可以使用5G的地区取得了成功。根据GSMA Intelligence报告，FWA在科威特、沙特阿拉伯、阿联酋、奥地利、美国、德国和澳大利亚的采用率已超过5%。

5G的其他成果还包括比以往4G快上数倍的下载速度，以及比4G更实惠的移动数据资费。不过，这其中的部分结果可能会存在偏差，因为它们可能很大程度上取决于营销策略的影响，而不能反映实际成本。此外，许多地区正在逐步淘汰2G和3G服务，导致许多用户必须也跟着转变。

5G部署的新阶段

随着技术的发展，以及更多功能和使用案例得到实现，5G早期发展的一些痛点可能会得到缓解。这需要来自设备和服务供应商的广泛生态系统支持，而随着5G部署的普及和成本下降，此类生态系统可能会继续缓慢成长。

5G接下来的两种部署模式是5G独立组网（5G SA）和5G Advanced。5G SA是指独立的高频段/毫米波服务，不像目前常见的5G非独立组网（5G NSA）那样需要5G中频段服务或5G LTE核心提供支持。5G SA设备和应用可以专注于实现极高的吞吐量，因此只需要采用兼容高频段的芯片组，而不需要任何5G中频段技术。此举可以降低成本，并实现更多5G高频段使用案例，毕竟5G SA的性能理应远胜于5G NSA。不过，5G SA需要采用符合5G标准的无线接入网络（RAN）技术和符合5G标准的核心技术。

5G Advanced这个术语跟4G LTE Advanced类似，指的是预计于2028年发布的5G更新版本（3GPP Release 18至21）。该新版本有望增强大规模多输入多输出（mMIMO）技术、缩短切换时间、提高频谱效率，以及实现非地面网络的接入。其他新服务包括改进对扩展现实和5G轻量化（RedCap）设备的支持，以及支持增强定位/时间关键型网络。5G Advanced还有望实现更加节能的服务、引入基于人工智能（AI）的RAN负载管理/移动性优化，并且进一步增强无线接口，具体做法可能与基于AI的认知无线电架构类似。

总而言之，5G Advanced有望实现卫星到手机通信、时间关键型应用和精确定位（一种全新的蜂窝无线功能）。此外，AI增强的自动化功能还有望根据用户设备和基础设施的当前环境，对网络负载管理加以改善。5G Advanced可能还需要多年时间才能广泛应用；不过，Release 18的许多功能可能会通过软件更新提供给基础设施设备和部分用户设备，而不需要更换全新硬件。

5G的私人网络、汽车和工业应用

尽管政府、国防机构、企业、汽车和工业应用已经采用前几代的蜂窝技术，但蜂窝服务的主导力量依然是消费者应用。这些消费者应用主要包括手机服务，也包括一部分的FWA。然而，随着URLLC、mMTC、V2X和增强定位/时间关键型网络等新的5G使用案例推出，5G技术将更有可能部署在这些应用中，届时消费者服务很可能不再是主导的服务。由于这些应用需要更多的自动化和无线连网功能，而且部署5G网络的成本相对更高，因而这些5G新技术很可能会首先在政府、国防和工业实体中得到应用。

结语

虽然5G技术初期引入的过程有些坎坷，但其部署仍在飞速扩展，远超过前几代蜂窝无线技术。5G服务未来的使用案例和应用还有望继续推动5G的采用，对于之前无法由无线通信提供服务的应用也是如此。随着5G SA和5G Advanced技术的部署规模成长，以及5G服务成本下降，围绕5G热潮的大部分期望可能会在未来几年成为现实。

资料来源

[1] https://data.gsmaintelligence.com/5g-index

关于作者

Jean-Jacques (JJ) DeLisle就读于罗切斯特理工学院（RIT），并获得了电气工程学士学位和硕士学位。在学习期间，JJ从事射频/微波研究，为校刊撰稿，并且是RIT第一个即兴喜剧团的成员。在拿到学位之前，JJ已受聘为Synaptics Inc.的IC布局和自动化测试设计工程师。经过6年开发和鉴定内置同轴天线和无线传感器技术的原创性研究，JJ带着多篇技术论文投稿和一项美国专利的成就离开了RIT。为了进一步追求自己的事业，JJ和妻子Aalyia搬到纽约市居住，并开始担任《Microwaves & RF》（微波与射频）杂志的技术工程编辑。在此期间，JJ学会了结合他的射频工程技能与技术写作热情。JJ在职业生涯的下一阶段选择创办自己的公司RFEMX，因为他看到了业界对技术能力强的作者和客观的行业专家有巨大需求。在朝向这个目标推进的同时，JJ扩大了公司的业务范围和愿景，成立了Information Exchange Services (IXS)。