一文浅析5G物联通信协议：为你揭开“5G秒下载多部高清电影”背后实况

那些枯燥乏味的语义已经让一部分人无法真正理解5G,更无法把它当成有趣的东西，以及过于炒作它将如何影响你的生活。

5G与现在普通4G LTE之间最重要的区别之一是频率分配增加。

4G-LTE蜂窝塔

在拥挤和电子噪声区域中确定网络速度的一个重要特征是为其分配了多少电磁频谱。通常，具有更多分配频谱的网络可以支持更多并发连接，从而提升所有各方的网络速度。美国主要运营商互相竞标，从其他公司和美国政府购买部分频谱。运营商仅仅购买几兆赫就得花费数十亿美元。

LTE信号的频率范围从大约700 MHz到2.5 GHz。通常，较低频率的波具有更多的远距离传输数据的能力，因此对载波更有价值，因为单个蜂窝站点可以覆盖更多的客户。然而，这取决于对速度的权衡，因为更高频率的网络支持更高的数据传输速率。

5G NR指定了两个创造性的命名：频率范围1(FR1)和频率范围2(FR2)的网络频段。FR1涵盖了我们所熟知的当前频谱：频率低于6 GHz。这部分电磁频谱包括从AM / FM无线电一直到快速5 GHz双频Wi-Fi的所有内容。

新增功能FR2包括24 GHz以上的“毫米波”频率。这部分频谱用于从卫星来回传输数据，用于沿海岸的雷达设施等等。

美国频率分配图

这些上述毫米波FR2频段允许载波从拥挤的FR1频段中消除大部分压力。唯一的问题是你基本上需要能够看到天线才能获得任何可用的连接，所以除了网络拥塞最严重的密集城市环境之外，这毫无用处。FR2频段也将促进更快的数据传输速率。

哈佛学者Alex Wulff认为：5G不会从根本上改变手机上可用的服务类型。移动上网用户们不会突然能够在一秒钟内下载多GB文件。可以期待的是速度和功能的提升与3G从4G的转变相当。这将是一个重大的转变，但仅仅如此不足以推动世界大的变革。

IMT-2020 5G标准要求最高速率为20 Gbps(每秒十亿比特)，或比“千兆”(1 Gbps)宽带连接快约20倍。LTE标准要求最高速度为300 Mbps，但即使您距离蜂窝塔只有几百米，实际上也可能只有十分之一。

因此，5G速度的提升，对于自动驾驶汽车这样的增加速度的好处完全是过度炒作。您不能指望5G的“移动宽带”部分超出传统住宅宽带的范围，传统住宅宽带本身并不比4G LTE好多少。

5G仍然会对社会产生重大影响，尽管你可能不会直接看到它。5G标准中最令人兴奋的部分是它专注于快速，安全和可靠通信的新应用。

具体而言，5G NR标准将目标用例分为三组：

增强型移动宽带(eMBB)：这是我们迄今为止一直在讨论的传统小区服务。

大规模机器类型通信(mMTC)：这一部分的名称暗示了物理上较大的机器，但更多地将其视为小型廉价连接设备的网络。

超可靠和低延迟通信(uRLLC)：该部分由要求无与伦比的可靠性和响应时间的连接组成。

Alex Wulff坚信5G的真正影响将在这些服务的统一中得到最大的体现。这三类通常需要单独的网络基础设施：用于eMBB的传统小区服务，用于mMTC的LoRaWAN和Sigfox等服务，以及用于uRLLC的专用以太网/光纤链路。5G代表所有这些不同部分大体统一为一个网络结构。

大规模机器类通信

这一部分代表了许多人传统上认为的“物联网”。从拖拉机传感器到连接的烤面包机的所有东西都需要连接到互联网，目前有多种方法可以做到这一点。传统的Wi-Fi在家庭环境中运行良好，但电池供电的设备有许多要求，Wi-Fi和蜂窝技术无法满足(功耗和范围)。

LoRaWAN和Sigfox的技术正在寻求通过低功耗广域网(LPWAN)来解决这个问题。您可以将这些网络视为与传统小区服务类似，只需支持更远距离通信，其功耗和数据传输速率远低于常规小区服务。然而，虽然目的相似，但这些LPWAN网络的基本规范都没有与4G标准共享。这意味着公司需要专门投资LoRa或Sigfox调制解调器才能将数据传输到互联网。此外，网络覆盖主要限于美国主要城市。

负责LTE的标准化机构预计这些用例已经部署了LTE-M和NB-IoT的标准，与其他LPWAN网络不同，它们受到美国主要运营商的支持。这两个网络标准也是5G物联网标准的组成部分。

使5G成为IoT最佳的砝码，另一个因素是设备密度，5G网络将支持每平方公里多达1,000,000个连接，或足够的容量将连接互联网的传感器放在最密集的森林中的每棵树上。

超可靠和低延迟通信

5G研究机构们预测2020年全球将进入5G商用服务元年，而真正要实现其商用，它需要解决超可靠和低延时两大问题。

延迟是信号通过网络传播所需的时间。这不是数据传输率的同义词，尽管两者有些相关。蜂窝连接情况下的延迟也不是由发射机的物理距离引起的。

网络中的延迟通常以毫秒为单位进行测量。对于传统的网络服务，与所讨论的服务器的距离确实会产生明显的差异，尽管这种延迟的大部分原因还在于处理长途请求所需的计算机数量增加。

蜂窝网络的延迟仍然以毫秒为单位进行测量 - 这通常是指电话数据通过蜂窝塔的通信硬件传播到网络所需的时间。4G实现了20ms的延迟，而uRLLC的规格不到1ms。

结合更稳定的网络可靠性，5G已然成为众多有趣应用的理想平台。以自动驾驶汽车为例。使用4G，您最多可以在100毫秒内将数据包从一辆汽车发送到另一辆汽车 - 大约50毫秒来处理数据包并发送到手机信号塔，另外50毫秒将数据包发送到目标汽车。如果这个信息包正在通往周围其他车辆的道路上，那么这个延迟太高了。

相比之下，5G NR 将支持直接通信模式 ，使这些车辆能够在几毫秒内共享信息。工程师可以扩展同样的原则，以确保工业环境中的安全性和增强功能。

总结

总之，5G不仅仅是速度增量的提升; 5G代表着网络基础设施的大规模统一和扩展，将在未来几年内连接我们的社会。在接下来的几年里，对于各区域5G试点的采用以及小范围商用，为筹备大规模的5G部署成为了可能，届时共睹5G物联网将会以何种生态改变我们的世界，值得满怀期待。