5G基础

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在这一年时间里，关于5G方面的消息层出不穷，产业链、市场、终端等都放出了很多关于5G的相关内容，行业内外都对5G都热情高涨，而“5G将至论”更是萦绕在我们耳边。

不过按照市场和产业链的预测，2018年年底将会有5G手机推出，而运营商的5G网络也会在那时候进行网络相关测试；2019年各家会推出预商用的5G手机和终端，5G网络开始布网；2020年5G才会开始正式商用，而预计2022年5G手机终端才会大规模出货。

在一系列的5G信息当中，估计大家都会对5G有一定的了解，而今天就以几大方面来为大家梳理5G在技术、市场、行业方面的现状。


5G的三大应用场景

在厦门举办的第二届半导体峰会上，高通技术副总监李维兴在5G和AI的论坛上给我们讲述了5G的三大应用场景：” 3GPP对于5G定义了三大场景，包括增强型移动宽带(eMBB)、海量物联网（Massive IoT）、超高可靠超低时延通信(uRLLC)。”

  

首先eMBB我们翻译为“增强移动宽带”，这个很好理解，最直观的表现就是网速的翻倍提升，超高的传输数据速率。在5G下，我们可以轻松看在线2K/4K视频和AR/VR，峰值速度可以达到10Gbps。

第二部分的海量物联网是依靠5G强大的连接能力，促进垂直行业融合。万物互联下，我们依靠身边的各类传感器和终端能构建一个智能话的生活。在这个场景下，数据的速率较低，而且时延要求也不高，布局的终端成本会更加低，同时要求有长续航和可靠性。

第三部分是uRLLC，翻译为高可靠超低延时通信。在这个场景下，其对时延的要求很高，往往要达到1ms级别。它应用在车联网、工业控制、远程医疗等特殊行业，其中车联网的市场潜力普遍被外界看好。


5G是什么？

5G是第五代的无线通信技术的简称，而通信技术可以分为有线通信和无线通信。有线通信就是指信息数据在实体物质上传播，基本就是铜线、光纤这类有线介质。

在有线介质传播，速率已经可以达到很高。以光纤为例，在实验室中，单条光纤最大速度已达到了26Tbps。这是一个很可怕的数字，对比目前主流的的4G LTE的理论150Mbps（没有采用载波聚合等技术），那个差距是无比大。

因此5G如果要实现端到端的高速率，那就是要突破无线传输这部分的瓶颈。

大家应该都知道无线通信，我们依靠的传输介质就是电磁波，而电波和光波都属于电磁波范畴里面，它们都是其中的一种。
  


电磁波的功能特性，是由它的频率决定的。不同频率的电磁波，有不同的属性特点，从而有不同的用途。

  

我们目前主要利用电波进行通信，而它也属于电磁波的一种，不过频率资源是非常有限的。为了避免干扰和冲突，我们需要对电波频率范围进行划分，更好合理利用和明确使用对象。

实际对于手机的移动通信来说，主要使用的中频-超高频间进行通信。如GSM 900，其意思便是工作频段在900MHz的GSM（2G网络制式）。
  


而现在的4G LTE标准使用的是特高频和超高频，因为频率越高，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。

5G会运行在两个范围的频率里面，第一便是6GHz以下，这与目前我们2/3/4G所运行的频率差异不大，范围在450MHz-6000MHz；另外一种便是在24GHz以上，而国际上是普遍利用28GHz作为试验，这就是我们所说的”毫米波”。

按照前面来说，既然越高频率传输速率越高，那么为什么以前没有采用？这是由电磁波的特点来决定：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。

越高频率，传输距离缩短，覆盖能力便会减弱，而且容易受到干扰，穿透能力弱，这就是意味着需要更多的基站来进行覆盖。

频率越低，网络建设就越省钱，竞争起来就越有利。这就是为什么，这些年，电信、移动、联通为了低频段而争得头破血流。




5G何时到来？

这是一个老生常谈的问题，有人认为5G将会很快扑来，实际5G的到来是一个阶段性事件。

前面已经提到5G的三大应用场景，最快商用的是eMBB场景，大约是2020年正式商用，而uRLLC和mMTC场景受标准确定时间和产业链成熟程度影响，预估最早于2021年开始逐步商用，相对成熟也要3-5年以后。

eMBB场景来看，5G网络的建设肯定会先从数据消费热点区域先开始，诸如中心商务区、大型购物中心等，因此在3-5年内，4G将会与5G网络长期并存，在农村地区肯定还是以4G为主。

行业内外实际对5G来的速度感知会有所不一样，市场方面的渠道商和消费者，他们对于5G的感知是来自手机终端，我们可以看见有很多手机终端品牌已经抢闸开始宣传自家的5G信息，更多这是一种市场的营销手段。

5G手机什么时候正式商用，并不单单取决于手机厂商，而是需要通过标准确定、芯片研发、频率分配、牌照颁发、网络建设等诸多因素所决定。业界普遍预计2019年底到2020年才会有成熟可商用的5G手机出现，同时由于研发难度和成本等原因，初期的5G手机必然会是高端定位，要想做到普及，还需要一定的时间。

实际我们可以看到，5G的发展与前面的4G/3G等都很不一样。5G的芯片研发和3GPP等组织的标准制定基本是同步进行，手机的研发和芯片的研发也是同步。市场对于5G的需求的热情也是十分高涨，不过我们要认清现在的5G走势，2018年-2020年期间是5G发展非常重要的一个时期，而5G真正成熟能用，估计也是2020年后的事了。


5G手机终端设计难度猛增

可以预计eMBB增强型移动宽带场景将会首先成为5G的先头兵，它对于消费级别的市场影响很大。由于高带宽和低时延的特点，超高清视频、AR、VR都会有广阔的市场空间。

可是根据运营商的相关技术人士指出，5G手机终端在设计上，对于射频、功耗方面的挑战很大。由于5G终端在上下行的速率猛增，因此基带功耗会成为一个大难题。

  
终端5G天线和射频模块设计难度猛增

此外由于终端天线数量受限于频段、手机尺寸、材质、天线布局的限制，在6GHz下的5G商用终端上支持4/8天线的设计难度更大。此外5G要求单载波的带宽要达到100MHz，相比较4G的20MHz提升了5倍，这对滤波器、数模转换器件也提了更高的要求。

5G时代预计会出现7模43频的情况，多模多频段将使得5G手机内部的电磁兼容环境更为复杂，移动通信频段和WLAN及GPS的共存，手机其他功能模块如LCM，摄像头工作时对接收频段的干扰等。

以中国的情况来看，预估5G前期手机终端会基于Sub 6GHz（6GHz以下）支持SA（独立组网）+NSA（非独立组网），在2019年推出，而基于毫米波的5G手机预估真正成熟和商用要到2022年之后。

这里简单解释一下SA和NSA，前者简单来说便是基站和核心网都是用5G最纯正的技术，而后者便是在基站或者核心网上有用上4G或者更早的技术。之所以有两种组网方式，那是因为5G网络发展初期需要照顾到成熟的4G/3G网络覆盖地方的向后的兼容性，4G/3G会因为成本等原因而与5G共存。

在中国，毫米波发展形势要比其他地区晚一些，许多基于3.5GHz~4.5GHz的5G应用发展会更快。这是因为在中国，通信基础设施建设非常完善，光纤在城市、郊区的部署相对美国要好很多。而在美国大部分地区宽带建设并没有中国那么完备，但是他们都希望家里有比较高速的接入，利用毫米波可以降低光纤布网的成本，同时速率和容量都有明显的增长。


5G芯片竞争白热化

据Strategy Analytics研究报告，2018年第一季度，高通、三星、联发科、华为海思和UNISOC(展讯和RDA)在全球蜂窝基带处理器市场中收益份额位列前五。高通继续以52%的基带收益份额保持第一，其次是三星和联发科。



与4G时代不一样，5G时代的手机基带芯片竞争越发激烈，各家都纷纷秀出自家5G芯片模组方面的成果。

8月22日，高通第一次提早宣布了自家年底旗舰芯片的信息，他们将推出采用7nm制程工艺的系统级芯片(SoC)旗舰移动平台，该平台可与高通骁龙X50 5G调制解调器搭配。高通声称，该7纳米SoC面向顶级智能手机和其他移动终端，是业内首款支持5G功能的移动平台。高通破例透露发布时间，表示更多完整信息将会在2018年第四季度公布。

三星方面也发布Exynos Modem 5100，与高通的产品相比，采用的是10nm制程工艺，符合5G新无线电(5G-NR)的最新标准规范。



前不久的IFA 2018大会上，华为发布了采用7nm工艺制程SoC芯片——麒麟980。华为消费者业务CEO余承东曾表示，相比高通骁龙845，麒麟980在性能上将会有极大的优势。此外，华为还研制了自家移动设备5G基带，将其命名为Balong 5000，可以用于麒麟980。

除了华为，联发科的M70也采用的是台积电7nm工艺技术，今年6月初便已正式对外发布。不过我们需要到2019年才能看到相关搭载联发科5G基带芯片的产品推出。

5G芯片涵盖的应用范围相当广泛，除了高通外，华为、Intel、三星与联发科都有5G芯片方案，只是针对的应用范围不同。华为与三星的5G芯片方案，目前主要在中小型基地台，Intel与高通则锁定智能手机、笔记本电脑应用、车联网方面。

除了芯片巨头，5G手机终端的厂商也是按耐不住，同样纷纷对外公布自己的5G研究成果。

三星表示将会在2019年3月推出5G手机，华为则称在2019年6月推出5G手机，OPPO与vivo也表示会在2019年推出5G手机。

  总结  
随着5G标准的逐步确定，市场上消费者的需求将会一步步被释放，不论是市场产业端还是消费者端，他们对于5G的期盼是很高的。

毕竟2G我们会被一通电话一条短信所感动，到了3G第一次接触移动互联网，现在4G被丰富的多媒体体验所惊艳，那么在进入5G后，超高清的视频体验、各类VR/AR的应用、万物互联的智能生活，这些都会再一次震撼我们。