中国大陆 5G 正式商用到现在已经整整一周年了(本文写于 2020 年 6 月)，根据官方数据，5G 用户已经超过了 3600 万，全国 5G 基站超 25 万个，而且借着“新基建”的东风，最近一段时间新建的 5G 基站以每周 1 万个速度在增长。

5G 已经切切实实的来到了我们身边，正在慢慢的渗透进我们的生活。

但大部分普通人对 5G 的理解只是一个更快的 4G。那 5G 到底能做什么？5G 是不是只是一个更快的 4G？希望大家能从这篇文章中寻找自己的答案。

1. 什么是 5G？

5G 是第五代移动通信技术的简称，是在基于 4G 的技术升级，目标是为了给普通用户以及各个行业用户提供更快速、更稳定、更大容量的无线网络服务。

从数据上来说，5G 承诺提供 20Gbps 的峰值速率、低于 1ms 的超低延时、每平方公里超过 100 万的链接。

从技术上来说，5G 分别在无线接入和网络架构两方面采用了一系列新技术，从而达成提供更多创新业务的承诺。

2. 5G 新业务

业内对 5G 所能提供的业务有基本的共识，所有业务被划分为 3 个方向：超大带宽业务（eMBB)、超可靠低时延业务（uRLLC）、海量机器通信业务（mMTC）。

对于普通用户来说，能够直接接触到的可能就是 eMBB 类型的业务，这部分业务可以简单理解为现在 4G 移动互联网业务的延伸。eMBB 业务为用户提供了更大的带宽，因此非常适合支持对带宽需求较高的应用，典型 eMBB 业务：4K/8K 视频点播/直播、AR/VR、网络游戏等。当前的 5G 网络主要就是为 eMBB 业务服务的，而且对于普通用户来说，网络带宽的提升也能够带来对 5G 的直观体验。

uRLLC 业务更多的是面向对网络可靠性和数据时延有更高要求的行业用户。比方说在车联网、智能工厂领域，数据的延迟可能会带来不可预知的风险。典型 uRLLC 业务：自动驾驶、智能电网、智能制造等。

mMTC 业务主要是面向物联网领域，有报告指出，2030 年全球将会接入 1000 亿设备，如何高效、可靠、环保的为这么多设备提供网络服务将是一个巨大的挑战。典型 mMTC 业务：智慧城市、环境监测、智能家居等。

3. 5G 新无线

为了给用户提供更快速的无线连接，5G 在无线接入技术上做出了很多优化。

• 毫米波通信一般来说，无线通信的带宽和频率呈正比、和波长成反比，因此为了获得更高的带宽，5G 将频谱范围扩展到了波长为 1-10 毫米的毫米波，也就是 30GHz-300GHz 的范围。
  
• 超大规模天线阵列 5G 使用天线阵列为用户同时提供多路上下行承载，达到提升用户无线网络速度目的。而且超大规模天线阵列也能够更好的实现波束赋形，优化无线小区覆盖，提高无线资源利用率。
  
• 动态频谱共享 5G 网络通过动态频谱共享技术在部署早期与 4G 网络共享频谱，从而节约频谱资源，实现网络平滑过渡。
  
• 带内全双工所谓全双工，就是指在同一频率信道下同时进行发射和接收信号。4G 时代无线通信信道还是半双工的，也就是在一个信道上收发包的时间必须错开，因此一旦实现了全双工，传输速率理论上将可以提高两倍。
  
• 空口用户名完整性保护 5G 在基站空口用户面提供了可选的完整性保护机制，从而提供了解决 4G 网络用户报文篡改攻击（aLTEr 漏洞）的途径。
  
• 低功耗广域网 5G 为了更好的支持 mMTC 业务，通过 NB-IoT、LoRa 等低功耗广域网技术支持大量物联网设备连接。

通过以上列举的技术创新，5G 的无线网络速率和覆盖密度有望在 4G 的基础上获得 100 倍的提升。

4. 5G 新架构

不同的业务对于网络的要求是不同的，为了在同一张网络（包括接入网和核心网）上同时支持不同的业务，5G 网络整体上需要对网络架构做成革新，从而更灵活的为不同的业务提供服务。

• 网络切片为了支持不同的业务，5G 网络需要通过网络切片的方式在一张大网上划分出不同的小网，每个小网有不同的覆盖范围，支持不同网络参数。网络切片是 5G 网络服务于各行各业的主要表现形式。
  
• 面向服务的架构为了支持网络切片，5G 网络的各个不同的网元被定义为不同的服务，并且对外提供服务接口，不同的业务要求可以通过接口下发，网络功能可以通过接口调用，从而实现网络功能既服务（NaaS）的愿景，使得整个网络更灵活、更智能。
  
• 云原生架构云原生架构是当今最灵活的业务部署架构，5G 网络为了提供灵活的服务部署、调度和管理，离不开云原生架构的支持。通过云原生架构，将业务与资源解耦，运营商可以更灵活的部署网络，可以根据网络使用情况和业务需求动态调整网络拓扑和资源。通用的硬件设备也可以一定程度上降低运营商的采购成本（CAPEX）。
  
• 边缘计算在某些业务场景下，业务服务端需要部署在更靠近用户的位置，从而降低网络时延，提升用户体验。边缘计算架构就是为此而设计的。对于某些行业来说，数据保留在用户内网可能是监管或者安全的强制性需求，因此边缘服务器就成了这类业务的标配。
  
• 独立组网和非独立组网独立组网是指 5G 基站通过 5G 核心网为用户提供服务，非独立组网是指 5G 基站通过 4G 核心网为用户提供服务。非独立组网的目的是为了在 5G 网络改造的过程中，利用 4G 的现有资源为用户提供服务，降低网络升级成本，在改造过程中平滑过渡。
  
• 设备到设备通信这种技术允许设备不通过基站直接通信，在物联网、车联网、救灾、战争等场景很有意义，可以使设备在无线网络覆盖不足的情况下组成自组织网络，保证设备在网络支持不足的情况下持续工作。
  
• 集成接入和回传回传是指从 5G 基站传输数据给核心网，回传一般是通过光纤，为了在光纤覆盖不足、成本过高或者灾后救援地区提供无线网络服务，5G 基站设计了回传机制，使得 5G 基站可以通过无线空口实现数据回传，从而可以低成本、快速的部署 5G 网络。

5. 5G 的挑战

经常听到一句话：4G 改变生活，5G 改变社会。虽然 5G 已经商用一周年，但要想真正达成改变社会的承诺，还有大量的挑战需要克服。

• 通信网运营体制的挑战传统通信网由运营商负责运营维护，但如果把整个网络作为一个产品来看，就会发现，产品经理（标准化组织）、研发（设备商）、运营（运营商）都分属不同的组织，整个体系错综复杂，利益纠葛严重，业务迭代创新的速度和互联网公司有数量级的差距。在 5G 时代，要想灵活的为各行各业提供定制化（切片化）的网络服务，可能需要对传统的通信网运营模式进行调整和突破。日本的 Rakuten Mobile 如今正在尝试深度参与网络设备的研发，也是在这方面进行尝试。
  
• 通信网架构的挑战传统通信设备是专有硬件加上专有软件，软件和硬件绑定，运营商为了解绑软硬件，一直在推动网元虚拟化（NFV）的发展，但这么多年下来，并没有达到当初期望的效果。如今为了支持更灵活的业务部署，要进一步演化到云原生架构，和传统通信设备架构差别巨大，因此对设备商的产品设计开发能力和运营商的网络运维能力都是巨大的挑战。是否能在当前网络运营体制下完成网络架构的改造升级，可能决定了 5G 创新业务能否成功的关键。
  
• 通信行业从业者转型的挑战相对互联网大厂来说，通信设备制造商和运营商对微服务、云原生架构缺乏经验，在产品开发、网络运维等方面可能有很多坑要踩，产品开发模式可能需要进一步敏捷化，从业者能否顺利转型适应，是否能将原来的通信行业经验顺利的在 ICT 融合的时代发挥出来，考验着每一个从业者改变的能力和信心。
  
• 业务成熟度的挑战 5G 网络只是一个传输通道，不管是 AR/VR、车联网、智能制造还是智慧城市等，其业务本身的成熟度决定了 5G 网络是否能起到锦上添花的作用。如果这些业务本身在几年内无法成熟，5G 对业务的支撑就是镜花水月，无法落地。
  
• 政治局势变化的挑战通信行业本身是一个全球化的行业，一个简单的设备包括了芯片、天线、电源、传输、操作系统、业务软件、通信协议等各项基础技术的集合，一项技术的落地需要各国科学家、工程师的通力合作。但如今全球大国关系微妙，技术的发展和落地是否会受到不利影响，谁都说不好。

5. 结束语

本文从 5G 新业务出发，介绍了支撑 5G 业务的技术创新点，讨论了 5G 愿景落地面临的挑战。最后，希望能够看到 5G 的承诺都能一一兑现，真正改变社会和我们的生活。